吳 飛

(廣西柳州化工股分有限公司合成分廠 廣西柳州545002)

廣西柳州化工股分有限公司合成分廠(以下簡稱柳化合成分廠)合成氨原料氣的凈化精制原采用傳統(tǒng)的銅洗工藝。銅洗工藝的缺點主要表現(xiàn)在操作不穩(wěn)定、設備檢修頻繁、生產運行及檢修費用高、現(xiàn)場環(huán)境差且污染嚴重等。為了保護環(huán)境、降低生產成本、節(jié)能減排，柳化合成分廠決定采用湖南安淳高新技術有限公司(以下簡稱安淳公司)的醇烴化工藝代替銅洗工藝，該裝置于2011年 9月正式投入運行。

1 工藝流程及主要設備

1.1 醇化工藝流程

來自高壓機五段的脫碳氣(≤12.5 MPa)與循環(huán)氣匯合進入油水分離器分離油污，然后分成2股：1股氣體從底部進入醇化塔環(huán)隙，與冷管段反應熱氣換熱，移走第3段的反應熱，再經上升管送至混合分布器Ⅱ，還有少量氣體用作零米冷激氣和層間冷激氣；另1股氣體進醇化預熱器管間預熱后，由底部進醇化塔換熱器管內，與管間出塔氣換熱后溫度升至190～210 ℃，經中心管進入催化床層反應。出第1段的氣體進入混合分布器 Ⅱ，與由冷管來的冷氣混合，降溫后進入第2段反應，反應后的氣體進入混合分布器Ⅰ，與從大蓋引入的少量冷氣混合后進入第3段繼續(xù)進行醇化反應。反應后的氣體經徑向集氣罩匯合，沿內件管壁與徑向筐筒體之間的環(huán)隙，從圓周方向流至徑向筐中部的換熱器外殼，進入換熱器管間，由上折流而下與管內從塔外熱交換器來的氣體換熱，溫度降低后出塔，進入塔外熱交換器管內，與塔外油水分離器來的冷氣繼續(xù)換熱，自身溫度降至80 ℃以下后去醇化水冷器進一步降溫，再進入醇化分離器，分離下來的甲醇被送至粗醇中間槽；分離甲醇后的醇后氣，一部分送循環(huán)機打循環(huán)，另一部分送往烴化工段。

1.2 烴化工藝流程

來自醇化分離器的原料氣，大部分進入烴化塔內外筒環(huán)隙(下進上出)，與部分主線氣體匯合后進入塔前預熱器；極小一部分從大蓋外引入混合分布器，在升溫還原過程中，用以控制第2絕熱層以下的催化劑溫度。氣體再次提溫后由塔下部進入烴化塔，與出塔氣體換熱后經中心管進上絕熱層反應，出上絕熱層的氣體進入集氣罩，與從塔頂引入的少量醇后冷氣混合，降溫后進入徑向分氣筒，從圓周方向流經徑向筐，反應后的氣體經徑向筐與內筒之間的環(huán)隙流出，進入下部換熱器管內與冷氣換熱后出塔。出塔氣體進入烴化塔前預熱器管內(上進下出)繼續(xù)降溫，然后進入烴化物分離器分離部分液態(tài)烴，再依次進入烴化水冷器、氨冷器，氣體被進一步降溫后進入烴化水分離器，分離烴化水后的氣體[φ(CO+CO2)≤25×10-6]送高壓機六段。

1.3 主要設備

主要設備參數(shù)見表1。

2 運行情況

2.1 催化劑升溫還原

醇化催化劑選用南化院C207 型催化劑，裝填量27.5 m3；烴化催化劑選用安淳公司XAC 型烴化催化劑，裝填量31.3 m3。

2.2 醇化催化劑升溫還原

采用高氫還原，從高壓機69管短接處引用精制氣[φ(CO+CO2)≤30×10-6]進行升溫還原。當系統(tǒng)壓力升至0.5 MPa 時，啟用2 臺循環(huán)機進行系統(tǒng)循環(huán)，直到壓力升至5.0 MPa。按照催化劑供應商的方案，升溫還原以低溫下出水為原則，以每小時出水量為指導，不可盲目強調升溫速率。

由于該套工藝裝置只有2 臺循環(huán)機，循環(huán)量不能滿足2臺塔催化劑同時升溫還原，故先升溫還原醇化塔催化劑，這也省去了醇化系統(tǒng)和烴化系統(tǒng)之間用盲板隔離的工作。升溫還原結束后，自然冷卻至100 ℃以下。烴化催化劑升溫還原時，應保證醇化系統(tǒng)比烴化系統(tǒng)的壓力要高，防止閥門有內漏，否則會造成烴化系統(tǒng)生成的氨泄漏到醇化系統(tǒng)，從而影響烴化催化劑活性。

表1 主要設備參數(shù)

設備名稱設備參數(shù)醇化塔DN1 800 mm,H凈=18 m,催化劑筐容積27.5 m3,1臺醇化預熱器DN1 200 mm,H凈=16 m,F=2 017 m2,1臺醇化水冷器Φ 1 920 mm,L=11 962 mm,F=1 000 m2,臥式,1臺醇化分離器DN 1 400 mm,H凈=11 500 mm,1臺油水分離器DN 1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化塔DN 1 800 mm,H凈=18 m,催化劑筐容積31.3 m3,1臺烴化預熱器DN 1 200 mm,H凈=16 m,F=2 017 m2,1臺烴化水冷器Φ 1 920 mm,L=10 182 mm,F=800 m2,臥式,1臺烴化氨冷器Φ 1 900/Φ 1 836 mm,L=11 118 mm,F=300 m2,1臺烴化物分離器DN1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化水分離器DN1 400 mm,H凈=8 500 mm,1臺烴化物中間槽DN2 200 mm,H凈=4 688 mm,1臺循環(huán)機JBD20-14/125-145,750 kW,2臺

2.3 烴化催化劑升溫還原

升溫還原過程中維持壓力、溫度均衡，嚴禁出現(xiàn)壓力、溫度波動。按照升溫還原方案，當水汽濃度≤0.2 g /m3、累計出水量接近或達到計劃出水量時，連續(xù)恒溫8 h，各點溫度都達到指標后，標志催化劑升溫還原結束。催化劑升溫還原結束后，還應對系統(tǒng)進行降溫和置換。降溫時，應保證降溫速率≤40 ℃ /h。熱點溫度降至280 ℃后，開始用合格的醇后氣置換系統(tǒng)，待系統(tǒng)出口氨體積分數(shù)<2.0%且微量合格時，可以向合成塔送氣。

在烴化催化劑升溫還原結束后，醇化催化劑開始升溫，升溫至210 ℃后，開始送原料氣，氣體切換必須緩慢。生產系統(tǒng)輕負荷運行2 d后，即可全部投入系統(tǒng)生產。

醇烴化裝置采用DCS系統(tǒng)控制，全部通過微機進行操作，操作方便，運行穩(wěn)定，工藝指標控制平穩(wěn)，其實際運行參數(shù)見表2。

表2 醇烴化裝置實際運行參數(shù)

項 目醇化塔壓力/MPa流量/(m3·h-1)醇化塔熱點溫度/℃醇前氣/%φ(CO)φ(CO2)烴化塔熱點溫度/℃烴后氣中φ(CO+CO2)/(×10-6)2012-10-11 T 09:0011.2111 0002272.00.22292.12012-10-11 T 10:0010.1109 0002251.80.22271.92012-10-12 T 09:0011.2111 1002291.90.22272.12012-10-12 T 10:0010.5110 5002271.90.22272.02012-10-13 T 09:0010.7110 9002251.90.22292.02012-10-13 T 10:0010.2109 9002281.80.22261.92012-10-14 T 09:0010.8111 1002251.90.22222.02012-10-14 T 10:0010.9111 1002261.90.22232.12012-10-15 T 09:0011.1112 0002312.00.22232.32012-10-15 T 10:0010.5110 4002261.80.22282.1

3 正常操作要點

3.1 醇化系統(tǒng)

主要應控制好催化床層溫度，確保醇后氣中CO+CO2含量合格，同時副產粗甲醇。

(1)若零米溫度過高，可用零米冷激閥控制：根據原料氣中CO含量，第1段熱點溫度可通過調節(jié)循環(huán)量和零米溫度加以控制；第3絕熱層溫度可用冷激氣進行調節(jié)。

(2)當催化劑床層溫度合理后，冷激閥的開度不能作太大的調節(jié)，其上層熱點溫度隨原料氣成分的變化、生產負荷的變化及醇氨比的調整而發(fā)生波動時，可用增減循環(huán)量和冷激氣進行調節(jié)。

(3)控制好醇后氣中CO+CO2指標是醇化系統(tǒng)的主要任務之一。在調整好催化劑床層溫度分布后，控制一定的循環(huán)量，將熱點溫度穩(wěn)定在合適范圍內。

3.2 烴化系統(tǒng)

(1)氣體進入上絕熱層，反應溫度上升；在混合分布器中加入一定冷氣后，中絕熱層進口溫度會下降，中、下層各點溫度就可控制在所要求的范圍內。

(2)控制烴后氣中CO+CO2指標是烴化系統(tǒng)的主要任務。在調整好催化劑床層溫度分布后，用微調電加熱器方式將熱點溫度穩(wěn)定在一定范圍內，烴后氣中φ(CO+CO2)≤15×10-6。

4 效果分析

該醇烴化裝置運行1年來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，操作簡單，比銅洗法有明顯優(yōu)點。

(1)現(xiàn)場環(huán)境干凈。銅洗法采用的是循環(huán)銅液與氣體接觸反應，銅液易灑滴到地上，而后排入地溝，污染環(huán)境；而醇烴化裝置操作現(xiàn)場環(huán)境比較干凈。

(2)操作簡單。銅洗法操作控制指標多、難調節(jié)，銅液組分要保證，而且出口氣體中微量控制難度大，稍不注意，銅塔易帶液；而醇烴化裝置操作只需控制好催化劑床層溫度和出口微量合格。

(3)能耗降低。銅洗法操作原料種類多，噸氨消耗總費用達100元；而醇烴化裝置運行只有催化劑、電、冷卻水等消耗，噸氨消耗總費用約60元，以年生產320 kt合成氨計，則年可節(jié)約費用1 280萬元。

綜上所述，醇烴化工藝精制法比傳統(tǒng)銅洗法具有明顯的操作優(yōu)越性，而且有較好的經濟效益。因此，醇烴化工藝是凈化、精制合成氨原料氣的優(yōu)選工藝之一，值得兄弟企業(yè)借鑒。