转化中低甲岗位操作规程合一.docx
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转化中低甲岗位操作规程合一
转化中低变甲烷化岗位
安全技术操作规程(合一)
一、本岗位主要任务:
以天然气为原料,采用干法脱硫至H2S≤0.5mg/Nm3,在2.8MPa左右压力下连续蒸汽转化,通过CO中、低温变换为联碱提供CO2,甲烷化法脱除联碱脱碳气中少量CO、CO2,制出合格的氢氮气。
操作过程中要保证系统符合工艺指标要求,负责系统的开、停车、事故处理及正常操作,并及时作好原始记录。
二、生产原理:
1、来自天压机的原料天然气中含有≤100mg/Nm3的总硫,硫对触媒有害,必须除去。
为了脱除天然气中的有机硫,本装置在原料气中配入约3—5%的氢,首先采用铁锰转化吸收型催化剂,在约340~410℃的高温下发生有机硫的转化及脱硫反应:
RSH+H2→H2S+RH
H2S+MnO=MnS+H2O
在铁锰床层出口气中含有约5ppm的H2S,还必须在氧化锌脱硫剂中进一步脱除。
反应为:
H2S+ZnO=ZnS+H2O
C2H5SH+ZnO→ZnS+C2H4+H2O
氧化锌吸收硫速度极快,脱硫沿气体流动方向由上向下逐层进行,最终出氧化锌脱硫槽的原料气中H2S≤0.5PPm。
脱硫合格后的天然气与蒸汽以H2O/∑C=3.1~3.8左右混合后进入一段转化炉和二段转化炉,制成合成氨的粗原料气。
2、本装置所用的转化催化剂是镍催化剂,反应为:
CH4+H2O(g)→CO+3H2-Q
CH4+2H2O(g)→CO2+4H2-Q
CO+H2O(g)→CO2+H2+Q
一段炉出口气温度710~800℃、CH411~14%(V),在二段炉入口配入经预热的空气在二段炉上部的空气混合器中进行燃烧,提高温度后继续进行转化反应,使转化气中的残余甲烷降到≤0.5%(V),同时调节进二段炉的空气量,以满足合成氨对氢氮比的要求。
3、出二段炉原料气中含有大量的CO,变换工序就是使CO在催化剂的作用下与水蒸汽反应生成CO2和H2。
既除去对后工序有害的CO,又能制得纯碱原料之一CO2。
反应为:
CO+H2O(g)→CO2+H2+Q
这是一个可逆放热反应。
降低温度和提高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。
本工序中变采用铁铬系催化剂,还原后具有催化活性的是Fe3O4,低变是采用铜锌系催化剂,还原后具有活性的是Cu微晶。
中变在330~440℃,在催化剂的作用下,反应速度很快,中变炉出口CO≤3.0%。
然后降温到200℃左右,在低变催化剂的作用下,使工艺气中的CO含量进一步降到≤0.3%,以满足甲烷化对CO含量的要求。
4、甲烷化是氨合成原料气制备的最后工序,其任务是将残留于净化气中的CO和CO2,在催化剂作用下与H2反应生成CH4,除去对合成触媒有毒害的微量CO和CO2,并产生能回收利用的CH4,其反应分别为:
CO+3H2=CH4+H2O(g)+Q
CO2+4H2=CH4+2H2O(g)+Q
这两个反应都是强烈放热反应,CO每升高1%,触媒层温度将上升约72℃。
CO2每升高1%,触媒层温度将上升约60℃。
因此,要严格控制好前工序的出口CO和CO2含量,防止甲烷化超温。
三、工艺流程概述:
本套合成氨转化采用目前世界上普遍选用的甲烷蒸汽“双一段”转化流程:
天然气和蒸汽混合(H2O/ΣC=3.25±10%调节)后分别送进方箱一段炉(B0101)和换热式转化炉(D0101),两股一段转化气汇合后进入二段炉。
方箱炉B0101的热源由燃烧燃料气提供;换热转化炉的热源由后继的高温二段转化气返回提供。
燃料气送到方箱式转化炉B0101的对流段盘管(NO.7)内加热后作为方箱转化炉B0101顶部烧嘴和辅锅烧嘴的燃料,原料天然气先经对流段盘管(NO.5和NO.3)加热至380℃左右,进入脱硫槽,先经过铁锰粗脱再经氧化锌精脱。
出氧化锌精脱的天然气与蒸汽按水碳比3.1~3.8混合后分成两股,一股进入对流段第一组盘管加热至450~530℃后进入方箱一段炉B0101管内进行甲烷转化,另一股进入混合气预热器C0101中预热至520℃进入换热转化炉D0101的转化管内进行甲烷转化。
经一段(方箱和换热)转化,天然气中大部分甲烷等烃类物质被转化为CO、H2为主要成分的转化气,在约750~800℃温度出炉汇合后进入二段炉D0102,与经预热的空气在二段炉燃烧室中与一段转化气中的氢发生燃烧反应,放出大量的热供一段转化气中的甲烷继续转化所用,使残余甲烷含量小于0.5%。
补入空气的另一个目的是调节转化气中的氢氮比以满足氨合成的补气中的H2∶N2=3∶1的要求。
出二段炉的工艺气体进入换热式转化炉的管间,作为热源加热管内的原料气,使之产生甲烷化反应。
随后管间的二段转化气以约750~800℃温度离开换热炉,进入混合气预热器,再经废锅回收热量(能产生3.1Mpa的中压蒸汽供一段炉用),温度降至360℃左右的转化气出废锅进入中变炉。
出中变炉的气体经甲二换热器加热入甲烷化炉进口气后,再经中变废锅及第二锅炉给水预热器回收热量,温度降至180~200℃左右进入低变炉。
离开低变炉气体温度为200~210℃,依次通过低变废锅、第一锅炉给水预热器、脱盐水预热器后和低变水冷器,温度约40℃左右,进入低变气分离器,分离排出其中水份后至联碱作为生产纯碱的原料气。
联碱来脱碳气首先进入脱碳气分离器,进一步分离其中液滴。
出分离器的脱碳气先进入甲一换热器与甲烷化炉出口气换热,再进入甲二换热器与中变炉出口气换热,温度达到280~310℃左右进入甲烷化炉反应。
出甲烷化炉气温度≤350℃。
CO+CO2含量≤20ppm。
该气体经过甲一换热器,甲烷化水冷器后,被冷却到40℃。
进入气水分离器分离冷凝水后,再送往氢氮气压缩机供合成塔合成氨用。
四、主要设备一览表:
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
一段转化炉
辐射段
组合件
1
容积(触媒体积):
3.88m3
对流段
天蒸混合气
换热面积:
150m2
工艺空气Ⅱ
换热面积:
278m2
工艺天然气Ⅱ
换热面积:
139m2
烟道气锅炉
换热面积:
696m2
工艺天然气Ⅰ
换热面积:
348m2
工艺空气Ⅰ
换热面积:
348m2
燃料气
换热面积:
174m2
2
混合气预热器
Φ1200×8×6228
1
容积:
3.5m3换热面积:
33m2
3
转化气废锅
Φ1100×20×7540
1
容积:
5.5m3
换热面积:
63.1m2
4
换热式转化炉
Φ1600×18×14007.5
1
容积(触媒体积):
2.04m3
5
二段转化炉
φ2700×14500
1
容积(触媒Ⅰ、Ⅱ体积):
2.08m38.65m3
6
氧化锰脱硫槽
Φ2000×32×14822
1
容积(触媒体积):
37.9m3
7
氧化锌脱硫槽
Φ2000×32×14822
1
容积(触媒体积):
30.929m3
8
汽包
Φ1000×20×5180
1
容积:
3.7m3
9
燃料气缓冲罐
Φ900×6×3006
1
容积:
1.25m3
10
蒸汽分离器
Φ800×20×3523
1
容积:
1.2m3
11
排污冷却罐
Φ600×8×1000
1
容积:
0.28m3
12
磷酸盐槽
Φ800×1200
1
容积:
0.5m3
13
引风机
Y5-48NO.12.5C
1
14
磷酸盐泵
JX4/3.4A-0.55-84P
2
4L/h、3.4MPa
15
锅炉循环水泵
ZE100-2200
2
扬程:
38m流量:
110m3/h
16
烟囱
Φ1300×8×2500
1
17
甲烷化第二换热器
Φ700×14×3660
1
换热面积:
24.7m2
18
中变废锅
Φ700×14×5498
1
换热面积:
80m2
19
第二锅炉给水预热器
Φ700×12×4200
1
换热面积:
102m2
20
低变废锅
Φ1400×10×4260
1
换热面积:
58m2
21
第一锅炉给水预热器
Φ700×14×5700
1
换热面积:
181m2
22
低变气冷却器
Φ700×14×7809
1
换热面积:
246m2
23
甲烷化第一换热器
Φ700×10×7340
1
换热面积:
212m2
24
甲烷化水冷却器
Φ600×10×5463
1
换热面积:
86m2
25
中温变换炉
Φ2200×30×8389
1
容积:
21.8m3
容积(触媒体积):
16.337m3
26
低温变换炉
Φ2400×26×9120
1
容积:
29.4m3
容积(触媒体积):
22.608m3
27
甲烷化炉
Φ1800×20×7475
1
容积:
12.3m3
容积(触媒体积):
9.004m3
28
脱碳分离器
Φ800×2700
1
容积:
1.3m3
29
甲烷化分离器
Φ900×10×3775
1
容积:
1.7m3
30
低变气分离器
Φ1200×12×4352
1
容积:
3.6m3
31
脱盐水预热器
Φ500×8×2502
1
换热面积:
31m2
32
低压给水泵
DG5-27×3
2
扬程:
81m流量:
5m3/h
33
高压给水泵
DG46-50×8
2
扬程:
400m流量:
46m3/h
34
除氧槽
水箱
Φ2524×12×3730
1
设计能力:
30t/h
五、工艺指标:
1、中控岗位:
指标名称
单位
控制范围
指标名称
单位
控制范围
水碳比
H2O/C
Nm3/h
工天≤2800
3.5~4.0
天然气入工序压力(P103)
Mpa
<2.9
工天≤2800
3.25~3.45
空气入工序压力(P112)
Mpa
<2.6
工天≤2800
3.3~3.5
转化气进中变压力(P119)
Mpa
<2.27
天蒸
去一段炉(T117)
℃
≤525
低变气去碱厂压力(204)
Mpa
<2.15
混合气
去换转炉(T120)
℃
≤480
脱碳气进甲烷化压力(P205)
Mpa
<1.64
炉堂上部温度(T110A)
正常生产
℃
≤1010
甲烷化气出口压力(P207)
MPa
<1.43
干烧(T110B)
≤250
炉膛上部负压(P102)
mmH2O
-5~-15
一段转化气出口温度(T118)
℃
≤790
烧嘴背压(P111)
MPa
0.05~0.2
换转炉出口温度(T121)
℃
≤715
回收气压力
P120
MPa
<0.5
对流段(T104)
℃
≤600
P110
MPa
<0.2
二段炉出口温度(T126)
℃
≤910
蒸汽压力
外供蒸汽(P113)
MPa
进脱硫槽温度(T115)
正常生产
℃
360~380
汽包蒸汽(P114)
MPa
≤0.2
开停车
℃
≤420
低变蒸汽(P208)
MPa
≤0.5
中变炉进口温度(T129)
℃
320~360
工空保护蒸汽流量
Kg/h
500~1200
中变触媒热点温度
℃
370~420
液位
汽包
%
45~55
低变炉进口温度(T210)
℃
前期175~185
脱氧槽
%
65~85
后期≤200
低变触媒热点温度
℃
前期≤195
低变废锅
%
40~60
后期≤215
低变分离器出口温度
℃
≤40
低变分离器
%
30~50
甲烷化炉进口温度(T223)
℃
前期≤285
压差
一段炉(PDI105)
Kpa
180
后期≤300
甲烷化触媒热点温度
℃
290~345
换转炉(PDI108)
Kpa
120
脱氧水温度
℃
102~104
二段炉(PDI109)
Kpa
50
甲烷化分离器出口温度
℃
≤40
中变炉(PDI201)
Kpa
40
CH4含量
一段炉
%
≤8
低变炉(PDI202)
Kpa
40
换转炉
%
MPa20
甲烷化炉PDI203)
Kpa
30
二段炉
%
前期≤0.5
P103~P104
MPa
≤0.25
后期≤0.8
CO含量
中变气
%
≤3.0
P104~P119
MPa
≤0.28
低变气
%
前期≤0.3
P119~P204
MPa
≤0.2
后期≤0.5
脱碳气CO2含量
%
≤0.2
P205~P207
MPa
≤0.1
甲烷化出口微量CO+CO2
ppm
前期≤10
后期≤20
氧化锌出口S2-
ppm
≤0.5
2、巡检岗位:
高压给水泵
电流
A
<167
脱硫槽补H2量
负荷的2~3%
电机温度
℃
<90
炉水质量
PH值
9.0~10.5
低压给水泵
电流
A
<11
PO43-
ppm
0.5~4
电机温度
℃
<90
Cl-
ppm
≤10
锅炉循环泵
电流
A
<41.5
总碱度
mmol/l
<14
电机温度
℃
<105
锅炉循环泵
油位
%
1/2~2/3
仪
表
空
压
机
一级压力
MPa
0.16~0.22
润滑油
68#
二级压力
MPa
≤0.8
引风机
电流
A
<167
油泵压力
MPa
0.15~0.25
电机温度
℃
<105
轴承温度
℃
≤70
油位
%
1/2~2/3
油温
℃
≤60
润滑油
68#
曲轴箱油位
%
1/2~2/3
加药泵
电流
A
<1.5
润滑油
150#
电机温度
℃
<90
空压站出口空气压力
0.4~0.7
油位
%
1/2~2/3
循
环
水
泵
1#~4#电流
A
<164
润滑油
68#
1#~4#电机温度
℃
<90
凉水塔风机
电流
A
<1.5
1#~4#出口压力
MPa
≤0.32
油位
%
1/2~2/3
5#电流
A
<237
润滑油
68#
5#电机温度
℃
<90
夹套水回水温度
℃
<80
5#出口压力
MPa
≤0.4
循环水NH3-N
mg/l
<500
六、中控岗位操作技术规程:
(一)、正常操作要点:
1、严格控制好水碳比,严禁低于3.0,防止析碳事故的发生。
2、严格控制工艺气负荷,严禁系统超负荷运行。
3、系统加负荷要缓慢,必须按蒸汽、天然气、空气的顺序运行。
减负荷则相反。
4、根据不同负荷,调整引风机转速,保证炉膛温度分布合理。
5、严格控制对流段温度,保证各盘管不超温不过热。
6、严格控制脱硫进口温度及加氢量,保证氧化锌出口硫含量在工艺指标范围内。
7、严格控制一、二段炉出口温度,保证气体成分在指标范围内。
8、严格控制中变炉、低变炉、甲烷化炉进口温度,保证气体成分在指标范围内。
9、注意控制转化废锅、低变废锅、脱氧槽的液位,防止干锅和满液而使蒸汽带水。
10、控制调节好给水加药量,加强废锅排污,保证水质合格。
11、控制好蒸汽分离器、低变分离器、脱碳气分离器及甲烷化气分离器液位,防止带液。
12、加强巡回检查,定时用红外测温枪监测炉壁温度及夹套水回水温度。
13、经常观察一段炉烧嘴燃烧情况,防止发生偏烧、舔管、回火等现象并及时调整,确保燃烧良好。
14、按时巡回检查所属各运转设备电流、油位、油质、温度、声音、冷却水等是否正常。
15、定期监测各炉催化剂层阻力降。
(二)、触媒升温还原开车:
1、对系统作全面检查,各设备管道试压合格,电器仪表调试合格,机泵单体试车合格。
2、引脱盐水入系统,建立脱氧槽液位。
开加药泵,开锅炉给水泵,建立汽包液位。
开锅炉循环水泵,打通循环水管线,当脱氧槽液位达到50~80%时,可将LIC-111投入自调。
当汽包液位达到50%时,可将LIC-101投入自调。
3、开引风机,控制炉膛负压在PI-102:
-3~-8mmH2O,并分析O2含量。
4、一段、换转、二段、中变空气升温:
空气升温前,确认脱硫进出口已盲,二段炉空气大阀关。
1)、倒通空气入工天盘管盲板,通知空压机送空气,用导淋阀排完积水。
中控开HS-103、HS-104,缓慢投空气。
空气经对流段工天盘管ⅠⅡ、天蒸盘管进一段炉、二段炉、换转壳程、废锅、中变炉,然后在低变前放空,压力控制在0.1~0.15MPa左右。
2)、FIC-103先关,待TI-126=120℃恒温后开FIC-103:
1000~1500m3/h空气进入换转提温。
3)、呈梅花型点炉顶部份烧咀,每小时轮换烧嘴。
4)、升温速度TI-118:
20±5℃/h;TI-121:
20±5℃/h。
5)、分别在TI-118、TI-121、TI-125,120℃时恒温4小时。
升温终点:
一段<240℃、二段180—200℃、换转150~160℃、中变149℃。
6)、TI-126达到150℃加夹套水。
5、一段、换转、二段、中变蒸汽升温:
1)、中变空气升温结束,暂将中变切出中变保压等待;中变前放空,关FV103,切出换转。
2)、空气升温结束前,联系调度,引入35T锅炉蒸汽,暖管并排尽积水后,蒸汽先从MS0111经工天盘管配入,经PA0104进入方箱炉。
3)、逐渐减空气量,增加蒸汽量,直到退出空气,蒸汽量尽量控制在3t/h左右,视一段炉温升情况增点炉顶烧嘴。
4)、逐步开FIC-102,切除MS0111、PA0107、PA0104并盲。
5)、逐步开FIC-102,加蒸汽量7t/h左右,TI-128≥160℃,且无蒸汽冷凝液时,开始向中变导蒸汽升温,放空压力控制在0.2~0.3Mpa。
6)、蒸汽升温TI-118在300℃前,TI-107<200℃,首先将工天Ⅰ、Ⅱ盘管及管线用天然气置换合格,从PA0104导淋排放,严禁空气、蒸汽进入脱硫系统,再导通脱硫系统盲板。
7)、TI-126≥300℃时,开FIC-103向换转补蒸汽,通过控制蒸汽量以10~15℃/h的速度升温。
8)、TI-108≥300℃,且低变空气升温结束,打开二段炉空气大阀,缓慢向工空盘管加保护蒸汽。
6、脱硫系统升温还原:
1)、脱硫升温时间在T118≤400℃,T107≥200℃时进行,可与空气升温,或蒸汽升温同步;
2)、升温速度以TI-114a为准。
先以20~30℃/h的速度升至150℃,恒温4~8小时,床层温差减小后再将温度升至180℃(还原从低于180℃开始),恒温2~4小时,观察脱硫剂上层温度有没有“飞升”现象。
3)、还原操作:
催化剂在150℃时就会有还原反应,上下床层温差逐渐增大,最好控制在5℃以内;在升到180℃后,观察分析床层温度变化情况,恒温1~2h,恒温期间如果没有“飞温”现象,再按10~15℃/h的将床层升温至250℃,恒温2~4小时,再继续将床层升温至400℃,再恒温14~16小时,升温还原结束;在整过还原期间,床层温升应严格控制在10℃以下,防止“飞温”。
4)、如果床层出现温度“飞升”现象(30秒内床层温度飞涨50℃左右),应采取停止预热,加大气量(即增大空速)带走床层反应热,以迅速控制床层温度不超过500℃。
迫不得已,也可采用切断升温还原气,加入蒸汽带走反应热(最好不采用)。
整个床层的温度“飞升”消除后,方可逐渐将脱硫剂床层的温度升至400℃,再恒温10h左右,出口天然气硫含量合格后,升温还原结束。
5)、ZnO出口温度≥300℃,TI-118≥400℃以上时且H2S≤0.5ppm且稳定4h,一段炉TI-118将以50℃/h的速度快速升温至600~650℃。
7、配天然气:
1)、配天然气前,换转保护蒸汽改为MS0109加入,关NG0106总阀。
2)、当TI-118≥620~650℃;氧化锌脱硫槽出口≥300℃且总硫<0.5ppm;FIC-102:
7~8t/h;PI-104≥0.6MPa,脱硫系统压力≥PI-104Mpa。
3)、先排净HS-201前后管线冷凝水,用HS-201前切控制先配300~500m3/h(将导淋阀打开,有天然气排出则判断已配进,防止蒸汽倒入氧化锌脱硫槽),H2O/C≥20,稳定后逐步加量至1800m3/h,H2O/C:
3.5~4.2;调整烧嘴,TI-118以10~15℃/h逐步升温到710~760℃时,进入正常生产。
4)、开通一段出口红外线、色谱分析。
5)、配天然气后,逐步关中变进气大阀,控制中变升温进度<20℃/h,通过调整转化气量、TI-129温度、中变压温蒸汽量来调整中变升温进度;
8、二段炉配空气:
1)、当TI-122≥700℃,TI-126>600℃;FI-101>1800m3/h;一段炉H2O/C≤4.5、CH4≤10%、H2≥70%;PI-112>PI1060.2MPa;排净空气管线各处冷凝水;
2)、调节FV104阀位20%—25%,开启HS-104,开FIC-104前切阀并关保护蒸汽,配入1000~1500m3/h空气,观察TI-123是否在3分钟内明显上升;
3)、调整空气量,控制升温速度:
T126≤50℃/h;
9、换转炉触媒还原:
1)、二段炉配空气后,随着TI-126上涨FIC-103逐步增加至3t/h(关NG0106总阀,从MS0109加入);
2)、TI-127>630℃时,略开NG0106总阀,将FIC-103流量增至3200m3/h,保持2h,相当于换转H2O/C=20:
1;同时务必打开FIC-103倒淋。
(NG0106总阀前有大量的冷凝水无法排净)
3)、逐步增大FIC-103流量,逐步关小MS0109蒸汽(但不切死),手动分析H2O/C=6~8时,进行还原。
4)、逐步加换转至3000m3/h,TI-121逐步至710℃,恒温4~6小时,分析CH4≤20%,S2-<0.5ppm合格。
10、中变触媒还原:
1)、一段配天然气后,应关中变进气大阀,开中变进气小阀向中变配气,转化工艺气H2O/C此时>7以上,一直保持结束。
2)、调节蝶阀,控制TI-129≤250℃;
3)、逐步增加中变进气量,以及中变压温蒸汽来调节中变还原温度≤20℃/h;
4)、再逐步提中变进口温度(10℃/h),逐步关中变压温蒸汽(提汽包压力至1.5~2.0MPa),保证转化炉入口H2O/C>7,逐步使TI-129≤320℃;
5)、中变触媒热点逐步升至380℃且稳定后,逐步开始提系统压力至1.2Mpa且稳定4h;
6)、逐步提T129≤360℃,中变热点≤420℃,此时可将T热点=420~430℃维持4~8小时,分析S2-<0.5ppm、CO<3%,即还原结束;
7)、中变还原期间,严禁中变气倒入低变触媒。
11、低变触媒升温还原
:
1)、低变空气升温:
中变炉空气升温的同时,开部分热空气经PA0106以升温速度TI-212:
20±5℃/h(PA0105冷空气量调节),升至120℃恒温,拉平温差;再以30±5℃/h
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