谢辉1，高杨1，张彪1，刘盼盼2，赵伟1
（1.安徽泉盛化工有限公司，安徽 定远233290；2.安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉236400）
［摘 要］安徽泉盛化工有限公司320 kt/a合成氨装置于2022年7月底建成并一次性投料成功，运行初期出现液氮洗系统原料气管线阻力增大问题，2022年9月以前主要通过降低合成氨装置负荷（航天炉氧负荷最高仅提升至78%）以提高氮洗塔进口原料气温度予以消除；后经同行交流、对比分析与验证，认为原料气管线阻力增大是原料气中CH4在管线内壁缓慢形成结晶所致；2022年9月一段时间内先后尝试调整气化系统工况以调节粗煤气中CH4含量、向系统引入CH4含量稍高的其他气源等方法予以处理，最终于2022年9月下旬通过引入部分氨合成弛放气膜分离氢回收系统一级尾气（CH4含量高达18%）以较大幅度地提高原料气中CH4含量，在短时间内降低了液氮洗系统原料气管线阻力，此举对液氮洗系统及氨合成系统无任何不良影响，随后合成氨装置实现了稳定运行与达标达产。
［关键词］合成氨装置；航天炉；粗煤气CH4含量；液氮洗系统；原料气管线阻力大；原因分析；CH4结晶；优化改进
［中图分类号］TQ113.26+4.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）04-0028-05
0 引 言
安徽泉盛化工有限公司（简称泉盛化工）是以煤化工为主导产业的综合型化工企业，终端产品主要有尿素、液氨、甲醇、双氧水和氢气，同时担负着定远县盐化工业园的供热任务。泉盛化工于2018年3月投资新建320 kt/a合成氨装置（即320 kt/a氨醇装置原料和动力结构调整项目），主生产工艺为航天炉粉煤加压气化（1台航天炉）、节能型等温变换、大连理工低温甲醇洗、杭氧集团液氮洗、南京聚拓低压氨合成工艺，2022年7月底装置建成并一次性投料成功，顺利产出合格液氨产品。经试运行、短停消缺和其他局部技改等，目前装置运行稳定，主产品产量和主要物料消耗等指标均达到或优于设计值。
液氮洗工艺以其消耗低、气体净化度高、操作弹性大等优势在国内大中型煤基合成氨装置中得到广泛应用，其利用液氮在低温下对原料气进行洗涤，脱除原料气中的微量CO、CH4、Ar等杂质气体，同时对气体成分进行调整，最终得到氢氮比（H2/N2）为3∶1（体积比，下同）的氢氮混合气，满足氨合成系统生产所需。泉盛化工320 kt/a合成氨装置运行初期，出现液氮洗系统原料气管线阻力增大的情况，当时主要通过降低合成氨装置负荷以提高氮洗塔进口原料气温度予以消除。参考其他同类装置的运行经验，对比分析后认为，原料气管线阻力增大的主要原因是原料气中的CH4在管线内壁缓慢形成结晶。2022年9月以前，为方便及时处理液氮洗系统原料气管线阻力增大问题，航天炉氧负荷最高仅提升至78%。2022年9月初，航天炉系统出现1次工艺波动，粗煤气成分发生较大变化（CH4含量上涨较多），对变换系统、低温甲醇洗系统运行的影响尚不太明显，但液氮洗系统工况改变明显——原料气管线阻力短时间内由55 kPa降至24 kPa，进氮洗塔原料气温度大幅下降，表明返流气体的冷量能传递到了氮洗塔中，氮洗塔冷量充足，有利于塔顶洗涤氮冷凝，氮洗塔液位得以恢复。于是，在2022年9月一段时间内，泉盛化工先后尝试调整气化系统工况以调节粗煤气中CH4含量、向系统引入CH4含量稍高的其他气源等方法提高液氮洗系统进口原料气中CH4含量，发现较大幅度地提高原料气中的CH4含量，可在短时间内降低原料气管线阻力。后经工艺技术人员不断摸索与创新，进行优化改进，逐渐总结出一套适合装置的工艺调整及工艺指标控制方法，最终实现了320 kt/a合成氨装置的稳定、满负荷运行。以下对有关情况作一介绍。
1 液氮洗系统概况
1.1 液氮洗工艺原理
液氮洗工艺属于物理吸收过程，原料气中CO、CH4、Ar等杂质在低温下被吸收至液氮中，此吸收过程中因温度变化甚微近乎等温吸收过程；液氮洗系统不仅要脱除原料气中的“非氢组分”，还要为氨合成系统配制适宜的氢氮混合气，而经液氮洗系统净化后的原料气中N2含量并不能满足氨合成系统所需的氢氮比，还需在液氮洗系统后端将中压N2配入净化气中。
液氮洗系统吸收剂为液氮，在加压和低温下才能使N2液化，且加压和低温下还可提高气体的溶解度，液氮洗系统所需冷量主要源于中压N2节流膨胀（焦-汤效应）。液氮洗系统主要深冷设备均置于冷箱内，由珠光砂进行保冷，但由于各类冷介质排放、转移以及换热器存在温差损失等，系统必然存在一定的冷损，故在出现较大冷损时需向系统补冷，通常液氮洗系统补冷由空分装置外送液氮提供。
1.2 设计工艺条件
泉盛化工320 kt/a合成氨装置液氮洗系统由杭州制氧机集团有限公司提供工艺包及成套设备，设计100%负荷下原料气处理量5 173.65 kmol/h，操作弹性（负荷）60%～110%，操作压力2.97～3.47 MPa、操作温度约-196 ℃；设计原料气主要成分（体积分数，下同）为H2 98.092 0%、N2 0.635 7%、CO 1.229 8%、Ar 0.031 0%、CH4 0.010 1%、CH3OH 0.001 0%、CO2 0.000 4%，净化气（中压N2配入后的净化气，即新鲜氨合成气）主要成分H2 75.000 0%、N2 24.997 8%、Ar 0.002 0%。
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