孙亚非
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］四川泸天化股份有限公司全套引进的1 000 t/d合成氨装置于1976年10月投产，采用 KBR合成氨工艺，曾进行过2次扩能降耗改造，第二次扩能降耗改造中，为降低系统阻力，将变换系统的高变炉由轴向流结构改为轴径向流结构，低变系统增设1台并联的与老低变炉（104-DB）同结构的新低变炉（104-DB1），2台低变炉历次装填的低变催化剂均实现了长周期运行（超过预期使用寿命）。简介本合成氨装置低变系统工艺流程和低变催化剂的装填及使用情况，总结低变催化剂实现长周期运行的管控经验，包括低变催化剂首次升温还原投运、低变炉开停车、低变催化剂日常运行管理及异常工况处理、停车期间低变催化剂的保护、低变催化剂使用寿命末期的判断等，即需对其全寿命周期进行全面管控，以利实现低变催化剂的长周期、优质运行。
［关键词］合成氨装置；低变催化剂；长周期运行；管控经验；升温还原；开停车；日常运行管理；充氮保护
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）05-0019-04
1 概 述
四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）由美国M.W.Kellogg公司（简称KBR）全套引进的1 000 t/d合成氨装置于1976年10月投产；1988年采用KBR公司提供的设计方案进行了第一次扩能降耗改造，合成氨装置产能提高到1 150 t/d，吨氨能耗由9.37 Gcal降到8.32 Gcal；2004年采用KBR公司提供的设计方案进行了第二次扩能降耗改造，合成氨装置产能提高到1 500 t/d，吨氨能耗由8.32 Gcal降到7.86 Gcal。在第二次扩能降耗改造中，为降低系统阻力，将变换系统的高变炉（104-DA）由轴向流结构改为轴径向流结构，低变炉系统则增加1台并联的与老低变炉（104-DB）同结构的新低变炉（104-DB1），104-DB和104-DB1各处理约50%的变换气；同时，2台低变炉入口总管新增1台冷激器（SP-7-02）和气液分离罐（121-F，放置在104-DB1上面），以控制老低变炉和新低变炉的入口气温度。
低变系统工艺流程为，高变炉（104-DA）出来的CO含量≤3.12%（干基）、CO2含量约15.39%（干基）的高变气，依次经高变气废热锅炉（103-C）、甲烷化炉进气加热器（104-C）后被冷却至约230 ℃；低变系统进口气淬冷水由工艺冷凝液泵（1001-J/JA）提供，开车/事故备用水源则来自锅炉给水泵（104-J/JA），正常生产中用TIC-367控制低变炉入口气温度，以控制至喷头（SP-7-02）的淬冷水量，水量由FI-80测定，低变入口气温度降至约197 ℃并经气液分离罐（121-F）分离液相后进入2台并联的低变炉（104-DB/DB1），2台低变炉均为轴向流结构，在低变炉中气流自上而下流动，在更低的变换温度下CO与H2O进一步发生变换反应生成H2和CO2；低变炉出口气中的CO含量降至约 0.2%（干基）、CO2含量升至约17.80%（干基），经脱碳再沸器（1104-C/1105-C）回收热量，进一步冷却分离后进入CO2吸收塔（1101-E）脱除变换气中的CO2。
2 低变催化剂装填及使用情况
老低变炉（104-DB）装填低变催化剂56 m3，上一炉低变催化剂于2008年10月1日还原后并入系统，至2020年12月大修时使用了12 a，超过8 a的预期使用寿命；本炉低变催化剂2021年2月投用，迄今已使用超过1 a。新低变炉（104-DB1）装填低变催化剂56 m3，上一炉低变催化剂于2003年12月22日还原后并入系统，至2012年3月10日更换时使用了8.2 a；本炉低变催化剂于2012年5月1日还原后并入系统，迄今已使用约9.5 a，目前该炉低变催化剂仍将继续使用。合成氨装置低变催化剂的装填及使用情况见表1。
3 低变催化剂长周期运行管控经验
3.1 低变催化剂还原管控
泸天化1 500 t/d合成氨装置变换系统低变催化剂是以氧化态供应的，首次投入运行前必须极其小心地、有控制地进行还原处理（CuO+H2====Cu+H2O+86.6 kJ/mol），使低变催化剂的主要成分氧化铜变成具有细小晶粒的铜微晶，催化剂才有活性。本合成氨装置以天然气为原料，天然气中的C3以上烃类物含量<0.2%，因此选择经氧化锌脱硫后的原料天然气分流降温后作为低变催化剂的还原载气，载气中配入还原介质氢气，出低变炉的载气天然气回收至本系统用作燃料气。催化剂还原反应放热量大，且低变催化剂热敏感性强，因升温还原操作不慎而烧坏催化剂的情况屡见不鲜，催化剂还原质量的好坏直接影响其活性和使用寿命，直接关系到企业的经济效益，必须高度重视催化剂升温还原过程的管控。在低变催化剂的还原及首次投用过程中，泸天化通过采取以下管控措施取得了良好的还原效果，并实现了装置同步生产、单炉低变催化剂还原及载气全部回收。
3.1.1 氮气循环升温阶段
开车时建立氮气循环升温（含一段炉、二段炉、高变催化剂、低变催化剂升温），目的是除去氧化态低变催化剂中吸附的物理水，并最终升温至催化剂的起活温度（约165 ℃）。如有待还原的低变催化剂，先将待还原的这炉低变催化剂升温至起活温度后切出系统，用盲板隔离出来准备还原；无需还原催化剂的另一台低变炉则按正常开车程序投运，合成氨装置同步正常生产。
3.1.2 引入还原载气天然气
更多内容详见《中氮肥》2022年第5期