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张涛;田文德
飞羽辅助
【摘 要】介绍了兖矿鲁南化肥厂24万 t/a 卡萨利氨合成装置的工艺流程，分析了装置存在的运行问题及原因，提出了相应的解决方案。%Author has introduced the process flow for the Casale ammonia synthesis plant with a capacity of 240,000 t /a in the Yankuang Lunan chemical fertilizer plant, has analyzed the running problems and reasons existed in plant, has supposed the appropriate solution scheme.
【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2013(000)005
【总页数】4页(P52-55)
煤气阀【关键词】卡萨利氨合成装置;运行问题;解决方案
【作 者】张涛;田文德
【作者单位】青岛科技大学，山东 青岛 266042;青岛科技大学，山东 青岛 266042
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ113.251
目前国内外典型先进的大合成氨工艺技术主要以丹麦托普索、瑞士卡萨利、美国凯洛格等技术为代表［1］。卡萨利氨合成塔内件采用轴径向，而托普索氨合成塔内件采用径向。卡萨利需购买专有塔内件，托普索需购买专有催化剂，且催化剂用量过剩50%，卡萨利工艺(多用于原装置升级扩产改造)与托普索工艺相比，价格上占着很大优势，近几年在国内发展较快且市场份额较大，30万t/a规模合成氨装置大部分采用卡萨利工艺;50万t/a规模的采用托普索和凯洛格的比例较大［2］。 防霉片兖矿鲁南化肥厂双结构24万t/a氨合成装置引进卡萨利工艺包，关键设备合成塔内件和废锅采用进口设备，合成塔外筒和其余设备由国内有制造业绩的厂家制造。合成系统工艺流程见图1。
图1 合成系统工艺流程1—合成塔;2—废锅;3—开工加热炉;4—给水预热器;5—热气体换热器;6—水冷器;7—冷气体换热器;8—初级氨冷器;9—终级氨冷器;10—氨分离器
目前卡萨利公司指定的国内3家催化剂厂家分别是:①南京的德国南方化学催化剂厂(原南京巴斯夫催化剂厂);②山东临朐泰丰化工有限公司(原山东环球化工集团);③盘锦南方化学辽河催化剂有限公司(原辽河催化剂厂)。兖矿鲁南化肥厂在2008年采用的是原南京巴斯夫催化剂厂的A110系列的催化剂。第1层为预还原催化剂型，第2、第3层为氧化态。
该合成塔为3床层和2个换热器结构，均为轴径向设计，气体流向均为从外向内，上2层再进入层间换热器。氨合成塔结构示意见图2。
图2 氨合成塔结构示意
2 装置运行现状
氨合成系统自2008年年初开始试车、吹扫、气密性试验，于5月开始升温还原，至今已经运行了5年时间，合成装置运行平稳、操作简单、方便灵活、能耗较低，合成系统一些关键指标基本与设计指标一致。氨合成系统部分指标对比见表1。
表1 氨合成系统部分指标对比序号 项目 设计值 目前数据1 系统压力/MPa 15.5 14.3 2 氨净值/% 15 13 3 甲烷含量/% 10 15 4 一级氨冷温度/℃ 5 2.1 5 循环量/m3·h-1 300 000 285 000 6 合成塔入口惰性气体含量/% ＜10 15 7 合成塔入口氨含量/% 2.63 2.0 8 进塔气微量CO+CO2/1×10-6 ＜10 0 9 入塔H2O/×10-6 ≤0.5 0 续表序号 项目 设计值 目前数据10 新鲜气微量CO+CO2/×10-6＜10 0 11 废锅出口温度/℃ 260 240 12 锅炉给水预热器出口温度/℃ 218 236 13 合成塔压差/MPa 0.285 0.33 14 系统压差/MPa 1.0 0.76 15 入口氨含量/% 2.63 2.0 16 二级氨冷温度/℃ -10 -14.5 17 合成塔入口温度/℃ 193.5 194 18 第1床层催化剂入口温度/℃ 364±3 395 19 第1床层催化剂出口温度/℃ 488±3 490 20 第2床层催化剂入口温度/℃ 397±3 426 21 第2床层催化剂出口温度/℃ 447 470 22 第3床层催化剂入口温度/℃ 385±3 376 23 第3床层催化剂出口温度/℃ 424±3 410 24 合成塔出口温度/℃ 424 410
3 系统运行问题及解决方案
3.1 催化剂床层温度调节
倒悬牵引床
(1)存在的问题。第1床层催化剂温升降低，热点温度下移，催化剂床层温度调节困难。从操作上，该系统自投入生产以来应该一直运行较平稳，但催化剂温度的控制手段随时间的推移正逐步减少。从目前运行现状看，第1床层的温升较设计指标低了近20℃，一次入塔气体温度也略高于设计指标。目前温度调节的状态是，一次入塔气的热气气换热器的旁路全关，入塔气的一层副线全关，二层调节气全关;出塔气的废锅给水加热器副线全开，主线开度约为1/4多一点(为提高入塔气体的温度)。调节温度的手段仅剩下调整循环量了，目前对上层温度的调节已经非常被动。由于该合成塔设计上只有依靠层间换热器来加热入塔气，没有设计塔底部换热器，故只要上层催化剂温升不够，很容易引起垮炉温事故。
(2)原因分析。①因经济运行原因，循环气中的惰性气含量过高引起催化剂反应热不够。该塔的操作从投入生产一开始就出现入塔气的热气气换热器的旁路全关(为提高一次入塔气体的温度)，出塔气锅给水加热器是副线全开，主线开度约1/3(提高去热气体换热器的热气温度)。入塔气的一层副线开度约为30%，流量最大时为8 000 m3/h，二层调节气最大开度为20%，流量约为6 000 m3/h。明显表现出上层反应热不足。对比贵州开阳卡萨利合成氨运行情况，鲁南的情况正好相反，是上层温度温升过高，各类降温的措施基本用尽，入塔气体才达到160℃，远低于鲁南的192℃。且采用了提高氨冷温度，人为破坏氢比等降温措施。
分析原因除了开阳处于开车初期外，更重要的原因是开阳的前系统净化工艺是低温甲醇洗和液氮洗，惰性气成分低，其合成循环气中的甲烷含量约为4%。远低于8%的设计值。②催化剂已经运行了近5年，期间也因2次氧化物中毒，导致上层触媒的活性加速下降。
(3)采取的措施与效果:①优化空分和净化系统的操作，降低甲烷和惰性气体的含量;②优化氢回收装置的运行，降低合成气中的惰性气含量，同时配合脱碳系统的闪蒸气放空，新上1台吹风气锅炉，回收利用弛放气;③合理调整阀门开度，提高入塔的合成气温度;④利用系统停车的机会对合成催化剂进行一次深度还原，以提高催化剂的活性。采取措施后，炉温运行平稳，上层催化剂热点温度在最下点为492℃，满负荷运行系统压力在14.5 MPa。基本满足安全稳定运行。
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