赵阳
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］安阳化学工业集团有限责任公司第二套合成氨装置变换系统采用中串低工艺，2010年第二套合成氨装置实施变压吸附两段脱碳工艺替代热钾碱液脱碳工艺、低压醇烃化工艺替代甲烷化工艺的技改后，变换系统工艺指标相应作了调整，使得低变炉的负荷明显加重，近几年出现了低变催化剂快速失活的情况。以2019年3月更换新的预硫化耐硫低变催化剂后出现的一起低变催化剂快速失活事件为例，介绍低变催化剂快速失活期间系统工况的变化，结合低变系统运行数据以及系统停车检修时设备和催化剂的检查情况，得出导致耐硫低变催化剂快速失活的几方面原因，并就如何避免低变催化剂失活提出了有针对性的优化调整措施。
［关键词］合成氨装置；中串低变换工艺；耐硫低变催化剂；快速失活；运行数据变化；停车检查；原因分析；优化调整
［中图分类号］TQ113.26+4.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0025-05
0 引 言
安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）第二套合成氨装置（配套尿素装置）采用煤制气生产合成氨，气化系统所产半水煤气成分比较复杂，其中的H2S、COS等会对运转设备、压力容器、阀门、管道等造成腐蚀，其中的CO、CO2以及硫化物会造成氨合成催化剂深度中毒失活，影响氨合成系统的负荷，而合成氨装置净化系统的作用就是把氨合成反应不需要的有害组分予以脱除。安化公司第二套合成氨装置变换系统采用中串低工艺[中温变换炉（简称中变炉）出口气CO含量＜4%、低温变换炉（简称低变炉）出口气CO含量＜0.5%]，变换气脱硫后再经热钾碱液脱碳、氧化锌精脱硫、甲烷化后送氨合成系统；2010年安化公司对第二套合成氨装置进行技改，采用变压吸附两段脱碳工艺替代热钾碱液脱碳工艺、低压醇烃化工艺替代甲烷化工艺，由于低压醇烃化系统需要一定量的CO副产甲醇，因此变换系统工艺指标相应作了调整——控制中变炉出口气CO含量＜8%、低变炉出口气CO含量＜1%。变换系统工艺指标调整后，低变炉的负荷明显加重，低变催化剂的使用寿命受到一定的影响，近几年出现了低变催化剂快速失活的情况。针对这一异常情况，在原因分析的基础上，安化公司采取了一系列有针对性的优化调整措施，避免了低变催化剂的快速失活，延长了低变催化剂的使用寿命。以下对有关情况作一介绍。
1 低变系统简介
中变炉出口气经换热器降温后从低变炉顶部进入，低变炉入口变换气温度为180～210 ℃，在低变炉上段（一段）经除氧抗毒剂层后在低变催化剂的作用下继续进行CO变换反应，控制反应后的变换气温度＜250 ℃，低变炉一段变换气通过段间冷却器与低变炉入口来的冷激气混合降温后去往低变炉下段（二段）继续进行变换反应，出低变炉的变换气进入热水塔，在热水塔内经循环热水降温后送往后工序。
安化公司第二套合成氨装置低变炉属三类容器，规格为Φ3 200 mm×15 066 mm×32 mm，容积95 m3，材质为16MnR；低变炉内装填耐硫低变催化剂，其有效成分主要是氧化钴和氧化钼，氧化态催化剂使用前需先进行硫化，硫化后的催化剂才具有活性；耐硫低变催化剂层分为上、下两段，一段催化剂装填高度为2.9 m、二段催化剂装填高度为2.9 m，催化剂装填总量为50 m3；低变炉设计压力2.3 MPa、操作压力2.18 MPa，设计温度250 ℃、操作温度＜250 ℃。
实际生产中，半水煤气成分复杂，半水煤气中的O2或工艺气带水都会造成低变催化剂活性下降甚至失活；第二套合成氨装置近几年生产过程中出现过低变催化剂快速失活的情况，低变催化剂一旦失活，就失去了对工艺气中CO含量的调节能力，对装置的安全、稳定运行造成很大的影响。
2 低变催化剂快速失活案例
2.1 低变催化剂装填及升温还原情况
2019年3月第二套合成氨装置年度大修，大修期间对低变催化剂进行了更换，选用的是预硫化耐硫低变催化剂。2019年4月1日低变催化剂抵达生产现场，4月4日11:00 低变炉开始装填二段催化剂，当日18:10低变炉二段催化剂装填结束，共装填除氧抗毒剂1.8 t、耐硫低变催化剂14.4 t；4月5日低变炉开始装填一段催化剂，一段共装填除氧抗毒剂1.8 t、耐硫低变催化剂14.4 t。
2019年4月5日新的低变催化剂装填完成后，开始氮气升温，因本次更换的低变催化剂为预硫化耐硫催化剂，在氮气升温过程中存在放硫现象，为避免通煤气过程中放硫造成变脱塔出口气H2S含量超标，计划在氮气升温过程中补一定量的氢气（此氢气来自安化公司乙二醇分公司的氢气压缩机出口），进行充分放硫。4月6日19:45分析配氢管线，O2未检出，当日20:19氮气风机改大循环，20:45 投电炉，低变炉催化剂床层开始升温。4月7日06:45，低变炉出口气H2S含量33.21 mg/m3、H2含量94.91%，风机出口气H2S含量23.76 mg/m3、H2含量94.63%；4月7日11:10，低变炉配H2，19:10接蒸汽暖管。4月8日11:05切出H2，12:44停蒸汽，氮气风机改小循环。4月9日11:45 低变催化剂升温还原结束，本次低变催化剂升温还原共用时64 h。4月9日12:48停电炉。因变换系统第一水加热器泄漏，2019年4月15日系统泄压。2019年4月18日07:00中压蒸汽提温暖管，当日10:50净化系统接气饱和塔后放空，变换系统开车。
2.2 低变系统主要运行数据的变化
2.2.1 低变催化剂床层温度的变化
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期