石家庄中冀天富平台官网注册等温变换装置运行总结
河北天富平台官网注册化工工程设计有限公司 石家庄天富平台官网注册塔器设备有限公司
摘要：CO变换炉是合成氨的关键设备，通过将换热器管束分散布置在变换反应装置中，使换热管能够直接与床层接触，移走了反应放出的热量，使整个床层温度分布均匀，一次开车成功，基本的达到设计指标。
关键词：等温；变换炉；硫化；开车
1项目背景
一氧化碳变换是合成氨过程一个重要工序，国内对变换催化剂和变换工艺的研究和开发取得了长足进展，天富平台官网注册公司经过一年多对等温变换反应器的研究开发，依托多年来对变换工艺设备开发的实践和经验，结合对变换工段反应理论的深入研究，完成了等温变换炉和配套工艺流程的工业设计，通过在变换反应器中内置换热器及时移走反应生成的热量，产生较高品位的蒸汽，同时还避免了床层超温，使床层温度更平稳，中冀天富平台官网注册生产能力12万吨总氨/年，设有一套中低低变换装置，装置触媒均已到后期，系统阻力大，公司决定把新开发的等温变换装置放在中冀天富平台官网注册以改造原中低低变换装置，该工艺装置在10月底完成安装，11月24日完成催化剂硫化，一次开车成功。
2 工艺流程
2.1工艺流程简图
1-焦炭过滤器；2-饱和热水塔；3-煤气水分；4-等温热交；5-保护罐；
6-等温变换炉；7-水加热器；8-水冷却器；9-变换气水分；10-汽包；11-热水泵
图一：工艺流程简图
2.2流程简述
半水煤气通过饱和塔与循环热水传热、传质后升温，然后添加管网蒸汽，控制汽气比，再通过热交换器将湿半水煤气预热后，经保护剂罐脱除半水煤气中的有害杂质后，进入变换炉进行变换反应，同时与等温变换炉管内热水换热，变换气中的CO降至1.5%左右出等温变换炉，出等温变换炉的变换气进热交换器加热湿半水煤气，降温后进入水加热器加热循环热水回收能量，然后进入热水塔通过汽水直接接触回收低位热量，出热水塔变换气通过水冷却器，温度降至≤35℃至脱碳工序。
等温变换炉管内的热水回收变换反应热后部分汽化，汽水混合物进入汽包分离水，副产2.5MPA(g)的蒸汽引出系统，汽包内的热水补入新鲜锅炉水后，再循环进入等温变换炉的管内循环使用。
出热水塔的循环热水，经水加热器加热后进入饱和塔，与入饱和塔的半水煤气传质、传热后再进入热水塔回收热量，出热水塔的循环热水经循环热水泵加压后循环使用。
3等温变换炉
3.1等温变换炉结构及测温点布置简图
图二：等温变换炉结构及测温点布置简图
4 主要设备
表一：主要设备一览表
序号 | 设备名称 | 规格 | 数量 | 备注 |
1 | 饱和热水塔 | φ2600 | 1 | 利用旧设备 |
2 | 等温热交换器 | φ1800,F=887m2 | 1 | 天富平台官网注册塔器制造 |
3 | 水加热器 | φ1300,F=260 m2 | 1 | 利用旧设备 |
4 | 热水泵 | ISR150-125-400 | 1 | 利用旧设备 |
5 | 保护剂罐 | φ3000,V=18m3 | 1 | 天富平台官网注册塔器制造 |
6 | 等温变换炉 | φ3600,V=58m3 | 1 | 天富平台官网注册塔器制造 |
7 | 汽包 | φ1400 | 1 | 天富平台官网注册塔器制造 |
8 | 水冷却器 | φ1200,F=408 m2 | 1 | 利用旧设备 |
5 主要设计参数
设计能力：半水煤气51000Nm3/h
操作压力：0.8 MPa(g)
半水煤气CO含量：29.5%
变换出口CO含量：≤1.5%
汽气比：≤0.45
变换炉入口温度：210～230℃
出变换炉出口温度：240～250℃
副产蒸汽压力：≥2.5MPa(g)
系统压力降：≤0.03MPa
等温变换炉压力降：≤0.01MPa
蒸汽消耗：≤800Kg/吨氨(补入系统的1.3MPa蒸汽)
副产蒸汽：≥580Kg/吨氨(等温变换炉副产的2.5MPa蒸汽；锅炉给水温度104℃)
6 等温变换炉结构及配套工艺特点
(1) 采用单台变换炉，流程简单，操作方便。
(2) 采用饱和热水塔回收余热，余热回收率高。
(3)保护剂罐采用对向并流触媒筐结构，等温变换炉采用轴径向催化剂筐，系统阻力小。
(4)等温变换炉的分气流道和集气流道采用“π”型结构，气体分布均匀，对气量变化的适应范围大。
(5)进口半水煤气设置在等温变换炉触媒筐的外侧，变换炉操作温度低，运行安全可靠。
(6)等温变换炉采用管束式换热结构，其为标准件，可根据变换炉的换热要求配套组合，方便灵活，节省设备制造周期和费用。
(7)热水采用自然循环，蒸汽系统简练。
(8) 等温变换炉副产2.5MPa饱和蒸汽，结合氨合成系统软水加热器提供的热水，实现了变换系统的“准零汽耗”。
(9)触媒自卸。
7 触媒装填及硫化
7.1催化剂装填
保护剂罐中的装填2段保护剂，两端保护剂对向并联使用，设计装填量18.4m3，实际装填18m3。
等温变换炉装填B303Q宽温变换催化剂，设计装填量为59m3，实际装填量58m3，催化剂装填过程中要注意均匀分布，防止架桥等现象发生。
7.2硫化流程：
硫化流程简图见图四
1-水分离器；2-等温热交；3-电加热炉；4-硫化罐；5-保护剂罐
6-等温变换炉；7-临时冷却器；8-罗茨风机
图四：硫化流程简图
7.3保护剂及变换触媒硫化
2012年11月18日18:00加电升温至22日后6:00切电硫化结束，共耗时84小时，保护剂罐最高硫化温度316℃，其中保护剂硫化耗时34小时；等温变换催化剂硫化耗时48小时，最高硫化温度402℃。
硫化剂采用CS2，共消耗CS2 7500Kg。
8运行数据及数据分析
8.1系统运行数据
分析数据 时间：2012年11月27日12：00 单位：v %
成份 | CO | CO2 | H2S |
半水煤气 | 29.5 | 6.8 | 0.212 |
变换气 | 1.4 | 27.0 | 0.272 |
汽气比 | 0.45 | ||
系统压力 时间：2012年11月27日12：00 单位：MPa(g)
日期 | 入系统 | 加蒸汽 | 半水煤气 出热交 | 出变换炉 | 变换气出热交 | 出系统 |
11.27 | 0.695 | 0.694 | 0.686 | 0.682 | 0.682 | 0.665 |
系统温度 时间：2012年11月27日12：00 单位：℃
日期 | 进系统 | 出饱和塔 | 加蒸汽后 | 煤气出热交 | 出保护罐 | 出变换炉 | 变换气出热交 | 出热水塔 | 出系统 |
11.27 | 27.9 | 103.3 | 127.4 | 204.4 | 241.5 | 254.0 | 138.0 | 73.8 | 26.2 |
变换炉运行数据时间：2012年11月27日12：00 单位：℃
TA-1 | TA-2 | TA-3 | TA-4 | TA-5 | TA-6 | TE-6 | TE-5 | TE-4 | TE-3 | TE-2 | TE-1 |
275.7 | 291.9 | 268.1 | 236.5 | 262.3 | 360.7 | 347.7 | 337.0 | 304.3 | 296.3 | 313.1 | 300.5 |
TB-1 | TB-2 | TB-3 | TB-4 | TB-5 | TB-6 | TF-6 | TF-5 | TF-4 | TF-3 | TF-2 | TF-1 |
304.5 | 350.8 | 372.3 | 351.4 | 301.7 | 261.8 | 308.3 | 359.6 | 379.7 | 373.0 | 347.3 | 316.6 |
TC-1 | TC-2 | TC-3 | TC-4 | TC-5 | TC-6 | TG-6 | TG-5 | TG-4 | TG-3 | TG-2 | TG-1 |
308.7 | 351.5 | 373.4 | 359.2 | 322.7 | 285.1 | 296.0 | 346.5 | 375.7 | 375.3 | 347.4 | 311.4 |
TD-1 | TD-2 | TD-3 | TD-4 | TD-5 | TD-6 | TH-6 | TH-5 | TH-4 | TH-3 | TH-2 | TH-1 |
312.5 | 343.8 | 358.7 | 346.3 | 331.5 | 268.9 | 292.3 | 322.5 | 338.1 | 354.5 | 333.5 | 296.3 |
8.2运行数据分析
8.2.1 主要设计指标和运行数据对比
指标 | 设计值 | 运行值 |
半水煤气气量 Nm3/h | 51000 | 48750 |
操作压力 MPa(G) | 0.8 | 0.695 |
半数煤气CO含量 % | 29.5 | 29.5 |
变换出口CO含量 | 1.5 | 1.4 |
汽气比 | ≤0.45 | 0.45 |
变换炉入口温度 ℃ | 230 | 241.5 |
出换炉出口温度 ℃ | 245 | 254.0 |
副产蒸汽压力 MPa(g) | ≥2.5 | 2.5 |
系统压力降 MPa | 0.03 | 0.03 |
保护罐和变换炉压力降MPa | 0.015 | 0.004 |
蒸汽消耗 Kg/吨氨 | ≤800注(1) | 678(计算值)注(2) |
副产蒸汽 Kg/吨氨 | 580 | 590(计算值)注(3) |
注(1)：不考虑合成水加提供的热量。
注(2)：蒸汽压力为1.0MPa(g)；变换循环热水利用了氨合成水加的余热。
注(3)：蒸汽压力为2.5MPa(g)，锅炉给水温度为97℃
8.2.2 等温变换炉温度分布设计值与运行值对比 见图
9 存在的问题
中冀天富平台官网注册等温变换炉变换率达到了设计要求，操作简单，运行平稳，系统阻力降低0.1MPa，但装置存在的问题和下一步需做工作如下：
(1)由于热交换器副线设计偏小，虽然副线已经全部打开，入炉半水煤气温度偏高，造成变换炉温度偏高。
(2)采用了与换热器交叉的温度点布置，由于同平面测温点与水管的距离可能不同，造成显示同平面温差较大，且显示温度为冷管间较高温度。
(3)下一步应对装置工艺和等温变换炉进一步深入研究，将该技术应用于高CO含量和高汽气比的变换装置。
10 结论
由河北天富平台官网注册化工工程设计有限公司、石家庄天富平台官网注册塔器设备有限公司设计、制造的等温变换炉经过短时间的运行，实现了预期的效果，简化了变换流程，对同类型化肥企业变换系统的技术改造具有重要的参考意义。同时，通过工艺系统的调整，可以在大型合成氨装置高CO(50~76%)的变换过程中得到很好地应用。