张金辉，郭志强
（贵州开阳化工有限公司，贵州 开阳550306）
［摘 要］贵州开阳化工有限公司500 kt/a合成氨装置变换系统第一中温变换炉、第二中温变换炉自2014年12月起采用KC-103S钴钼系预硫化耐硫中温变换催化剂，第三低温变换炉自2017年5月起采用 KC-102S钴钼系预硫化耐硫低温变换催化剂，由于入变换系统水煤气水气比长期低于设计值，以及变换系统采用激冷水雾化的方式增加水气比并调节变换炉炉温，造成第一中温变换炉催化剂及第三低温变换炉催化剂粉化结块严重，致使第一中温变换炉出口工艺气温度高、变换系统压差较高、变换催化剂使用寿命不够理想等。为此，总结变换系统的运行经验并评估变换系统的改造空间，进行一系列的原因分析及改造探究。目前，开阳化工已将第一中温变换炉内的15 m3鲍尔环改为装填15 m3的φ50 mm耐火瓷球以维持变换系统的运行，下一步将对补水系统及控温流程进行优化改造，预计可取得良好的效果。
［关键词］变换系统；低水气比；激冷水雾化；催化剂粉化结块；原因分析；优化改造；耐火瓷球；补水系统及控温流程
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）06-0017-05
0 引 言
贵州开阳化工有限公司（简称开阳化工）500 kt/a合成氨装置气化系统配套2台科林干煤粉加压气化炉（简称科林炉，两开无备），设计有效气(干基)产能140 000 m3/h、压力3.4 MPa、温度210 ℃、水气比约1.15。由于科林炉属新技术（开阳化工为科林炉在国内最早应用的企业），以及贵州当地煤灰分高等煤质特征，在科林炉的实际运行中出现了一系列问题，为满足生产所需，我们不断摸索操作经验并对气化系统进行了一些优化改造，从而导致系统开停车频繁。其中，原始设计的粗煤气湿法除灰的洗涤水含灰量较高（洗涤水水质差），致使粗煤气经湿法除灰后其灰含量依然不能满足变换系统运行要求，故对粗煤气湿法除灰系统（洗涤水供水源）进行了改造，以弥补原始设计上的不足；但本项改造完成后，生产中发现由于此洗涤水温度低于原始设计值75 ℃（原始设计的洗涤水温度为210 ℃，实际洗涤水的温度只有135 ℃），导致送入变换系统的水煤气温度始终保持在205 ℃、压力3.4 MPa、水气比约0.8。由于水煤气水气比低及变换系统采用激冷水雾化的方式增加水气比存在设计缺陷，造成第一中温变换炉及第三低温变换炉系统出现了一系列的问题，影响了整个变换系统的运行周期。
开阳化工变换系统采用2台轴向中温变换炉及1台低温变换炉，分别为第一中温变换炉、第二中温变换炉及第三低温变换炉，第一中温变换炉催化剂床层采用上下两段式设计，第二中温变换炉与第三低温变换炉催化剂床层采用单段式设计。2012年6月3台变换炉完成催化剂初次装填，2012年11月进入系统开车阶段。2014年12月第一中温变换炉及第二中温变换炉上段更换为昌邑凯特新材料有限公司（简称昌邑凯特）的KC-103S钴钼系预硫化耐硫中温变换催化剂；之后第一中温变换炉催化剂分别于2017年12月、2019年3月、2019年12月进行第二、第三、第四次更换，第一中温变换炉第二、第三、第四炉中变催化剂使用寿命分别为2.3 a、 1 a多和7个月；2019年3月第二中温变换炉更换上层催化剂（下层催化剂未更换），第二中温变换炉第二炉上层催化剂使用4.2 a、下层催化剂使用6.7 a。2017年5月第三低温变换炉更换为昌邑凯特KC-102S钴钼系预硫化耐硫低温变换催化剂，2019年12月再次进行更换，第二炉低变催化剂使用寿命为2.8 a。而KC-103S型中温变换催化剂设计使用寿命≥3 a、期望值≥4 a，KC-102S型低温变换催化剂设计使用寿命≥5 a、期望值≥5 a。可以看出，变换催化剂使用寿命不够理想。深入分析认为，入变换系统水煤气水气比长期低于设计值，而且第一中温变换炉下层及第三低温变换炉设计上采用激冷水雾化的方式增加水气比及调节炉温，此种调节方式对实际运行条件要求苛刻，调节余量小，造成第一中温变换炉下层催化剂、第三低温变换炉催化剂粉化结块严重。为此，我们总结变换系统的运行经验并评估变换系统的改造空间，进行一系列的原因分析及改造探究，经综合考虑，决定对第一中温变换炉催化剂床层填料的填装方式及变换系统补水及控温流程等进行优化改进。以下对有关情况作一简介。
1 变换系统工艺流程简介
气化系统来的水煤气［设计流量161 686 m3/h（干基）、压力3.4 MPa、温度210℃、水气比约1.15］，进入变换系统水分离洗涤器（V2001）进行凝结水分离及洗涤后，60%的水煤气经中温换热器（E2001）换热至（250±5）℃后进入第一中温变换炉（R2001）；第一中温变换炉（R2001）分为上、下两个床层，热点温度为（470±5）℃，上段催化剂床层有工艺气调温，上/下催化剂床层之间配有雾化水冷激调温（设计激冷水用量为20 m3/h）。出第一中温变换炉（R2001）的工艺气CO含量为4.76%（干基）、温度420 ℃，经中温换热器（E2001）与进第一中温变换炉（R2001）的工艺气换热后，与来自水分离洗涤器（V2001）余下的40%的水煤气混合，一起进入1#容器式淬冷器（V2002）被雾化水进一步降温至（260±5）℃并增加水气比，再进入第二中温变换炉（R2002）。第二中温变换炉（R2002）热点温度控制在（450±5）℃，经变换反应后，出第二中温变换炉的工艺气CO含量降至2.67%（干基）、温度降至345℃，经管道淬冷器（X2002）降温并增加水气比后，进入中变废热锅炉（E2002）与脱氧水换热副产1.0 MPa的饱和蒸汽，中变气温度降至（220±5）℃后进入低温变换炉（R2003）。低温变换炉（R2003）热点温度控制在（250±5）℃，出低温变换炉（R2003）的工艺气CO含量降至0.77%（干基）、温度降至232℃，低变气进入低变废热锅炉（E2003）与脱氧水换热副产0.5 MPa的饱和蒸汽，低变气温度进一步降至（168±5℃）后，经第一水分离器（V2003）分离出冷凝水，再经锅炉给水加热器（E2004）、脱盐水换热器（E2005）、循环水换热器（E2006）进一步冷却并经洗氨塔（T2001）洗涤后送入低温甲醇洗系统。
2 变换系统运行问题及原因分析
2.1 变换系统运行问题
更多内容详见《中氮肥》2021年第6期