探討卡薩利氨合成工藝技術(shù)分析及應(yīng)用

探討卡薩利氨合成工藝技術(shù)分析及應(yīng)用摘要：本文主要探究卡薩利氨合成工藝技術(shù)的應(yīng)用。研究過程中，以卡薩利氨合成技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為切入點(diǎn)，分析該技術(shù)氨凈值較高、系統(tǒng)阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可提高氨合成效率及質(zhì)量，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合卡薩利氨合成工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)，研究應(yīng)用工藝參數(shù)況，從而為相關(guān)工作者提供參考。關(guān)鍵詞：卡薩利氨；氨合成工藝；合成回路；應(yīng)用前言：隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，合成氨工藝作為重要技術(shù)，氨合成態(tài)勢(shì)下能夠制作硝酸與尿素，對(duì)化肥加工愈發(fā)重要。而為了提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，通常會(huì)選用節(jié)能、高效的氨合成塔內(nèi)件，利用卡薩利氨合成技術(shù)，將其用于大型合成氨裝置上，其凈化中應(yīng)用液氮?dú)狻⒌蜏丶状枷垂に?，合成氣較為純凈，可滿足操作便捷、高效利用、可靠安全的要求。一、卡薩利氨合成技術(shù)優(yōu)點(diǎn)卡薩利合成塔作為瑞士卡薩利公司所研發(fā)的復(fù)合型氨合成塔，該塔上部催化床層是軸向流型，徑向流型為下部催化劑床層，裝有獨(dú)特分布器，可確保95%氣體能夠沿徑流流動(dòng)，提高容器利用率，適宜低壓氨合成技術(shù)。具體優(yōu)勢(shì)如下：氨凈值高?？ㄋ_連催化劑裝填量大、無(wú)冷管效應(yīng)，可提高容積利用率，特別是應(yīng)用小顆粒催化劑，能夠提高催化劑堆集密度，均勻分布床層氣體，有助于進(jìn)行氨合成反應(yīng)［1］敞開床層頂部，使得氣體能夠在頂部為軸徑向混合流動(dòng)情況，改善徑向塔內(nèi)件床層頂部死角，利用該部分催化劑，提高徑向塔利用率。系統(tǒng)阻力小。塔內(nèi)由于無(wú)冷管，所以氣體流通截面積較大，阻力較小，可減少循環(huán)氣量，降低循環(huán)機(jī)消耗。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？ㄋ_利合成塔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，為分層式，自壓連接上下層，拆卸與組裝便捷，可長(zhǎng)期使用。設(shè)計(jì)獨(dú)立分開催化劑筐，無(wú)需焊接或螺栓結(jié)構(gòu)，使用迷宮式封面結(jié)構(gòu)，便于組裝拆卸?，F(xiàn)場(chǎng)組裝內(nèi)件即可填充催化劑，舊催化劑更換應(yīng)用真空抽吸方式，檢修安全、方便，有助于保護(hù)內(nèi)件。二、卡薩利氨合成技術(shù)分析工藝流程在卡薩利氨合成工藝中，新鮮原料氣氫氮比控制為3:1，和來(lái)自中壓氨分閃蒸氣匯合，將其輸入合成氣壓縮機(jī)低壓缸，通過一、二段冷卻與壓縮后進(jìn)入三段升壓，之后和高壓氨分循環(huán)氣混合，循環(huán)段升壓達(dá)到合成壓力，將其輸入熱氣氣換熱器，升溫后氣體進(jìn)入至合成塔內(nèi)。合成塔入口合成溫度根據(jù)熱氣氣換熱器及鍋爐給水預(yù)熱器旁路管線控制，且控制第三床溫度。合成氣進(jìn)入合成塔后，通過氨合成催化劑產(chǎn)生氨合成反應(yīng)，提升出口含氨量為20%，反應(yīng)中有大量的熱產(chǎn)生，為回收反應(yīng)熱，出口氣體將其逐一傳輸至廢熱鍋爐、鍋爐給水預(yù)熱器，產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽。合成氣繼續(xù)輸送至熱氣氣換熱器，與壓縮機(jī)出來(lái)的氣換熱提高進(jìn)塔氣溫度⑵。之后氣體送入合成回路水冷器，進(jìn)一步冷卻合成氣至40°C，冷凝少量氨，將其輸送到冷氣氣換熱器，與高壓氨分分離出來(lái)的氣換熱。出口氣輸送至經(jīng)一、二級(jí)氨冷器降溫獲得液氨，二級(jí)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)氨的完全冷凝。液氨與合成氣進(jìn)入高壓氨分離器實(shí)現(xiàn)分離，閃蒸循環(huán)氣通過冷氣氣換熱器加熱后，送至循環(huán)段，分離液氨則進(jìn)入中壓氨分離器，中壓氨分內(nèi)溶解的閃蒸氣與新鮮合成氣混合，輸入合成氣壓縮機(jī)，液氨分離后送出界區(qū)。技術(shù)特點(diǎn)合成塔作為卡薩利氨合成技術(shù)中的重要部分，為三床兩換熱器結(jié)構(gòu)，換熱器分別處于一二床之間和二三床之間，提高氨單程轉(zhuǎn)化率，優(yōu)化催化劑裝置，促進(jìn)熱力學(xué)效率提高。具體技術(shù)如下：軸徑向設(shè)計(jì)。合成塔中催化劑床3個(gè)，均適用專利“軸徑向”設(shè)計(jì)，大多數(shù)氣體徑向流過催化劑床，剩余氣體軸向流過頂層催化劑⑶。該技術(shù)能夠充分利用床層催化劑，采取活性高的1.5-3mm小顆粒催化劑，提高每個(gè)催化劑床效率，降低相對(duì)純徑向設(shè)計(jì)氣體床層壓降。（2）開放頂部催化劑筐。應(yīng)用軸徑向技術(shù)無(wú)需封頂催化劑頭，內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，卸載與填裝催化劑更為便捷。（3）狹槽板式筐壁。在卡薩利催化劑筐設(shè)計(jì)中，應(yīng)用狹槽板式收集齊，內(nèi)外部收集器均為特殊狹槽板，為單片設(shè)計(jì)，能夠避免焊接小部件及焊接異種材料。該結(jié)構(gòu)與早期絲網(wǎng)式結(jié)構(gòu)，可避免長(zhǎng)期運(yùn)行后脫開絲網(wǎng)造成弊端，增加機(jī)械強(qiáng)度，提高可靠性。（4）可移動(dòng)催化劑筐。在卡薩利一、二床層催化劑筐中將其設(shè)計(jì)為可移動(dòng)形式，便于操作和機(jī)械，裝卸與填裝催化劑更為便捷。（5）倒碟形筐底。在卡薩利一、二床層筐底使用倒碟形結(jié)構(gòu)，能夠更好利用合成塔空間，提高合成塔空間裝填催化劑效率，且該催化劑筐無(wú)需使用螺栓連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（6）氨合成塔出口溫度高，超過440攝氏度會(huì)發(fā)生氮腐蝕，可利用下有換熱器與氨合成塔直接連接，無(wú)需安裝能夠適應(yīng)高溫的鋼管道，可節(jié)省投資的同時(shí)提高設(shè)備可靠性與安全性。但是，結(jié)構(gòu)由于較為復(fù)雜，對(duì)于直連位置安裝及機(jī)械制造提出了高要求。三、卡薩利氨合成技術(shù)的應(yīng)用卡薩利氨合成技術(shù)的應(yīng)用中，通過新建合成氨裝置，可基于氣頭和煤頭轉(zhuǎn)化的合成氣。近幾年來(lái)，煤化工技術(shù)由于發(fā)展迅速，諸多以煤為原料的合成氨應(yīng)用卡薩利氨合成技術(shù)，大多數(shù)集中于中國(guó)⑷以國(guó)內(nèi)某公司為例，該公司應(yīng)用卡薩連合成系統(tǒng)，截止現(xiàn)今整體運(yùn)行平穩(wěn)，工藝指標(biāo)符合設(shè)計(jì)值要求，且個(gè)別指標(biāo)超過設(shè)計(jì)值（見表1）。表1氨合成系統(tǒng)工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)

項(xiàng)目最小值最大值平均值補(bǔ)氣量（m3/h）110667117586114126.5合成塔進(jìn)氣壓力（MPa）12.913.313.1合成塔壓差（MPa）0.120.360.25循環(huán)氣量（m3/h）337038382753359895.5系統(tǒng)壓差（MPa）0.740.910.825合成塔進(jìn)口溫度（C）178181179.5合成塔熱點(diǎn)溫度（C）501502501.5合成塔出口溫度412441合成塔出口溫度412441426.5(°C)通過分析可知，卡薩利氨合成塔結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)反應(yīng)器符合動(dòng)力學(xué)機(jī)理，均勻分布反應(yīng)器，出塔溫度較高、循環(huán)比低，熱量回收多。并且，卡薩利氨合成系統(tǒng)能夠滿足負(fù)荷不同下生產(chǎn)要求，操作彈性大，且負(fù)荷低于50%時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。而各床層溫度較為分明，均有所升溫，催化劑能夠促進(jìn)氨凈值提高，充分利用催化劑，為避免填裝催化劑不均勻，造成溫差較大，實(shí)現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，在循環(huán)氫操作中，控制含量為62-65%，可達(dá)到良好生產(chǎn)應(yīng)用效果?？偨Y(jié)：綜上所述，卡薩利氨合成技術(shù)無(wú)論是工藝流程還是系統(tǒng)運(yùn)行而言，其設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、熱量利用率較高、安凈值高，且操作彈性大，能夠?yàn)榘焙铣裳b置穩(wěn)定長(zhǎng)期的運(yùn)行提供保障。并且，在實(shí)際生產(chǎn)中，嚴(yán)格按照該技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)備安裝，可合理填裝催化劑及升溫還原，能夠充分發(fā)揮氨合成塔性能，加強(qiáng)工藝參數(shù)控制，從多方面確保裝置始終處于最優(yōu)工況。參考文獻(xiàn)：李建新，張貴偉，王蒙.DNCA(A207)型氨合成催化劑在卡薩利中2800合成塔中的運(yùn)行情況[J].氮肥與合成氣,2020,48(12):29-32.劉勇，齊波.卡薩利氨合成蒸汽過熱器制造技術(shù)研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020,46(06):1-2.張金輝，郭志強(qiáng)，朱靜.卡薩利氨合成廢熱鍋爐內(nèi)漏工藝處理措施及新型堵漏技術(shù)應(yīng)用[J].中氮肥,2019(02