合成氨工藝設計總流程及壓縮機

1、-. z.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。原料氣壓縮和脫硫來自界區(qū)，壓力2.25巴絕、溫度30，含總硫50p.p.m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114。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%H2，作為予脫硫鈷-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0.1p.p.m以下，因此轉(zhuǎn)化前必須脫硫。經(jīng)壓縮和返氫后的原料

2、氣，入對流段盤管03-B002E04加熱至370，于鈷-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0.1p.p.m。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372。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580

3、。此混合氣從轉(zhuǎn)化爐管頂部進入，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804，含16.3%CH4。 含CH416.3%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500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1250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983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328、125巴的高壓蒸汽。出03-E001溫度588

4、的工藝氣繼續(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370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-E002(03-B003E01)和(03-B002E02),將蒸汽過熱至535，再分別送入冰機和發(fā)電機的蒸汽透平作動力。變換 CO變換采取上下變流程。370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444，CO含量降至3.87%。高變氣由爐底出來，入廢熱鍋爐04-E0

5、01，回收熱量產(chǎn)生高壓蒸汽，高變氣被冷卻至375，繼入鍋爐給水預熱器04-E002,降溫至204，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236，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176，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)。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。低變氣冷卻至95左右，自吸收塔05

6、-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70，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118左右。解吸塔底流出的溶液，入閃蒸槽05-D002,經(jīng)五級閃蒸壓力降至0.89巴絕，此時溶液溫度為1

7、00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熱。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70入上塔；另一路則將其與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%。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-

8、E008，被冷卻至98。由冷凝液泵05-P006A/B送經(jīng)冷凝液預熱器05-E011A/B被加熱后入汽提塔05-C003，與來自冰機蒸汽透平09-MT01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、94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40。此CO2氣冷凝液于05-F003和05-F005別離器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

9、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120，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。甲烷化 脫碳氣中含0.1%CO2、0.44%CO，是遠遠超過對合成氣中CO+ CO210p.p.m的要求，為此采用甲烷化法除去少量的CO和CO2。70的脫碳氣，在換熱器06-E001中被加熱至300，入甲烷化爐06-R001,反響放熱，溫升至336左右。此熱氣在換熱器06-E001中被冷卻至100。繼入水冷器06-E003中，冷卻至40，氣中含CO+ CO210p.p.m，成為合格的N2. H2混合氣，即新鮮氣。合成氣的壓縮及

10、氨合成 氮與氫在鐵催化劑條件下合成氨，當壓力98.24巴、440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、40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、112，此時少量氣體送脫硫，用于鈷-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、100。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5此時新鮮氣的水蒸汽和CO2氣

11、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0.9，繼入第二氨冷器08-E006，降溫至10，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、32，經(jīng)熱交換器08-E002,溫升至239左右，入合成塔08-R001

12、。 105巴、239、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、414、含16.36%NH3，入廢熱鍋爐08-E001回收熱量，產(chǎn)生127巴、329的高壓蒸汽。合成氣被冷卻至275，繼入08-E002、08-E003、08-E004換熱器換熱，合成氣溫度分別降至53、38、23，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，稱之合成回路。 因新鮮氣中含惰氣CH4+Ar1.86%,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

13、制循環(huán)氣中惰氣含量。此放空氣送往氨回收裝置。冷凍 來自第二氨冷器08-E006的氣氨15、2.36巴來自第一氨冷器(08-E005)及氣體冷卻器10-E004的氣氨0.5、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86、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42、9.08巴壓力下進入09-K001的二段吸入側(cè)，壓縮至16.6巴、100，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

14、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、20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

15、氫回收。但去氫回收的氣體量由CO2NH3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

16、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。氫回收 經(jīng)氨回收后的氣體，按NH3CO2平衡的要求量入吸附器11-R001A/B,將氣中的NH3 、HO2 、CO2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

17、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)；其余局部尾氣則直接送燃料系統(tǒng)。氨貯存 有兩個球形氨罐，每個貯氨量2500噸。液氨在4.8巴、3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)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

18、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21

19、859Kg/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

20、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N2、H2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112。出一段合成氣約45.4Kmol/h的氣量送脫硫鈷-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、100，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)，必須去除極少量的水汽及CO2 ，因此，出二段的