中变生产实践中的几点认识

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1、中变生产实践中的几点认识一、生产背景我公司合成氨系统是联醇流程，生产能力为总氨24 万吨/年。两 套变换（中低低工艺）分别装填中变触媒90T,上一使用周期分别为 3 年和 4 年。因这几年来两套中变触媒使用周期较长，同时受造气工 序掺烧高硫煤的影响,触媒层（特别是上段触媒层）粉化严重,触媒 存在局部团聚现象,床层阻力大,气体偏流严重,并且局部含有较高 硫分。从触媒使用效果来看,尽管触媒使用时间较长,活性依然仍能 保持生产需要。但因中变炉床层阻力短期内上升较快,导致系统无法 满量生产,并且压缩机二出超压,系统只能降低负荷和超压操作。另 外,系统大修更换触媒时,若仍按传统的氧化降温方法,则时间过长

2、 （约需 6 天）,变换检修任务成为制约全系统检修的控制点。二、中变炉加副线、降低床层阻力保证系统满负荷生产1、中变炉床层阻力上升的原因分析导致中变炉床层阻力上升的原因有多种,由于我公司床层阻力 是在正常生产过程中逐步上升的,可以排除是由于开停车处理不当造 成的。结合实际生产过程中半水煤气中 H2S 的增加及频繁大幅度波动 等情况分析，造成中变炉床层阻力上升的主要原因应当是受h2s波动 的影响。催化剂硫中毒反应为：Fe3O4+3H2S+H2=3FeS+4H2O该反应为可逆反应。随着进口 h2s的上升和波动，触媒反复发生中毒 反应，部分中变触媒活性组分发生 Fe3O4FeS 之间的转化，由于 F

3、e3O4、FeS二者晶体结构不同，H?S的频繁大幅度波动会造成二者在 不同晶体结构之间反复相互转化，导致触媒颗粒严重破碎粉化、强度 下降、床层阻力急剧上升，这一影响则为不可逆过程，每次h2s波动 都会造成影响。2、降低中变炉阻力的方法由生产数据分析，因有低变触媒作为后盾，中变本身对变换率要 求不高，且后工序为联醇生产，可承受较高的变换成分。经对中变各 段压差进行测试，中变阻力主要集中在上段。我们认为可以利用中变 炉上段触媒层装料孔和中段喷水室人孔，给中变炉上段触媒层增加一 条副线，使部分煤气不经上段直接进入中段床层，进而降低中变炉床 层阻力，而且副线开度可以自由调节。副线投运后，相当于降低了中

4、 变上段触媒层的负荷，系统阻力得以部分降低。同时，因为中段触媒 层的负荷增加，我们对中变炉温度控制进行了适当调整，原上段触媒 层温度控制保持不变，将中段触媒层热点温度适当提高，由原先的 430土8C提至450土8C，同时适当增加外加蒸汽量，这样在保证上 段触媒活性的情况下，提高了中变中段触媒的出力率，经过调整后， 中变出口 CO成分的控制基本上能与加副线以前保持一致，并且在系 统处理气量增加的情况下能保证CO成分的正常调节。表一：中变炉加副线前后CO成分分析结果（1#）时间系统 进口中变上 段出口变口 中出低变 出口中变上段 变换率中变 变换率低变 变换率加副线前02.8.1231.818.8

5、10.677.1434.4 %60.04%72.4%02.8.2332.319.910.57.3532.02 %61.8%72.0%平均32.0519.3510.597.2533.20 %60.55%72.15加副线后03.1.0832.511.27.6558.94%71.03%03.1.2432.310.897.8259.78%70.03%平均32.411.057.7459.34%70.64%加副线前后因上段触媒层通过气量发生变化，变换率未作比较。3、中变炉加副线的可行性分析 变换炉常用的段间冷激方式有水冷激流程和煤气冷激流程两 种。我厂变换炉段间就是使用的水冷激流程，利用水汽化吸收热量来

6、调节进入中、下段触媒层的气体温度。而煤气冷激则和水冷激相似， 只不过冷激介质由水改为半水煤气。我们利用中变炉上段触媒层装料 孔和中段喷水室人孔，给中变炉上段触媒层增加一条副线，使部分煤 气不经上段直接进入中段床层，实际上是相当于在上、中段触媒层之 间增加了一条煤气冷激副线，这正和煤气冷激流程一致，因此这一方 法是在工艺上是可行的，加副线后冷激流程相当于水冷激和煤气冷激 相结合的新流程。 中变触媒在中低低工艺中使用时，随着时间的延长，受低汽气 比和高H2S影响，发生过度还原和H2S中毒粉化的主要集中在上段。 在触媒使用后期，部分气体不走活性降低的上段触媒层，对触媒层温 度进行适当调整后，中变变换

7、率影响不大，并且能保证CO成分的正 常调节。 我公司中变催化剂装填量较大，且后工序为合成氨联产甲醇工 艺，醇氨比控制较高，对变换出口 CO成分要求较高（6 8%）,部分 气体直接进中变炉中段后，不影响成分控制，蒸汽消耗量增加不多就 可很稳定的控制CO成分。中变炉加副线后，对后工序生产不会造成影响。 因为我们所加副线是利用两段人孔，对变换炉设备本身没作任 何改动，仅仅是破坏了人孔接口短管处的保温，但我们在副线与变换 炉人孔对接时作了充分的考虑，设计了专门的结构，解决了人孔短管 保温问题，因此从设备安全角度考虑，该方法也是可行的。4、加副线示意图|=中变炉上段触媒层中段喷水室下段触媒层5、副线投运

8、后运行效益分析2002 年 9 月份中修开车投运中变炉副线投运后，在系统增加 4 台机气量的情况下，中变炉压差降低，仍能保证变换系统压差降低0.03-0.05MPa。避免了进一步提高变换进口压力造成系统超压带来的 严重安全隐患。具体数据见表一。表二：变换各项压力数据详细对比数据时间负荷（台机）进口压力MPa系统压差Mpa中变压差Mpa9.109： 00130.8340.1330.10116： 00160.8920.1840.1349.1110： 20180.910.2230.164投副线18： 30190.9240.2150.1289.159： 50190.9230.2030.1239.168

9、： 00190.9260.2140.1289.1712： 20190.9260.2220.11912.1315： 00190.9390.180.11312.1512： 00190.9280.1760.1112.199： 00190.9390.1790.1142002年9月份中修前，变换超压力指标0.045MPa运行，成为系 统瓶颈。8月份平均台时产量为1.63 t/台时。中变炉副线投运后，在 系统压力降低的情况下，台时产量平均达到1.67t/台时，有效的保证 了系统在较高负荷下运行。如果不加中变炉副线，唯一的办法只有更 换中变触媒才能降低系统阻力，中变炉副线投运后亦相当于延长了中 变触媒的使用

10、周期。三、中变触媒氧化降温、升温还原新操作法1、传统氧化降温规程 我公司变换中变触媒传统氧化降温规程为：利用大流量的蒸汽将 触媒层温度降至250C以下后，再开罗茨风机向系统配入少量空气， 逐步对中变触媒进行氧化，调节蒸汽与空气的比例来控制氧化过程中 触媒层温度，若触媒层温度暴涨，则少加或停加空气，用大量蒸汽将 温度降下来后再重新加大或恢复空气配比进行氧化。氧化结束后，停 止向系统加蒸汽，用空气将触媒层温度降至60C左右，开中变炉各 人孔架排风扇进行强制通风降温，等候扒触媒。整个氧化降温过程从 上到下，一段一段依次进行。2、传统氧化降温规程存在问题 在传统氧化降温过程中，触媒层阻力较大，降温时又

11、有蒸汽作 为调温介质，势必造成中变炉以前系统压力较高，用风机送空气，风 机压力低（最高约33Kpa）,低压空气难以顺利加入系统。唯一的办 法是减小蒸汽加入量，降低中变炉以前压力，使空气顺利加入系统， 待触媒层有剧烈的温升反应时再加大蒸汽量，将触媒层温度压下来后 再减蒸汽量，而加大蒸汽量势必会导致空气加不进系统，氧化过程停 止。这样就存在以下问题：减蒸汽（便于空气进入氧化触媒） 触媒层氧化超温温度恢复正常加大蒸汽量压温（空气量减小或停止致使氧化进度变慢或停 止）整个氧化过程中必然会因为炉温波动幅度较大，频繁存在进行以上所 示循环过程，导致氧化时间过长。 传统氧化降温过程只能按中变炉上中下三段触媒

12、的顺序逐步 一段一段的进行，上段氧化结束后，才能氧化中段，依次进入下段。 而本次氧化降温因为上段触媒情况较为复杂（阻力大、触媒局部粉化 团聚、偏流严重、含硫量高），上段触媒的氧化将占据整个氧化过程 的大部分时间，待上段触媒氧化结束后再依次进行中下段触媒的氧 化，中下段触媒在较长时间内是在等待氧化降温，由此以来必然会大大延长整个氧化降温时间。3、新氧化降温操作法2003年5月，我公司组织年度计划中修，计划中修时间为7 天。 按照2000年5月份的经验，用传统方法对改造后的4500中变炉触 媒进行氧化降温，时间不少于6 天，这样，在公司允许的检修时间内 根本就无法保证按时完成变换工序的检修任务。我

13、们经过充分探讨决定：整个触媒层在氧化初期不用风机送空气 而用压力较高的仪表空气，以解决系统阻力大空气难以加入的难题； 同时利用系统各倒淋对中变炉三段同时通仪表空气，使三段触媒同时 氧化，保证在上段触媒氧化结束时，中下段触媒同时氧化结束（或提 前氧化结束），从而能大大缩短氧化时间；在三段触媒氧化结束后， 再改用脱硫风机送空气进行空气降温。按以上思路操作必然会保证按 时完成氧化降温。具体操作方法如下： 用大流量蒸汽将触媒层温度降至250C以下后开始向系统通空气氧化触媒； 开中变炉以前设备倒淋、中变炉上段及中段出口倒淋，同时向 中变炉三段通仪表空气氧化触媒（提前配管将仪表空气和中变炉以前 设备倒淋、

14、中变炉上段及中段出口倒淋连接），中变炉上段视温升情 况用蒸汽加入量调节调节床层温度，中下段用喷水调节温度。 待加仪表空气所用阀门全开，蒸汽加入量较小且床层温度比较 稳定时，开脱硫风机向系统送空气，视温升情况控制风机压力和蒸汽 加入量。 逐步减小蒸汽加入量至全停，加满风机压力向系统大量送空气进行空气降温。4、新氧化降温操作法的特点 氧化过程中用仪表空气代替风机所送空气，因仪表空气压力较 高，空气加入量基本不受蒸汽加入量的影响，氧化过程比较平稳，不 存在上面所述循环过程，即使在床层温度上涨较快蒸汽压温的时候， 平稳加入的空气仍能保证氧化过程始终进行。 三段同时氧化，避免了在上段触媒氧化的同时，中下

15、段触媒处 于等待氧化的问题，将三段触媒依次氧化变为同时氧化，可以节约约 1/2-2/3 的氧化时间。 尤其适用于内径较大，触媒层中死角较多的炉型。 因在氧化过程中，中下段需用喷水调节触媒层温度，更换后的 触媒不宜回收。5、对传统升温还原程序加以改进2003 年中修中变触媒升温还原过程中，我们改变了过去一直使 用压缩机二出所送半水煤气作为还原介质的方法，将触媒还原初 期所用半水煤气改用脱硫风机送，中变炉内装全新触媒，阻力较小， 风气送煤气能顺利加入系统。因风机压力较低，操作调节比较容易， 煤气加入量调节简单，有效避免了因压缩机二出压力较高，触媒还原 初期系统进口阀门较大，难以控制煤气加入量，而触媒还原反应比较 灵敏，导致长期以来存在还原温度波动较大，炉温经常超标等问题。 在还原后期再倒用压缩机二出半水煤气继续还原，因还原基本结束， 温度容易控制。按以上方法操作，在整个还原期间，触媒层温度比较 稳定，基本上没有大起大落