张攀超，王凯，常起
（新疆心连心能源化工有限公司, 新疆 玛纳斯832200）
［摘 要］新疆心连心能源化工有限公司280 kt/a合成氨装置气化系统采用四喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，变换系统采用宽温耐硫变换工艺，从2015年开车至今，变换系统开车导气时时常出现催化剂床层超温现象。为此，据业内变换系统开车导气时的情况并结合参与开车的经验，通过对正常生产、开车导气、负荷调整时变换催化剂床层温度的观察和分析，得出了变换系统开车导气时催化剂床层超温的原因，提出了预防变换系统开车导气（采用等压导气法）超温的具体操作措施；同时，对业内常用的变换系统开车3种导气方法——低压导气法、一次性通过法、等压导气法进行比较，认为等压导气法是目前6.5 MPa水煤浆加压气化工艺之绝热变换炉导气中操作简便、容易控制、催化剂床层不易超温的操作方法。
［关键词］水煤浆加压气化；变换系统开车导气；催化剂床层超温；原因分析；预防措施；低压导气法；一次性通过法；等压导气法
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）03-0029-05
0 引 言
新疆心连心能源化工有限公司（简称新疆心连心）280 kt/a合成氨装置气化系统采用四喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，变换系统采用宽温耐硫变换工艺。从2015年开车至今，新疆心连心合成氨装置变换系统开车导气时常出现催化剂床层超温现象，而变换系统开车导气超温一直是业内的一个难点问题。为此，从正常运行与开车导气时变换催化剂床层温度变化等方面入手，分析变换系统开车导气超温的原因，并提出应对措施，以期解决水煤浆加压气化工艺之绝热变换炉导气超温的问题。
1 变换系统工艺流程简述
来自气化系统水洗塔经蒸汽饱和的粗煤气，由1#气液分离器（V2001）分离水分后进入变换炉进料加热器（E2001），与变换气换热升至反应所需温度275～305 ℃后进入煤气过滤器（R2001），进一步除去粗煤气中的杂质，之后进入一变炉（R2002）进行变换反应，使粗煤气中的CO含量降至约3.54%；出一变炉的高温气体（445 ℃）经蒸汽过热器（E2002）与中压废热锅炉（E2003）副产的中压饱和蒸汽换热后，中压饱和蒸汽升温至400 ℃、变换气降温至426 ℃，变换气再经变换炉进料加热器（E2001）换热后降温至365 ℃，进入中压废热锅炉（E2003）副产4.0 MPa中压饱和蒸汽，温度降至265 ℃，然后进入二变炉（R2003）进行深度变换反应（289 ℃），使变换气中的CO含量降至约1.5%；出二变炉的变换气进入高压锅炉给水预热器（E2004），温度降至约235 ℃后进入2#气液分离器（V2002）进行气液分离，分离掉水分后进入低压废热锅炉（E2005）副产低压饱和蒸汽，变换气降温至170 ℃，之后进入3#气液分离器（V2003）进行气液分离，分离掉水分后依次进入脱盐水预热器（E2006）、变换气水冷器（E2007），降温至40 ℃后进入洗氨塔洗涤除去其中的NH3，之后变换气送往低温甲醇洗系统。
2 业内变换系统开车导气时的情况
从2011年参加河南心连心化学工业集团（简称河南心连心）四分厂变换系统原始开车距今已近10 a，期间参加培训和考察的厂家有十几家，从收集的信息来看，目前各厂家变换系统采用的开车导气方法主要有低压导气法、一次性通过法及等压导气法，不管采用何种导气方法，变换催化剂床层超温现象总是很难完全避免。
从2013年河南心连心四分厂开车到2015年新疆心连心开车直至2020年，此期间笔者参与的变换系统开车导气有几十次之多，变换系统开车导气方式，从最早采用的低压导气法，到现在采用的一次性通过法、等压导气法，虽然变换催化剂床层超温现象有所减少，但难以完全杜绝，超温现象仍会出现。
据6.5 MPa水煤浆气化工艺后续之绝热变换工艺要求，各厂家一变炉设计温度为480 ℃、催化剂使用温度在500 ℃以下，一般以两者之低值为控制指标；生产中，为保证一定裕量，通常一变炉温度指标为460 ℃、二变炉温度指标为310 ℃。所谓超温，就是指催化剂床层温度超过变换炉工艺指标。目前业内变换系统开车导气时催化剂床层温度超过470 ℃比较常见，温度高至500～600 ℃甚至超过热电偶量程也偶有发生，而变换催化剂床层超温，轻则会延长开车时间、降低催化剂活性、缩短催化剂使用寿命，重则会使催化剂烧结而无法使用，甚至危及设备及人身安全。
3 变换系统开车导气超温的原因分析
变换工艺如果设计合理，正常生产时变换催化剂床层温度从进口至热点温度呈线性分布，在粗煤气量变化不大的情况下，变换反应温度接近平衡时的热点温度，不会出现超温现象，超温一般发生在开车导气和气量波动较大的生产调节过程中。为找出变换催化剂床层超温的原因，以下对正常生产、开车导气、负荷调整时变换催化剂床层温度进行梳理与分析。
3.1 正常生产时
新疆心连心合成氨装置变换系统一变炉共装填催化剂56 m3，催化剂床层高度4.9 m，催化剂床层自上而下大致每间隔1.1 m设置有1组热电偶，将催化剂基本分为4段，即整个床层共设置有4组热电偶，按从上至下顺序分别称之为A测点、B测点、C测点、D测点。绝热变换一变炉结构示意见图1。
更多内容详见《中氮肥》2021年第3期