目前，我公司氨合成系统主要存在以下问题：①合成塔内件阻力已在高限0.992 MPa运行，对循环机循环量带来影响；②中压甲醇、低压甲醇催化剂处于使用后期，CO、CO2转化率下降，不利于增加醇产量，加大了烃化系统的负荷且影响生产；③合成油分运行阻力在0.16 MPa，不仅滤油效果差，且影响循环机的动力消耗。为降低消耗、提高总氨产量，继续节能降耗，持续保持公司产品的总成本领先，公司于2014年5月大修时对氨合成塔内件、油分内件、三塔催化剂进行了改造。
1.改造背景
我公司240 kt/a合成氨装置设计生产模式是“六低六高”，即6台低压机配合6台高压机进行生产，但由于前期操作及部分设备原因，一直未能进行“六低六高”的满负荷运行，导致项目的合成氨吨氨成本一直高于其他项目，同时也未能达到预期的产能。对此，公司对影响系统经济运行的原因进行了排查，并根据排查结果逐一进行解决，以最终实现以下目标：①合成塔内件阻力降至0.5 MPa左右；②提高中压甲醇、低压甲醇的CO、CO2转化率，中压甲醇醇后气甲醇含量控制在工艺指标0.3%以下；③合成油分阻力下降至0.13 MPa以下，实现“六低六高”的经济运行模式。
2.改造措施
（1）合成塔内件改造
DC-C型DN2500氨合成塔为“三床四段、分体式、准全径向、三间接换热器”型合成塔。合成塔内件分为 F1（合成塔内件筒体和三床出口之换热器组件）、 F2（合成塔第二催化剂床及中部间接换热器组件）、 F3（合成塔第一催化剂床及上部间接换热器组件）；合成塔内件中的上、中、下3个换热器，管程均为未反应的气体，与壳程的反应气体间接换热，达到分别控制二床入口、三床入口及合成塔出口温度之目的。本次改造，DC-C型DN2500氨合成塔只进行内件更换，为了适应新内件的要求，对合成塔部分管线进行功能性变化，其更改方案和调节阀参数均已在工程中进行了实施。更换新内件后，配套管线改造方案如下。
①改造主进气管道，将2根主进气管线中的一根管线上加1个调节阀，另一根管线采用盲孔板将气体通道盲掉，这样达到通过调节阀门开启度控制进入合成塔 F1 下部换热器管程气量大小的目的，从而使合成塔出口温度可通过不同的生产负荷情况来实现调节，使合成塔反应热能及时移出，达到多回收反应热或多产蒸汽的目的。
②将合成塔上部配置的“耳朵管组”（进F2、F3换热器的合成塔外部管线）的原角式截止阀改成角式调节阀；因原合成塔内件的 g1、 g3 这2个管口是同时通过软管进入合成塔内件的 g1′、 g3′管口再进入合成塔的冷管下降管中的，新改造的内件要将其分开，并分别进入内件的 F2、 F3 组件的中部间接换热器中，而 DC-C 型内件的这2个换热器的分流气量是不一样的，加了调节阀后才能方便地进行这2个换热器管程气的远程控制和自如调节。
（2）合成油分改造
根据国内最先进高效聚结分离器技术，对滤芯整体长度进行核算，把合成油分外圈32组原高度为450 mm的精粗滤芯全部增高至640 mm（与内4圈44组滤芯高度相同），使滤芯的有效通气面积增加10%，油分阻力下降0.06 MPa，排油率提高5%左右；另外，将原合成油分下部的旋流板改为多孔铝板。
3.改造后的运行情况及效益
（1）改造前后氨合成工段的各项指标如下（“/”前后分别为改造前和改造后的数据）：补气量13.0/13.5 m3/h；循环量42万/42万m3/h；系统压力19.5/18.5 MPa；合成塔压差（含热交）0.99/0.46 MPa；合成塔压差0.83/0.21 MPa；系统压差1.72/1.11 MPa；循环氢65%/64%；循环氢甲烷含量13.5%/13.0%；氨合成塔出口温度335/370 ℃；第一轴向层温度（444～485）/（391～471） ℃；第一径向层温度520/488 ℃；第二径向层温度484/465 ℃；第三径向层温度470/444 ℃；氨净值9.5%/11%；每班废锅产气量215/249 t；每班氨产量300/328 t；循环机单耗40/28.7 kW·h；冰机单耗22/27.3 kW·h；高压机单耗259/253.5 kW·h；低压机单耗459/453.1 kW·h；吨总氨电耗980/948 kW·h。
可见，改造取得了明显的效果：合成系统压力、塔压差、系统压差均得到降低；合成塔出口温度、废锅产气量、合成氨产量均得到提高；由于系统压差的降低和总氨产量的增加，合成循环机电耗和吨总氨电耗明显降低（冰机吨氨电耗上升5.3 kW·h是由于尿素和低压甲醇使用溴化锂冷水加上大气温度上升造成）。
（2）改造后，吨总氨电耗下降约40 kW·h，经测算，月节电效益约64.8万元，尿素和甲醇增产带来的月利润约193万元，总共月增效益257万元。“六低六高”生产模式改造投入费用1024万元，4个月即可收回改造投资。
4.总结
通过对氨合成系统的改造，解决了氨合成工段在系统扩产过程中存在的瓶颈问题，使吨氨电耗下降了约40 kW·h，有效降低了吨氨的生产成本，同时通过改造使240 kt/a合成氨装置实现了“六低六高”生产模式，提高了装置的生产能力，给公司带来了可观的经济效益。
（河南心连心 常荣芳 张本峰 张宝珠，等）