合成氨裝置流程簡介

1、第一節(jié) 裝置簡介合成氨裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為液氨5萬噸/年（ 6.25t /h、 150 噸/天）、二氧化碳 11.2萬噸33/年（7136Nm /h、336 噸/天）、產(chǎn)品氫氣 0.86 萬噸 /年（11975Nm /h、25.8 噸/天）, 2004 年破土 動(dòng)工，2005年11月建成投產(chǎn)，建設(shè)投資 3.2億元人民幣，占地面積 32000m2。裝置共有設(shè) 備 226 臺(tái)，其中動(dòng)設(shè)備 88 臺(tái)，靜設(shè)備 138 臺(tái)。該裝置是以天然氣為制氫原料，以原廠4500Nm3/h空分裝置氮?dú)鉃榈瓷a(chǎn)合成氨。主裝置還包括蒸汽和發(fā)電系統(tǒng)，火炬系統(tǒng)，2000m3 氨儲(chǔ)罐等單元。裝置從1000 單元到 1800單元

2、主要是制氫部分由德國林德公司（Linde AG ）提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其他單元由寰球公司做基礎(chǔ)設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)由寰球公司完成。裝置進(jìn)口部分有 MDEA 溶液、轉(zhuǎn)化爐燒咀、 PSA 變壓 吸附裝置（外殼國內(nèi)加工） 、轉(zhuǎn)化爐熱端集氣管、轉(zhuǎn)化氣余熱回收器、合成氣余熱回收器及 合成塔內(nèi)件，部分調(diào)節(jié)閥，其余部分全部國產(chǎn)。裝置原料氣壓縮、脫硫單元；蒸汽轉(zhuǎn)化和熱回收單元；一氧化碳變換單元；MDEA 脫碳單元；變壓吸附 PSA 單元，主要是制氫部分由德國林德公司提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其他單元由 寰球公司做基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。總體設(shè)計(jì)由寰球公司完成。裝置進(jìn)口部分有MDEA 溶液、轉(zhuǎn)化爐燒嘴、 PSA 變壓吸附裝置（外殼國內(nèi)加工） 、轉(zhuǎn)化

3、爐熱端集氣管、轉(zhuǎn)化氣余熱回收器、合成氣 熱回收器及合成塔內(nèi)件，部分調(diào)節(jié)閥，其余部分全部國產(chǎn)。一、裝置特點(diǎn)1. 轉(zhuǎn)化爐進(jìn)料氣的H2O/C=3.0,在此條件下裝置所產(chǎn) H2和CO?的量，恰好可同時(shí)滿足合同所要求的H2和CO2的數(shù)量。如果不要求同時(shí)滿足H2和CO2的生產(chǎn)能力，僅要求滿足H2或僅要求滿足 CO2 一種產(chǎn)品的數(shù)量，此時(shí)H20/C比可以改變，最低可降為：H2O/C=2.7的條件下進(jìn)行正常生產(chǎn)。2. 裝置中的鈷 -鉬加氫、轉(zhuǎn)化、高變、低變等催化劑的充填量是按國內(nèi)催化劑活性末期 的操作溫度、允許空速，壓降等條件設(shè)計(jì)的。3.轉(zhuǎn)化爐的出口壓力為：3.0MPa（ G） ;轉(zhuǎn)化爐采用頂部燒嘴，具有數(shù)量

4、少、便于調(diào)節(jié)、可燒含氫高的燃料氣體、煙道氣含NOX 滿足環(huán)保要求等優(yōu)點(diǎn)。4. 為滿足制氫純度高的要求：裝置中僅考慮一段蒸汽轉(zhuǎn)化，沒有二段爐；氫氣的最終 凈化采用了變壓吸附， 被吸附的貧氫氣體可做為燃料氣返回燃料氣系統(tǒng)， 既保證了進(jìn)合成工 序的H2/N2氣不含惰性氣從而提高了氨凈值，也使整個(gè)合成氨裝置的能耗降低。5. 整個(gè)裝置的工藝余熱得到充分利用，即除 余的工藝余熱按能位的高低被合理的分級利用。 產(chǎn)高壓蒸汽， 再其次用于加熱或予熱鍋爐給水， 冷卻。6. MDEA 脫碳工序的工藝特點(diǎn)：70C以下低變氣的余熱未得到利用外，其 如能位高的用于過熱高壓蒸汽， 其次用于副 最后用于預(yù)熱脫鹽水，70 C以

5、下則用循環(huán)水用MDEA作溶劑脫除變換氣中的 CO2是以化學(xué)吸收為主，同時(shí)又兼有物理吸收的工藝。 因其吸收能力大， 使溶劑循環(huán)量減少， 不僅節(jié)約了循環(huán)溶劑壓縮功耗， 還相應(yīng)地縮小了相關(guān) 設(shè)備與管道的尺寸，從而節(jié)約了裝置的建設(shè)投資。本裝置采用的 MDEA 脫碳工序，選擇了 “三塔流程 ”，比其他采用 “雙塔流程 ”的化學(xué)吸 收方法（如苯菲爾法）多出一個(gè)解吸塔。0.8MPa（A） ，在此塔中可將解吸塔分上 /下塔；其下塔稱為中壓解吸塔，其操作壓力為：MDEA 溶劑吸收的有效氣體(如 H2 等)自溶劑中先解吸出來并予以回收。它不僅提高了產(chǎn) 品 CO2 的純度 ( 達(dá) 99%干基 )，同時(shí)還節(jié)約了能耗。

6、 解吸塔的上塔被稱為低壓解吸塔， 在此塔 中將有部份C02解吸出來，它與來自再生塔頂并導(dǎo)入低壓解吸塔的C02匯合，一起構(gòu)成產(chǎn)品C02，其壓力為：0.2MPa(A)。由于產(chǎn)品CO2的壓力比“兩塔流程”中逸出的CO2壓力高約O.IMPa，在出塔溫度相等的條件下，壓力的提高可減少CO2帶出的水蒸汽量；加之溶劑循環(huán)量減少等因素，可使再沸器的熱負(fù)荷降低。除此之外，由于CO2的排出壓力提高，也減少了后系統(tǒng)在需用較高壓力的CO2時(shí)，CO2壓縮機(jī)的壓縮功。再沸器的熱負(fù)荷降低，CO2壓縮機(jī)的壓縮功減少，使合成氨的噸氨能耗降低。由于再沸器的熱負(fù)荷降低， 故僅要一臺(tái)用低變氣提供熱源的再沸器向再生塔提供熱量已 能滿足

7、工藝的要求； 而在苯菲爾工藝中， 除要一臺(tái)用低變氣提供熱源的再沸器向再生塔提供 熱量外，還要增加另外一臺(tái)蒸汽再沸器補(bǔ)充其熱量的不足，可見MDEA 工藝較苯菲爾工藝節(jié)能。除 MDEA 工藝節(jié)能之外， MDEA 溶液比苯菲爾溶液腐蝕性小。據(jù)文獻(xiàn)上介紹，把熱鉀堿工藝(即苯菲爾工藝)脫CO2改為MDEA工藝脫CO2時(shí)，其他塔設(shè)備不變， 僅需增加一臺(tái)解吸塔， 處理能力可提高 10%。這也從另一側(cè)面說明了 MDEA 工藝的優(yōu)越性。二、裝置組成本裝置主要有以下幾部分組成：本裝置由天然氣壓縮脫硫、蒸汽轉(zhuǎn)化和熱回收、 CO 變換、 MDEA 脫碳、變壓吸附、合 成氣壓縮、氨合成、氨冷凍、氮?dú)鈮嚎s及脫氧、蒸汽發(fā)電

8、系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)、氨儲(chǔ)罐等幾部分 組成。三、原料來源本裝置用天然氣來自薩喇杏油田配輸管系統(tǒng)， 原料天然氣由薩南、 薩中、杏九輸氣管線 經(jīng)過天然氣公司甲醇廠配氣站來進(jìn)行供給。裝置所用循環(huán)水由給排水車間第二循環(huán)水場提 供，除鹽水由動(dòng)力車間第三除鹽水站供給，氮?dú)庥稍瓘S 4500 Nm3/h 空分裝置供給，蒸汽由 動(dòng)力車間鍋爐房供給，新鮮水來自全廠新鮮水管網(wǎng)。(1) 主要產(chǎn)品：合成氨(2) 副產(chǎn)品：氫氣、 CO2四、裝置歷年來技術(shù)改造情況 自裝置建成試投產(chǎn)以來進(jìn)行了部分技術(shù)改造，截止至 2008年1 1月份主要改造項(xiàng)目有：轉(zhuǎn)化爐平衡錘改造、合成氣機(jī)組管系振動(dòng)改造、裝置伴熱系統(tǒng)改造、轉(zhuǎn)化靜態(tài)混合器改造、

9、合成系統(tǒng)氫氮?dú)饣旌掀鞲脑?、更?E5114 芯子材質(zhì)、更新 E5111 材質(zhì)、合成塔出口管系改 造、鈷鉬反應(yīng)器加電熱器、 E1414 改造、工藝?yán)淠夯厥枕?xiàng)目等。第二節(jié) 工藝原理一、天然氣脫硫原理 氧化鐵脫硫槽是全裝置第一個(gè)與天然氣接觸的脫硫系統(tǒng)，主要進(jìn)行粗脫硫， 保證出口天然氣中的達(dá)到設(shè)計(jì)要求的 25PPm。氧化鐵脫硫劑的組成為 a FeO3.XH 2O，反應(yīng)如下：Fe ( OH) 3+3H2ST FaS3+6H2O此反應(yīng)為不可逆反應(yīng)， 在常溫、 常壓下都可進(jìn)行反應(yīng)， 并且原料氣中含硫量與所脫硫接觸時(shí)間成正比，因此我們在一般情況下采用串聯(lián)方法。另外氧化鐵脫硫劑還可脫除簡單有機(jī)硫化物。鈷鉬加氫

10、器是里邊裝有鈷鉬催化劑，在有氫氣存在時(shí)，把天然氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)硫的設(shè)備，反應(yīng)如下：C0S+H2H 2S+H2OCS2+4H 2 2H2S+CH4RSH+H2H 2S+RH鈷鉬催化劑的主要組成是MOO3、CoO,并以Al 2O3為載體。催化劑在硫化狀態(tài)下活性最高，因此，在更換催化劑后要進(jìn)行硫化，使氧化態(tài)的鈷鉬變成硫化態(tài)的鈷鉬，鈷鉬加氫器 是利用加入原料天然氣量 3 - 5%的氫氣，在鈷鉬催化劑的作用下將有機(jī)硫轉(zhuǎn)變成無機(jī)硫。R S RCO MO+ H2360C-380C H2SR SH氧化鋅脫硫槽是吸以收 H2S和R SH、R S R'的裝置 具體有以下的反應(yīng)：H2S+ZnO ZnS

11、+H 2S天然氣中的硫?qū)D(zhuǎn)化鎳催化劑、合成銅催化劑的影響非常大，因此在轉(zhuǎn)化爐前要求將天 然氣中的硫降到 O.IPPm以下。轉(zhuǎn)化催化劑硫中毒是因?yàn)樘烊粴庵械牧蚺c暴露的鎳進(jìn)行化學(xué)吸附，破壞了鎳晶體表面的活性中心的催化作用，因此，只要存在PPm級數(shù)量的硫就會(huì)造成催化劑的中毒，從而轉(zhuǎn)化氣中的甲烷含量急劇升高，轉(zhuǎn)化爐管溫度也隨之升高，影響爐管的使用壽命及安全。此中毒是可逆反應(yīng)，在大水碳比的情況下， 輕微硫中毒可以恢復(fù)合成催化劑對硫很敏感，并且硫中毒是不可逆反應(yīng)，通常認(rèn)為是硫與銅生成硫化銅及硫化亞銅的緣故。中毒機(jī)理如下：+ 1 -21 -1-1 +1 -1Cu +O +H2STCu SH +OH。當(dāng)工藝氣

12、體中有 H2S時(shí)，由觸媒表面反應(yīng)產(chǎn)生Cu SH及OH-,然后易揮發(fā)的硫化物即行揮發(fā)進(jìn)入氣相，觸媒即由于失去活性中心Cu+1而失活，并且失活是不可逆的， 銅觸媒發(fā)生永久性中毒， 且為累積性中毒。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)：控制氧 化鋅脫硫罐出口 SW 0.3PPm保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑、合成催化劑不出現(xiàn)中毒情況。提高脫硫溫度 可提高凈化脫硫效果，增加硫容量。二、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)原理天然氣與蒸汽混合在鎳觸媒的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化分解，轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量由轉(zhuǎn)化爐輻射段頂部火嘴提供，燃料為PSA吹除氣、脫碳系統(tǒng)閃蒸氣、天然氣、合成冷凍系統(tǒng)馳放氣。CH4+H2O=CO+3H 2-QCnH2n+ ( 2+n)出0=nCO+(2

13、n+1)H 2-QCO+ H2O =CO2+H2+Q三、高、低變換反應(yīng)原理一氧化碳與水蒸汽分子吸附在高、低變催化劑活性表面被活化，活化分子相互作用生成二氧化碳和氫氣，生成分子從催化劑表面解析。CO+ H2O =CO2+H2+Q四、MDEA溶液脫碳原理MDEA的主要成分是N-甲基二乙醇胺，在加壓和有活化劑存在的條件下，N-甲基二乙醇胺與二氧化碳的反應(yīng)為：R2CH3N+CO2+H2O R2 NH R2CH3NH +HC0 3MDEA脫碳溶液是一種選擇性較好的物理化學(xué)吸收劑，對二氧化碳既具有化學(xué)吸收性 能，又具有物理吸收性能，提高壓力，降低溫度，有利于二氧化碳?xì)怏w的溶解，氫氣、氮?dú)?及其他惰性氣體在

14、 MDEA溶液中的溶解度很小，而且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而在脫碳過程中 氫氣、氮?dú)鈸p失較少。MDEA與二氧化碳反應(yīng)生成不穩(wěn)定的碳酸氫鹽，加熱后容易再生。MDEA在加壓時(shí)對二氧化碳的溶解度大，在減壓閃蒸時(shí)解吸出的二氧化碳完全，因此，MDEA脫碳工藝是一種低能耗脫碳工藝。五、PSA制氫原理PSA變壓吸附是以物理吸附為基礎(chǔ)，利用不同氣體組份在相同壓力下在吸附劑上的吸附能力不同和同一氣體組份在不同壓力下在吸附劑上的吸附容量有差異的特性，來實(shí)現(xiàn)對混合氣中某一組份的分離提純。高揮發(fā)性、低極性分子氫氣與其它組份二氧化碳、甲烷、氮?dú)?、一氧化碳相比是非吸附性的?因此含氫混合氣中的雜質(zhì)組份能夠被選擇吸附而獲得純凈的

15、氫 氣。六、合成反應(yīng)原理氨的合成反應(yīng)為可逆的放熱反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：鐵系催化劑N2 (g) + 3H 2(g)2NH3 (g) + Q由于該反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，僅有一部分H2和N2合成為NH3，而且反應(yīng)后體積縮小，因此低溫、高壓下是有利于反應(yīng)平衡向右進(jìn)行的，即低溫、高壓下操作可提高轉(zhuǎn)化率。第三節(jié)生產(chǎn)工藝流程簡述一、脫硫1000單元本裝置脫硫系統(tǒng)包括三部分：氧化鐵粗脫硫系統(tǒng)、鈷鉬脫硫系統(tǒng)、氧化鋅脫硫系統(tǒng)1、流程敘述自界區(qū)外來壓力 0.3MPa(g)、流量9240 Nm C /h(最大10101 Nm3/h)、總硫 lOOPPmB勺天 然氣首先進(jìn)入天然氣油水分離器D1004，經(jīng)油水分離后進(jìn)入

16、 E1016經(jīng)0.5 MPa(g)190 C的低壓蒸汽加熱至 30 C進(jìn)入兩臺(tái)串聯(lián)的、內(nèi)部裝有氧化鐵脫硫劑的脫硫反應(yīng)器(R1003A/B)進(jìn)行脫硫。這兩臺(tái)反應(yīng)器的其中任何一臺(tái)都可以做為第一反應(yīng)器；也可以只使用一臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行正常生產(chǎn)，并對另一臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行脫硫劑的更換，經(jīng)氧化鐵脫硫后總硫降至PPm。脫硫后天然氣經(jīng)除塵過濾器 S1001 一股作為燃料天然氣，減壓進(jìn)入燃料系統(tǒng)，作為一段爐的燃料；另一股是作為原料天然氣。原料天然氣首先進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，壓縮到約1.7 MPa(g)后，在壓縮機(jī)二段配入一小股來自變壓吸附單元的氫氣226 Nm3/h,混合后再入原料氣壓縮機(jī)，進(jìn)一步壓縮到 3.7 MPa(g)

17、。3.7 MPa(g)的原料氣，首先進(jìn)入原料氣預(yù)熱器(E1015)，被高變氣預(yù)熱到 380C，再進(jìn)鈷-鉬加氫反應(yīng)器(R1002)。通過加氫反應(yīng)，天然氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S。熱的原料天然氣在鈷-鉬加氫反應(yīng)器(R1002)反應(yīng)后，通過兩臺(tái)串聯(lián)的、內(nèi)部裝有氧化鋅脫硫劑的 ZnO 脫硫反應(yīng)器 （R1001A/B） 進(jìn)行脫硫。 這兩臺(tái)反應(yīng)器的使用與氧化鐵脫硫罐相同。脫硫后的天然氣總硫降至O.IPPm，脫硫后的氣體去轉(zhuǎn)化部分。氧化鋅脫硫的方式是按如下反應(yīng)進(jìn)行：H 2S + ZnOH 2。+ ZnS二、蒸汽轉(zhuǎn)化和余熱回收 1100 單元脫硫后的原料氣體與來自透平發(fā)電機(jī)組的一級抽汽，即3.7MPa（g）的中

18、壓蒸汽混合，水碳比控制為 3.0，然后進(jìn)入置于蒸汽轉(zhuǎn)化爐對流段中的原料氣加熱器I/II （E1 1 1 5A/B ）加熱。為了防止在轉(zhuǎn)化爐進(jìn)氣總管和轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)結(jié)碳，必須控制在對流段預(yù)熱的原料氣溫度小于 600C,因此采用兩組原料氣預(yù)熱器串聯(lián)，并且將部分熱量用高壓汽包移走的溫度控制方式。具體說明如下：進(jìn)原料氣加熱器II （ E1115B）的進(jìn)料氣溫度為 356C，被加熱到473C后離開E1115B，其中約16%的473 C的進(jìn)料氣通過溫度控制閥的控制，被送到高壓汽包（D1131 ）內(nèi)的盤管冷卻到332C后，與未冷卻的進(jìn)料氣混合后，送入原料氣加熱器I （E1115A）加熱到580C送到轉(zhuǎn)化管。加熱

19、到580C后，進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化爐（F1101）的轉(zhuǎn)化管內(nèi)與水蒸汽進(jìn)行 烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)。其主要反應(yīng)方程式為：CH4 + H2O> CO + 3H2CO + H2O> CO2 +H2轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要的熱量由燃燒來自 PSA 單元的吹除氣、脫碳系統(tǒng)的解析氣、燃料天然氣 和一部分合成馳放氣提供。如果出PSA單元的H2產(chǎn)品暫時(shí)沒有用戶，也可以將其一部分作為燃料。蒸汽轉(zhuǎn)化爐內(nèi)依傳熱方式的不同而分輻射段和對流段。 輻射段的傳熱方式主要為輻射傳熱，裝有催化劑的轉(zhuǎn)化管， 是置于輻射段內(nèi)。出轉(zhuǎn)化管的氣體溫度為 850C、壓力3.0MPa（g）, 殘余甲烷約6.75%（ mol%干基）。從轉(zhuǎn)化管出來的熱氣體被收集

20、到熱集氣管、冷集氣管后， 送到轉(zhuǎn)化氣余熱回收器（E1122）被迅速冷卻到 340C，并副產(chǎn)8.15 MPa（g）高壓飽和蒸汽， 然后進(jìn)入 CO 變換工序。煙道氣離開轉(zhuǎn)化爐輻射段后進(jìn)入對流段，依次與原料氣加熱器II/I （ E1115B/A ）,蒸汽過熱器（E1116）,蒸汽發(fā)生器（E1118）,燃燒空氣預(yù)熱器（E1121）換熱后，溫度降到151C, 并通過煙道氣引風(fēng)機(jī)（C1107）排入煙囪（Y1191）放空。蒸汽轉(zhuǎn)化爐燒嘴用燃燒空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)（C1109）供給。三、CO 變換 1200 單元出轉(zhuǎn)化氣余熱回收器（E1122）的轉(zhuǎn)化氣CO含量為13 % （mol%干基），進(jìn)入高溫變換反應(yīng)器（R1

21、202）。在高變催化劑上發(fā)生變換反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：CO + H 2OH 2 + CO2變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入裝有鐵-鉻催化劑的高溫變換反應(yīng)器（R1202 ）后，溫度由340 C升到406C ;出高溫變換反應(yīng)器的變換氣中的CO含量被降到：3.2% （干基）。高變氣首先經(jīng)過原料氣預(yù)熱器（E1015）回收熱量，然后進(jìn)入鍋爐給水加熱器ll（E1212）加熱部分鍋爐給水，高變氣的溫度降為195C后進(jìn)入低溫變換反應(yīng)器（R1204 ）。在低溫變換反應(yīng)器（R1204 ）中，裝有銅系催化劑，高變氣在催化劑床上繼續(xù)發(fā)生變換反應(yīng)，出低溫變換反應(yīng)器的低變氣中的CO含量降到0.37% （干基），溫度升高到

22、217C。變低氣再經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器I （E1221 ）、MDEA脫碳單元的再生塔再沸器（E1412）和脫鹽水預(yù)熱器（E1214）回收熱量后，去低變氣冷凝液分離器I （ D1231 ）分出工藝?yán)淠?。然后氣體經(jīng)低變氣水冷器（E1216）冷卻，進(jìn)入低變氣冷凝液分離器II （ D1232 ）分出冷凝液。出低變氣冷凝液分離器 II 的氣體被送入 MDEA 脫碳部分。出低變氣冷凝液分離器 I （ D1231 ）和低變氣冷凝液分離器II （ D1232 ）的工藝?yán)淠航?jīng)工藝?yán)淠罕蒙龎汉笤诠に嚴(yán)淠浩崴?T1201 中進(jìn)行汽提，使氨含量降至大約 30ppm ， CO2含量降至幾乎為零，甲醇降至5ppm。

23、汽提后的冷凝液中含有大約2.5ppm的金屬。汽提后的工藝?yán)淠航?jīng)冷卻后送出界區(qū)。工藝?yán)淠旱奶幚硎窃谝慌_(tái)填料塔 T1201 中用一部分中壓工藝蒸汽進(jìn)行汽提。工藝?yán)?凝液在 E1217 中經(jīng)汽提塔排出液預(yù)熱后自塔頂進(jìn)入塔內(nèi)，汽提蒸汽從塔底進(jìn)入。蒸汽和工 藝?yán)淠涸谔盍隙文媪鹘佑|， 汽提出工藝?yán)淠褐幸讚]發(fā)組份和溶解的氣體， 汽提后的工藝 冷凝液只含微量的氨和甲醇。塔頂排出的蒸汽用作工藝蒸汽。汽提后的冷凝液在E1217 中回收熱量，再經(jīng) E1218 冷卻，然后送入界區(qū)回收利用。四、 MDEA 脫碳 1400 單元采用 BASF 的專利技術(shù)，是一種低能耗的 MDEA 脫碳工藝。它為兩段吸收、兩段再生

24、 流程。來自變換工序的變換氣送入C02吸收塔（T1401）下段，大量 C02在此段被MDEA半貧液吸收，剩余 CO2 在上段用 MDEA 貧液吸收。工藝氣出塔前，在吸收塔的頂部，用鍋爐 給水洗下氣流中夾帶的微量MDEA。出吸收塔的工藝氣溫度約為50C, C02含量小于 1000ppm 。脫碳后的工藝氣經(jīng)凈化氣水冷卻器（E1417）冷卻到40C后，在凈化氣冷凝液分離器（D1430）中分離出水份，然后送到變壓吸附工序。自C02吸收塔（T1401 ）下段引出的吸收了 C02的富液，經(jīng)半貧液泵透平（X1409 ）回 收能量后，降壓到 0.85MPa（g）送到中壓解吸塔（T1402），在此解吸出的大部分

25、 H2和少量的 C02從塔頂引出并作為燃料送到蒸汽轉(zhuǎn)化爐。中壓解吸塔（T1402）塔底溶液進(jìn)一步減壓，送到低壓解吸塔（T1403）,在0.11 MPa（g）下繼續(xù)解吸出CO2,其余部分CO2則由來自再生塔（T1404）頂部的CO2飽和蒸氣氣提得到。 低壓解吸塔（T1403）塔頂?shù)玫降腃O2產(chǎn)品，經(jīng)產(chǎn)品 CO2氣水冷器（E1415 ）及產(chǎn)品CO?氣 氨冷器（E1416）冷卻后，送到產(chǎn)品 CO2氣冷凝液分離器（D1431 ）分離出冷凝液后，得到 10C，純度約99% （干基）的產(chǎn)品 CO2送出界區(qū)。產(chǎn)品 CO2氣冷凝液分離器（D1431 ）分 離出的冷凝液由低壓解吸塔頂冷凝液泵（P1473A/B

26、）將部分凝液打回流到低壓解吸塔（T1403）塔頂，用以洗下解吸CO2氣中所夾帶的微量 MDEA ;另一部分與凈化氣冷凝液分 離器（D1430）分出的冷凝液合并后作為污水，送污水處理裝置。P1471A/B ）加壓P1472A/B ）經(jīng)貧CO2 解吸并從塔低壓解吸塔（T1403）塔底的排出液分成兩部分；一部分由半貧液泵（ 并作為半貧液送到 CO2吸收塔（T1401）下段，另一部分由再生塔給料泵（液/半貧液換熱器（E1413）加熱后送再生塔（T1404）繼續(xù)再生。在再生塔（T1404）塔底，由再沸器（E1412 ）提供熱源，使溶液中的頂逸出，送到低壓解吸塔（T1403 ）作為氣提氣，氣提出部分的CO

27、2產(chǎn)品。再生后的貧液從塔底排出并送到貧液/半貧液換熱器（E1413 ）與半貧液換熱后，送貧液水冷卻器（E1414）冷卻后，經(jīng)貧液泵（P1474A/B ）加壓送到CO2吸收塔（T1401）上段。其中部分貧液經(jīng)貧液 第一過濾器（S1451）、貧液第二過濾器（S1452 ）、貧液第三過濾器（S1453）,濾下固體顆 粒、雜質(zhì)和容易引起發(fā)泡及設(shè)備堵塞的物質(zhì)等。為回收能量，其中一臺(tái)半貧液泵（P1471A）是由半貧液泵透平（X1409 ）和電機(jī)聯(lián)軸驅(qū)動(dòng)的，設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率按泵消耗功率的100%考慮。另一臺(tái)半貧液泵（P1471B ）由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。為防止MDEA溶液發(fā)泡，由消泡劑系統(tǒng)（Y1491 ）往再生

28、塔（T1404 ）的進(jìn)料管線及貧 液泵（P1474A/B ）入口管線間斷地加入消泡劑。在MDEA溶液貯罐（D1432 ）中貯存有溶劑，用溶液輸送泵（P1475）往系統(tǒng)里補(bǔ)充。如果長期停車，所有塔和管路中的 MDEA溶液都可以排放到 MDEA溶液貯罐（D1432） 中。貯罐中裝有 MDEA溶液加熱器（E1420），用于冬季加熱、以防溶液結(jié)晶或結(jié)凍。五、變壓吸附 1800 單元變壓吸附工序共有 6臺(tái)吸附器（A1831A1836 ）內(nèi)裝吸附劑，其吸附器的數(shù)目是根據(jù)裝 置規(guī)模及操作條件等因素確定的。 本工序?qū)⒂糜谶M(jìn)一步脫除脫碳工序送來的工藝氣中所含有 的CO, CO2, CH4,及H2O等雜質(zhì)。在高壓

29、下，這些雜質(zhì)被吸附而得到溫度為：40C、壓力為：2.58MPa（g）、純度為：99.99 vol% 的 H2產(chǎn)品。通過一系列減壓和用 H2吹除等步驟，使 CO、CO2、CH4及 出0等雜質(zhì)脫吸，使吸附 劑得以再生。吸附器排出的脫吸氣體、經(jīng)過PSA脫吸氣收集罐（D1848 ）收集后，送到一段爐的燃料氣系統(tǒng)，脫吸氣體中除含 CO、CO2、CH4及 出0夕卜，還含有大量的 H2。吸附器按下列步驟進(jìn)行操作： 在產(chǎn)品操作壓力下吸附凈化氣中的雜質(zhì),得到工藝要求的產(chǎn)品H2。經(jīng)一系列減壓步驟, 使一臺(tái)吸附器的壓力降低到再生壓力, 用膨脹氣加壓另一臺(tái)已完成 再生的吸附器, 然后再送去把第二個(gè)處于低壓狀態(tài)的吸附器

30、加壓到某個(gè)壓力中間值,最后吹掃第三個(gè)吸附器,直至膨脹到最低壓力,送入吹除氣管線。用來自另一個(gè)處于低壓狀態(tài)下的吸附器的膨脹氣,吹掃此降低到再生壓力的吸附器。再用來自其他吸附器的膨脹氣加壓此吸附器，并用H2產(chǎn)品氣加壓到最終操作壓力。在此循環(huán)過程中的任何一個(gè)階段,系統(tǒng)中僅一臺(tái)吸附器處于操作狀態(tài)（即吸附狀態(tài)）,其余的五臺(tái)吸附器將處于不同狀態(tài)下的再生狀態(tài)（即脫吸狀態(tài)）。用一個(gè)可編程邏輯控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)對PSA系統(tǒng)的操作控制，以使得 PSA系統(tǒng)可 以高效運(yùn)轉(zhuǎn)。 PLC 可以根據(jù)制氫裝置的負(fù)荷變化、凈化氣中的雜質(zhì)含量,相應(yīng)地調(diào)節(jié)PSA系統(tǒng)。吹除氣被送到PSA脫吸氣收集罐（D1848）中，從而可使吹除氣

31、組成、壓力穩(wěn)定（即： 使燃料氣總管的壓力、熱值不會(huì)波動(dòng)） ,這對轉(zhuǎn)化爐燃料系統(tǒng)的穩(wěn)定操作十分重要。凈化后出PSA系統(tǒng)的H2壓力約2.58MPa（g）, 一部分送氨合成工序，另一部分作為產(chǎn)品外輸。六、合成氣壓縮 5000 單元來自變壓吸附單元的氫氣和來自氮?dú)鈮嚎s機(jī)的氮?dú)?按氫、氮摩爾比3:1 混合后,最終形成壓力為2.55 MPa（g）的新鮮氣。它被導(dǎo)入合成氣壓縮機(jī)（C5001A/B ）進(jìn)一步的被壓縮到12.2 MPa（g），再與來自合成回路冷交換器（E5115）的27C、12.2MPa（g）循環(huán)氣混合，再返回壓縮機(jī)，繼續(xù)壓縮到12.9 MPa（g），經(jīng)濾油器，除去夾帶的微量油后，送入合成回路。

32、合成氣壓縮機(jī)為二臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī), 其中一開一備。 合成氣壓縮機(jī)出口設(shè)計(jì)油含量最大不超過30.2mg/Nm七、氨合成 5100 單元反應(yīng)為可逆的放熱反應(yīng),其化學(xué)反應(yīng)方程式為：催化劑N2 （g） + 3H 2（g）w.2NH3 （g） + Q由于該反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，僅有一部分 H2和N2合成為NH3，而且反應(yīng)后體積縮小， 因此低溫、高壓是有利于反應(yīng)平衡向右進(jìn)行的，即低溫、高壓下操作可提高轉(zhuǎn)化率。但是由于該反應(yīng)速度較慢，保證一定的反應(yīng)溫度和壓力尤為重要。出合成氣壓縮機(jī)（C5001A/B ）溫度395C、壓力12.9 MPa（g）的合成氣進(jìn)入熱交換器 （E5113）,在此它與出塔氣換熱，溫度升至24

33、2 C,然后進(jìn)入氨合成塔（R5101 ）,入塔氣中氨含量為：5.59 % （vol）。氨合成塔的操作壓力為：12.8 MPa（g）。氨合成塔采用 Casale擁有專利技術(shù)的軸、徑向均流合成塔內(nèi)件，該塔為立式，并由高 壓外殼和催化劑筐兩部分構(gòu)成。催化劑筐內(nèi)有三層催化劑床，床內(nèi)裝有顆粒較小的鐵系催化劑（1.53.0mm ）。在三個(gè)床層內(nèi)既有徑向流也有軸向流，使得床層達(dá)到充分地利用。在第 二床層還設(shè)有換熱器，以通過間接換熱移去氨合成的反應(yīng)熱。合成氣由合成塔頂部進(jìn)入， 沿外殼和內(nèi)筐之間的環(huán)隙空間向下流到底部，使外殼溫度保持為300 C以下，以保護(hù)合成塔外殼。然后氣體在底部折流上升，流過貫穿第三催化劑床

34、層 的中心管后，再向上穿過換熱器的管程，與來自第二床層的合成氣換熱升溫。然后流過貫穿第一催化劑床層的中心管到達(dá)塔頂后進(jìn)入第一床層，工藝氣體沿徑向和軸向穿過第一床層， 開始反應(yīng)，溫度升高；工藝氣體從第一床層出來后，加入冷激氣降溫后進(jìn)入第二床層，然后進(jìn)入到換熱器殼程，與進(jìn)入塔內(nèi)沒有反應(yīng)的工藝氣體換熱，溫度降低。在換熱器殼程被冷卻后的工藝氣體，繼續(xù)進(jìn)入第三床層， 在第三床層同樣沿徑向和軸向穿過催化劑層，進(jìn)一步進(jìn)行氨的合成反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由合成塔底部離開合成塔，出口氣體含氨達(dá)18.33 % （vol）,溫度約為429 C。第一、二床層入口溫度可以由副線和冷激線的工藝氣體來控制。合成塔入口惰性氣體（氬

35、，甲烷等）的濃度，初期工況下約為0.186% （mol），末期工況下約為 0.16% （mol）。氨合成塔殼內(nèi)設(shè)有一臺(tái)電加熱器，用于開車時(shí)催化劑的升溫和還原。離開合成塔的 429 C的合成氣，先經(jīng)過合成氣冷卻器（E5111）回收反應(yīng)熱，副產(chǎn)8.15MPa（g）的高壓飽和蒸汽。再經(jīng)熱交換器（E5113）加熱入塔合成氣而被冷卻后，進(jìn)入水冷器（E5114）冷卻到40 C。然后，合成反應(yīng)氣經(jīng)下列步驟進(jìn)一步冷卻、冷凝并分離出液氨產(chǎn)品：在冷交換器（E5115 ）中，合成氣與從氨分離器（D5131 ）頂部出來的冷循環(huán)氣換熱，在管程，合成氣被冷卻到約35 C，在此有部分液氨被冷凝下來，分離出少量的液氨。反應(yīng)氣

36、進(jìn)一步在氨冷器（E5116）中冷卻，并與來自冷交換器（ E5115 ）的液氨混 合，然后進(jìn)入氨分離器（D5131 ）。氨分離器（D5131 ）分離出的氣體進(jìn)入冷交換器（E5115） 的殼程回收冷量。由冷交換器出來的循環(huán)氣返回合成氣壓縮機(jī)三段，與新鮮合成氣混合并進(jìn)一步壓縮后， 再次循環(huán)進(jìn)入氨合成塔。由氨分離器（D5131 ）分離出的高壓液氨，經(jīng)減壓閥排放到氨閃蒸槽（D5132 ）。氨閃蒸槽（D5132）的壓力約為 2.60 MPa（g），液氨中的溶解氣體被釋放出來，送至合成氣壓縮機(jī)（C5001A/B ）入口，壓縮后進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。生產(chǎn)的液氨由液位控制系統(tǒng)控制送入氨貯罐（ D5501 ）。八、氨冷凍

37、5200單元E5213）、來自氨受槽（D5234）的液氨作為以下三個(gè)換熱器的制冷劑：弛放氣冷卻器（氨冷器（E5116）、產(chǎn)品C02氣氨冷器（E1416）。液氨在換熱器中蒸發(fā)制冷，氣氨進(jìn)入氨壓 縮機(jī)入口緩沖罐（ D5231 ），其壓力為 0.41 MPa（g） ，然后進(jìn)入氨壓縮機(jī)壓縮，升壓至約 1.58 MPa（g）后，進(jìn)入最終水冷器（E5211）被循環(huán)水冷卻、冷凝。冷凝下來的40C, 1.53 MPa（g）的液氨流回氨受槽（ D5234）。另外，氨球罐（D5501）內(nèi)的氣氨和少量不凝氣體被送入氨壓縮機(jī)入口緩沖罐（D5231），然后進(jìn)入氨壓縮機(jī)。氨冷凍系統(tǒng)的液氨可由氨閃蒸槽（D5132 ）補(bǔ)充或

38、送出，而多余的液氨經(jīng)氨受槽 （D5234）的液位控制系統(tǒng)流入氨球罐（ D5501 ）。氨受槽中的氣體，經(jīng)弛放氣冷卻器（E5213）冷卻，將其中的氨冷凝下來流回氨受槽（E5234 ）。未凝的弛放氣送至燃料氣系統(tǒng)，以作為轉(zhuǎn)化爐（F1101）的燃料氣。九、氨球罐 5500 單元新裝置在原罐區(qū)新增一臺(tái)直徑 15.7m,容積2000m3的氨球罐（D5501），用于儲(chǔ)存產(chǎn)品 液氨。 從氨閃蒸罐來的液氨用其自身的壓力直接壓入氨球罐內(nèi)。為防止球罐超壓， 球罐內(nèi)閃蒸出的氣氨和少量惰性氣體送入氨壓縮機(jī)緩沖罐而進(jìn)入氨冷凍系統(tǒng)。另外配置了氨輸送泵（P5501A/B ），將其產(chǎn)品液氨送出界區(qū)。 本裝置氨產(chǎn)品儲(chǔ)存能力與儲(chǔ)

39、存周期見下表 。本裝置液氨產(chǎn)品除 4 萬噸/年由管道送至鄰 近大慶煉化公司外， 其余 1 萬噸液氨產(chǎn)品汽運(yùn)。 罐區(qū)貯存按 14天 2086噸貯量設(shè)計(jì)， 罐區(qū)原 貯存能力 1062 噸，新建氨球罐貯量約 1024 噸。十、蒸汽發(fā)電系統(tǒng) 8000 單元蒸汽的發(fā)生：來自界區(qū)的脫鹽水經(jīng)過脫鹽水預(yù)熱器（E1214）預(yù)熱到85C后送到脫氧器（D8031 ）。通過低壓蒸汽脫氧，化學(xué)加藥，調(diào)節(jié) PH 值后，作為鍋爐給水，通過鍋爐給水泵 送到裝置內(nèi)的各用戶。一部分鍋爐給水送到高壓汽包（D1131 ）,通過轉(zhuǎn)化氣余熱回收器（E1122）和蒸汽發(fā)生器（E1118）產(chǎn)生8.15MPa（g）高壓飽和蒸汽。另一部分鍋爐給水送到 合成氣冷卻器（E5111）也產(chǎn)生8.15MPa（g）高壓飽和蒸汽。兩部分高壓蒸汽混合，在一段爐 對流段蒸汽過熱器（E1116）中過熱至450 C后，送入蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（Y8099 ）。蒸汽發(fā)電機(jī)組是以供熱為主、發(fā)電為輔，以熱定電。來自蒸汽過熱器（E1116）的高壓過熱蒸汽, 經(jīng)抽汽、 背壓式蒸汽透平發(fā)電機(jī)組的高壓段后,一部分中壓蒸汽被抽出,作為蒸 汽轉(zhuǎn)化所需工藝蒸汽, 其余中壓蒸汽全部進(jìn)入蒸汽透平低壓段, 出蒸汽透平低壓段的低壓蒸 汽被送入低壓蒸汽管網(wǎng)。本裝置蒸汽系統(tǒng)共有三個(gè)