赵海昭，李振垒，张培培
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475000）
［摘 要］河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2×600 kt/a合成氨装置变换系统采用“四变五炉绝热式”变换工艺，存在CO变换率低、系统压差大、系统低品位热能较多、运行能耗高等问题。经综合分析与研究，于2019年年中在一期合成氨装置一变炉（绝热变换炉）处实施了并联1台水移热等温变换炉的技术改造。等温变换炉投用后，系统压差降低、负荷增大、副产大量2.5 MPa蒸汽、变换系统出口变换气中CO含量达到厂控指标，气化系统（航天炉）、液氮洗系统及合成气压缩机运行工况得到改善，取得了良好的效果。同时也指出，等温变换炉投用后存在一定的隐患，生产中需不断摸索与总结，尽可能避免不必要事故的发生。
［关键词］合成氨装置；变换系统；绝热变换炉；水移热等温变换炉；系统压差；系统负荷；CO变换率；副产蒸汽品质
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）02-0027-03
0 引 言
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司（简称河南晋开）二分公司百万吨总氨项目包括两期600 kt/a（共1 200 kt/a）合成氨及配套工程（一期合成氨装置与二期合成氨装置工艺完全相同），其净化工段变换系统采用的是传统的“四变五炉绝热式”（一变炉分两段并联分流进气，二变炉、三变炉以及四变炉为单炉串联进气）变换工艺，变换系统作为合成氨装置的重要一环，在很大程度上直接影响着整条生产线的运行周期和效率。2013年开车至今6 a来，合成氨装置出现了各类问题，通过逐步摸索，问题基本上得到解决并积累了操作经验，但变换系统的不少问题，如CO变换率低、系统压差大、系统低品位热能较多、运行能耗高等，则一直困扰着我们。为此，对一期合成氨装置变换系统实施了改造。以下对有关情况进行介绍。
1 变换系统概况
1.1 变换系统的作用
变换系统的作用就是将气化系统（采用航天炉）送来的粗煤气中的CO和H2O（g），在催化剂的作用下反应生成H2和CO2［CO+H2O（g）CO2+H2+41.16 kJ/mol］，为下游低温甲醇洗系统输送合格的变换气，同时利用反应热副产蒸汽并回收系统冷凝液。
在合成氨生产过程中，气化炉制取的粗煤气中都含有CO，CO并不是合成氨生产所需的原料气，而且会使氨合成催化剂中毒，因此须将其除去，以便为氨合成提供良好的环境；同时，变换产生的H2是氨合成的必要原料，而产生的CO2又是生产尿素和液体CO2等的原料气。因此，变换过程既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。
1.2 变换系统改造背景
河南晋开合成氨装置变换系统主要存在的问题如下：变换炉（绝热变换炉）变换效率太低，出口变换气CO含量高，液氮洗系统操作难度大；变换系统阻力大，会导致航天炉超压而存在安全隐患，且造成航天炉负荷加不满；副产低品位蒸汽（主要为0.3 MPa蒸汽）量大而无处消纳，为防止蒸汽管网超压，只得全部直接放空，导致系统热量损失大，能耗较高。
据了解，近年来新兴的水移热等温变换炉（简称等温变换炉），与传统的绝热变换炉相比，具有单炉压差小、副产蒸汽品质高、炉温控制相对简单且调整灵活等优点，经综合分析与研究，河南晋开决定在一期合成氨装置（简称一期装置）一变炉处并联1台等温变换炉，以利一期装置的稳定、高效、高负荷运行。
增设等温变换炉的技改方案确定后，2019年2—6月开始打基础，吊装设备、配管；6月22日一期装置停车，绝热变换炉接入系统；7月26日一期装置重启，系统运行状况良好。投稿时二期合成氨装置（简称二期装置）本项技改处于土建期。
2 等温变换炉简介
2.1 等温变换炉的基本构造
等温变换炉规格φ3 700 mm，外筒与内筒间隙100 mm；套筒个数n=1 686个，套筒规格φ45 mm×φ32 mm；中心筒φ900 mm，中心筒内排污管φ108 mm；汽包规格φ1 800 mm×7 000 mm；催化剂管n=142根，催化剂管规格φ42 mm。
汽包水汽侧配有1台循环泵（用于等温变换炉开车期间炉水强制循环以提升催化剂床层的温度）以及1台锅炉水排污罐。
2.2 等温变换炉的粗煤气及水汽流程
2.2.1 粗煤气流程
粗煤气经脱毒槽后由等温变换炉底部进入其内外筒环隙，充满环隙的气体均匀地径向流过催化剂床层，垂直通过沸腾水管区，反应后的气体进入催化剂床层中心的集气管，在集气管内自上而下流动，由等温变换炉下部出来。
2.2.2 水汽（锅炉水、蒸汽）流程
更多内容详见《中氮肥》2020年第2期