马栋
（晋煤集团煤化工事业部，山西 晋城048000）
［摘 要］ 某肥料公司一期项目(气化装置采用航天炉加压气化工艺)设计产品为合成氨，其变换工段采用高水气比多段绝热变换工艺；二期项目设计产品仍为合成氨，但要求设计为可转产甲醇的工艺流程，为此，二期项目（气化装置仍采用航天炉加压气化工艺）变换系统设计时在一期项目的基础上进行了升级改造，选择了有明显优势的水移热等温变换新工艺。二期项目水移热等温变换工艺装置运行平稳后，采集其关键运行数据与一期项目绝热变换工艺装置进行对比，在加压气化工艺高水气比变换条件下，水移热等温变换工艺装置具有工艺流程短、开车速度快、床层温度分布均匀、催化剂床层不易超温、高品位蒸汽（2.5～3.8 MPa）副产量大、工艺操作简单等优势，且水移热等温变换工艺独特的催化剂保护设计可延长催化剂的使用寿命，在高水气比、高CO含量工况下优势明显，这为二期装置的长周期、稳定运行提供了重要的前提条件，可有效提高企业的市场竞争力。
［关键词］ 合成氨装置；航天炉；高水气比；多段绝热变换工艺；水移热等温变换工艺；运行情况；效益
［中图分类号］ TQ113.26+4.2［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2018）05-0014-05
1 一期项目生产情况
1.1 多段绝热变换工艺简介
某肥料公司一期项目于2013年3月投运，变换工序采用高水气比多段绝热变换工艺，设计水煤气处理量150 000 m3/h，整套变换系统静止设备共计28台，其中主换热设备10台、变换炉4台（变换催化剂装填量合计为165 m3）；1#变换炉有2个催化剂床层（段间用冷煤气冷激），采用耐水合高温型钴钼系催化剂，2#～4#变换炉均装填宽温区低温高活性钴钼系催化剂。一期项目多段绝热变换工艺流程见图1。
1.2 生产运行中存在的问题
（1）由于航天炉加压气化工艺所产的水煤气CO含量高达60%以上，加之工艺方面的原因，水煤气中夹带的水汽量大，水煤气水气比达0.82，导致一期变换系统CO总转化率仅为98.96%，CO转化率较低。
（2）副产2.5～3.8 MPa的高品位蒸汽较少，只有5～6 t/h，却副产大量（15～17 t/h）05 MPa的低品位蒸汽，能源利用效率较低。
（3）由于设备繁多、流程复杂，仅变换炉就有4台，水煤气通过催化剂床层会产生巨大的阻力降，系统压差高达0.2 MPa，压缩机功耗大。
（4）实际操作中，一期变换系统存在易超温等一系列问题，需频繁调整蒸汽添加量以维持变换炉炉温，带来很大的操作难度。
（5）整个一期变换系统需消耗大量的循环冷却水，系统热量没有得到有效利用，能量白白被浪费，而且给循环水系统的运行增加了较大的负担。
（6）大量高温高压设备出现严重腐蚀，其中冷激汽化器、气液分离器、换热器的腐蚀尤为明显。
一期变换系统正常运行时（2013年5月20—23日）的主要运行数据见表1。
2 变换系统问题的解决方案
2.1 问题的提出及目标
二期项目设计产品和一期项目一样，仍为合成氨，并设计为可转产甲醇，且要求项目整体设计要优于一期项目，作为合成氨装置的核心系统——变换系统要达到以下目标：① 要能将出变换系统的CO含量降到更低的水平，变换系统CO转化率需达到99%以上；② 提高副产高品位蒸汽的占比，降低副产低品位蒸汽的占比；③ 减少催化剂的装填量，降低系统阻力，减少能量损耗等；④ 减轻设备腐蚀。
要解决CO转化率不高等一系列问题，其关键在于变换炉的设计。
更多内容详见《中氮肥》2018年第5期