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四川乐山和邦化工有限公司1800使用小结

时间:2020-05-06 点击: 219 次

TA201-2氨合成催化剂Ø1800塔低压合成系统中的成功应用
             王 术 勤 (总工程师)  
       (四川乐山和邦化工有限公司  邮编 614801)
 
四川乐山和邦化工有限公司隶属于四川和邦集团,是一家以生产纯碱为主的化工企业,生产能力为纯碱30万吨/年,氯化铵30万吨/年,采用联碱法。公司合成氨厂合成系统为化八院设计的14.0MPa低压流程,合成内件为三段全径向,在2005年大修更换合成催化剂时,我们经多方考察论证最终选用了临朐泰丰环保科技有限公司生产的TA201-2型氨合成催化剂,自还原结束至今运行非常理想。现将系统还原及运行情况总结如下:
  1. 合成氨厂概况:
我厂是采用天然气为原料,干法脱硫,3.2Mpa压力下换热式一段转化,二段富氧空气造气,一氧化碳中、低温变换,MDEA脱碳,脱碳后的气体进入甲烷化工序除掉合成气中残余的CO、CO2,精练气送合成,合成系统采用14.0Mpa低压合成工艺。
  1. 合成系统工艺流程及主要设备一览:
由氢氮气-循环联合压缩机送来的新鲜氢氮气先进入1#补充气氨冷器冷却至8℃,在2#氨冷器入口处补入系统与1#氨分出来合成气混合进入2#号氨冷器冷却至-6℃进入2#氨分,分离液氨,同时新鲜气带入系统的水及CO2、油污被液氨洗涤随氨带出。出2#氨分(氨含量4%)进冷交换器回收冷量温度25℃、12。7MPa进入循环机升压至13.872MPa出循环机首先进入油分离过滤器,分离油污,然后进入合成塔环隙,保护合成塔外壳,从塔顶部出塔,进入塔外预热器中加热。预热后气体经1#、2#主线进合成塔,分别经合成塔上中触媒层间换热器被反应后热气体加热到约330℃,在合成塔顶部的上触媒层入口混合后进入上触媒层反应后进上部换热器与管内冷气换热,反应气体被冷却后约355℃进入中径向层反应后进层间换热器换热后约355℃进入下径向层反应,出下径向层的气体氨含量约16..5%左右,出塔气进入废热锅炉产生1.6MPa蒸汽,同时合成气被冷却至250℃,然后进合成气给水预热器加热进合成废锅给水,合成气约210℃进入塔外预热器加热入塔,合成气68℃进水冷器,冷却至38℃,进入冷交换器与2#氨分离器来的冷循环气换热回收热量,合成气冷却至28℃进1#氨冷器,冷却至8℃,气体进入1#氨分离器,分离液氨,氨分出来的气体与补充气混合进入2#氨冷器,循环使用(放空位置在1#氨分离器出口)
  合成设备一览表
设备名称 规格 设备名称 规格
合成塔
 
φ1800X19010mm,全径向,操作压力14.0Mpa,容积:26.23m3
 
氨冷器 1#及补气氨冷:φ1800,L=8330,2#氨冷器:φ1400 L =4750   F=123m2 
合成开工加热器 φ3500、H=27580mm 冷交换器 φ740,L=6962
合成废热锅炉 φ850/1800  L=6400,F=118.2m2 合成给水预热器 φ450,L=3500mm,F=26.04VM 2
进塔气预热器 φ700、L=8186mm,F=232m2 氨分离器
1#  2#
φ1200,H=5215
φ700、L=8186mm,F=231m2
合成水冷器 φ1400,L=7069mm,F=771m2, 油分离器 φ400X2280mm,压差<0.3kg/cm
 
循环机
 
6M16-13.2/23-130~7.8/127.3~137.3  
  1. 催化剂的装填。
为了保证装填均匀密实,结合内件的结构我们采用分段装填,装填完下段后组装中段内件继续装填,依次进行。我们请专门的装填公司进行装填,装填时触媒从四周均匀撒下,装填30cm左右用振动棒震动夯实,此次共装填催化剂68.70T,。这样做充分保证触媒筐的有效容积得到充分利用催化剂的装填情况:
上段: TA201-2    3.3~4.7mm     18..90吨
中段   TA201-2    3.3~4.7mm     21.40吨
下段   TA201-2    3.3~4.7mm     28.40 吨
                    总计:       68.70吨       
4催化剂的升温还原情况:
4.1升温还原方案的制定:
在催化剂制造厂家山东临朐泰丰公司及内件设计厂家化八院的积极协助下,为保证此次还原的顺利进行我们制定了科学详尽的升温还原方案(见下附表)
  4.2温还原的过程控制:
4.2.1采用分段还原的方法,开升温副线为主线气,利用1#、2#主线阀控制二、三段触媒床层温度以达到分层还原的目的。将段与段之间出水高峰避开,减小反复氧化还原对催化剂的不利影响,以获得最佳的还原效果。
4.2.2升温还原中开工加热炉尽量加满,以保证还原的最大空速。以利于缩小轴向、径向温差。保证还原取得较好的效果。
4.2.3严格控制水汽浓度和氨冷温度,水汽浓度分析力求及时准确,并及时报合成岗位,水汽浓度作为控制升温速率的主要依据,尽量低的氨冷温度可保证进塔水汽尽量小,减少上部已还原好的催化剂的反复氧化还原。
4.2.4严格要求、精心操作保证整个还原过程平稳进行。因我公司内件为全径向,还原时温差小,且催化剂为一种粒度出水相对集中,为保证还原顺利进行我们严格控制操作幅度。
4.2.5在不违背合成工艺要求的前提下,尽量创造条件保证催化剂达到更高的还原度。
4.3还原过程中存在的不足和问题:
本次还原历时220多小时,在泰丰公司技术人员积极协助下。还原基本正常,进行的比较顺利,还原后催化剂的活性表现很好,但同时在还原过程中也存在一些不足:
4.3.1由于开工加热炉能力偏小,导致循环量不足,二、三段催化剂大量出水时,存在水汽浓度超标的现象,水汽浓度很难维持在2.0g/L左右,采取恒温操作措施,几个班水汽仍在3.0/L以上。同时也大大延长催化剂的还原时间。
4.3.2由于工艺条件的限制,导致三段催化剂的还原不彻底,最低点温度最高仅430℃,并且维持时间不长,这与催化剂还原要求的最低温度460℃相差较大,主要是因为我公司废锅进口温度设计要求≤420℃,限制了三段触媒层温度的提高。这必然会影响到三段催化剂最佳活性的发挥。
  1. 合成系统运行情况: 
自合成系统更换TA201-2型氨合成催化剂以来,系统负荷逐渐加量到天然8000Nm3/h(设计为6627 Nm3/h)制气,在超过设计负荷20%以上的情况下合成系统压力稳定,触媒层温度稳定,出口氨和氨净值较上次均有较大的提高(分别提高3.5个百分点),合成催化剂在短期停车后,热点温度温度在300℃的情况下,不需点开工加热炉就能直接导气开车,说明该催化剂低温活性很好。
6、对TA201-2催化剂的评价
由于此前国产合成催化剂在低压流程中成功应用的范例很少,再加我厂上次使用某大型催化剂厂产品不很理想,所以这次催化剂选用时我们非常小心谨慎,经再三考察论证最终选用了山东临朐泰丰公司生产的TA201-2型催化剂。催化剂投入正常生产后表现出了良好的活性,打消我们此前的种种顾虑,对TA201-2催化剂我们评价如下:
6.1 催化剂强化磨角好、粒度均匀、机械强度高。催化剂虽经长途运输到达我公司,在催化剂装填过筛时我们发现几乎无粉末,于是便直接装塔。装填时虽用振动棒振动夯实吹除时也没粉末,投入生产后压差小,仅0.15Mpa(设计值为0.4 Mpa)
6.2 低温易还原出水温度低且出水集中。在催化剂还原时,280℃即开始出水,380~430℃大量出水,出水集中,甚至出现由于循环量小水汽超标的现象。这充分表明催化剂低温易还原的特点。
6.3低温低压高活性,起活温度低。催化剂还原结束投入生产后表现出良好的低温低压活性,(压力13.0Mpa时一段零米温度300~315℃,热点温度465℃左右)。
6.4合成塔出口氨净值高,出口氨含量高达16.5 %以上,与上次相比提高3.5个百分比。
   总之TA201-2型催化剂在我厂的使用中表现出了良好的低温低压活性,使用是成功的,为我厂创造更好的经济效益提供了有力保障。希望以上总结能为广大低压合成系统厂家提供借鉴。
 
 
 
 
 
 四川乐山和邦化工有限公司
                                                                                            

升温还原方案
阶段 所需时间
h
累计时间
∑h
热点温度℃ 升温速率
℃/h
进塔压力
MPa
氨冷温度℃ 循环氢
%
水汽浓度
g/Nm3
上层 中层 下层
升温期 12 12 常温~330     25~30 5.0 10~0    
还原初期 4 16 330~380 ≤330 ≤330 10~15 5.0 0~-10 ≥75 ≤1.5
上层还原主期 6 22 380~400 ≤330 ≤330 3~5 5.0 -10~-12 ≥75 ≤2.0
50 72 400~460 330~360 ≤330 1~2 5.0 -10~-12 ≥75 ≤2.0
15 87 460~480 360~380 ≤330 1~2 5.0 -10~-12 ≥75 ≤2.0
10 97 480~490 380~400 ≤330 1~2 5.0 -10~-12 ≥75 ≤2.0
中层还原主期 50 147 490 400~460 330~360 1~2 5.0~6.0 -10~-12 ≥75 ≤2.0
15 162 485 460~480 360~380 1~2 5.0~6.0 -10~-12 70~75 ≤2.0
5 167 485 480~490 380~400 1~2 6.0~7.0 -10~-12   ≤2.0
下层还原主期 40 207 485 490 400~460 1~2 6.0~7.0 -10~-12 70~75 ≤2.0
20 227 485 490 460以上   ≤7.5 -10~-12 70~75 ≤2.0
还原末期 20 247 ≤500 ≤500 460以上   ≤7.5 -10~-12 68~73 ≤2.0
轻复荷 24 271 460±5 460±5 455±5   10.0~12.0 正常指标
 
注:具体升温速率参考水汽浓度

氨合成催化剂