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    低變催化劑運(yùn)行末期對(duì)裝置的影響

    2020-05-15 04:57:08王燚飚
    化工設(shè)計(jì)通訊 2020年3期
    關(guān)鍵詞:床層大修壓差

    王燚飚

    (中海石油化學(xué)股份公司,海南東方 572600)

    1 概述

    中海石油化學(xué)股份有限公司富島一期合成氨裝置采用ICIAMV 工藝,以天然氣為原料氣,生產(chǎn)能力1000t/d。本裝置變換工序的目的是將蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)后,含12%~14%CO 的工藝氣中的CO在有催化劑條件下變換成為易被脫碳單元吸收的CO2。

    2 變換工序反應(yīng)簡(jiǎn)介

    變換工序由高溫變換和低溫變換組成,高溫變換催化劑以Fe3O4為主要活性組分,活性溫度為350~430℃,在此溫度下可獲得較高的反應(yīng)速度,但不能取得較低的CO 濃度。為了進(jìn)一步取得較低的CO 濃度,就必須在活性溫度為195~250℃溫度下,使用以銅為活性組分的低變催化劑進(jìn)行低溫變換反應(yīng),這樣才可以使變換反應(yīng)比較徹底,變換后CO 濃度降至0.29%以下,以滿足工藝需求。

    3 低變爐催化劑運(yùn)行狀況

    低變催化劑于2016年 3月進(jìn)行更換,型號(hào):B205-1(主要組分銅微晶),裝填量85t,2016年4月7日投用,至2019年3月已累計(jì)運(yùn)行34個(gè)月,水碳比:2.9~3.05工況下,低變出口CO含量為0.32%,(設(shè)計(jì)≤0.30mol%)與正常生產(chǎn)指標(biāo)稍有偏差,但尚可滿足生產(chǎn)運(yùn)行。截至2019年3月,負(fù)荷96%時(shí)壓差在51kPa,較去年上漲8kPa。

    4 如何判斷催化劑進(jìn)入了運(yùn)行末期

    4.1 床層溫度的變化

    床層溫度的變化如表1所示。

    表1 本爐催化劑投用至今床層溫差

    綜合來(lái)看,經(jīng)過(guò)8個(gè)月的運(yùn)行,頂層催化劑活性基本消失,第二、第三床層溫差相差不多,說(shuō)明當(dāng)前反應(yīng)主要集中第二、第三床層。2018年9月,第二床層催化劑活性已大幅下降,第三床層催化劑開(kāi)始承擔(dān)主要反應(yīng),至2019年6月,主要反應(yīng)將移至底層。從溫差上反應(yīng),本爐催化劑在相同運(yùn)行周期內(nèi)的反應(yīng)表現(xiàn)顯然不如上一爐催化劑好。實(shí)踐證明,2019年6月,催化劑床層反應(yīng)已經(jīng)移至底層,催化劑已進(jìn)入運(yùn)行末期。

    4.2 低變出口CO的變化

    通過(guò)查閱近兩年低變出口CO 數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn),2018年6月低變出口微量由剛開(kāi)始投用時(shí)的0.19mol%緩慢上漲至0.27mol%,低于設(shè)計(jì)值(≤0.30mol%),2018年底,低變出口CO 含量已突破0.3mol%,2019年3月底低變爐出口CO 含量已高達(dá)0.32%。預(yù)測(cè)2019年底將達(dá)到0.36mol%以上。說(shuō)明低變爐催化劑處理CO 能力大幅下降,大部分催化劑已經(jīng)失活,催化劑進(jìn)入了運(yùn)行末期。

    4.3 變換率的變化

    變換率的變化如表2所示。

    由表1可以看出,本爐催化劑變換率不斷下降,至2018年6月,在運(yùn)行至25月時(shí),變換率已經(jīng)由剛投用時(shí)的92%下降至88%,與上一爐催化劑運(yùn)行至36個(gè)月時(shí)的變換率相當(dāng)。截至2019年6月,本爐催化劑變換率降至85%,變換率嚴(yán)重不足。同時(shí)上一爐催化劑也是在變換率降至85%,活性大幅下降的情況下進(jìn)行了更換。由此判定本爐催化劑已進(jìn)入運(yùn)行末期,應(yīng)及時(shí)更換。

    4.4 床層壓差的變化

    床層壓差變化如表3所示。

    由表3可以看出,截至2019年3月,低變床層壓差由剛投用時(shí)的30kPa 左右上漲至52kPa,低變壓差整體呈上漲趨勢(shì),說(shuō)明催化劑強(qiáng)度下降,初步判斷壓差上漲可能與多次開(kāi)停車(chē)過(guò)程中催化劑的不斷粉化堵塞有關(guān)。壓差的上漲說(shuō)明催化劑粉化嚴(yán)重,已逐漸進(jìn)入運(yùn)行末期。

    5 對(duì)裝置運(yùn)行的影響進(jìn)行分析

    5.1 生產(chǎn)成本損失的預(yù)估

    (1)根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),運(yùn)行至2020年大修周期,低變出口CO 微量將達(dá)到0.36%以上。假設(shè)微量上漲是勻速的,按面積計(jì)算法推算,運(yùn)行至2018年底,已損失尿素1kt,折合生產(chǎn)成本122萬(wàn)元;如運(yùn)行至2019年底,全年將損失尿素4.1kt,折合生產(chǎn)成本487萬(wàn)元。

    (2)若運(yùn)行至2020 大修周期催化劑仍不更換,運(yùn)行至2022年,屆時(shí)低變催化劑將徹底失活,因減產(chǎn)帶來(lái)的損失將驟增至1000萬(wàn)元/a。

    5.2 蒸汽消耗損失的預(yù)估

    運(yùn)行至2020年壓差上漲20kPa,增加蒸汽1.6t/h,運(yùn)行至2019年底增加蒸汽消耗19008t,按中壓蒸汽成本40元/t 核算,增加生產(chǎn)成本76萬(wàn)元,若按外購(gòu)蒸汽價(jià)格185元/t 計(jì)算,將增加生產(chǎn)成本352萬(wàn)元。考慮壓差為勻速上漲,增加蒸汽成本38~176萬(wàn)元。

    5.3 催化劑運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估

    從經(jīng)濟(jì)性考慮,若低變爐運(yùn)行至2020年大修,各類(lèi)能耗損失費(fèi)用高達(dá)647~785萬(wàn)元,相當(dāng)于更換一整爐新催化劑的價(jià)錢(qián)。按運(yùn)行4a 計(jì),平均成本200萬(wàn)/a,這說(shuō)明我廠低變催化劑運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最佳時(shí)間就是前三年。若2020年大修周期不更換,勉強(qiáng)運(yùn)行至2022年大修周期,裝置的運(yùn)行成本將會(huì)大幅度上升。

    5.4 裝置安全運(yùn)行方面的預(yù)估

    (1)低變出口CO 含量每增加0.1%,甲烷化爐溫將上漲約8℃,當(dāng)前甲烷化熱點(diǎn)溫度約330℃。若2020年大修周期不更換,催化劑后期將徹底失活,出口CO 含量上漲將超過(guò)1%,甲烷化爐床層也將上漲80℃以上,會(huì)立即引起甲烷化爐超溫,甚至燒壞催化劑,嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致催化劑和設(shè)備報(bào)廢。

    (2)低變催化劑是整個(gè)變換工段的最后把關(guān),關(guān)系到甲烷化及后系統(tǒng)能否安全運(yùn)行,若低變催化劑徹底失活,裝置將被迫長(zhǎng)期停車(chē),帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失更是無(wú)法估量。

    6 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)對(duì)低變催化劑各項(xiàng)工藝指標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)的綜合分析,發(fā)現(xiàn)無(wú)論是從指標(biāo)參數(shù)的變化,還是運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估,低變催化劑都已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)行周期的末期,如不在2020年大修周期及時(shí)更換,將導(dǎo)致整個(gè)合成裝置運(yùn)行成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的大幅提高。所以,為了保證后期裝置能夠“安”“穩(wěn)”“長(zhǎng)”“優(yōu)”的運(yùn)行,2020年必須更換低變催化劑。

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