年产45万t合成氨节能减排经验总结

胡党鹏

(中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600)

中海石油化学股份有限公司(简称中海化学)化肥二部年产45万t合成氨装置是由美国Kellogg&Brown Root公司总承包，采用深冷净化技术(简称KBR工艺)设计而成，具有贫气利用、节能及运行稳定等特点。

随着国家对企业安全生产、节能减排、环境保护的要求更加严格和规范，安全环保和生产稳定工作必将作为企业的发展基础，始终将安全生产放在工作突出位置。中海化学通过预防性维护系统、电子巡检系统等先进的监控手段对设备运行状况进行分析，对催化剂进行定期评估，管理软件定时对装备进行预防性维护保养，可以预防事故发生，降低了设备的事故率。

1 装置能耗情况

同时段合成氨装置吨氨耗天然气统计表见表1。

表1 同时段合成氨装置吨氨耗天然气统计表

由表1可以看出：2018年1月由于仪表卡件跳车导致整个月的吨氨能耗高出很多，不是靠平时的精心操作可以追回来的，所以若要降低装置能耗，必须确保装置安全平稳生产长周期。这就要求日常巡检、工艺操作更加精细化，隐患排查治理更加彻底。部门通过对各物料放空的考核，有效地遏制了装置额外排放，严格避免物料浪费。部门培训施行应急考核，提升应急处置技能,保障装置长周期运行。

影响合成氨装置长周期稳定运行的因素有天然气供应、板式换热器堵塞、分子筛带水、工艺空气放空、燃气透平的乏气温度、二段炉出口甲烷含量等，为此，笔者提出了一系列针对性措施，以达到节能降耗的目的。

2 协调天然气的供应

海洋石油大化肥项目是利用“东方1-1”海上平台所产天然气进行加工的。海上平台的天然气经过海底管道通向天然气处理终端简单分离后进入中海化学化肥二部，由于影响天然气组分的因素有天气环境、海上平台、终端等诸多因素。天然气经过的管线连接的越多带来的不确定因素就越多，加之终端距合成装置距离很短，几乎没有缓冲的机会，所以给天然气的利用带来一定的难度，给合成氨装置运行带来极大的影响，严重时将使装置跳车。2004年跳车7次，其中4次都是由天然气组分波动引起的。

针对天然气组分压力多次波动，中海化学化肥二部出台了天然气组分波动调整预案，树立“小波动当大波动对待”的思想理念。通过几年的摸索和积累经验，由于措施采取得当，对组分波动的重视，因天然气组分波动造成的跳车几乎没有。2018年2月8日天然气组分大幅波动在终端未通知的情况下，天然气压力在2.65～2.77 MPa，甲烷体积分数在65.54%～60.44%波动，为化肥二部历史上压力波动最大一次，合成四班反应迅速并积极应对，通过精心的操作化险为夷，保证了装置安全稳定运行。

3 清洗和更换再生塔填料

二氧化碳脱除采用德国巴斯夫公司节能的MDEA03工艺，工艺气经过两段吸收后离开吸收塔,二氧化碳体积分数小于500×10-6。2006年2月装置大修，经过解体检查，发现贫液/半贫液换热器两侧结垢十分严重，整个板面几乎全部被垢层所掩盖，这对于只有0.5 mm厚的板片来说，大大降低了其传热系数，导致换热效果差，结垢的成分经过分析是消泡剂和冲刷的铁锈。板式换热器堵塞后贫液泵入口压力降低,贫液流量调整受限，很容易造成脱碳出口二氧化碳含量高，在甲烷化炉中烧掉宝贵的氢气，造成能耗上升[1]。中海化学实施脱碳贫液/半贫液换热器和贫液冷却器双系列改造，以便可以随时进行切换清洗。让板式换热器始终处于一个良好的工作状态，这样也形成了一个换热器换热效果好的良性循环。在实际操作过程中板式换热器2～3个月就要切换一次，切换频率较高，尤其在开车过程中，一个夜班切换过3次，造成很大的人力消耗和系统的不稳定。

2016年检修把吸收塔底部的填料全部进行清洗回装，2017年8月大修对再生塔再沸器里最下层的填料进行了更换，经过这2次填料的清洗和更换之后，从2017年8月至今没有发生脱碳贫液/半贫液换热器和贫液冷却器堵塞情况，没有因贫液泵入口压力低切换过脱碳贫液/半贫液换热器和贫液冷却器，贫液流量稳定大大降低了装置的运行风险。节省了因为贫液量波动而造成甲烷化燃烧中宝贵氢气的浪费。

4 分子筛再生气加热器恒温

根据前几年的经验有2次长周期运行,装置开到200 d左右，因冷箱压差高而迫使装置停车。由于分子筛再生气加热器换热管和管板为胀接，频繁加减蒸汽，分子筛再生气加热器处于冷热交替工况下，胀接处密封失效，水蒸气通过分子筛再生气加热器进入分子筛系统，造成分子筛吸附水过饱和；水分进入后系统冷箱，水在冷箱里结冰,造成冷箱无法换热，氢氮比无法满足生产要求，从而被迫停车。经过技术攻关现在分子筛再生气加热器不减蒸汽，随时处于热状态，避免分子筛再生气加热器换热管和管板因冷热交替造成泄漏。

5 关小工艺空气放空阀

工艺空气压缩机由燃气透平提供动力。PV1050是空气压缩机的防喘振阀，也是空气压缩机出口放空阀[2]。由于PV1050的放空量太大，在给PV1050工艺空气管线上增加1条副线PV1050A，PV1050A的流通质量流量为15 000 kg/h，为气关阀，生产正常时空气通过PV1050A放空。PV1050A一直处于20%～50%的开度，由于燃气透平防喘裕度不够不能减负荷，按此推算正常时大约有3～5 t/h的空气白白被放掉。通过增加给外单位仪表空气的供给，增大三段出口流量后，防喘裕度满足，可以减燃气透平的负荷，PV1050A可以缓慢地关闭，即可以减少空气放空的损失，可以降低空气压缩机的负荷，同时也节省了燃气。

6 提高燃气透平的乏气温度

燃气透平的乏气送到一段炉当燃烧空气，最近这几年燃气透平的燃气透平压气机入口导叶阀(IGV)一直保持最大开度(85%)，也就是说燃气透平排出的乏气温度一直维持在最低温度，原因在于燃气透平效率下降较多。经过2017年8月大修离线清洗和对燃气透平的叶片和喷嘴进行重点清洗后，运行环境有了很大改善，在满足生产负荷的情况下可以逐渐将IGV关小，最小到65%(允许最小开度为56%)，一段炉出来的乏气温度可以涨到468 ℃。

IGV开度受天然气组分、燃气透平负荷、乏气温度的影响，虽然没有准确的一一对应关系，但存在明显反比关系(见表2)。没有采取措施之前IGV开度一直为84%，现在控制在68%～72%，一段炉乏气温度上涨，一段炉燃气消耗明显下降。

表2 生产负荷、IGV开度、燃气透平乏气温度和一段炉燃气耗量关系表

7 降低二段炉出口甲烷含量

二段炉是将甲烷转化为所需的氢气、一氧化碳和二氧化碳，二段炉出口甲烷体积分数指标为1.6%～2.1%，为了最大限度地提高氨产量，尽可能提高转化率,将二段炉出口甲烷体积分数控制在1.6%～1.7%，即最大程度转化原料气。为了使二段炉出口甲烷含量控制在低位,需要提高加入工艺空气量，提高加入工艺空气量的副作用就是加到系统的空气太多[3-4]，在冷箱中要除去多余带入的氮气时，带出到一段炉燃烧废气中的氢气增加不经济，因此不能一味地提高工艺空气量来降低二段炉出口的甲烷含量。当天然气组分中甲烷含量升高时，为了降低二段炉出口甲烷含量，可以适当提高一段炉的水碳比或者提高一段炉出口温度，减少被带到一段炉去燃烧的氢气。

8 结语

经过2018年的努力中海化学化肥二部合成氨装置优化工艺运行工况，优化系统工艺参数，提高转化效率，总体上使吨氨天然气消耗量从1 720 m3降至1 700 m3，证明以上采取的节能降耗的操作方法是正确有效的。