造气炉改造后对系统的影响

赵竹泳

（山西晋丰煤化工有限公司，山西 晋城 048000）

0 引言

山西闻喜喜丰航化工有限公司合成氨装置为两套，1#合成氨系统生产能力8 万t/a 合成氨，2#合成氨系统生产能力12 万t/a 合成氨；1#合成氨系统于2019 年完成升级改造。

2#合成氨系统于2022 年9 月完成升级改造，气化装置将10 台Φ2 650 常压间歇式气化炉改为5 台（四开一备）Φ3 600 微正压纯氧连续气化炉，同时配套建设一座16 000 Nm3/h 空分装置，后系统装置基本保持不变。

1 改造前后工艺流程对比

1.1 改造前工艺流程

改造前的2#合成氨系统工艺流程，如图1 所示，造气工段以原料煤、空气、水蒸气为原料，采用固定床间歇式制取合格半水煤气存于气柜。罗茨鼓风机把半水煤气从气柜中抽出，经一次脱硫工段将半水煤气中硫化氢脱至0.02～0.1 g/m3以下，并经静电除焦塔送入压缩机一段入口。半水煤气经压缩机一段、二段、三段加压到2.0 MPa 左右送往变换、脱碳工段，变换工段采用全低变工艺通过变换炉将CO 变成CO2，使CO降至1.5%～4.0%，经二次脱硫岗位脱除部分硫化物，再经脱碳工段利用NHD 液把CO2脱至1.0%以下，再经精脱硫岗位将脱碳气含硫总量降到0.1 mg/m3送回压缩四段进口，脱碳气经压缩四、五段加压至11.5 MPa，采用“双甲精制”在甲醇、烷化催化剂的作用下将原料气中的φ（CO+CO2）控制在≤25×10-6以下再回压缩六段进口，由压缩六段加压至31.4 MPa左右送氨合成工段。

图1 2#合成氨系统改造前工艺流程图

1.2 改造后工艺流程

2#合成氨系统升级改造，气化装置由常压间歇式气化炉改微正压纯氧连续气化炉，去掉一次脱硫工段罗茨风机，同时在压缩四段进口增加氢氮气混合罐用于合成氨系统补充氮气，其他装置保持不变。改造后的合成氨工艺流程图，如图2 所示。

图2 2#合成氨系统改造后工艺流程图

空分的氧气送至造气工段，纯氧连续气化炉以纯氧和水蒸汽为气化剂与炽热的碳发生化学反应，生成合格半水煤气送一次脱硫工段，经一次脱硫工段将半水煤气中硫化氢脱至0.02～0.1 g/m3以下，并经静电除焦塔送入压缩机一段入口。半水煤气经压缩机一段、二段、三段加压到2.0 MPa 左右送往变换、脱碳工段，变换工段采用全低变工艺通过变换炉将CO 变成CO2，使φ（CO）降至1.5%～4.0%，经二次脱硫岗位脱除部分硫化物，再经脱碳工段利用NHD 液把CO2脱至1.0%以下，再经精脱硫岗位将脱碳气含硫总量降到0.1 mg/m3送压缩四段进口氢氮气混合罐，与空分氮压机送出的氮气在氢氮气混合罐混合，后经压缩四、五段加压至11.5 MPa，采用“双甲精制”在甲醇、烷化催化剂的作用下将原料气中的φ（CO+CO2）控制在≤25×10-6以下再回压缩六段进口，由压缩六段加压至31.4 MPa 左右送氨合成工段。

2 气体成份变化及对后系统的影响

根据各工段的任务不同，半水煤气成份的变化，可能对后系统各工段造成不同程度的影响，半水煤气成份对比，如表1 所示。

表1 半水煤气成份对比

1）改造后有效气体φ（CO+H2）成份比改造前增加10.2%,氮气在NH 压缩机四段入口加入，NH 压缩机高压段负荷（四段、五段、六段）加重，容易超压；

2）改造后甲烷含量φ（CH4）比改造前增加1%，合成氨工段放空量会增大；

3）改造后φ（CO）比改造前增加9.2%，变换工段负荷加重；

4）改造后φ（CO+CO2）量比改造前增加16.9%，对系统的影响表现在以下三点：二次脱硫工段脱硫液溶解CO2量大，会对脱硫溶液再生造成影响，进而影响脱硫液吸收H2S；脱碳工段脱除CO2负荷加重；低闪气量比改造前增加15%左右；

3 后系统各工段实际承受的影响

3.1 一脱工段

由表2 可得：

表2 改造前后一脱工段运行情况对比

1）效率：改造后，一脱工段脱硫效率80%，系统压差4.5 kPa，硫磺回收效率97.6%，一脱工段运行状良好；

2）物料消耗：改造前，2#系统综合氨产量16 197 t/月，一脱工段共加脱硫剂RDS-2：120 kg/月；改造后，2#系统综合氨产量19 800 t/月，一脱工段共加脱硫剂RDS-2：180 kg/月；脱硫剂RDS-2 消耗增加60 kg/月（约50%），折1.6 g/t NH3。

3.2 变换工段

由表3 可得：

表3 改造前后变换工段运行情况对比

1）变换进口CO 增加3 240 m3/h，（60 300×41.3%-71 800×30%=3 240），经计算变换工段改造前变换率84.1%，改造后变换率[1]88.8%，变换率增加4.7%；

2）各段触媒温度均在指标范围内，出口CO 含量达标，各段喷水阀均有调整余量；

3）物料消耗方面：蒸汽用量增加2.8 t/h。

3.3 二脱工段

由表4 可得：

表4 改造前后二脱工段运行情况对比

1）改造后，二脱进口CO2增加7 995 m3/h（82 200×39.3%-89 700×27.1%=7 995），脱硫效率95.7%，硫磺回收效率97.6%，CO2含量增加对脱硫液再生和H2S吸收影响不大。

2）物料消耗方面：改造前，2# 系统综合氨产量16 197 t，二脱工段共加碱13.05 t，脱硫剂NDC201：0.159 t，脱硫剂NDC202：1.59 t；改造后，2#系统综合氨产量19 800 t，二脱工段共加碱18 t，脱硫剂NDC201 0.19 t，脱硫剂NDC202 1.9 t；碱耗增加150 kg/d，折0.1 kg/t NH3；脱硫剂NDC201、NDC202 消耗持平。

3.4 脱碳工段

由表5 可得：

表5 改造前后脱碳工段运行情况对比

1）脱碳进口CO2量增加7 486 m3/h，（81 200×38.2%-88 800×26.5%=7 486），循环量不变的情况下，净化气中φ（CO2）降低0.1%，低闪气纯度提高1.3%，脱碳工段运行状况良好；

2）低闪气量增加1 574 m3/h，折16.8%。

3.5 压缩工段

由表6 可得；

表6 改造前后压缩工段运行情况对比

1）改造后，NH 压缩机四出压力、六出压力增加明显；其中，四出压力高是因为在四段进口加入氮气，气量变大；系统运行中，四出压力时有超压现象（≥5.4 MPa），为防止四出超压，一入压力由32 kPa 降至26 kPa。

2）六出压力高是因为合成工段甲烷含量增加[2]，氢回收装置未相应扩能，为了减少放空气浪费，控制放空气阀位导致系统压力升高。

4 结语

喜丰航公司2#合成氨系统气化装置升级改造，常压间歇式气化炉改为微正压纯氧连续气化炉，后系统装置基本保持不变（一脱拆罗茨风机除外）的情况下，各工段均能正常运行；但是，半水煤气成份变化造成碱耗、脱硫剂耗和变换工段蒸汽耗增加明显。

另外，气化装置升级改造过程中，没有同步对合成工段氢回收装置扩能、脱碳工段低闪气新增回收装置，造成经济浪费；建议类似装置升级改造时可以借鉴此经验；