合成氨工藝設計總流程和壓縮機

1、合成氨工藝總流程本裝置以中原油田天然氣為原料，采用傳統(tǒng)流程的一二段烴類水蒸 氣轉(zhuǎn)化，上下變，脫碳及甲烷化法。1、原料氣壓縮和脫硫來自界區(qū)，壓力2.25巴絕溫度30C，含總硫的天然 氣，經(jīng)別離器（01-F001別離掉所帶油水后，進入原料氣壓縮機（01-K001）, 經(jīng)四段壓縮至52.5巴絕溫度114C。出原料氣壓縮機的氣體與來自 合成壓縮機07-K001的少量合成氣相集合，控制含2-5%f，作為予脫硫鉆-鉬加氫轉(zhuǎn)化用。一二段烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化是在鎳催化劑上進展，硫及其化合物對鎳催 化劑毒害極大，要求進入轉(zhuǎn)化的原料氣中含硫量在以下，因此轉(zhuǎn)化前必須脫硫。經(jīng)壓縮和返氫后的原料氣，入對流段盤管03-B002

2、E04加熱至370C,于鉆-鉬加氫反響器01-R001中反響，將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫。 然后在氧化鋅脫硫槽01-R002A/B里硫被脫除，控制含硫小于。2、轉(zhuǎn)化經(jīng)脫硫的原料氣與來自工藝冷凝液汽提塔05-C003的水蒸汽和 來自冰機的蒸汽透平09-MT01或發(fā)電機蒸汽透平85-MT01的背壓 蒸汽，按比例調(diào)節(jié)進展混合，控制水碳比為2.75左右、溫度在372C。此原料-水蒸汽混合氣相繼進入一段轉(zhuǎn)化爐對流段盤管03-B002E01A和03-B002E01B換熱，在兩盤管間還設置噴霧溫度調(diào)節(jié)器03-B002E08 用它來調(diào)節(jié)出盤管03-B002E01B的混合氣加熱至580C。此混合氣從 轉(zhuǎn)化爐管頂部進入

3、，在鎳催化劑作用下進展轉(zhuǎn)化反響。出一段爐的轉(zhuǎn)化 氣壓力43.5巴、溫度804C，含16.3%CHl。含CH4I6.3%的一段轉(zhuǎn)化氣自二段爐03-R001底部進入，經(jīng)中心 管至爐頂，與來自空壓機02-K001，壓縮至45巴，途徑加熱盤管03-B002E03加熱至500C的工藝空氣相混合，于爐中上部空間進展燃 燒反響，反響后氣體溫升至1250C左右。此高溫氣體相繼流經(jīng)爐中催化 劑床層，繼續(xù)進展轉(zhuǎn)化反響。出二段爐的轉(zhuǎn)化氣工藝氣，溫度983C左右，剩余甲烷含量0.9% 以下。為回收此高溫工藝氣的熱量，入工藝氣冷卻器03E001使之產(chǎn)生328C、125巴的高壓蒸汽。出03-E001溫度588C的工藝氣繼

4、續(xù)入 高壓蒸汽過熱器03-E002，噴霧溫度調(diào)節(jié)器03-E005，控制其出轉(zhuǎn)化 工序的工藝氣溫度為370C左右。經(jīng)預熱后的鍋爐給水注入汽包03-D001，汽包與工藝氣冷卻器 03-E001、廢熱鍋爐04-E001和輔助鍋爐相連通，設計為自然循環(huán)。 自汽包輸出的高壓蒸汽，依次流經(jīng)高壓蒸汽過熱器03-E0023(03-B003E01) 和(03-B002E02將蒸汽過熱至535C,再分別送入冰機和發(fā)電機的蒸汽透 平作動力。3、變換CO變換采取上下變流程。370C的轉(zhuǎn)化工藝氣，自高溫變換爐頂部進入，于鐵 -鉻系催化劑條件下 進展反響，溫升到444C, CO含量降至3.87%。高變氣由爐底出來，入 廢

5、熱鍋爐04-E001，回收熱量產(chǎn)生高壓蒸汽，高變氣被冷卻至 375C,繼入鍋爐給水預熱器04-E002，降溫至204C，而后入低溫變換爐。低變是在銅-鋅-鋁系催化劑條件下進展反響，反響后氣體溫升至 236C, CO含量為0.36%。低變氣在鍋爐給水預熱器04-E003中換熱， 冷卻至176C，此溫度下已有水蒸汽冷凝。為便于低變催化劑的升溫復原，還專設置一套氮循環(huán)系統(tǒng)。4、脫碳CO2脫除，采用節(jié)能型的苯菲爾脫碳流程。為回收低變氣中的熱能，含 CO217%左右的低變氣依次流經(jīng)氣體冷卻器05-E001，再沸器05-E002及脫鹽水預熱器05-E009而得以產(chǎn)生 低壓蒸汽，發(fā)生汽提蒸汽和加熱了脫鹽水。

6、低變氣冷卻至95C左右，自吸收塔05-C001下部進入，與塔頂噴淋下來的吸收液貧液逆流接 觸。經(jīng)下塔吸收后的氣體中CO2含量降至0.4%，再經(jīng)上塔吸收，從塔頂 逸出的脫碳氣，溫度70C, CO2含量卻為0.1%。而后經(jīng)別離器05-F002 回收隨氣體帶出的溶液。吸收塔底流出的富液，經(jīng)水力透平05-MT01送至解吸塔05-C002 頂部，溶液減壓閃蒸出局部水蒸氣和二氧化碳，然后向下流經(jīng)解吸塔填 料，此時溶液與再沸器05-E002及閃蒸槽05-D002返回的蒸汽逆 流接觸，實現(xiàn)汽提，到達再生目的。解吸塔頂部壓力控制為1.52巴絕時，塔底溶液溫度為118C左右。 解吸塔底流出的溶液，入閃蒸槽05-D

7、002，經(jīng)五級閃蒸壓力降至 0.89 巴絕，此時溶液溫度為100C左右。閃蒸釋放出的蒸汽由蒸汽噴射器05-A001,05-A002,05-A003,05-A004和蒸汽壓縮機05-K001注回解吸塔。為節(jié)省蒸汽壓縮機功耗，在最后一級閃蒸溶液用鍋爐給水做適當加 執(zhí)八、 再生好的溶液，經(jīng)貧液泵05-P001A/B送出，分兩路送入吸收塔：一 路為大致25%的溶液量，經(jīng)熱水加熱器05E010A/B，將溶液冷卻至70C 入上塔；另一路那么將其與75%的溶液量，不經(jīng)冷卻器直接送入下塔。且溶液泵05-P001A/B與水力透平05-MT01是在同一軸上， 由此水力透平所回收的能量可以補償溶液泵軸功率的40%。

8、脫碳系統(tǒng)中，自別離器05-F001別離出來的工藝冷凝液，經(jīng)冷凝液預 熱器05-E008，被冷卻至98C。由冷凝液泵05-P006A/B送經(jīng)冷凝 液預熱器05-E011A/B丨被加熱后入汽提塔05-C003,與來自冰機蒸 汽透平09-MT01丨或發(fā)電機蒸汽透平85-MT01的背壓蒸汽與塔中逆 流接觸，進展汽提。使用水蒸汽量每小時15噸。塔頂逸出的汽提蒸汽其 中包括轉(zhuǎn)化、變換的付產(chǎn)物甲醇、乙醇、氨等送往轉(zhuǎn)化工序。從解吸塔頂1.52巴、94C排出的 CO2氣，入脫鹽水預熱器05-E004A/B、水冷卻器05-E007A/B換熱，冷卻至 40C。此 CO2氣冷凝液于05-F003和05-F005別離器

9、中將冷凝液別離下來，用泵05-P002A/B將少量冷凝液分別送入解吸塔頂?shù)南礈焖?、閃蒸槽的 洗滌料盤作洗滌水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液經(jīng)05-E008預熱至120C，送回05-E001作為鍋爐給水用。別離器別 離出的CO2氣，送尿素裝置CO2氣壓縮機的吸入端。5、甲烷化脫碳氣中含 0.1%CQ、0.44%CO,是遠遠超過對合成氣中CO+CO2的要求，為此采用甲烷化法除去少量的 CO和CO2。 70C的脫碳氣，在換熱器06-E001中被加熱至 300C，入甲烷化爐06-R001，反響放熱，溫升至336C左右。此熱氣在換熱器06-E001 中被冷卻至100C。繼入水冷器06-E00

10、3中，冷卻至40C,氣中含CO+ CO?,成為合格的N2戰(zhàn)混合氣，即新鮮氣。6、合成氣的壓縮及氨合成氮與氫在鐵催化劑條件下合成氨，當壓力 98.24巴、440C時，平衡 氨含量為17.92%。因此，大量未參與合成的 N2. H2應循環(huán)使用。同時， 為降低合成氨能耗，采用了徑向合成塔和兩級氨冷。甲烷后的工藝氣新鮮氣，在38.3巴、40C下，經(jīng)別離器07-F001 別離水份，入離心式合成氣壓縮機07-K001，經(jīng)一段壓縮至65.4巴、 112C，此時少量氣體送脫硫，用于鉆-鉬加氫，大量氣體經(jīng)中間冷卻器07-E002和別離器07-F002冷卻別離后，入合成氣壓縮機高壓缸， 壓縮至101.95巴、10

11、0C。為保證催化劑不受毒害，出高壓缸的新鮮氣進 入第一氨冷器08-E005，冷卻器至5C此時新鮮氣的水蒸汽和 CO2氣被 冷凝，于別離器07-F003中別離掉。自07-F003逸出的新鮮氣與08-E005出口的回路氣在管路中集合，由于回路氣中局部液氨的汽化， 使集合后的循環(huán)氣降溫至0.9C，繼入第二氨冷器08-E006，降溫至- 10C,在該溫度下大局部氣氨冷凝。 隨之物流入氨別離器08-F001，別 離下來的液氨入氨閃蒸槽08-D001，閃蒸后的液氨，用泵(08-P001A/B) 送往尿素裝置或球罐儲存，從08-F001分理出的冷氣，經(jīng)冷熱交換器08-E004回收冷量，而后入07-K001循

12、環(huán)段進展壓縮，以補充回路壓降的損失。出循環(huán)段的氣體105.8巴、32C經(jīng)熱交換器08-E002, 溫升至239C左右，入合成塔08-R001105巴、239C、含4.12%NH3的循環(huán)氣，流經(jīng)三床層的徑向合成塔， 在鐵催化劑上進展合成反響。出塔氣壓力為101巴、414C、含16.36%NH3, 入廢熱鍋爐08-E001回收熱量，產(chǎn)生127巴、329C的高壓蒸汽。合成 氣被冷卻至275C,繼入08-E002、 08-E003 08-E004換熱器換熱， 合成氣溫度分別降至53C、38C、23C，而后入第一氨冷器08-E005。 出第一氨冷器的回路氣與新鮮氣相集合為循環(huán)氣。這樣形成的一個循環(huán) 過程

13、，稱之“合成回路。因新鮮氣中含惰氣CH4+A門1.86%在不斷循環(huán)過程中惰氣的含量 會積累增多，影響氨的生成。為此，出07-K001循環(huán)段的氣體需要放 空一局部，以控制循環(huán)氣中惰氣含量。此放空氣送往氨回收裝置。7、冷凍 來自第二氨冷器08-E006的氣氨-15C、2.36巴來自第一氨冷器（08-E005及氣體冷卻器10-E004的氣氨05C、4.38巴,分別進入氨壓縮機又稱冰機09-K001一段的吸入側(cè)，經(jīng)一段壓縮的出口氣 氨86C、9.34巴,入中間冷卻器09-E005冷卻后與從氨閃蒸槽09-D001來的氣氨相集合，于 42C、9.08巴壓力下進入09-K001的二段吸入側(cè)，壓縮至16.6巴

14、、100C，經(jīng)水冷器09-E002A/B冷卻冷 凝，氣氨液化為液氨，入氨受槽09-D002冰機由蒸汽透平09-MT01 驅(qū)動。氨受槽09-D002中的液氨，溫度較高，可稱為熱氨。此熱氨流 經(jīng)換熱器09-E003A/B氨閃蒸槽09-D001及產(chǎn)品氨加熱器09-E004 與來自閃蒸槽08-D001的冷氨進展熱交換，使之冷卻、減壓降溫，重 新作為冷凍劑送往氨冷器08-E005、 08-E006和氣冷器10-E004 使用。冷氨用泵08-P001A/B提壓至22.6巴、20C送往尿素裝置。& 氨回收氨合成回路的放空氣及氨閃蒸槽08-D001的閃蒸汽馳放氣 中氨需要回收。此流程采用水吸收，氨水再

15、蒸餾的方法。氨合成回路來的放空氣，入吸收塔10-C001底部，與塔頂噴灑 下的凈化水作逆流吸收。吸收后，氣體中還含氨0.02%,繼入氣體冷卻器10-E004，用氨冷將氣體中殘氨冷凝回收，處理過的氣體主要去氫回 收。但去氫回收的氣體量由 CO2 - NH3比來決定，過剩氣體送燃氣輪機 或一段轉(zhuǎn)化爐的燃料系統(tǒng)。閃蒸槽08-D001來的馳放氣，入吸收塔10-C003底部，用凈 化水吸收，出吸收塔氣體中含氨 0.1%送 一段爐燃料系統(tǒng)。吸收塔10-C001底流出的氨水，濃度為15%摩爾，經(jīng)換熱器 10-E001A/B/C加熱后，參加汽提塔10-C002的兩填料段之間。以 此同時，從吸收塔10-C003

16、底流出的氨水，用泵10-P002A/B也同 樣參加汽提塔兩填料段之間。汽提塔在加料口的上部為精餾段，下部為提餾段。汽提蒸汽由再沸 器10-E005提供，再沸器用中壓蒸汽加熱。汽提塔頂設有冷凝器10-E003，從塔頂蒸出的氣氨，在冷凝器中 冷卻冷凝為液氨，局部液氨做回流液，其余液氨送閃蒸槽08-D001， 未冷凝汽送惰氣冷卻器09-E001。汽提塔底流出的氨水濃度為0.11%摩爾，經(jīng)換熱器 10-E001A/B/C和水冷器10-E002A/B冷卻后，分別返回吸收塔 10-C003和用泵10-P001A/B送回吸收塔10-C001作吸收劑，如 此循環(huán)使用。9、氫回收經(jīng)氨回收后的氣體，按NH3- C

17、O2平衡的要求量入吸附器 11-R001A/B，將氣中的NH3、HO2、CO?徹底去除，而后入冷箱 11-E001，冷卻降溫使局部N2及CH4冷凝液化，形成富氫氣，于別離 器11-F001中別離。別離出的富氫氣入07-K001循環(huán)段。別離出的 液體經(jīng)減壓閥減壓，自由膨脹而降溫，冷氣返回冷箱與入氣相換熱，來 降低入氣溫度。出冷箱尾氣，局部去再生氣預熱器11-E002，被加熱后入吸附器11-R001A/B將分子篩再生，再生氣送燃料系統(tǒng)；其余局部尾氣那么 直接送燃料系統(tǒng)。10、氨貯存有兩個球形氨罐，每個貯氨量 2500噸。液氨在4.8巴、3C條件下 貯存。其流程設置正常操作時：氨合成裝置正常運行，產(chǎn)

18、品液氨直接送往尿素裝置。這時沒有產(chǎn) 品氨送入氨罐。只因外界的熱傳入球罐，使少量的液氨蒸發(fā)為氣氨。此 時將這些少量的氣氨經(jīng)壓力控制系統(tǒng)PIC送冷凍裝置。氣氨經(jīng)氨壓縮機壓縮，冷凝器09-E002A/B冷凝，再返回球罐。氣體壓縮制氨裝置對氣體的輸送、壓縮和制冷過程，共設置了四臺離心式壓 縮機。即原料氣壓縮機01-K001空氣壓縮機02-K001合成氣壓 縮機07-K001和氨氣壓縮機09-K001這四臺離心式壓縮機除空壓 機由燃氣輪機驅(qū)動外，其他均為汽輪機所驅(qū)動。1 原料氣壓縮機01-K001對大型化、單系列日產(chǎn)1000噸氨的裝置，原料氣流量大，壓縮比又 較低的條件下，宜采用離心式壓縮機。加之界區(qū)送

19、來天然氣氣壓低，進 吸入端壓力僅只2.25巴，因此，選用了 2MCL528-2BCL358型雙缸四段離 心式壓縮機，它由NK32/36型蒸汽透平所驅(qū)動。正常生產(chǎn)時，入壓縮機原料氣原料氣流量為 23261Kg/h，經(jīng)三段壓 縮后其中1402Kg/h送燃氣輪機，其余21859Kg/h入四段壓縮至5206巴 后入一段轉(zhuǎn)化爐。2. 空氣壓縮機02-K001二段轉(zhuǎn)化爐所需工藝空氣，燃氣輪機所需燃燒空氣和全廠的儀表空 氣等均有空氣壓縮機供應，因不同用處所需空氣的壓力、流量等參數(shù)的 各異，選用了 2MCL805+3MCL457型離心式壓縮機。該機由 MS3002型 燃氣輪機02-MT01驅(qū)動，在開工操作和極

20、限操作工況時，為保證燃氣 輪機工作狀態(tài)的效率，還配置有由中壓蒸汽驅(qū)動的背壓汽輪機作為輔機。 同時為保證燃氣輪機所使用空氣的質(zhì)量，配置有全自動的脈沖凈化過濾 器02-MT01-FOV和空氣入口消音器02-K001-D001流程圖No.13. 合成氣壓縮機07-K001為實現(xiàn)氨合成回路的要求及本裝置入合成氣壓縮機的進入壓力為38巴，最終排出壓力為105.8巴這一壓縮比小而段數(shù)少的特征， 選用了雙缸 三段的BCL407-2BCL407型離心式壓縮機，最后一段為循環(huán)段，新鮮氣 與回路氣在缸外混合。該機由汽輪機07-MT01驅(qū)動。流程圖No.5。經(jīng)甲烷化冷卻器06-E003冷卻后的合格 2、戰(zhàn)混合氣，即合成 氣，其中含水分0.19%。在38巴40入07-K001一段，壓縮至65.4 巴，溫度112C。出一段合成氣約45.4Kmol/h的氣量送脫硫鉆-鉬加氫反 響使用，其余氣量經(jīng)中間冷卻器07-E002和別離器07-F002冷卻別 離水分后入二段壓縮。出二段氣壓力為 101.95巴、100C，氣中還存有極 少量的水蒸汽及CO2 ,這些含氧化合物不僅是催化劑的毒物，且易產(chǎn)生 結(jié)晶，堵塞管道，危害設備。為了確保平安生產(chǎn)，必須