孫中華

(四川瀘天化股份公司，四川瀘州，646300)

1 引言

瀘天化股份有限公司合成車間新系統(tǒng)合成氨裝置，是20世紀(jì)70年代引進(jìn)美國凱洛格公司的技術(shù)和設(shè)備，其間于1988年進(jìn)行了第一次節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)改造，使裝置合成氨生產(chǎn)能力由原日產(chǎn)1000噸，達(dá)到日產(chǎn)1150噸；為進(jìn)一步提高公司經(jīng)濟(jì)效益，降低能耗，2004年10月對合成氨裝置進(jìn)行了第二次擴(kuò)能技術(shù)改造；合成系統(tǒng)由塔前分氨改為塔后分氨，合成氣壓縮機(jī)高壓缸進(jìn)口增加分子篩干燥系統(tǒng)；合成塔內(nèi)件也同時進(jìn)行了改造，通過本次擴(kuò)能改造，使合成氨生產(chǎn)能力達(dá)到日產(chǎn)1500噸，噸氨能耗由8.32Gcal/t降到7.86Gcal/t，合成塔催化劑隨著2004年技改時更換，至今已運行了16年之久，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其使用壽命。

2 合成塔內(nèi)件及觸媒筐改造

2.1 合成塔內(nèi)件改造

合成塔內(nèi)件改造是采用CASALE專利技術(shù)，軸向改為徑向塔，即由原四床層軸徑向設(shè)計改為新的三床層軸徑向設(shè)計；在第一床層與第二床層之間用冷激，在第二床層和第三床層之間采用內(nèi)部換熱器；三床層一冷激一換熱的設(shè)計保證了工藝操作中的熱力學(xué)優(yōu)勢(氨轉(zhuǎn)化率提高約0.5-1.0%mol)，可達(dá)到催化劑最大利用率；床層溫度由內(nèi)部冷卻換熱器或冷激閥來控制，這樣既達(dá)到了減少合成塔阻力的目的，又增加了催化劑的裝填量，其目的是改進(jìn)了合成塔的性能，從而降低能耗并增加產(chǎn)量。

2.2 合成塔觸媒筐改造

為了將裝置改造到日產(chǎn)1500t/d，需要對合成塔觸媒筐進(jìn)行改造，CBR改造觸媒筐和進(jìn)料/出口氣換熱器122-C；KBR提供合成塔出/入口的工藝條件，以便CBR在保證催化劑使用壽命末期時合成塔出口氨濃度為17.3%(按摩爾計算)且合成塔壓差為362kPa(最高)，合成塔出口壓力為14591kPa為條件的，該出口氨濃度用來設(shè)計合成回路的循環(huán)量，而該壓降用來建立合成回路壓力分布，氨合成率的提高意味著操作溫度更高，從而使現(xiàn)有合成塔出口氣/鍋爐給水預(yù)熱器123-C的管線也因合成塔出口溫度高而更換。

3 合成塔催化劑的裝填

合成塔內(nèi)件進(jìn)行第二次技改催化劑選用南化公司生產(chǎn)的A110-1-H和A110-1型催化劑，第一層預(yù)裝還原催化劑A-110-1H，第二、三層裝氧化性A-110-1，全爐共裝催化劑210.4噸，比改造之前多裝約8噸，每層裝填重量如表1。

全爐催化劑平均堆比重2.98，達(dá)到了CASALE公司的要求(CASALE要求是2.8—3.0)，整爐催化劑的裝填都是嚴(yán)格按照CASALE的要求來進(jìn)行，第一層采用的是人工裝填，二層、三層采用的是密集裝填，催化劑損失較小，全爐共損耗催化劑約300kg。

表1 合成塔催化劑裝填數(shù)據(jù)

4 合成塔熱點溫度下降原因

近4年來，合成塔開車中在催化劑升溫時，都需要開SP-315來提高進(jìn)口溫度，否則在102-B熄火后床層溫度穩(wěn)不住，會下降；在正常的減負(fù)荷過程中，負(fù)荷減至80%就得開SP-315來保證進(jìn)口溫度，以保證床層溫度穩(wěn)定。目前從合成塔催化劑運行數(shù)據(jù)看，在2019年12月大修后開車的每次停車后，合成塔進(jìn)出口溫差存在下降趨勢，特別是2020年4月22日停車后開車進(jìn)出口溫差下降明顯，合成塔氨凈值有所下降，合成系統(tǒng)壓力上漲約0.3MPa，合成塔壓差上漲至0.3MPa左右，上漲0.02MPa左右，105D氨凈值14.74%(已投運約16年，2005年1月考核初期為15.89 %，之后運行中高負(fù)荷情況下的氨凈值在15.1%—15.3%)，相對于2019年，同期考核(2019年2月為15.14V%)有所下降，同時合成塔出口、進(jìn)口溫差下降5-6℃，TI-317B與TI-316B溫差下降約13℃，TI-319B溫度上漲約12℃，在2020年5月19日停車開車后，TI-317B與TI-316B溫差又下降約5℃(溫差只有63℃，從2005年至2019年TI-317B與TI-316B的溫度差約81℃)，呈現(xiàn)此方位催化劑活性下降明顯(或有催化劑粉化，造成此處氣量偏少)，其余床層溫度變化不明顯；從2019年底大修后緊急停車的每次開車后，合成塔進(jìn)出溫差均呈下降趨勢，年底大修時對內(nèi)件進(jìn)行檢查，同時做好更換催化劑的計劃。

5 生產(chǎn)運行中合成塔熱點溫度維護(hù)措施

正常生產(chǎn)中系統(tǒng)分子篩在切斷和再生時，系統(tǒng)壓力和合成氣壓縮機(jī)的負(fù)荷會發(fā)生變化，同時影響合成塔熱點溫度下降；在分子篩切斷和再生時提前調(diào)整101-BU負(fù)荷，可以防止大幅度增加輔鍋負(fù)荷，進(jìn)而影響合成塔熱點溫度、主控及時調(diào)節(jié)分配好爐水分配量，以保證熱點溫度不大幅度下降。

表2 合成塔進(jìn)出口溫度差及熱點溫度數(shù)據(jù)

在系統(tǒng)大幅度減負(fù)荷時，要特別注意合成塔床層溫度調(diào)節(jié)，防止溫度調(diào)節(jié)不及時合成塔熄火導(dǎo)致停車，大幅度減負(fù)荷時，主控及時調(diào)整好合成氣壓縮機(jī)負(fù)荷及合成塔冷激閥開度，同時合成崗位開鍋爐水副線閥，關(guān)小HCV-11，同時脫碳崗位及時開大SP-315，以防止合成塔入口溫度低導(dǎo)致熱點溫度下降。

催化劑活性下降后，為了確保合成反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行，在實際生產(chǎn)操作中，合成塔熱點溫度應(yīng)盡量維持穩(wěn)定，控制在480℃左右，這樣可以控制氨的合成反應(yīng)總是在適宜的溫度和壓力下進(jìn)行。為了保證床層熱點溫度，需要提高合成塔入口溫度，催化劑床層入口必須達(dá)到催化劑活性溫度，合成塔入口溫度的變化，直接影響熱點溫度及整個合成反應(yīng)溫度的變化，這是由于床層頂部溫度的變化，使床層反應(yīng)速率相應(yīng)發(fā)生變化，伴隨各個部位的反應(yīng)熱也會變化，以至于整個床層的溫度要重新分布[1]。因此，床層入口溫度高，反應(yīng)速率快，放出的熱量多，熱點溫度將會上漲。所以現(xiàn)行操作中應(yīng)提高床層入口溫度，經(jīng)常注意催化劑入口溫度變化，以作預(yù)見性調(diào)節(jié)。