合成氨裝置簡介和重點部位及設(shè)備

1、those who are wise have long aspirations;簡單易用輕享辦公（頁眉可刪）合成氨裝置簡介和重點部位及設(shè)備 一、裝置簡介(一)裝置發(fā)展及其類型世界上第一座合成氨生產(chǎn)裝置始于1913年。我國首套合成氨生產(chǎn)裝置建于20世紀(jì)30年代。到70年代初，我國運行的合成氨生產(chǎn)裝置絕大多數(shù)仍為以煤(焦)為原料，采用固定床制氣技術(shù)的中、小型裝置。世界上，60年代起，大型合成氨生產(chǎn)裝置由于具有工藝流程短、熱利用率高、自動化水平高、單系列、運行時間長等優(yōu)點，得到快速發(fā)展。我國從1973年開始，從美國、日本、法國引進(jìn)了13套日產(chǎn)合成氨1000t的大型合成氨生產(chǎn)裝置。這些裝置均采用烴類

2、蒸汽轉(zhuǎn)化制氣工藝技術(shù)，其中以天然氣為原料的有10套(其中兩套后來改用輕油)；以輕油為原料的有3套。1978年以后，又引進(jìn)了以渣油、煤為原料，采用部分氧化制氣工藝技術(shù)的大型合成氨生產(chǎn)裝置。合成氨裝置生產(chǎn)工藝技術(shù)因原料制氣、氣體凈化、氨合成工藝不同而有多種工藝技術(shù)。原料氣化有：煤(焦)固定床氣化工藝；煤(焦)氣流床氣化工藝；渣油、水煤漿部分氧化制氣工藝；烴類(輕油、天然氣)蒸汽轉(zhuǎn)化制氣工藝。氣體凈化工藝種類繁多。硫化物脫除分為固定床吸附(如氧化鋅吸附)和溶液吸收(如：乙醇胺法、甲醇法、nhd法)。一氧化碳變換工藝可分耐硫變換工藝和非耐硫變換工藝。二氧化碳脫除可分為化學(xué)吸收法(如：g?v法，苯菲爾法

3、)和物理吸收法(如：低溫甲醇法、nhd法)。氣體精制工藝可分為“熱法精制”(甲烷化工藝)和“冷法精制”(低溫液氮洗或深冷凈化工藝)。氨合成工藝按壓力等級，可分為高壓法、中壓法、低壓法；按合成塔的氣體流向，可分為軸向塔和徑向塔；按床層換熱方式，可分為內(nèi)部換熱式、中間換熱式和中間冷激式。世界上，由于合成氨原料成本價格不斷上升，合成氨工藝技術(shù)目前向低能耗發(fā)展。出現(xiàn)了多種低能耗合成氨工藝技術(shù)。其中，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化低能耗制合成氨裝置，其能耗已降到28cjt.nh3的水平。(二)裝置的單元組成與工藝流程1，組成單元合成氨裝置因工藝技術(shù)不同，組成的單元也不同?，F(xiàn)介紹以烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氣工藝技術(shù)生產(chǎn)合

4、成氨裝置的情況。裝置由硫化物脫除(簡稱脫硫)、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氣(簡稱轉(zhuǎn)化)、一氧化碳變換(簡稱變換)、二氧化碳脫除(簡稱脫碳)、氣體精制(簡稱甲烷化)、氫、氮氣壓縮（簡稱壓縮)、氨的合成(簡稱合成)七個單元組成。各單元介紹如下：(1)脫硫烴類原料(天然氣、煉廠氣、輕油等)與氫氣混合進(jìn)行加氫反應(yīng)，將原料中的不飽和烴、有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化為飽和烴、硫化氫。再由氧化鋅脫硫劑吸附，除去原料中的硫化物。如原料中硫含量過高，則在脫硫單元中增加予脫硫裝置。(2)轉(zhuǎn)化原料中的碳?xì)浠衔锵扰c蒸汽，后加空氣發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得到含h2、co、c02、ch4、n2等的氣體。并回收熱量，產(chǎn)生高壓蒸汽。一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要的熱量由燃

5、料氣(油)燃燒提供。(3)變換轉(zhuǎn)化氣中co與水蒸氣反應(yīng)生成h2和c02。(4)脫碳采用碳酸鉀溶液循環(huán)吸收、再生的方法，除去工藝氣中c02，并將再生出來的高濃度c02送到尿素裝置作為原料。(5)甲烷化將工藝氣中微量的co、c02與h2反應(yīng)生成甲烷，從而得到合成氨生產(chǎn)所需要的純凈的n2、h2氣。(6)壓縮通過合成氣壓縮機(jī)將工藝氣壓力提高，補(bǔ)充入氨合成循環(huán)回路。并提供氨合成回路氣體循環(huán)需要的動力。(7)合成氫、氮氣在高溫、高壓下反應(yīng)生成nh3。反應(yīng)后的氣體經(jīng)冷卻、冷凝分離出液氨，未反應(yīng)的氫、氮氣與補(bǔ)充的新鮮氣循環(huán)回合成塔?；狙h(huán)流程：合成一熱回收一冷卻一冷凝一氨分離一換熱一循環(huán)升壓一合成。合成循環(huán)

6、回路中需要的冷量由氨冷凍系統(tǒng)提供。2工藝流程工藝流程說明：工藝原則流程見圖7-1。工藝流程從原料到氨的合成，共分七個工序。(1)脫硫含少量硫化物的原料(天然氣、輕油等)經(jīng)原料壓縮機(jī)(泵)升壓到4mpa(表)，與少量從合成氣壓縮機(jī)來的合成氣混合，經(jīng)加熱，進(jìn)入加氫反應(yīng)器，將有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化為h2s。然后進(jìn)入氧化鋅脫硫槽吸附h2s，使原料氣中的硫含量降到02mgm3以下。脫硫后的氣體送去轉(zhuǎn)化。(2)轉(zhuǎn)化脫硫后的氣體與水蒸氣混合進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐爐管內(nèi)，在鎳催化劑作用下，進(jìn)行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，出口溫度達(dá)800左右，出口氣體中ch4含量達(dá)8左右。工藝氣再進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，與適量空氣混合燃燒，在鎳催化劑作用下，繼

7、續(xù)進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使出口氣體中甲烷含量降為03。高溫轉(zhuǎn)化氣再進(jìn)入廢熱鍋爐，回收熱量，產(chǎn)生高壓蒸汽。一段轉(zhuǎn)化爐爐膛內(nèi)設(shè)有頂(或側(cè))壁燒嘴，由燃料氣(油)燃燒，提供轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要的熱量。(3)變換從轉(zhuǎn)化來的氣體溫度約360，先進(jìn)入高溫變換爐，反應(yīng)后出口氣體中co達(dá)3左右。氣體經(jīng)換熱后，溫度降到220，再進(jìn)入低溫變換爐，出口氣體中co降到04左右。然后去脫碳系統(tǒng)。(4)脫碳變換來的氣體含c02約20，進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與熱碳酸鉀溶液進(jìn)行逆流接觸吸收。吸收塔出口工藝氣中c02下降到01，經(jīng)分離后進(jìn)人甲烷化系統(tǒng)。碳酸鉀溶液在再生塔內(nèi)通過減壓，加熱再生。再生后的溶液回到吸收塔，循環(huán)使用。再生出來的c

8、02氣，降溫后，送往尿素裝置。為提高吸收、再生效率，一般采用兩段吸收、兩段再生。(5)甲烷化脫碳后的氣體經(jīng)換熱后進(jìn)入甲烷化爐，在鎳觸煤作用下，co和c02與h2反應(yīng)生成ch4和h20。出口氣體中co加c02含量達(dá)lomgm3以下，送往壓縮機(jī)入口。(6)壓縮甲烷化來的工藝氣體，壓力為25mpa(表)，工藝氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)加壓后送到氨合成系統(tǒng)。一般合成氣壓縮機(jī)采用二段或三段壓縮，用蒸汽透平驅(qū)動。其出口壓力視氨合成系統(tǒng)而定，一般為20-25mpa(表)。合成氣壓縮機(jī)高壓缸還設(shè)有一個循環(huán)段，新鮮氣與循環(huán)氣混合后，經(jīng)循環(huán)段升壓后回到氨合成系統(tǒng)。(7)合成合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段出口氣體，經(jīng)換熱后進(jìn)入氨合成塔，

9、在高溫、高壓及催化劑的作用下生成氨。合成塔出口氣體中含nh318左右，溫度320350，經(jīng)給水加熱器，熱交換器、水冷卻器、氨冷器，降溫到o左右，進(jìn)入氨分離器，分離出液氨。分離后的氣體經(jīng)冷交換器、熱交換器提高溫度后，去合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，升壓后繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。分離出來的液氨經(jīng)減壓，解吸出溶于液氨中的氣體后，送到氨罐。為控制循環(huán)氣中的惰性氣體濃度，循環(huán)氣體中排出一部分氣體，吹出氣經(jīng)氨回收，氫回收后，用作燃料。循環(huán)系統(tǒng)中，氨冷器的冷量，由一套氨壓縮機(jī)組成的冷凍系統(tǒng)提供。(三)化學(xué)反應(yīng)過程2工藝技術(shù)特點采用烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氣技術(shù)，采用兩段變換、碳酸鉀溶液脫碳、甲烷化氣體凈化技術(shù)以及中壓合成氨技術(shù)，工藝流程

10、短。設(shè)備采用單機(jī)組、單系列，設(shè)備性能可靠，可實現(xiàn)長周期連續(xù)運行。裝置的能量利用較合理，生產(chǎn)過程余熱利用充分，能耗較低。采用集中自動控制、自動聯(lián)鎖系統(tǒng)，裝置自動化水平高，操作安全可靠性高。(五)催化劑合成氨裝置工藝過程中采用了加氫催化劑、硫吸收劑、一段轉(zhuǎn)化催化劑、二段轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、甲烷化催化劑、氨合成催化劑共八種催化劑。催化劑由于型號不同、生產(chǎn)配方不同，其性能、特性也不同。各種催化劑的一般組成見表72。二、重點部位及設(shè)備(一)重點部位1轉(zhuǎn)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)由一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐、廢熱鍋爐以及燃料燃燒、煙氣廢熱回收設(shè)備組成。高溫設(shè)備集中，一段爐爐膛高達(dá)1300，二段爐出

11、口950，廢熱鍋爐產(chǎn)生1ompa(表)高壓蒸汽。設(shè)備內(nèi)為易燃、易爆氣體，壓力達(dá)4mpa(表)。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是裝置中的高溫區(qū)，其特點是高溫、高壓、易燃、易爆、有毒。若發(fā)生超溫，易造成設(shè)備損壞，工藝氣體泄漏，而引發(fā)重大火災(zāi)，爆炸事故。2合成系統(tǒng)合成系統(tǒng)由合成塔、水加熱器、熱交換器、冷交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器等高壓設(shè)備組成。是裝置中高壓設(shè)備集中的區(qū)域。設(shè)備壓力等級一般為20-25mpa(表)。設(shè)備內(nèi)工藝介質(zhì)為h2、n2、nh3等。由于壓力高，設(shè)備發(fā)生泄漏，易造成火災(zāi)、中毒、爆炸事故。如設(shè)備存在缺陷或產(chǎn)生氫脆、產(chǎn)生裂紋，在發(fā)生物理爆炸的同時，還可發(fā)生化學(xué)爆炸，往往造成災(zāi)難性的后果。(二)重點設(shè)備1

12、一段轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化爐承擔(dān)著將原料烴類與蒸汽發(fā)生反應(yīng)制取原料氣的任務(wù)。其操作、運行是否正常影響到整個裝置的安全運行，是裝置中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作條件苛刻的關(guān)鍵設(shè)備。一段轉(zhuǎn)化爐由輻射段、對流段及燃料系統(tǒng)組成。輻射段一般有幾百根轉(zhuǎn)化爐管，爐管內(nèi)裝填催化劑，烴類與水蒸氣在爐管內(nèi)反應(yīng)。爐管外用燃料氣(油)燃燒形成的火焰直接加熱，爐管外壁溫度高達(dá)900950，爐管內(nèi)壓力為4mpa(表)，運行條件比較苛刻。對流段為有效回收熱能，采用多種工藝物料與煙氣換熱，換熱方式較復(fù)雜。一段轉(zhuǎn)化爐在生產(chǎn)中，如發(fā)生催化劑中毒、結(jié)碳，水碳比失調(diào)，燃料系統(tǒng)故障、爐管超溫等都可造成事故。如發(fā)生設(shè)備損壞、泄漏還可引發(fā)重大火災(zāi)、爆炸事故。2

13、壓縮透平機(jī)組合成氨裝置有合成氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、工藝空氣壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)四大機(jī)組，采用離心式多級壓縮機(jī)組，用蒸汽透平驅(qū)動。原料氣壓縮機(jī)壓縮氣體為天然氣或干氣，出口；壓力4mpa(表)；氨氣壓縮機(jī)壓縮氣氨，出口壓力1618mpa(表)；工藝空氣壓縮機(jī)壓縮空氣，出口壓力4mpa(表)；最重要的是合成氣壓縮機(jī)，壓縮氣體為h2、n2氣體，出口壓力一般為2025mpa(表)，采用10mpa(表)高壓蒸汽透平驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可達(dá)11000rmin，被稱為合成氨裝置的“心臟”。大機(jī)組一般在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速下運行，密封、潤滑條件要求高，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)復(fù)雜。運行中如發(fā)生喘振、氣體帶液、軸瓦磨損、密封損壞、軸位移高等都可造成機(jī)組故障。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)、檢修安裝要求高。如維護(hù)不當(dāng)，檢修安裝未達(dá)到精度標(biāo)準(zhǔn)，也容易發(fā)生設(shè)備故障。而四大機(jī)組均為單系列運行，無備用機(jī)組，任何一臺機(jī)組的停機(jī)，都可造成全裝置停車。而且泄漏出來的nh3、h2、n2，原料氣還可造成重大的火災(zāi)、爆炸、中毒事故。3合成塔合成塔是裝置的主要設(shè)備，氫氣與氮氣在合成塔內(nèi)反應(yīng)生成氨。合成塔是高溫、高壓設(shè)備，