年產(chǎn)45萬t合成氨節(jié)能減排經(jīng)驗總結(jié)

胡黨鵬

(中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600)

中海石油化學(xué)股份有限公司(簡稱中?；瘜W(xué))化肥二部年產(chǎn)45萬t合成氨裝置是由美國Kellogg&Brown Root公司總承包，采用深冷凈化技術(shù)(簡稱KBR工藝)設(shè)計而成，具有貧氣利用、節(jié)能及運行穩(wěn)定等特點。

隨著國家對企業(yè)安全生產(chǎn)、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的要求更加嚴(yán)格和規(guī)范，安全環(huán)保和生產(chǎn)穩(wěn)定工作必將作為企業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)，始終將安全生產(chǎn)放在工作突出位置。中?；瘜W(xué)通過預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)、電子巡檢系統(tǒng)等先進(jìn)的監(jiān)控手段對設(shè)備運行狀況進(jìn)行分析，對催化劑進(jìn)行定期評估，管理軟件定時對裝備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，可以預(yù)防事故發(fā)生，降低了設(shè)備的事故率。

1 裝置能耗情況

同時段合成氨裝置噸氨耗天然氣統(tǒng)計表見表1。

表1 同時段合成氨裝置噸氨耗天然氣統(tǒng)計表

由表1可以看出：2018年1月由于儀表卡件跳車導(dǎo)致整個月的噸氨能耗高出很多，不是靠平時的精心操作可以追回來的，所以若要降低裝置能耗，必須確保裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)長周期。這就要求日常巡檢、工藝操作更加精細(xì)化，隱患排查治理更加徹底。部門通過對各物料放空的考核，有效地遏制了裝置額外排放，嚴(yán)格避免物料浪費。部門培訓(xùn)施行應(yīng)急考核，提升應(yīng)急處置技能,保障裝置長周期運行。

影響合成氨裝置長周期穩(wěn)定運行的因素有天然氣供應(yīng)、板式換熱器堵塞、分子篩帶水、工藝空氣放空、燃?xì)馔钙降姆鉁囟取⒍螤t出口甲烷含量等，為此，筆者提出了一系列針對性措施，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 協(xié)調(diào)天然氣的供應(yīng)

海洋石油大化肥項目是利用“東方1-1”海上平臺所產(chǎn)天然氣進(jìn)行加工的。海上平臺的天然氣經(jīng)過海底管道通向天然氣處理終端簡單分離后進(jìn)入中?；瘜W(xué)化肥二部，由于影響天然氣組分的因素有天氣環(huán)境、海上平臺、終端等諸多因素。天然氣經(jīng)過的管線連接的越多帶來的不確定因素就越多，加之終端距合成裝置距離很短，幾乎沒有緩沖的機會，所以給天然氣的利用帶來一定的難度，給合成氨裝置運行帶來極大的影響，嚴(yán)重時將使裝置跳車。2004年跳車7次，其中4次都是由天然氣組分波動引起的。

針對天然氣組分壓力多次波動，中?；瘜W(xué)化肥二部出臺了天然氣組分波動調(diào)整預(yù)案，樹立“小波動當(dāng)大波動對待”的思想理念。通過幾年的摸索和積累經(jīng)驗，由于措施采取得當(dāng)，對組分波動的重視，因天然氣組分波動造成的跳車幾乎沒有。2018年2月8日天然氣組分大幅波動在終端未通知的情況下，天然氣壓力在2.65～2.77 MPa，甲烷體積分?jǐn)?shù)在65.54%～60.44%波動，為化肥二部歷史上壓力波動最大一次，合成四班反應(yīng)迅速并積極應(yīng)對，通過精心的操作化險為夷，保證了裝置安全穩(wěn)定運行。

3 清洗和更換再生塔填料

二氧化碳脫除采用德國巴斯夫公司節(jié)能的MDEA03工藝，工藝氣經(jīng)過兩段吸收后離開吸收塔,二氧化碳體積分?jǐn)?shù)小于500×10-6。2006年2月裝置大修，經(jīng)過解體檢查，發(fā)現(xiàn)貧液/半貧液換熱器兩側(cè)結(jié)垢十分嚴(yán)重，整個板面幾乎全部被垢層所掩蓋，這對于只有0.5 mm厚的板片來說，大大降低了其傳熱系數(shù)，導(dǎo)致?lián)Q熱效果差，結(jié)垢的成分經(jīng)過分析是消泡劑和沖刷的鐵銹。板式換熱器堵塞后貧液泵入口壓力降低,貧液流量調(diào)整受限，很容易造成脫碳出口二氧化碳含量高，在甲烷化爐中燒掉寶貴的氫氣，造成能耗上升[1]。中?；瘜W(xué)實施脫碳貧液/半貧液換熱器和貧液冷卻器雙系列改造，以便可以隨時進(jìn)行切換清洗。讓板式換熱器始終處于一個良好的工作狀態(tài)，這樣也形成了一個換熱器換熱效果好的良性循環(huán)。在實際操作過程中板式換熱器2～3個月就要切換一次，切換頻率較高，尤其在開車過程中，一個夜班切換過3次，造成很大的人力消耗和系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

2016年檢修把吸收塔底部的填料全部進(jìn)行清洗回裝，2017年8月大修對再生塔再沸器里最下層的填料進(jìn)行了更換，經(jīng)過這2次填料的清洗和更換之后，從2017年8月至今沒有發(fā)生脫碳貧液/半貧液換熱器和貧液冷卻器堵塞情況，沒有因貧液泵入口壓力低切換過脫碳貧液/半貧液換熱器和貧液冷卻器，貧液流量穩(wěn)定大大降低了裝置的運行風(fēng)險。節(jié)省了因為貧液量波動而造成甲烷化燃燒中寶貴氫氣的浪費。

4 分子篩再生氣加熱器恒溫

根據(jù)前幾年的經(jīng)驗有2次長周期運行,裝置開到200 d左右，因冷箱壓差高而迫使裝置停車。由于分子篩再生氣加熱器換熱管和管板為脹接，頻繁加減蒸汽，分子篩再生氣加熱器處于冷熱交替工況下，脹接處密封失效，水蒸氣通過分子篩再生氣加熱器進(jìn)入分子篩系統(tǒng)，造成分子篩吸附水過飽和；水分進(jìn)入后系統(tǒng)冷箱，水在冷箱里結(jié)冰,造成冷箱無法換熱，氫氮比無法滿足生產(chǎn)要求，從而被迫停車。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)現(xiàn)在分子篩再生氣加熱器不減蒸汽，隨時處于熱狀態(tài)，避免分子篩再生氣加熱器換熱管和管板因冷熱交替造成泄漏。

5 關(guān)小工藝空氣放空閥

工藝空氣壓縮機由燃?xì)馔钙教峁﹦恿?。PV1050是空氣壓縮機的防喘振閥，也是空氣壓縮機出口放空閥[2]。由于PV1050的放空量太大，在給PV1050工藝空氣管線上增加1條副線PV1050A，PV1050A的流通質(zhì)量流量為15 000 kg/h，為氣關(guān)閥，生產(chǎn)正常時空氣通過PV1050A放空。PV1050A一直處于20%～50%的開度，由于燃?xì)馔钙椒来６炔粔虿荒軠p負(fù)荷，按此推算正常時大約有3～5 t/h的空氣白白被放掉。通過增加給外單位儀表空氣的供給，增大三段出口流量后，防喘裕度滿足，可以減燃?xì)馔钙降呢?fù)荷，PV1050A可以緩慢地關(guān)閉，即可以減少空氣放空的損失，可以降低空氣壓縮機的負(fù)荷，同時也節(jié)省了燃?xì)狻?/p>

6 提高燃?xì)馔钙降姆鉁囟?/h2>

燃?xì)馔钙降姆馑偷揭欢螤t當(dāng)燃燒空氣，最近這幾年燃?xì)馔钙降娜細(xì)馔钙綁簹鈾C入口導(dǎo)葉閥(IGV)一直保持最大開度(85%)，也就是說燃?xì)馔钙脚懦龅姆鉁囟纫恢本S持在最低溫度，原因在于燃?xì)馔钙叫氏陆递^多。經(jīng)過2017年8月大修離線清洗和對燃?xì)馔钙降娜~片和噴嘴進(jìn)行重點清洗后，運行環(huán)境有了很大改善，在滿足生產(chǎn)負(fù)荷的情況下可以逐漸將IGV關(guān)小，最小到65%(允許最小開度為56%)，一段爐出來的乏氣溫度可以漲到468 ℃。

IGV開度受天然氣組分、燃?xì)馔钙截?fù)荷、乏氣溫度的影響，雖然沒有準(zhǔn)確的一一對應(yīng)關(guān)系，但存在明顯反比關(guān)系(見表2)。沒有采取措施之前IGV開度一直為84%，現(xiàn)在控制在68%～72%，一段爐乏氣溫度上漲，一段爐燃?xì)庀拿黠@下降。

表2 生產(chǎn)負(fù)荷、IGV開度、燃?xì)馔钙椒鉁囟群鸵欢螤t燃?xì)夂牧筷P(guān)系表

7 降低二段爐出口甲烷含量

二段爐是將甲烷轉(zhuǎn)化為所需的氫氣、一氧化碳和二氧化碳，二段爐出口甲烷體積分?jǐn)?shù)指標(biāo)為1.6%～2.1%，為了最大限度地提高氨產(chǎn)量，盡可能提高轉(zhuǎn)化率,將二段爐出口甲烷體積分?jǐn)?shù)控制在1.6%～1.7%，即最大程度轉(zhuǎn)化原料氣。為了使二段爐出口甲烷含量控制在低位,需要提高加入工藝空氣量，提高加入工藝空氣量的副作用就是加到系統(tǒng)的空氣太多[3-4]，在冷箱中要除去多余帶入的氮氣時，帶出到一段爐燃燒廢氣中的氫氣增加不經(jīng)濟(jì)，因此不能一味地提高工藝空氣量來降低二段爐出口的甲烷含量。當(dāng)天然氣組分中甲烷含量升高時，為了降低二段爐出口甲烷含量，可以適當(dāng)提高一段爐的水碳比或者提高一段爐出口溫度，減少被帶到一段爐去燃燒的氫氣。

8 結(jié)語

經(jīng)過2018年的努力中海化學(xué)化肥二部合成氨裝置優(yōu)化工藝運行工況，優(yōu)化系統(tǒng)工藝參數(shù)，提高轉(zhuǎn)化效率，總體上使噸氨天然氣消耗量從1 720 m3降至1 700 m3，證明以上采取的節(jié)能降耗的操作方法是正確有效的。