明宇
（晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司，山西 高平048400）
［摘 要］晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司“40·60”工程原设计有2套双甲精制（醇烷化）-卡萨利低压氨合成系统，2016年引进其他厂停用的“18·30”设备又增建了1套醇烃化-高压氨合成系统，因醇烃化-高压氨合成系统生产中存在一些问题，在对标学习山西晋丰煤化工有限公司醇烃化改醇烷化工艺技改之后，天源山西化工开始考察醇烃化工艺技改为醇烷化工艺的相关问题。为探究本项技改的优劣势、经济性，评估技改的必要性，从生产连续性、主要产品产量、副产品综合收益和废液处置等方面进行了详细分析，得出如下结论：如果合成氨企业的主生产装置采用的是醇烃化工艺，应积极考虑技改为醇烷化工艺；天源山西化工醇烃化系统是独立于主装置（醇烷化-卡萨利低压氨合成系统）之外的第三套合成氨生产系统，鉴于其技术相对落后、功耗较高、产能小、开停车消耗低、杂醇和废液总量少、技改投资大等特点，不建议实施醇烃化改醇烷化工艺技改，而是通过推进冷却系统的优化技改、充分利用醇烃化系统醇氨比的调整弹性，开好本套醇烃化-高压氨合成系统，充分挖掘装置的潜力，赢取稳产高产。
［关键词］合成氨装置；醇烷化工艺；醇烃化工艺；运行问题；醇烃化改醇烷化；优劣势分析；经济性分析
［中图分类号］TQ113.26+4.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0018-06
0 引 言
晋能控股装备制造集团天源山西化工有限公司（简称天源山西化工）“40·60”工程以尿素为主要产品，2005年4月建成投产，主体生产装置2套并联，设计产能为360 kt/a合成氨、40 kt/a甲醇和600 kt/a尿素。上游气化系统以煤为原料生产半水煤气，经变换、脱硫、脱碳等系统对工艺气进行初步净化，采用双甲精制（醇烷化）-卡萨利低压氨合成系统生产液氨。2016年通过引进其他厂停用的“18·30”设备，天源山西化工又技改增建了1套醇烃化-高压氨合成系统，成为独立于醇烷化-卡萨利低压氨合成系统之外的第三套合成氨装置；本套装置建设的主要目的是最大限度利用前工序富余的生产能力多产液氨，同时作为前2套主体生产装置应急检修时的产能替补，虽然本套合成氨装置设计产能为160 kt/a，但实际最大产能仅达设计产能的75%左右，且日常生产中因上游系统负荷波动，产能占比更低，实际生产负荷较低。由于第三套合成氨装置醇烃化-高压氨合成系统生产中存在一些固有的问题，在对标学习山西晋丰煤化工有限公司（简称晋丰煤化）醇烃化工艺改醇烷化工艺技改经验之后，天源山西化工开始考察醇烃化工艺技改为醇烷化工艺的相关问题，为探究实施本项技改的优劣势、经济性，评估技改的必要性，以下笔者从生产连续性、主要产品产量、副产品综合收益和废液处置等方面进行分析。
1 醇烃化系统简况
天源山西化工第三套合成氨装置醇烃化系统设置3个子系统，分别为醇化系统A、醇化系统B和烃化系统；其中，2个醇化子系统可单独运行，也可前后互换（串联运行时），可以串联运行也可以并联运行，可以开循环机也可以不开循环机，亦能做到单塔循环或双塔循环，醇氨比调节适应性强。
醇烃化系统工艺流程简图见图1。来自2个系列精脱硫工段的原料气CO含量≤5.0%、CO2含量≤0.38%、H2S含量≤0.1×10-6，经增压机提压至7.9 MPa后进入联合增压机，联合增压机一段出口工艺气压力约14.5 MPa，首先进入补气氨冷器，温度降至5～10 ℃后进入补气油分，工艺气中少量的油水被分离下来，通过底部排油阀定期排放油水；出补气油分的气体与醇烃化循环机来的循环气汇合后进入醇化循环气油分A，分离掉工艺气中夹带的少量油水后大部分进入醇化预热器A壳程与管程的反应气换热，回收反应热后的工艺气温度升至160 ℃，从底部进入醇化塔A；出醇化塔A的反应气进入预热器A管程，温度降至80 ℃后进入醇化水冷器A，在醇化水冷器A中经循环水降温至40 ℃以下后进入醇分A。从醇分A出来的气体与醇烃化循环机来的循环气汇合进入醇化循环气油分B，分离掉工艺气中夹带的少量油水，接着进入醇化预热器B回收反应热后与烃化塔环隙气汇合从底部进入醇化塔B，出醇化塔B的反应气进入预热器B管程，温度降至80 ℃后进入醇化水冷器B，在醇化水冷器B中经循环水降温至40 ℃以下后进入醇分B，分离粗甲醇后的醇后气（CO+CO2）含量≤0.4%，进入烃化系统。醇后气分三路进入烃化系统，第一路经DN150管线直接进入烃化预热器壳程回收醇后气的反应热，另两路经DN175管线从烃化塔底部进入烃化塔环隙降低塔壁温度后从顶部出塔，与第一路醇后气汇合进入烃化预热器，预热后入烃化塔反应；出烃化塔的反应气进入烃化预热器降温至80 ℃后进入烃化水分离器A，分离出的气相进入烃化水冷器，在烃化水冷器中经循环水降温至40 ℃以下后进入烃化氨冷器，在烃化氨冷器中降温至 5～15 ℃后进入烃化水分离器B，经两级水分离后烃后气（CO+CO2）含量降至10×10-6以下，小部分烃后气返回循环机继续反应，大部分烃后气经联合增压机二段增压后送入氨合成系统。
如果选择醇化塔“循环”，则工艺气从醇化后分一部分经循环机返回醇化塔进口参与循环，其余大部分工艺气进入烃化系统，出烃化系统的全部烃后气经联合增压机二段增压后进入氨合成系统。
2 醇烃化系统生产现状
现阶段天源山西化工新鲜气（来自联合增压机一段）补气量为50 000 m3/h，采用醇化塔A串醇化塔B串烃化塔的流程，烃后气经联合增压机二段增压后送入氨合成系统，由于上游变换系统和脱碳系统生产工艺的限制，补气中的CO和CO2含量较高，醇化塔反应热量大，需开循环机控制醇化塔催化剂床层温度；同时，为降低醇化塔B电炉的使用率，在补气油分后使用循环气油分B为醇化塔B补入约20 000 m3/h的新鲜气（来自联合增压机一段）。如此可保证醇化塔A和醇化塔B的自热平衡，烃化塔电炉需带电运行。
3 醇烃化系统运行中存在的问题
本套醇烃化系统经过半年的运行之后，烃化系统结蜡严重，由于气量未达到设计负荷，各换热器的压差并未有明显变化，主要影响表现在烃化氨冷器上——烃化氨冷器温度工艺控制指标为5～15 ℃，而一般烃化系统内蜡质物在40 ℃以下开始凝结，造成蜡质物在烃化氨冷器换热列管内凝结成固体，蜡质物导热系数非常低（约为钢铁的1/5），导致烃化氨冷器失去换热功能，烃化氨冷器出口气温度逐渐上涨至35 ℃，由此带来如下一系列问题。
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期