河南煤化集团安化公司合成氨新系统原采用煤制气生产合成氨,其净化系统采用中串低变换、经脱硫脱碳,再通过氧化锌脱硫、甲烷化工艺,合成氨系统采用一轴三径合成塔。2010年,合成氨新系统改造为甲醇联产合成氨系统,系统流程为中串低变换→脱硫→PSA两段脱碳→精脱硫→低压醇烃化→合成氨。2010年12月成功投运联产5万t/a甲醇的低压醇烃化系统,但投运后系统出现了一些问题。公司对这些问题进行了原因分析和优化改进。
1.系统出口微量(5~10)×10-6以上的波动造成后工序合成氨塔温波动大、合成氨产量不稳定。原因是操作炉温控制低,醇化塔反应量小,而醇烃化塔无法消耗过量的CO+CO2,导致出口微量升高。采取的措施是:适当提高床层温度(225±5)℃;开启1台或2台循环机,保证系统微量在指标范围内(<15×10-6)。
2.系统不能维持自热平衡,需要添加更多的3.8 MPa蒸汽维持塔温,由于3.8 MPa蒸汽的不稳定造成出系统的微量增长,也造成消耗增加。原因是:参与反应的有效成分少,造成反应热少(设计入口CO+CO2含量≤6%,实际生产只有2.3%左右);操作炉温控制低,催化剂活性不能完全发挥,导致反应量减小。采取的措施:适当提高床层温度(225±5)℃;提高入系统有效成分含量。
3.甲醇转化率低,甲醇产量少的原因是系统压力低,所以将系统压力从4.1 MPa左右提至4.8 MPa左右。
通过以上优化改进后,系统出口微量保证在指标范围内,需要添加的蒸汽量降低,合成塔温波动减小,合成氨产量明显增加。甲醇产量虽有明显提高,但并未达到设计值,说明原设计中的甲醇合成塔偏小。要使甲醇产量进一步提高,可考虑再增加1台甲醇合成塔,与原有的合成塔并联操作;醇烃化系统出口微量经过优化后,控制在合成氨反应要求的指标之内,但是在压缩机排污时发现有类似烃化物的乳状物,可能会造成合成氨催化剂的中毒,建议在烃化分离器后、压缩机五段入口前增加1台氨冷器、1台分离器,利用液氨在低温下进一步将醇烃化后的精制气中的烃化物分离出来,以延长合成氨催化剂的寿命。