李樂倫，李 娜，陳 祥

（1.兗礦新疆煤化工有限公司，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

兗礦新疆煤化工有限公司600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目是兗礦集團(tuán)在新疆啟動(dòng)的第一個(gè)化工項(xiàng)目，項(xiàng)目以新疆當(dāng)?shù)責(zé)熋簽樵?，采用多噴嘴水煤漿加壓氣化爐生產(chǎn)水煤氣，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為300kt／a甲醇、300kt／a合成氨、520kt／a尿素。公司共5個(gè)生產(chǎn)車間——熱電車間、氣化車間、甲醇車間、尿素車間、給排水車間；2個(gè)輔助車間——電儀車間、維修車間。近兩年來，公司在先后嘗試單臺氣化爐帶合成氨、尿素系統(tǒng)運(yùn)行，單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了單臺氣化爐帶甲醇、合成氨、尿素全系統(tǒng)運(yùn)行（簡稱單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行）的實(shí)踐，并取得了成功。以下對單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行的情況作一總結(jié)。

1 醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝流程簡述

在多噴嘴水煤漿氣化爐內(nèi)，高壓氧氣和水煤漿發(fā)生氣化反應(yīng)，生成主要成分為（CO＋H2）的粗煤氣，粗煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和水洗塔除塵洗滌后送至變換系統(tǒng)（變換系統(tǒng)分為甲醇變換系統(tǒng)和合成氨變換系統(tǒng)）。

合成氨變換系統(tǒng)將水煤氣中的CO全部轉(zhuǎn)變成H2，變換氣中的CO2和H2S等酸性氣通過低溫甲醇洗系統(tǒng)予以脫除后，凈化氣再送入液氮洗系統(tǒng)進(jìn)行精制；配氮后的精制氣（通過粗配氮?dú)夂图?xì)配氮?dú)馐购铣蓺庵械臍涞冗_(dá)到3∶1）經(jīng)合成氣壓縮機(jī)升壓至14.5MPa后送入氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)液氨，之后液氨與來自低溫甲醇洗再生系統(tǒng)的CO2氣經(jīng)壓縮后在CO2汽提法尿素裝置合成系統(tǒng)中合成尿素。

甲醇變換系統(tǒng)將水煤氣中的部分CO與水蒸氣反應(yīng)生成H2和CO2，之后通過配碳、低溫甲醇洗，最終將合成氣中的氫碳比調(diào)節(jié)至2.05～2.15后送至甲醇合成系統(tǒng)；甲醇合成系統(tǒng)采用華東理工大學(xué)的“管殼外冷-絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器”，2臺反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行，合成系統(tǒng)壓力為5.0MPa；甲醇合成系統(tǒng)產(chǎn)出的粗甲醇，經(jīng)甲醇精餾系統(tǒng)精餾后，生產(chǎn)出符合美國AA級和《工業(yè)用甲醇》（GB338—2004）的精甲醇產(chǎn)品。

600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝流程見圖1。整套裝置生產(chǎn)過程中所需蒸汽源自熱電車間2臺鍋爐及各工段副產(chǎn)蒸汽。

2 單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)施背景

2.1 實(shí)施背景

2017年9月，系統(tǒng)計(jì)劃檢修結(jié)束后，甲醇變換催化劑和甲醇合成催化劑均需硫化及還原，在僅有1臺氣化爐具備投用條件的情況下，實(shí)施了單爐先帶合成氨系統(tǒng)運(yùn)行自產(chǎn)H2用以還原催化劑，隨后首次創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行模式的生產(chǎn)實(shí)踐，并在此模式下低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行了96h，運(yùn)行過程中各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，液氨產(chǎn)量約22t／h，粗醇產(chǎn)量約24t／h，各催化劑床層熱點(diǎn)溫度平穩(wěn)，均在可控范圍之內(nèi)；后期又經(jīng)過繼續(xù)嘗試及運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，還可以先用單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行，以盡可能提前打通工藝流程，待第2臺氣化爐投料后，迅速并氣加量，從而節(jié)約開車時(shí)間，避免大量原料氣放空損失及其他消耗。

圖1 600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝流程框圖

2018年初雙爐雙系統(tǒng)（合成氨、甲醇系統(tǒng)）運(yùn)行時(shí)，其中1臺氣化爐工況惡化需緊急停車，備用氣化爐烘爐初期無法實(shí)現(xiàn)在線倒?fàn)t，生產(chǎn)系統(tǒng)面臨停車問題，而當(dāng)時(shí)正處于冬季嚴(yán)寒時(shí)期，若系統(tǒng)停車，防凍問題難以應(yīng)對，考慮到醇氨聯(lián)產(chǎn)裝置已經(jīng)有之前的單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)且液氨庫存充足，公司決定在此基礎(chǔ)上嘗試維持尿素系統(tǒng)運(yùn)行，即實(shí)施單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行，一則可以避免尿素系統(tǒng)停車造成的人力、財(cái)力、物力消耗，二則可以避免嚴(yán)冬季節(jié)尿素系統(tǒng)停車繁雜的防凍工作和一些不必要的損失。

2.2 催化劑使用情況

單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水煤氣總量低且有限，那么按一定比例分配至甲醇變換系統(tǒng)和合成氨變換系統(tǒng)的水煤氣量就很低，要維持甲醇合成系統(tǒng)、氨合成系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)行，就需確保（甲醇、合成氨系統(tǒng)）變換催化劑、甲醇合成催化劑，特別是甲醇變換催化劑不超溫。之前的生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過氣量平衡手段，可滿足甲醇系統(tǒng)變換爐、合成氨系統(tǒng)變換爐的最小空速要求。

此次準(zhǔn)備嘗試單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變換催化劑裝填及使用情況如下：甲醇系統(tǒng)變換爐裝填寬溫耐硫變換催化劑51.5m3，使用時(shí)間為5個(gè)月，為催化劑使用初期；中溫（氨）變換爐裝填催化劑55.7m3，使用時(shí)間為3年5個(gè)月，低溫（氨）變換爐裝填寬溫耐硫變換催化劑40.6m3，使用時(shí)間為5年2個(gè)月，從CO變換率和催化劑床層熱點(diǎn)溫度觀察，2爐（氨）變換催化劑處于使用后期。

3 調(diào)控措施

關(guān)于單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行實(shí)踐的實(shí)施過程、調(diào)控措施及注意事項(xiàng)等在筆者等人曾撰寫的《單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)》一文中已有詳細(xì)闡述，此處僅作簡要總結(jié)。實(shí)現(xiàn)單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行，一是要確保催化劑床層不超溫，即氣化工段、甲醇凈化工段、甲醇合成工段及合成氨系統(tǒng)需緊密配合，調(diào)度嚴(yán)格把控進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)；二是導(dǎo)氣過程中必須合理分工、恰當(dāng)安排，合成氨系統(tǒng)保量防止合成氣氣量大幅波動(dòng)，甲醇變換系統(tǒng)保壓，兩系統(tǒng)密切配合，放緩導(dǎo)氣進(jìn)度，確保平穩(wěn)操作；三是當(dāng)氣化爐負(fù)荷達(dá)96%、氣化系統(tǒng)壓力達(dá)6.3MPa、煤漿泵轉(zhuǎn)速達(dá)997r／min（逼近設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速）時(shí)，具有高風(fēng)險(xiǎn)性，需嚴(yán)格按照方案進(jìn)行精細(xì)操作，并做好應(yīng)急安排。

在實(shí)現(xiàn)單爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行后，低溫甲醇洗系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若CO2解吸量不足，勢必會(huì)造成CO2壓縮機(jī)頻繁喘振，無法實(shí)現(xiàn)尿素系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)行?？梢?，尿素系統(tǒng)能否持續(xù)運(yùn)行的瓶頸在于CO2氣量。故此次嘗試單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)就是解決CO2氣量的問題，即通過各種優(yōu)化手段實(shí)現(xiàn)尿素系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)行。

3.1 CO2氣量的調(diào)控措施

（1）提高氣化爐負(fù)荷（以氣化爐燃燒室的壓力計(jì)），使之在6.3MPa負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，優(yōu)化氣化爐操作，增加水煤氣產(chǎn)量及有效氣含量。

（2）在確保甲醇系統(tǒng)催化劑床層不超溫的前提下，盡量將水煤氣量分配至合成氨系統(tǒng)，以使全變換反應(yīng)產(chǎn)出較多的CO2進(jìn)入低溫甲醇洗系統(tǒng)，從而增加CO2解吸量。

（3）調(diào)整進(jìn)入合成氨系統(tǒng)甲醇洗滌塔（T3001Ⅰ）和甲醇系統(tǒng)甲醇洗滌塔（T3001Ⅱ）脫硫段的富甲醇量，在保證2臺主洗塔出口凈化氣硫含量不超標(biāo)的前提下，減少進(jìn)入2臺主洗塔脫硫段的富甲醇量，以增加富CO2甲醇進(jìn)入CO2解吸塔的量。

（4）增加循環(huán)氣閃蒸罐Ⅰ含硫富甲醇進(jìn)CO2解吸塔的量，同時(shí)加大CO2解吸塔頂部回流富甲醇的量，減少CO2解吸塔頂部富CO2甲醇進(jìn)H2S濃縮塔的量，以增加CO2解吸量。

采取上述調(diào)控措施后，CO2解吸量可得到有效增加，使后系統(tǒng)CO2流量達(dá)到17000m3／h，并且CO2放空閥還有4～5個(gè)閥位，再通過CO2壓縮機(jī)的調(diào)控，尿素產(chǎn)量可達(dá)23～28t／h。

3.2 CO2壓縮機(jī)的調(diào)控措施

在1臺氣化爐準(zhǔn)備停爐開始進(jìn)行變換系統(tǒng)前放空時(shí)，CO2氣量會(huì)由28000m3／h逐漸減到18000m3／h，為防止CO2壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振，需對CO2壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)控，具體調(diào)節(jié)手段如下：CO2壓縮機(jī)一段防喘振閥開度由82%增至100%，二段防喘振閥開度由0%增至50%，三段防喘振閥開度由0%增至45%，CO2壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由8510r／min調(diào)至8300r／min，CO2壓縮機(jī)一段入口壓力由0.130MPa降至0.127MPa，防腐空氣的加入量由730m3／h降至560m3／h，并監(jiān)控CO2壓縮機(jī)的其他各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)。

3.3 尿素合成工段的調(diào)控措施

尿素合成工段根據(jù)CO2氣量調(diào)節(jié)相應(yīng)的工藝指標(biāo)：調(diào)度通知氨合成工段大幅減少輸氨量，及時(shí)調(diào)節(jié)輸氨泵出口壓力，將進(jìn)尿素合成工段液氨量由38.5t／h減至27t／h；尿素控制室人員調(diào)節(jié)入高壓圈的甲銨液量，由36m3／h減至24m3／h；低壓汽包壓力由0.37MPa增至0.45MPa，蒸發(fā)量由85m3／h降至56m3／h，解吸水解系統(tǒng)據(jù)管網(wǎng)蒸汽用量減到最低運(yùn)行負(fù)荷19m3／h。

4 單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行的注意事項(xiàng)

（1）氣化水煤漿濃度較低（水煤漿濃度56%）、氣化爐負(fù)荷高且調(diào)整幅度大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)爐膛壓力與負(fù)荷不匹配的問題，若調(diào)節(jié)不及時(shí)有可能造成氣化爐爐膛溫度相較于正常工況偏低，從而導(dǎo)致渣口壓差上漲、排渣不暢，時(shí)間長了可能出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象。因此，當(dāng)氣化水煤漿濃度較低（水煤漿濃度56%）、氣化爐負(fù)荷高且調(diào)整幅度大時(shí)，相應(yīng)的調(diào)節(jié)一定要及時(shí)跟進(jìn)。

（2）在水煤氣平衡分配的過程中，由于要兼顧合成氨系統(tǒng)低負(fù)荷下的穩(wěn)定運(yùn)行，如此一來進(jìn)入甲醇系統(tǒng)變換爐的水煤氣量就會(huì)不足，甲醇變換系統(tǒng)的空速低，易造成甲醇變換催化劑床層超溫。因此，操作過程中要充分利用甲醇變換新催化劑低溫活性好和激冷線的調(diào)溫作用，將進(jìn)入甲醇系統(tǒng)變換爐水煤氣的溫度控制在其露點(diǎn)之上（250℃左右），從而實(shí)現(xiàn)甲醇系統(tǒng)變換爐催化劑床層溫度的有效控制。

（3）單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入甲醇變換系統(tǒng)的水煤氣量少，而生產(chǎn)中不但要控制好甲醇系統(tǒng)變換爐的爐溫，還需考慮出甲醇變換系統(tǒng)變換氣的氫碳比要求。因此，操作中在滿足甲醇系統(tǒng)變換爐床層溫升可控的情況下應(yīng)盡量滿足變換氣的氫碳比要求，防止由于變換氣中CO2含量過高而增加低溫甲醇洗系統(tǒng)的負(fù)荷，以及甲醇合成氣有效成分過低影響甲醇合成催化劑的還原深度而導(dǎo)致能耗增加。

（4）單臺氣化爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，2套系統(tǒng)（甲醇、合成氨系統(tǒng)）的壓力較高，尤其是液氮洗工段，系統(tǒng)壓力最高達(dá)到5.9MPa左右，與高壓氮?dú)猓?.1MPa）壓差僅有0.2MPa左右，液氮洗工段的洗滌氮量變少，產(chǎn)生的冷量減少，氮洗塔液位較難控制，需精心操作。

5 結(jié)束語

在單臺氣化爐帶甲醇、合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，兗礦新疆煤化工有限公司又實(shí)現(xiàn)了單臺氣化爐帶全系統(tǒng)（甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)、尿素系統(tǒng)）運(yùn)行，為600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目開辟出了一種全新的運(yùn)行模式，增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，增強(qiáng)了生產(chǎn)系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

兗礦新疆煤化工有限公司所處地域——新疆，具有特殊的地域環(huán)境，冬季氣溫極低，冬季停車時(shí)裝置的防凍工作異常艱難，而所開創(chuàng)的單爐帶全系統(tǒng)運(yùn)行的生產(chǎn)模式可在氣化系統(tǒng)異常時(shí)僅用1臺氣化爐維持全系統(tǒng)的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而極大地降低冬季全廠生產(chǎn)系統(tǒng)防凍工作的難度，可為同類型化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)整提供一點(diǎn)參考與借鑒。