化肥廠合成氨裝置生產(chǎn)原理及工藝流

1、合成氨生產(chǎn)原理及工藝流程合成氨生產(chǎn)原理及工藝流程大慶石化公司化肥廠大慶石化公司化肥廠20072007年年1010月月1、合成氨概述與中石油合成氨企業(yè)狀況 1.1合成氨概述 合成氨是生產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一，主要應(yīng)用于生產(chǎn)尿素。第一套工業(yè)化合成氨生產(chǎn)線于1913年建成，日產(chǎn)30噸合成氨。 20世紀(jì)60年代,美國凱洛格公司開發(fā)了以天然氣為原料的大型合成氨裝置，單套日產(chǎn)氨能力達(dá)到600噸，70年代建設(shè)的氨廠日產(chǎn)能力達(dá)1000噸，使合成氨工業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，世界合成氨的生產(chǎn)能力飛速增長，目前年產(chǎn)量達(dá)到1億3700多萬噸，我國截止2004年底合成氨總量已達(dá)到4200萬噸/年的生產(chǎn)能力。 2006年

2、，據(jù)中國石油化工研究會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)，在建尿素裝置還有300多萬噸（合成氨約180萬噸）。 合成氨的生產(chǎn)方法因原料的不同主要有烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法、重油部分氧化法、煤部分氧化法。作為大型合成氨裝置原料的烴類主要有天然氣、油田伴生氣、重油和石腦油等。 合成氨的理論能耗約為22.3GJ/tNH3,實(shí)際生產(chǎn)要達(dá)到理論值是不可能的，現(xiàn)在合成氨生產(chǎn)最好的能耗指標(biāo)按天然氣、渣油、煤原料分別為28.3 GJ/tNH3、35.8 GJ/tNH3和41.8 GJ/tNH3。1.2中國石油化肥企業(yè)生產(chǎn)工藝類型簡介廠名設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力萬噸/年合成氨工藝類型尿素工藝類型原料及來源、年消耗量合成氨尿素寧化廠1套3052渣油制氨德士古

3、流程CO2氣提渣油，蘭煉供，26萬噸寧化廠2套30455275凱洛格流程N(yùn)H3氣提天然氣，長慶油田，3.5億M3烏石化1套3052渣油制氨德士古流程CO2氣提渣油，總廠煉油廠供，26萬噸烏石化2套3052布朗流程N(yùn)H3氣提天然氣，吐哈油田，3.5億M3大慶（30）45（52）72凱洛格流程CO2氣提天然氣，大慶油田，4.6億M3蘭化（新）3052渣油制氨謝爾流程N(yùn)H3氣提渣油，本廠或蘭煉供，26萬噸吉化（老）3011高壓合成法水溶液全循環(huán)本地，焦油17萬噸，渣油15萬噸澤普（老）813天然氣轉(zhuǎn)化水溶液全循環(huán)天然氣，法地油田，0.58億M3澤普（新）2034天然氣轉(zhuǎn)化CO2氣提天然氣，法地油田，

4、2.03億M32、合成氨主要生產(chǎn)方法及技術(shù)發(fā)展方向2.1、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法是世界上最早的生產(chǎn)合成氨的方法，目前在約占大型合成氨廠中生產(chǎn)能力的85%，主要代表工藝有Kellogg工藝、Topse工藝、ICI工藝、Branu深冷凈化工藝等。其工藝流程大同小異。 Kellogg基本示意流程如下：Branu深冷凈化工藝 采用了深冷凈化流程脫除合成氣中過量的氮?dú)狻⒓淄榧皻鍤?。Branu深冷凈化工藝示意流程見下圖： 原Kellogg工藝的技術(shù)改造主要有增設(shè)預(yù)轉(zhuǎn)化爐、凈化采用BASF的MEDA吸收技術(shù)，及這些模塊的組合。大慶合成氨裝置2005年技術(shù)改造后，在中油系統(tǒng)已處于領(lǐng)先地位，在國內(nèi)同類型

5、裝置，處于前列。與云天化等廠略有差距，主要是我們的改造投資、新技術(shù)交流、設(shè)備更新等存在一定的差距。比如小空壓機(jī)，云天化采用進(jìn)口壓縮機(jī)，我們采用國產(chǎn)的，僅此一項(xiàng)，多耗電折合綜合能耗0.17GJ/TNH3。2.2、重油部分氧化法 該法適應(yīng)于重油、渣油及煤制氨，也可用于天然氣及石腦油制氨。該法又分為催化氧化法和非催化氧化法。具有代表性的有以重油、渣油這原料的Texaco(德士古)氣化工藝、Shell（謝爾）氣化工藝、BASF氣化藝、以及以煤為原料的魯奇加壓氣化法、珂柏斯法（K-T）、溫克勒法和Shell法，其工藝流程大同小異，基本示意流程如下：重油部分氧化法流程3、裝置目前存在的問題及解決辦法； 合

6、成氨裝置總體運(yùn)行平衡，能耗、產(chǎn)量、運(yùn)行平穩(wěn)率均處于中油九套合成氨裝置第一名。目前存在問題有：3.1油田氣經(jīng)常不足. 經(jīng)常在90%以下負(fù)荷運(yùn)行，能耗大幅上升。經(jīng)統(tǒng)計(jì)：100%負(fù)荷能耗34.5GJ/T.NH3，90%負(fù)荷上升到35.3 GJ/T.NH3，80%則上升36.8 GJ/T.NH3。負(fù)荷頻繁波動(dòng)不僅對能耗影響較大，同時(shí)對設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)也不利。3.2一段爐爐管透火。 該爐管為2000年更換，使用7年多，10月停車處理123根泄漏爐管，現(xiàn)在爐頂仍有兩處透火，用氮?dú)獗Ｗo(hù)特護(hù)運(yùn)行，制定事故預(yù)案，準(zhǔn)備2008年大修更換整爐爐管。3.3 二段爐偏燒，出口氣體CH4超過設(shè)計(jì)值，影響裝置能耗，2008年

7、大修檢查處理。3.4 101-CA內(nèi)漏4、大慶石化公司化肥廠合成氨生產(chǎn)原理 油田氣經(jīng)加壓至4.05MPa，經(jīng)預(yù)熱升溫在脫硫工序脫硫后，與水蒸汽混合，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行轉(zhuǎn)化制H2，隨后進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，在此引入空氣，轉(zhuǎn)化氣在爐內(nèi)燃燒放出熱量，供進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，同時(shí)獲得N2。工藝氣經(jīng)余熱回收后，進(jìn)入變換系統(tǒng)，將CO變?yōu)镃O2 ，隨后經(jīng)脫碳、甲烷化反應(yīng)除去CO和CO2，分離出的CO2送往尿素工藝。工藝氣進(jìn)入分子篩系統(tǒng)除去少量水份，為合成氨提供純凈的氫氮混合氣。氫氮混合氣經(jīng)壓縮至14MPa，送入合成塔進(jìn)行合成氨的循環(huán)反應(yīng)，少量惰性氣體經(jīng)過普里森系統(tǒng)分離進(jìn)行回收利用。產(chǎn)品氨送往尿素工藝和氨罐保存。合成氨生產(chǎn)工

8、藝主要化學(xué)反應(yīng)過程：1、油田氣脫硫： R-SH+H2RH+H2S H2S+ZnOH2O(汽)+ZnS2、轉(zhuǎn)化： CH4+H20(汽)CO+3H2 CH4+2H2O(汽)CO2+4H2 3、變換：CO+H2O(汽)CO2+H24、脫碳：K2CO3CO2H2O 2KHCO3 5、甲烷化：CO+3H2CH4+H2O CO2+4H2CH4+2H2O6、氨合成：N23H22NH3 以上六步化學(xué)反應(yīng)是主要反應(yīng)過程，每一步均會(huì)對下一工況產(chǎn)生影響。其原理及控制方法如下：4.1 加氫脫硫反應(yīng) 加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是指原料烴中的有機(jī)硫及其它組分，在300400，在鈷鉬催化劑的作用下，與加入的氫氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。其主要的反應(yīng)

9、有有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，不飽和烯烴加氫飽和，含氮有機(jī)化合物脫氮（生成NH3和烴類），以及含氧有機(jī)物脫氧（生成H2O和烴類）等等。 氫 源 正常生產(chǎn)時(shí)來自合成氨裝置后部工序自產(chǎn)氫氮?dú)?。也是最理想的氫源，它具有壓力穩(wěn)定、氫氣濃度適中、有害雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)。 開停工期間的氫源來自化工一廠。必須加入原料氣壓縮機(jī)入口，配氫量少，脫硫效果不好，會(huì)造成觸媒中毒。配氫太多，由于氫氣組份輕，容易造成壓縮機(jī)超速跳車，所以要求氫氣壓力必須穩(wěn)定。4.2 氧化鋅脫硫反應(yīng) 氧化鋅脫硫是目前在工業(yè)上采用的脫硫效率最高的方法，它能以極快的速度將H2S和部分有機(jī)硫全部“吃掉”，凈化后氣體中硫含量可降到0.1ml/m3甚至更低。 合成

10、裝置有兩臺(tái)氧化鋅反應(yīng)爐，可以并聯(lián)、串聯(lián)，或任意切除一臺(tái)，以便正常生產(chǎn)時(shí)更換觸媒。由于氧化鋅實(shí)際參加化學(xué)反應(yīng)，所以其壽命很短，根據(jù)油田氣含硫量及生產(chǎn)負(fù)荷不同，我廠合成氨裝置每年約更換4爐氧化鋅觸媒。4.3 一段轉(zhuǎn)化反應(yīng) 在大型合成氨廠中，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)分兩段進(jìn)行，即一段轉(zhuǎn)化和二段轉(zhuǎn)化。一段轉(zhuǎn)化在外部供熱的管式轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進(jìn)行，二段轉(zhuǎn)化在自熱式的固定床層反應(yīng)爐中進(jìn)行。 氣態(tài)烴如天然氣、油田伴生氣等，其主要成分均是甲烷，另外還含有少量其他低級烴，如乙烷等。因此氣態(tài)烴的蒸汽轉(zhuǎn)化實(shí)際上主要就是甲烷的轉(zhuǎn)化的反應(yīng)。甲烷的水蒸汽轉(zhuǎn)化過程，其反應(yīng)方程式為： CH4 + H20(汽) CO + 3 H2 - 206

11、.58KJ/moL天然氣和油田伴生氣中的少量其它低級烴，如乙烷、丙烷等，它們在高溫下與水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行得很徹底，產(chǎn)物也是由H2、CO、CO2等氣體組成，其總反應(yīng)過程可用下式表示： CnH2n + 2n H2O(汽) n CO + (2n+1) H24.4 二段轉(zhuǎn)化反應(yīng) 二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在一個(gè)自熱式的內(nèi)襯耐火材料的圓筒式反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行的，在此引入空氣，空氣中的氧氣與一段轉(zhuǎn)化出口氣中的氫氣發(fā)生燃燒，燃燒熱用來進(jìn)一步轉(zhuǎn)化殘余甲烷?？刂蒲a(bǔ)入的空氣流量，可同時(shí)滿足合成氨反應(yīng)對氮?dú)獾男枰?.氫氣與空氣中的氧燃燒反應(yīng)方程式如下： H2 + 0.5 O2 H2O + 242 KJ/mol2. 二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的

12、影響因素 二段轉(zhuǎn)化是一段轉(zhuǎn)化的延續(xù)，其工藝條件大部分受一段轉(zhuǎn)化的制約，如壓力、水碳比等在一段爐已基本確定，二段轉(zhuǎn)化的主要影響因素是溫度。影響其溫度的主要因素有：一段爐出口氣體溫度，空氣的預(yù)熱溫度及空氣的加入量等。3. 轉(zhuǎn)化催化劑 催化劑一般都是由活性組分、助催化劑及載體組成,鎳是烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的活性組分,含量一般為1530。(1) 催化劑的中毒反應(yīng)氣體中的某些雜質(zhì)如硫、砷、氯及其化合物等，會(huì)使催化劑發(fā)生中毒，導(dǎo)致催化劑活性下降或大部分喪失。(2) 催化劑的結(jié)碳在一定的工藝條件下，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，可能發(fā)生的析碳反應(yīng)有下列幾種: 2 CO C + CO2 CO + H2 C + H20

13、 CH4 C + 2H2促進(jìn)上列析碳反應(yīng)的因素主要有兩條：一是工藝條件控制不當(dāng)，如原料氣脫除硫化物和其它毒物的凈化度降低，負(fù)荷增加過快，溫度控制不當(dāng)、水碳比的失調(diào)，都會(huì)促進(jìn)觸媒結(jié)碳；二是催化劑本身的缺陷。(3) 催化劑的還原和氧化 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑通常是以氧化態(tài)供貨的，因此在開車時(shí)要進(jìn)行還原處理。氧化態(tài)催化劑中的活性組分以氧化鎳形式存在，通常以氫或一氧化碳?xì)怏w作為還原劑，將氧化鎳還原為金屬鎳，其反應(yīng)方程式如下： NiO + H2 Ni+ H2O還原態(tài)的鎳可被水蒸汽或氧氣氧化。被水蒸汽氧化是氧化鎳還原的逆反應(yīng)。必須在過量水蒸汽的狀態(tài)下，呈氧化性態(tài)。大型氨廠停車氧化或卸出催化劑多采用此法。4.5

14、 變換反應(yīng)原理1. 變換反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式如下： CO + H2O(汽) CO2 + H2 + 41.2 KJ/MOL這是一個(gè)可逆化學(xué)反應(yīng)。從平衡原理可知，壓力對反應(yīng)平衡沒有影響，降低溫度、增加過量的水蒸汽或脫除反應(yīng)生成物CO2，均有利于變換反應(yīng)向右方向進(jìn)行。2. 影響變換反應(yīng)的因素(1)溫度 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法合成氨廠普遍采用兩段變換。第一段用高變催化劑，大部分CO在這一段變換反應(yīng)掉，操作溫度在330485，溫升不超過120，高變出口CO含量為24。第二段用低變催化劑，CO濃度在這一段趨向平衡值，溫度范圍180260，溫升不超過45，低變爐出口CO濃度為0.20.5。(2) 壓力(3) 水氣比

15、（或H2O/CO比) 4.6 脫碳反應(yīng)原理,影響吸收、再生的因素1. 脫碳的基本原理 凱洛格型合成氨廠采用的是苯菲爾特法脫碳，吸收劑為碳酸鉀溶液。溶液的吸收和再生化學(xué)方程式為： 吸收 K2CO3CO2H2O2KHCO3熱量 再生2. 影響吸收、再生的因素(1) 溶液成份。溶液的主要成份有 吸收劑K2CO3，一般控制在2732，濃度太低將影響吸收效果，濃度太高會(huì)加劇腐蝕，并容易結(jié)晶引起堵塞。 活化劑ACT-1一般維持在0.51.0，太低了活化效果不顯著，太高了活化作用的增長也不明顯。 緩蝕劑V2O5。(2) 溫度(3) 壓力(4) 溶液的循環(huán)量3. 系統(tǒng)的腐蝕與緩蝕在脫碳工序，系統(tǒng)的腐蝕有以下幾

16、種情況(1)在60以上，CO2氣體冷凝液對金屬材料的酸性腐蝕，所以在產(chǎn)生這種酸性腐蝕較嚴(yán)重的部位，都采用不銹鋼材質(zhì)。(2)堿性溶液引起金屬材質(zhì)侵蝕性腐蝕。 (3)堿液的應(yīng)力腐蝕。(4)沖刷腐蝕。(5)氯根(Cl-)對不銹鋼的腐蝕。4. 防止溶液起泡5. 防止溶液結(jié)晶4.7 甲烷化反應(yīng)原理、影響甲烷化反應(yīng)的因素、甲烷化催化劑1.甲烷化反應(yīng)的化學(xué)方程式： CO + 3 H2 CH4 + H2O + 206.284KJ/MOL CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O + 165.127KJ/MOL這兩個(gè)的反應(yīng)都是強(qiáng)放熱反應(yīng)，造成顯著的溫升，絕熱溫升的數(shù)值大體是: 每反應(yīng)1CO溫升72 每反應(yīng)1

17、CO2溫升60甲烷化反應(yīng)隨溫度或壓力的提高而加速。如果前部反應(yīng)不好，會(huì)造成甲烷化催化劑超溫，燒壞觸媒。2. 甲烷化催化劑 甲烷化催化劑的活性組分為鎳Ni，載體是Al2O3。CO甲烷化速度比CO2的大得多。當(dāng)CO和CO2同時(shí)存在時(shí)，CO能抑制CO2的反應(yīng)，所以出口微量中有90是CO2。甲烷化催化劑極易中毒。硫、氯或脫碳溶液對催化劑的毒害較大。防止羰基鎳生成： 羰基鎳，分子式為Ni(CO)4，在常溫下是一種易揮發(fā)的物質(zhì)，比重(液體)1.32克/厘米3，冰點(diǎn)25，常壓沸點(diǎn)43。羰基鎳氣體有劇毒，初期癥狀是頭痛、眼花、惡心嘔吐、發(fā)熱和呼吸困難，嚴(yán)重者可致命。羰基鎳在工廠空氣中的允許濃度為0.001mg

18、/m3。生成羰基鎳的反應(yīng)為: Ni4CONi(CO)4生成羰基鎳需具備三個(gè)條件:第一是要有還原態(tài)的金屬鎳存在，第二是要有CO氣體，第三是溫度處于常溫至177之間。一般在開車或停車期間容易生成羰基鎳，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候存在羰基鎳生成的溫度范圍，但只要采取一些簡單措施就可以避免: 停車:決不允許觸媒在有CO存在的情況下冷至常溫，當(dāng)工藝氣體中含有CO時(shí)，在溫度降至204之前，甲烷化爐就應(yīng)當(dāng)用不含CO的氣體進(jìn)行置換。 開車:當(dāng)用工藝氣體升溫時(shí)，甲烷化爐的壓力應(yīng)盡可能低，直至床層溫度超過177為止；并應(yīng)當(dāng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)把觸媒升溫到正常的操作溫度。4.8 合成氨反應(yīng)原理、影響合成氨反應(yīng)的因素、合成氨催化劑1

19、. 氨合成的反應(yīng)原理及影響反應(yīng)的因素 氫氣和氮?dú)夂铣蔀榘钡姆磻?yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下： N2 3 H2 NH3 108.85 kj/mol(450) (1) 壓力 (2) 溫度 (3) 空速 (4) 合成塔入口氣體成分2. 合成氨催化劑 合成氨催化劑的活性組分是鐵。平常的鐵沒有催化劑的性能，只有在一定條件下由鐵的氧化物還原才能得到催化劑，還原前的催化劑主要成份是Fe2O3和FeO，其組成大體上相當(dāng)于Fe3O4。 大型氨廠氨合成催化劑的還原介質(zhì)都使用最終凈化后的合成氣(即氫、氮混合氣），還原流程一般采用正常生產(chǎn)流程。 還原過程一般可分為四個(gè)階段，即升溫階段、還原階段、中期和末期，這

20、四個(gè)階段的工藝條件和控制指標(biāo)比較關(guān)鍵，主要控制指標(biāo)有還原壓力、溫度、水汽濃度和空速。4.9 合成循環(huán)回路 一次通過合成塔的氫氮?dú)庵挥幸徊糠帜軌蚝铣蔀榘?，為使產(chǎn)品氨與未反應(yīng)的氣體分離，一般都是采用降溫冷凝的方法實(shí)現(xiàn)，我廠采用塔后分氨流程。105-F出來的合成氣經(jīng)高壓缸壓縮后將直接送入合成塔，為了避免合成氣中殘余的微量水對氨觸媒造成損害，因此，在105-F之后設(shè)置分子篩系統(tǒng)以進(jìn)一步脫除合成氣中的殘余水和碳氧化物。4.10 普里森分離器的工作原理和影響分離的因素 普里森分離器是一種應(yīng)用很廣的高效分離器。這種分離器的技術(shù)核心是利用一種聚砜空心纖維薄膜管束。 普里森分離器是利用各種氣體對纖維薄膜管壁的滲

21、透能力不一樣，達(dá)到氣體分離的目的。5、合成氨裝置工藝流程5.1 脫硫系統(tǒng) 來自界區(qū)32、0.32MPa的天然氣進(jìn)入裝置后分為兩路：一路作原料氣，另一路作燃料氣。原料天然氣進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)吸入罐116-F，除去攜帶的液體。 原料天然氣在原料氣壓縮機(jī)102-J中被壓縮到4.2MPa(G)，由于壓縮做功，壓縮后的原料氣溫度達(dá)到144，氣體經(jīng)過原料氣預(yù)熱盤管預(yù)熱到380，原料氣預(yù)熱盤管有一旁路調(diào)節(jié)閥TRC51，用來調(diào)節(jié)進(jìn)Co-Mo加氫器101-D的氣體溫度。接著原料氣與來自合成氣壓縮機(jī)103-J一段的富氫氣混合?；旌虾蠼?jīng)過Co-Mo加氫器101-D把有機(jī)硫轉(zhuǎn)換成H2S。加氫轉(zhuǎn)化器含二層催化劑，催化劑的

22、溫度由TR-138至143 指示。通過鈷鉬加氫轉(zhuǎn)化器，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，經(jīng)氧化鋅脫硫槽脫硫至總硫小于0.5ml/m3。原料天然氣自加氫轉(zhuǎn)化器出來后，進(jìn)入氧化鋅脫硫槽，自上而下地通過脫硫劑層并從脫硫槽的底部出去。天然氣中的硫化物被ZnO所吸附，制得合格原料氣。ZnO脫硫槽共二個(gè)，可以串聯(lián)或并聯(lián)操作，一般串聯(lián)操作。閥門及管線的配置可以使任何一個(gè)脫硫槽停止使用而另一個(gè)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。脫硫槽的出口備有放空管線（V-1000），供開停車時(shí)使用。當(dāng)不把天然氣導(dǎo)入一段轉(zhuǎn)化爐時(shí)，就用SP-71把ZnO脫硫槽與一段爐隔開。5.2 轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 經(jīng)過FRC-2調(diào)節(jié)的工藝蒸汽與從工藝?yán)淠浩崴?03-E頂部出來的蒸汽與

23、混合，混合后的工藝蒸汽溫度為322、壓力為3.8MPa，流量為102820 kg/h 。再與脫硫后的原料氣混合后（水汽比3.2）進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐101-B對流段原料氣預(yù)熱盤管C1被預(yù)熱到508。混合氣然后被送到101-B的輻射段頂部，氣體從一根主總管分配到九根分總管，分總管在爐頂上是平行排列的。每一分總管中的氣體又經(jīng)豬尾管自上而下地分配到42根裝有催化劑的轉(zhuǎn)化管中，這些轉(zhuǎn)化管位于一段爐的輻射段內(nèi)，總數(shù)為378根，一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)就在這里進(jìn)行。 每排42根轉(zhuǎn)化管的底部都同一根集氣管相連，后者靠近一段爐的底部，每根集氣管的中部有一上升管，這九根上升管又把氣體引到爐頂上一根裝有水夾套的輸氣管線，再由此把氣

24、體送至二段轉(zhuǎn)化爐103-D的入口。 一段爐備有壓力、溫度指示，用來觀察操作情況。一段爐的熱量是由200個(gè)頂部燒嘴供應(yīng)的，這些燒嘴由總控上的10個(gè)MIC手動(dòng)指示器來調(diào)節(jié)。工藝蒸汽流量由DCS經(jīng)控制器FRC-2對閥門FV-2作出調(diào)節(jié)?；旌显蠚馔ㄟ^轉(zhuǎn)化催化劑管，完成蒸汽與甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。部分轉(zhuǎn)化后的混合氣含有12.91%的甲烷，通過輸氣管107-D進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐103-D。二段轉(zhuǎn)化爐103-D所需工藝空氣由101-J和一個(gè)并聯(lián)的電動(dòng)壓縮機(jī)101-JA提供。101-JA的供氣量約為所需空氣總量的35%，101-J提供約65%的空氣量。空氣經(jīng)盤管預(yù)熱后進(jìn)入二段爐。為防止盤管過熱，通過MIC-25或HI

25、C-300混入部分中壓蒸汽與工藝空氣混合，經(jīng)過一段爐對流段空氣/蒸汽混合氣預(yù)熱盤管被加熱到600，溫度由DCS儀表TR-4指示。空氣/蒸汽混合氣經(jīng)過二段爐的噴嘴與來自輸氣管107-D的一段轉(zhuǎn)化氣在103-D的燃燒室進(jìn)行混合燃燒，接著，混合氣通過鎳轉(zhuǎn)化觸媒。 二段轉(zhuǎn)化爐出氣中含有0.38%的甲烷，溫度約為1000，直接進(jìn)入兩個(gè)并聯(lián)的第一廢熱鍋爐101-CA/CB與來自101-F的鍋爐水換熱，回收熱量用于產(chǎn)生高壓蒸汽；接著通過第二廢熱鍋爐102-C，被來自101-F的鍋爐水繼續(xù)冷卻，冷卻后的轉(zhuǎn)化氣溫度降低到371。第二廢熱鍋爐在工藝氣體側(cè)有一條熱旁路TRC-10，用來控制高溫變換爐104-DH入口

26、氣的溫度。102-C出口主管線、出口副管線、進(jìn)口管線上裝有安全閥RV-103-D1-D4。5.3 變換系統(tǒng) 氣體從高變爐104-DH頂部進(jìn)入，軸徑向通過變換催化劑，然后氣體進(jìn)入高變出口氣廢熱鍋爐103-C的管側(cè)，把熱量傳給來自101-F的鍋爐水。氣體從103-C出來，進(jìn)換熱器104-C與甲烷化爐進(jìn)氣換熱。103-C和104-C之間有一放空管線，這是供開車和發(fā)生事故時(shí)高變出口氣放空用的，放空管線上有電動(dòng)閥SP-102。 從高溫變換爐104-DH出來的部分變換氣含有3.22%的CO，被變換氣廢熱鍋爐103-C中的101-F的鍋爐水和104-C中的甲烷化爐進(jìn)氣冷卻到227，回收的熱量用于產(chǎn)生高壓蒸汽

27、和預(yù)熱甲烷化爐進(jìn)氣。 工藝氣體在進(jìn)入變換氣分離器1121-F之前，被冷凝液泵109-J/JA送來的工藝?yán)淠捍憷?，淬冷后的工藝氣體溫度為198。工藝氣體出1121-F之后，進(jìn)入裝有銅觸媒的兩個(gè)并聯(lián)低溫變換爐104-DL和104-DS，自頂部進(jìn)入，自上而下通過變換催化劑，再由底部流出。經(jīng)低溫變換后氣體中CO降到0.3%以下。5.4 公用工程系統(tǒng)5.4.1 蒸汽系統(tǒng) 界內(nèi)蒸汽系統(tǒng)由鍋爐給水除氧系統(tǒng)、汽包和鍋爐系統(tǒng)、10.5MPa高壓蒸汽系統(tǒng)、3.97MPa中壓蒸汽系統(tǒng)、0.34MPa低壓蒸汽系統(tǒng)等部分組成。5.4.1.1 鍋爐給水的脫氧5.4.1.2 10.5MPa高壓蒸汽系統(tǒng)5.4.1.3 3.

28、97MPa、345中壓蒸汽系統(tǒng)5.4.1.4 0.34MPa、247低壓蒸汽系統(tǒng)5.4.2 燃料氣5.4.3 工廠空氣5.4.4 儀表空氣5.5 凈化系統(tǒng) 經(jīng)并聯(lián)的低變104-DL/104-DS后，變換氣中CO降至0.21%，溫度在219左右，再并聯(lián)經(jīng)過1104-C和1106-C。進(jìn)入1104-C的低變氣經(jīng)管側(cè)與經(jīng)過1104-C殼側(cè)的回流液換熱。1104-C設(shè)有一旁路，根據(jù)1104-C產(chǎn)生的蒸汽壓力用旁路閥PRC-44來進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)入1104-C的低變氣量。1104-C回流液產(chǎn)生的蒸汽供半貧液閃蒸用。從1104-C出來的低變氣進(jìn)入再生塔氣體再沸器1105-C的管側(cè)冷卻，同時(shí)提供脫碳溶液再生所需要

29、的熱量。進(jìn)入低變氣與高壓鍋爐給水換熱器1106-C殼側(cè)的變換氣，用手動(dòng)閥SP-315調(diào)節(jié)后流經(jīng)1106-C。出1105-C的低變氣與來自1106-C的變換氣混合后，在經(jīng)過低變氣與鍋爐給水換熱氣1108-C后進(jìn)入102-F，大部分水蒸氣都冷凝下來，而在變換氣分離罐102-F中分離出去。來自2004-J的鍋爐各給水經(jīng)1108-C殼側(cè)與低變氣換熱后去101-U。102-F回收的冷凝液用冷凝液泵109J送到高壓冷凝液氣提塔103-E，102-F的液位由109-J/JA出口調(diào)節(jié)閥LRC-78調(diào)節(jié)。102-F的工藝?yán)淠罕?09-J/JA出口水供調(diào)節(jié)104DL、DS進(jìn)口工藝氣溫度。102-F出口工藝氣直接

30、進(jìn)入1101-E底部的分布器。變換氣從102-F的頂部引出，進(jìn)入吸收塔進(jìn)行氣體的凈化。 變換氣大約含有18.46%的CO2和0.21%的CO。凈化后（COCO）將降至10 ml/m3以下。變換氣的凈化包括脫碳和甲烷化。 變換氣夾帶的水分大部分除去以后，進(jìn)入CO2吸收塔，氣體由塔底進(jìn)入，向上流經(jīng)二層填料與流下來的本菲爾特溶液接觸，大部分CO2就被吸收。在正常設(shè)計(jì)條件下應(yīng)有280m3/h的貧液自頂部進(jìn)入填料上面的分布器分布，有1274m3/h的半貧液由第三層填料上面的分布器流下來。洗滌后的氣體經(jīng)塔頂?shù)某W(wǎng)除去夾帶的溶液，出塔后又進(jìn)入分離罐1113-F進(jìn)一步分離所夾帶的液滴。分離后的氣體溫度約為7

31、0，含CO2在0.1%以下。1113-F分離出來的溶液用LC-27控制，排入地下槽。出1113-F的脫碳?xì)饨?jīng)136-C（合成氣/甲烷化爐進(jìn)氣換熱器）和104-C的殼側(cè)進(jìn)行予熱后進(jìn)入甲烷化爐。從1113-F出來的一股支流，開始時(shí)也可以送到燃料氣系統(tǒng)。進(jìn)入甲烷化爐的氣體約在316左右，由甲烷化爐（106-D）的頂部進(jìn)入，通過高鎳觸媒后由底部出來。在甲烷化爐內(nèi)完成CO和CO2與H2生成甲烷反應(yīng)，從而將（COCO2）降至10 ml/m3以下，而取得合格的凈化氣。此凈化氣約在335，先經(jīng)過114-C被鍋爐給水冷卻，溫度降至144，再并聯(lián)經(jīng)115-C和144-C進(jìn)一步被冷卻水和鍋爐給水冷卻，溫度降至38進(jìn)

32、入氨冷器1115-C,出1115-C的氣體進(jìn)入104-F分離水分后到壓縮系統(tǒng)。甲烷化設(shè)有高溫報(bào)警和聯(lián)鎖。聯(lián)鎖設(shè)置為五選二。聯(lián)鎖作用在電磁閥VS-10和VS-3上使其關(guān)閉MIC-19和V-3閥切斷鍋爐給水和工藝氣。主控設(shè)有相應(yīng)的停車按扭和復(fù)位按鈕。V-3閥前有放空閥PRC-5。104F頂部有放空閥PRC-4。5.6 溶液系統(tǒng) 碳酸鉀溶液從兩個(gè)高度進(jìn)入CO2吸收塔。塔的下段用半貧液除去氣體中大部分CO2，這部分再生的溶液從1102-E的中部出來后進(jìn)入半貧液閃蒸槽1107-F，閃蒸出的CO2返回1102-E中部，1107-F的液位由LRC-75根據(jù)四室液位的高低來進(jìn)行調(diào)節(jié)。出1107-F的碳酸鉀溶液

33、用半貧液泵1107-J打入吸收塔。經(jīng)一分布器流過吸收塔下面的兩層填料。半貧液的流量由FRC-67調(diào)節(jié)。貧液來自再生塔的底部經(jīng)貧液鍋爐給水換熱器1107-C和貧液循環(huán)水換熱器1107-C1后，用貧液泵1110-J抽往吸收塔頂部的分布器。流量用FRC-5調(diào)節(jié)當(dāng)流量低時(shí)低流量報(bào)警器LFA-92就發(fā)出報(bào)警。貧液泵出口有一部分通過機(jī)械過濾器1106-L以連續(xù)除去可能混入的固體雜質(zhì)?；旌虾蟮奶妓徕浉灰涸谖账牡撞考?，由LRC-91調(diào)節(jié)液位后送到再生塔的頂部。由于吸取塔的壓力較高，可用來驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水力透平從流出的碳酸鉀富液中回收能量。LRC-91將出吸收塔底部的全部富液分為兩部分，一部分經(jīng)過水力透平，其余

34、則經(jīng)旁路然后匯合進(jìn)入再生塔。在正常情況下，全部液流都經(jīng)過水力透平。碳酸鉀富液經(jīng)液面調(diào)節(jié)送往再生塔并在頂部填料層的上面進(jìn)入塔內(nèi)，富液就在再生塔的頂部閃蒸而放出一部分CO2。再生塔溶液分兩段操作，富液自上而下被自下而上流動(dòng)的蒸汽帶出一部分CO2，半貧液有一部分從第二層填料下邊的集液盤送到半貧液閃蒸槽。剩下的半貧液繼續(xù)向下流過填料層，溶液在再生塔的底部集液盤中聚集，再由此流入再沸器1105-C及1111-C。貧液聚集在再生塔的底部由此送入1107-C。再生塔富液進(jìn)口處的上面有一除沫器，用來減少氣體所夾帶的碳酸鉀液滴，在除沫層的上面還有三層泡罩板用來洗滌氣體以進(jìn)一步減少帶出的碳酸鉀溶液。洗滌液就是再生

35、塔上面的冷凝液。洗滌段的最下一層塔板設(shè)有一根總的引出管，把回收下的帶有脫碳溶液的冷凝液引出可分別送到1104-C，1105-C和1102-E底部的再沸器引出集液盤。解吸出來的CO2離開再生塔頂部以后就通過CO2再生塔水冷器1110-C，氣體中夾帶的水分在此冷凝以后就在1103-F分離罐中分離下來。一部分冷凝液經(jīng)FRC-104用一臺(tái)再生塔回流泵1108-J打回系統(tǒng)。多余的水由LC-97調(diào)節(jié)液位經(jīng)橡膠車間排往水氣廠處理。 CO2通過除沫層后從1103-F的頂部出去者送往尿素或者放空。1102-E的壓力用PRC-41調(diào)節(jié)。CO2產(chǎn)品用FR-116記量。CO2再生塔的超壓保護(hù)裝置是用防爆板SP-101

36、，超壓時(shí)可以通過這個(gè)裝置而放空。防爆板SP-101的前面有一個(gè)截止閥，正常時(shí)是全開的。脫碳系統(tǒng)的附屬設(shè)備包括一個(gè)碳酸鉀儲(chǔ)槽1114-F和一臺(tái)補(bǔ)液泵1111-J，一個(gè)地下槽1115-F，地下槽泵1114-J。5.7 工藝?yán)淠合到y(tǒng) 工藝?yán)淠簛碜?02-F和104-F，流量分別為62108kg/h和2310kg/h。經(jīng)103-E中壓汽提后，回收送到水處理裝置，生產(chǎn)脫鹽水。 CO2冷凝液經(jīng)化工三廠橡膠車間送往水汽廠處理。5.8 合成氣系統(tǒng) 從凈化系統(tǒng)來的氣體接著經(jīng)過合成氣壓縮機(jī)吸入罐冷凝器1115-C，被從冷凍系統(tǒng)109-F來的液氨進(jìn)殼側(cè)冷凝，氨蒸汽返回到110-F和111-F，合成氣溫度則降到7

37、.5。然后進(jìn)入水分離器104-F，分離了水分的氣體進(jìn)入103-J低壓缸壓縮。104-F上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器PRC-6，調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保持104-F壓力恒定。低壓缸出口氣依次經(jīng)過三個(gè)中間冷卻器（136-C，116-C，129-C）的管側(cè)，分別被去甲烷化的工藝氣、冷卻水和氨冷凍劑所冷卻，從129-C出來的氣體被冷卻到10，然后，進(jìn)入段間分離器105-F將冷凝下來的水分離出來。氣體從105-F出來后進(jìn)入分子篩系統(tǒng)。109-DA/DB采用并聯(lián)操作，運(yùn)行周期為 48小時(shí)。從109-D出來的合成氣被引到103-J的二段吸入口，合成氣在壓縮機(jī)103-J的高壓缸被壓縮，壓力升到13.02MPa。接著在缸內(nèi)最

38、后一級葉輪入口與換熱器120-C來的循環(huán)氣混合，被繼續(xù)壓縮到14.1MPa。103-J高壓循環(huán)段防喘振裝置由FRC-15控制調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)。為了降低系統(tǒng)壓降和提高精確度,FRC-15換成了一個(gè)DCS系統(tǒng)控制器.合成氣壓縮機(jī)出氣在新安裝的合成氣壓縮機(jī)出氣油過濾器169-F中分離泄漏的密封油。分離下來的密封油由操作人員手動(dòng)收集起來，如果沒有及時(shí)排出帶進(jìn)合成塔，就會(huì)結(jié)焦、碳化，成為氨觸媒的毒物。由于改造后工藝流程是合成氣首先通過合成塔而不是冷凍系統(tǒng)，因此，觸媒中毒物的毒害程度會(huì)更深。 在169-F的下游，設(shè)有冷卻水換熱器134-C，這個(gè)設(shè)備的作用是冷卻返回103-J循環(huán)高壓缸和循環(huán)段的防喘振循環(huán)氣。防喘

39、振循環(huán)氣被冷卻水冷卻，經(jīng)過循環(huán)氣調(diào)節(jié)閥FV-8和FV-15，然后，再回到103-J高壓缸循環(huán)段，完成整個(gè)循環(huán)。合成回路設(shè)置了電動(dòng)閥MOV-309與SP-70，與壓縮機(jī)隔離開。在事故狀態(tài)下，切出合成系統(tǒng)。 進(jìn)入合成塔的氣體，在121-C的管側(cè)，與合成塔出來的氣體在121-C換熱器的殼程換熱，合成氣在121-C的管側(cè)被預(yù)熱到140。121-C可以手動(dòng)操作旁路閥HIC-308調(diào)節(jié)氣體溫度。在進(jìn)入合成塔105-D之后，進(jìn)入小合成塔1105-D, 1105-D通過冷激閥TRC-342降低床層溫度，1105-D出口氣氨濃度達(dá)到18.1%。合成塔出氣溫度為377，被引入合成塔鍋爐給水換熱器123-CA，12

40、3-CA出口氣溫度為330，而從123-C1來的鍋爐給水則被加熱。合成塔出氣接著在合成塔鍋爐給水換熱器123-C1中被冷卻到157，最后在合成塔進(jìn)、出氣換熱器121-C的殼側(cè)被冷卻到77，123-CA是一個(gè)水平的U-型管鍋爐給水換熱器，安裝位置在換熱器123-C1的上面。從121-C出來的合成氣在124-CA/CB中被冷卻水冷卻到35，從124-CA/CB出來的氣體，45%的氣流過換熱器120-C的殼側(cè)，約55的合成氣流過串聯(lián)的117-C和118-C氨冷器，這兩個(gè)換熱器和120-C并聯(lián)操作，HCV-10用于調(diào)節(jié)去120-C殼側(cè)的合成氣流量，兩股氣體在119-C的進(jìn)口會(huì)合，進(jìn)入三級氨冷器。合成氣

41、被冷卻到-23后，合成氣變成氣液混合物，進(jìn)入氨分離器106-F內(nèi)，不凝循環(huán)氣進(jìn)入120-C的管側(cè)，被合成塔出口氣加熱到29，進(jìn)入103-J的最末一級葉輪，完成一次循環(huán)。106-F分離下來的液氨，經(jīng)過液位調(diào)節(jié)閥LC-13調(diào)節(jié)液位后去氨分離器107-F。107-F的閃蒸壓力為1.62MPa，可以把大部分惰氣和不溶性氣體閃蒸出來。從107-F出來的閃蒸氣與從126-C來的閃蒸氣一起被送到低壓氨回收單元。5.9 普里森系統(tǒng)5.10 冷凍系統(tǒng)6合成氨裝置重大技術(shù)改造項(xiàng)目表序號序號項(xiàng)項(xiàng) 目目名名 稱稱主主 要要 改改 造造 內(nèi)內(nèi) 容容技術(shù)專利公司技術(shù)專利公司投資額投資額投用投用時(shí)間時(shí)間節(jié)能節(jié)能效果效果經(jīng)濟(jì)

42、經(jīng)濟(jì)效益效益萬美元萬美元萬元萬元GJ/tNHGJ/tNH3 3萬元萬元/ /年年1 1COCO2 2余熱回收余熱回收采暖采暖增加換熱器增加換熱器(1110-CA)(1110-CA)預(yù)熱采暖水，回收預(yù)熱采暖水，回收CO2CO2的的余熱余熱本本 廠廠- -4114111984 41984 41.01.0282.8282.82 2普里森氫氣回普里森氫氣回收裝置收裝置由預(yù)處理部分和分離器部分組成由預(yù)處理部分和分離器部分組成. . 設(shè)計(jì)弛放氣設(shè)計(jì)弛放氣處理量處理量10.88KNM3/h,200010.88KNM3/h,2000年擴(kuò)能年擴(kuò)能18KNM3/h18KNM3/h，氫回收率氫回收率91.3%91.

43、3%美國孟山都公美國孟山都公司司81.581.5333.1333.11986 2 1986 2 22220.66880.6688212.5212.53 3DCSDCS改造改造系統(tǒng)控制儀表由常規(guī)表盤系統(tǒng)控制儀表由常規(guī)表盤8888、9393年分二次改為年分二次改為美國美國FISHER PROVOXFISHER PROVOX集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng).2002.2002年年更新更新honeywellhoneywell控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)4 4合成塔內(nèi)件改合成塔內(nèi)件改造造采用采用TOPSETOPSE的的Insitus-200Insitus-200技術(shù)就地改造原凱技術(shù)就地改造原凱洛格四床層軸向塔洛格四床層軸向塔. .包括合成氣壓縮機(jī)循包括合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段葉輪改造環(huán)段葉輪改造. .丹麥托普索公丹麥托普索公司司- -6606601990 81990 81.4241.424183.9183.95 5合成氨裝置節(jié)合成氨裝置節(jié)能技術(shù)改能技術(shù)改造造(1)(1)煙氣余熱回收煙氣余熱回收(2)(2)增加對流段過熱蒸汽燒嘴增加對流段過熱蒸汽燒嘴(3)(3)工藝?yán)淠褐袎浩峁に嚴(yán)淠褐袎浩?4)(4)合成氣壓縮機(jī)合成氣壓縮機(jī)入口處增加一臺(tái)氨冷器入口處增加一臺(tái)氨冷器(5)(5)采用半貧液四采用半貧液四級閃蒸再生系統(tǒng)級閃蒸再生系統(tǒng)(6)(6)合成塔出口增加一臺(tái)合成塔出口增加一臺(tái)鍋爐給水預(yù)熱器鍋爐給水預(yù)熱器蘭