淬冷器改造总结

(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州，277500)

淬冷器改造总结

蒋荣龙
(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州，277500)

针对合成氨净化系统微量超标情况，分析事故原因并对其改造，保证系统安全稳定长周期运行。通过改造前后的数据对比，有效地确定了此次改造项目的成功。

淬冷器 甲烷化炉 甲烷化催化剂 改造 微量

兖矿鲁南化工有限公司合成氨净化系统任务是将气化来的水煤气经过CO变换，H2S、COS、CO2的NHD法脱除，然后对脱碳气配高压N2，再经甲烷化，制得合格的精制气送往合成工段，出工段微量指标CO+CO2≤20ppm。2015年11月因出工段微量超标，合成塔温差最高时达到100℃，系统被迫短停，同时也对合成催化剂造成了极大隐患。

1 甲烷化原理

目前国内外大型合成氨原料气的精制方法有液氮洗、甲烷化等。我厂采用甲烷化法去除系统残留的微量CO+CO2。

在甲烷化催化剂作用下，将气体中CO+CO2通过反应转化为CH4从而达到脱除微量CO+CO2的目的，反应如下：

CO+3H2=CH4+H2O Q=-206.28kJ/mol

CO2+4H2=CH4+2H2O Q=-165.09kJ/mol

每1%CO转化的绝热温升为72℃，每1%CO2转化的绝热温升为60℃，无论是CO还是CO2的甲烷化反应均是体积缩小的强放热化学反应过程，所以从甲烷化炉的温升基本可以判定微量的大小，即微量越多，温升越高，反之温升越低。

2 改造前流程简述

2.1 变换系统流程简述

由气化送来的水煤气压力约3.80MPa，温度214℃，水汽/干气比为1.4，经煤气水分离器(V6201)分离掉水及煤尘后，进入中温热器(E6201(Ⅰ))温度升高至250℃后，进入第一中温变换炉(R6201)，第一中温变换炉分上、下两段，炉内装有两段耐硫变换触媒，段间配有煤气激冷管线调温，出第一中温变换炉气体CO含量为≤5.0%(干)，温度为435℃左右。经甲烷化加热器(E6201(Ⅱ))、中温换热器(E6201(Ⅰ))进入第一中变废热锅炉(E6202)，生产2.5MPa中压蒸汽，使中变气温度降至260℃后进入淬冷器(V6202)，在淬冷器中用管网来的高压锅炉水将变换气淬冷至240℃后进入第二中温变换炉(R6202)，炉内装有两段耐硫变换触媒，出口变换气CO含量为≤1.0%(干)，温度为260℃左右。

图1 改造前变换系统流程简图

此套系统2008年开车，变换系统中的淬冷器(V6202)原设计为加管网来的高压锅炉水，用于调节二变炉(R6202)水汽比，但开车至今一直未投用锅炉水，实质相当于设备处于闲置状态。

2.2 甲烷化流程简介

来自脱碳工段的脱碳气(温度33℃、压力3.2MPa)进入配氮混合气(V6214)，同时3.8MPa氮气也进入配氮混合气(V6214)，经混合后分三路，一路为混合气直接进入甲烷化炉(R6204)，此路为冷线；另一路经甲烷化换热器(E6209)与甲烷化炉出口精制气换热，进入甲烷化炉，此路为次热线；最后一路经次热线后再与壳程介质为变换气的甲烷化加热器(E6201(Ⅱ))换热，通过三路的调节最终将甲烷化炉入口温度维持在约275℃。

图2 改造前甲烷化系统流程简图

甲烷化炉内分为两段，为保护甲烷化催化剂，防止脱硫系统的脱硫指标超标，导致硫化氢进入甲烷化炉，造成催化剂中毒失活，上层装入了13m3精脱硫剂，炉内实质共装有16m3甲烷化催化剂。

3 出工段微量超标原因分析

(1)甲烷化催化剂活性降低；(2)甲烷化催化剂中毒失活；(3)变换系统CO超标或脱碳塔后CO2超标。

如果为第三种可能性导致的出工段微量超标，会造成甲烷化炉温升升高，但对比事故前后甲烷化炉温升基本差别不大。

甲烷化催化剂平均每1.5年更换约5m3，2015年催化剂基本到期，但未更换催化剂应是此次事故的主要原因。在事故发生后经公司开会研究分析，不论是催化剂活性降低或是催化剂中毒失活，甲烷化炉催化剂装入量仅有16m3，空速较大，应是较为直观的看法，同时考虑到更换催化剂周期1.5年，更换周期较短，费用太高等原因，公司决定对其改造，咨询催化剂厂家后也建议应增加催化剂的装入量。

4 改造内容

改造内容主要是扩大甲烷化催化剂的装载量，思路为甲烷化炉全部盛装催化剂，增加槽子用于盛装精脱硫剂氧化锌，但如果通过增加精脱硫槽来达到改造的目的，须对新增的精脱硫槽设计、制作、安装等，费用较高，变换系统的淬冷器经校核完全可以作为精脱硫槽使用。

通过将淬冷器的进出口管道直接相连，再将淬冷器进出口法兰经配管与甲烷化炉相连，把淬冷器在流程上移除变换系统，在其内部装入16m3精脱硫剂氧化锌，直接改为甲烷化炉前的精脱硫槽。通过此次对淬冷器的改造不仅节省了大批费用，而且甲烷化炉内全部装入催化剂，装入量达到29m3，完全达到了改造目的。

图3 改造后变换流程简图

图4 改造后甲烷化流程简图

5 改造后数据对比

(1)改造前甲烷化入口温度一般为275℃，改造后入口温度调整至260℃。甲烷化反应为强放热过程，降低温度有利于正反应，即CO与CO2反应更彻底，但考虑到反应活性分子数量减少，反应速度会相应的降低，在装置生产负荷较大，且空速较大的情况下，甲烷化炉入口温度不能过低。改造后因甲烷化催化剂装入量的增加，即使降低入口温度，反应的活性分子也不会减少，反而比改造前增加了，消除掉了改造前的不利因素。

(2)在2016年3月改造后至今出工段微量一直为零。

(3)2016年脱硫指标超标严重期间，为防止H2S进入甲烷化炉，导致催化剂中毒失活,对淬冷器出口即精脱硫槽出口取样分析，未发现硫化物，有效地保证了系统运行，表明了此次改造较为成功。

(4)由于改造前甲烷化催化剂过少，更换次数频繁，且需要停车处理，费用昂贵，通过改造减少了更换频次，降低了生产费用。

6 结束语

通过此次改造，将变换系统无实质作用的淬冷器变废为宝，又有效地增加了甲烷化催化剂的装填量，为后期系统安全稳定长周期运行打下了夯实的基础。

SummaryofRevampingofQuenchingCooler

JiangRonglong
(YankuangLunanChemicalCo.,Ltd,Tengzhou277500,Shandong,China)

In view of the excess standard of the ammonia purification system, the cause of the accident was analyzed, and the safety and stability of the system were ensured. Through the comparison of the data before and after the transformation, the project's success has been effectively determined.

quencher; methanation furnace; methanation catalyst; modification; trace