[實(shí)用新型]能有效保護(hù)催化劑的合成氨甲烷化系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720228160.0
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN206553427U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李煒;李文衛(wèi);江志富
• 申請（專利權(quán)）人: 中化重慶涪陵化工有限公司
• 主分類號: C07C9/04
• 分類號: C07C9/04;C07C1/04;C07C1/12
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所(普通合伙)50211
• 代理人: 郭云

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種能有效保護(hù)催化劑的合成氨甲烷化系統(tǒng)，屬于化工工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮肥廠合成氨工藝總流程為：來自長輸管線的天然氣首先進(jìn)入天然氣配氣站，天然氣在配氣站進(jìn)行緩沖及調(diào)壓后進(jìn)入合成氨裝置的常溫脫硫系統(tǒng)，然后通過天然氣壓縮，高溫脫硫，換熱式一段蒸汽轉(zhuǎn)化、二段富氧空氣轉(zhuǎn)化，一氧化碳高、低溫變換，改良熱鉀堿法脫碳，甲烷化深度凈化去除殘余的CO和CO2，合成氣壓縮，14.0MPa下氨合成，冷凍分離，最終得到產(chǎn)品液氨。

甲烷化催化劑主要成分為Ni，設(shè)計要求甲烷化催化劑的正常操作溫度為260-390℃。甲烷化催化劑的主要目的是把經(jīng)過高低變換和脫碳工序凈化后來的微量CO、CO₂氣體，在高氫環(huán)境中通過甲烷化催化劑的催化反應(yīng)生產(chǎn)CH₄，確保從甲烷化爐出口氣體中的CO、CO₂均≤10ppm，從而保證合成催化劑不受CO、CO₂的中毒傷害。CO、CO₂和H₂反應(yīng)會大量放熱，當(dāng)微量的CO、CO₂進(jìn)入甲烷化催化劑都會使催化劑床層的溫度上升很大，如1％CO能使催化劑床層溫升達(dá)到74℃，1％CO₂能使催化劑床層溫升達(dá)到60℃，所以控制進(jìn)入甲烷化催化劑氣體中的CO、CO₂量就顯得非常重要，設(shè)計指標(biāo)為進(jìn)入甲烷化催化劑的CO≤0.299％，CO₂≤0.1％。

來自轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的氣體(主要成分為H₂、N₂、CO、CO₂和H₂O)首先進(jìn)入高變爐，在高變催化劑的作用下，氣體中的大部分CO被催化反應(yīng)變成CO₂，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入甲一換熱器的殼程與來自甲二換熱器殼程的氣體進(jìn)行換熱，氣體換熱后，溫度由高變出口時的390℃左右降低到370℃左右，然后氣體再次進(jìn)入高變廢鍋和給水預(yù)熱器繼續(xù)進(jìn)行換熱，氣體溫度進(jìn)一步降低到195℃左右后進(jìn)入低變爐進(jìn)行催化反應(yīng)，低變催化劑的作用就是把在高變爐中未變換完全的CO進(jìn)行深度變換，使得從低變爐出口氣體中的CO濃度能降低到≤0.299％，以確保甲烷化催化劑的使用安全。從低變爐出來的氣體進(jìn)入脫碳工序，氣體里面的CO₂基本上被脫碳液全部脫除，要求是從脫碳出來氣體里面的CO₂≤0.1％。從脫碳工序出來的氣體依次進(jìn)入甲二換熱器的管程和甲一換的管程進(jìn)行換熱，氣體溫度由70℃左右上升到292℃左右，然后進(jìn)入甲烷化爐進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。甲烷化反應(yīng)的主要目的是把微量的CO、CO₂與H₂反應(yīng)變成甲烷，確保氣體不對后續(xù)工序的催化劑造成傷害。經(jīng)過甲烷化反應(yīng)后，出口氣體中的CO、CO2含量均≤10ppm。甲烷化出口氣體溫度達(dá)到312℃左右，然后依次進(jìn)入甲二換的管程和甲烷化水冷器進(jìn)行換熱冷卻，氣體溫度降低到40℃左右，最后氣體經(jīng)過甲烷化分離器分離出冷凝水后被送到壓縮裝置進(jìn)行壓縮。

甲烷化進(jìn)口溫度主要是通過調(diào)節(jié)甲一換的管程和殼程的副線閥來進(jìn)行控制的，當(dāng)需要提高甲烷化的進(jìn)口溫度，則關(guān)小甲一換的管程和殼程的副線閥；當(dāng)需要降低甲烷化的進(jìn)口溫度，則開大甲一換的管程和殼程的副線閥。如果甲一換的管程和殼程的副線閥全部開完時，甲烷化進(jìn)口溫度還比較高，這時我們可以通過開大TV301來降低甲烷化爐的進(jìn)口溫度。該系統(tǒng)存在的問題是：

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)有兩個問題制約著我們的正常生產(chǎn)。第一個問題是當(dāng)甲烷化爐重新裝填新催化劑后，我們需要把甲烷化催化劑進(jìn)行還原，只有還原后的催化劑才具有催化活性。為了使新裝填的催化劑還原徹底，我們最終需要把催化劑床層的溫度提高到450℃左右，而原設(shè)計的提高甲烷化床層的溫度只能是通過調(diào)節(jié)甲一換的兩個副線閥來進(jìn)行控制，而實(shí)際情況是即使把甲一換的管程和殼程兩個副線閥全部關(guān)閉，甲烷化進(jìn)口的溫度還是無法滿足催化劑徹底還原所需要的高溫，由于催化劑無法得到徹底還原，這使得新裝填的催化劑活性無法得到充分利用。第二個問題是當(dāng)高低變系統(tǒng)或脫碳系統(tǒng)生產(chǎn)不正常時，進(jìn)入甲烷化爐氣體中的CO或CO₂含量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計指標(biāo)要求，由于CO、CO₂與甲烷化催化劑反應(yīng)會大量放熱，這時超量的CO或CO₂會使甲烷化催化劑超溫，催化劑在超溫情況下就有被燒毀的危險，從而導(dǎo)致甲烷化系統(tǒng)徹底停產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容