上官岳锋，朱之明，丁国建，刘建园
（晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司，山西 高平048400）
［摘 要］晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司2×180 kt/a合成氨、2×20 kt/a甲醇、2×300 kt/a尿素项目于2006年3月建成投产，本合成氨联醇装置采用固定床间歇气化、绝热全低温变换、NDC脱硫、NHD脱碳、醇烷化精制、卡萨利低压氨合成等生产工艺，实际生产中其变换系统存在系统阻力大、蒸汽消耗高、出口气CO含量高的问题。通过与晋能控股集团下属兄弟单位生产工艺及运行工况接近的乙、丙变换系统进行对比，从工艺流程、设备结构、管道布置、系统阻力、变换催化剂使用情况、蒸汽用量等方面寻找差异，分析晋能天源变换系统运行能耗高（阻力大）的原因；借鉴乙、丙变换系统“两炉四段”式流程设置，晋能天源拟采用“一炉两段、三炉四段”流程对其变换系统进行优化改造。目前，本项技改已完成前期论证，计划于年度检修时实施。
［关键词］合成氨联醇装置；绝热变换系统；对比分析；工艺流程；系统阻力；催化剂使用情况；蒸汽用量；优化建议
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0025-05
0 引 言
晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司（简称晋能天源）“40·60”项目于2006年3月建成投产，设计产能为2×180 kt/a合成氨、2×20 kt/a甲醇、2×300 kt/a尿素，主生产装置采用固定床间歇气化、绝热全低温变换、NDC脱硫、NHD脱碳、醇烷化精制、卡萨利低压氨合成、CO2汽提法尿素生产工艺。合成氨联醇装置的变换系统属于核心生产单元，主要是将粗煤气中的CO在高温、高压且有催化剂作用的条件下与水蒸气反应生成H2和CO2，为合成氨、甲醇和尿素等产品的生产提供原料，同时对变换反应热进行回收利用。实际生产中，晋能天源合成氨联醇装置变换系统（称为甲变换系统；晋能控股集团下属兄弟单位有工艺流程及运行工况接近的变换系统，分别称为乙变换系统、丙变换系统）存在系统阻力大、蒸汽消耗高、出口气CO含量高的问题。系统阻力大，影响压缩机打气量和运行电耗；当前，甲醇市场较为疲软，与液氨相比利润率较低，合成氨联醇企业均采用“提氨压醇”模式进行生产，若变换气CO含量高，会导致副产甲醇量大，影响液氨产量，系统经济性较差。为此，晋能天源通过与兄弟单位乙、丙变换系统进行对比，分析甲变换系统的问题所在，以制定有针对性的解决措施。以下对有关情况作一介绍。
1 变换系统工艺流程简述
1.1 甲变换系统工艺流程
压缩机来的半水煤气（3.6 MPa，40 ℃）经溴化锂换热器降温后，进入油分离器、油吸附器进行净化除油，然后进入预热交换器与三变炉来的变换气逆流换热，再进入主热交与中压废锅出口变换气换热，添加5.3 MPa次高压蒸汽后进一变炉进行变换反应；一变炉出口变换气经增湿器淬冷降温后进二变炉继续进行变换反应；二变炉出口变换气先进中压废锅换热降温并副产2.3 MPa中压蒸汽，然后进主热交与进口煤气换热降温后进三变炉；三变炉出口变换气分别进预热交换器和锅炉给水预热器，对进口煤气和淬冷用锅炉给水进行预热，降温后的两路变换气汇合后依次进入脱盐水预热器、第一水分离器、循环水冷却器、第二水分离器进行冷却降温和气水分离，然后出界区进入变换气脱硫系统。此外，界区外来的锅炉给水经锅炉给水预热器预热后，部分送中压废锅副产蒸汽，另一部分进入缓冲罐，经泵提压后在增湿器内与一变炉出口变换气混合后进入二变炉进行变换反应。
1.2 乙、丙变换系统工艺流程
乙、丙变换系统的工艺流程基本相同，但在工艺气压力等级、加蒸汽或淬冷设置上略有区别：乙变换系统分别在一段、二段（乙、丙变换系统一变炉、二变炉均为两段式，一段、二段隶属于一变炉，三段、四段隶属于二变炉）设置有蒸汽加入（设施），在二段、三段、四段均设置有喷水淬冷；丙变换系统则在一段、三段设置有蒸汽加入（设施），在二段、三段设置有喷水淬冷。
压缩机来的半水煤气先入除油炉净化除去油污、水等杂质，然后进入预热交换器管间与二变炉二段来的变换气（管内）换热，再到主热交管间与二变炉一段来的变换气（管内）换热，然后添加适量蒸汽后进一变炉一段进行第一次变换反应，转化部分CO后，进入第一增湿器喷水；工艺气淬冷降温后，进入一变炉二段进行第二次变换反应，继续转化部分CO后，进入第二增湿器内喷水增湿；工艺气淬冷降温后，进二变炉一段进行第三次变换反应，进一步转化部分CO；接着工艺气进入主热交管内与预热交换器来的煤气（管间）换热后，进入二变炉二段进行第四次变换反应，控制出口变换气CO含量合格。其后变换气分别进预热交换器和锅炉给水预热器，对进口煤气和淬冷用锅炉水进行预热，然后依次进入脱盐水预热器、循环水冷却器（甲、乙变换系统脱盐水预热器、循环水冷却器均采用卧式结构；丙变换系统脱盐水预热器与循环水冷却器串联运行，二者均为立式结构，兼具气水分离功能），气体经冷却降温和气水分离后出界区进入变换气脱硫系统。此外，界区外来的锅炉给水经锅炉给水预热器预热后进入缓冲罐，经泵提压后分别在第一、第二增湿器内与变换气混合后进入变换炉反应。
2 3套变换系统流程设置等的对比
更多内容详见《中氮肥》2023年第3期