[实用新型]能有效保护催化剂的合成氨甲烷化系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能有效保护催化剂的合成氨甲烷化系统，属于化工工艺领域。

背景技术

氮肥厂合成氨工艺总流程为：来自长输管线的天然气首先进入天然气配气站，天然气在配气站进行缓冲及调压后进入合成氨装置的常温脱硫系统，然后通过天然气压缩，高温脱硫，换热式一段蒸汽转化、二段富氧空气转化，一氧化碳高、低温变换，改良热钾碱法脱碳，甲烷化深度净化去除残余的CO和CO2，合成气压缩，14.0MPa下氨合成，冷冻分离，最终得到产品液氨。

甲烷化催化剂主要成分为Ni，设计要求甲烷化催化剂的正常操作温度为260-390℃。甲烷化催化剂的主要目的是把经过高低变换和脱碳工序净化后来的微量CO、CO₂气体，在高氢环境中通过甲烷化催化剂的催化反应生产CH₄，确保从甲烷化炉出口气体中的CO、CO₂均≤10ppm，从而保证合成催化剂不受CO、CO₂的中毒伤害。CO、CO₂和H₂反应会大量放热，当微量的CO、CO₂进入甲烷化催化剂都会使催化剂床层的温度上升很大，如1％CO能使催化剂床层温升达到74℃，1％CO₂能使催化剂床层温升达到60℃，所以控制进入甲烷化催化剂气体中的CO、CO₂量就显得非常重要，设计指标为进入甲烷化催化剂的CO≤0.299％，CO₂≤0.1％。

来自转化系统的气体(主要成分为H₂、N₂、CO、CO₂和H₂O)首先进入高变炉，在高变催化剂的作用下，气体中的大部分CO被催化反应变成CO₂，反应后的气体进入甲一换热器的壳程与来自甲二换热器壳程的气体进行换热，气体换热后，温度由高变出口时的390℃左右降低到370℃左右，然后气体再次进入高变废锅和给水预热器继续进行换热，气体温度进一步降低到195℃左右后进入低变炉进行催化反应，低变催化剂的作用就是把在高变炉中未变换完全的CO进行深度变换，使得从低变炉出口气体中的CO浓度能降低到≤0.299％，以确保甲烷化催化剂的使用安全。从低变炉出来的气体进入脱碳工序，气体里面的CO₂基本上被脱碳液全部脱除，要求是从脱碳出来气体里面的CO₂≤0.1％。从脱碳工序出来的气体依次进入甲二换热器的管程和甲一换的管程进行换热，气体温度由70℃左右上升到292℃左右，然后进入甲烷化炉进行甲烷化反应。甲烷化反应的主要目的是把微量的CO、CO₂与H₂反应变成甲烷，确保气体不对后续工序的催化剂造成伤害。经过甲烷化反应后，出口气体中的CO、CO2含量均≤10ppm。甲烷化出口气体温度达到312℃左右，然后依次进入甲二换的管程和甲烷化水冷器进行换热冷却，气体温度降低到40℃左右，最后气体经过甲烷化分离器分离出冷凝水后被送到压缩装置进行压缩。

甲烷化进口温度主要是通过调节甲一换的管程和壳程的副线阀来进行控制的，当需要提高甲烷化的进口温度，则关小甲一换的管程和壳程的副线阀；当需要降低甲烷化的进口温度，则开大甲一换的管程和壳程的副线阀。如果甲一换的管程和壳程的副线阀全部开完时，甲烷化进口温度还比较高，这时我们可以通过开大TV301来降低甲烷化炉的进口温度。该系统存在的问题是：

在实际生产过程中，我们发现有两个问题制约着我们的正常生产。第一个问题是当甲烷化炉重新装填新催化剂后，我们需要把甲烷化催化剂进行还原，只有还原后的催化剂才具有催化活性。为了使新装填的催化剂还原彻底，我们最终需要把催化剂床层的温度提高到450℃左右，而原设计的提高甲烷化床层的温度只能是通过调节甲一换的两个副线阀来进行控制，而实际情况是即使把甲一换的管程和壳程两个副线阀全部关闭，甲烷化进口的温度还是无法满足催化剂彻底还原所需要的高温，由于催化剂无法得到彻底还原，这使得新装填的催化剂活性无法得到充分利用。第二个问题是当高低变系统或脱碳系统生产不正常时，进入甲烷化炉气体中的CO或CO₂含量可能远远超过设计指标要求，由于CO、CO₂与甲烷化催化剂反应会大量放热，这时超量的CO或CO₂会使甲烷化催化剂超温，催化剂在超温情况下就有被烧毁的危险，从而导致甲烷化系统彻底停产。

实用新型内容