200kt／a氨合成装置设计及运行

2013-07-31左玉静李林祥

化工设计通讯 2013年4期

左玉静，孙娜，李林祥

（山东华鲁恒升集团德化设计研究有限公司，山东德州 253024）

我公司原有四套合成氨装置：其中三套为高压法，设计压力均为32.0MPa，生产能力分别为80kt／a、80kt／a和200kt／a，而200kt／a氨合成由于实际运行参数与设计方案偏离，实际运行压力只有17MPa。另一套氨合成装置为低压法，设计压力为15MPa，生产能力为300kt／a，而实际运行压力为10.0MPa，这套装置为首套国产化大氮肥装置。

1 增加合成氨装置的意义

我国合成氨产量年均增长率为5.7%，与生产能力同步增长。而合成氨、化肥消费量的增长基本与生产量同步。为降低合成氨生产成本，公司拟依托可靠成熟的大型洁净煤气化技术平台，采用先进中压氨合成技术建设200kt／a合成氨装置，以便替代原有的两套高压法合成氨装置。通过技术的升级换代，实现节能降耗减排，资源循环利用，环境友好，符合国家产业政策，同时也符合国家煤化工发展政策，符合煤化工行业的发展规划。项目整个生产过程污染少，大大改善环境卫生条件，符合清洁生产要求，并且设备及主要技术实现国产化。

2 本装置工艺技术特点

本装置设计压力为22.0MPa，在流程设计中，我们充分参照了公司现有氨合成装置的设计和操作经验，同时参考和学习了国内其他兄弟厂家同类型装置的操作经验，对装置的流程进行了合理的改进，实现了集成创新。

2.1 分流进塔、系统阻力小

从增压机来的氮氢气分两路进入合成塔，一路经塔外热交提温，再进塔内换热器，经中心管进入催化床层第一段，另一路经塔环隙再进冷管，在菱形分布器汇合，进入催化层第二段，继续反应，这样一气多用，提高塔内有效容积，既增加催化剂装填量，又减少了系统阻力。

2.2 热回收率高，热利用率高

原有200kt／a合成氨装置副产的2.5MPa蒸汽需送公司原有中压蒸汽管网，以满足下游装置对蒸汽的需求。由于200kt／a氨合成装置与用气单位距离较远，因此蒸汽需要有一定的过热度，以防止蒸汽冷凝，所以在流程上合成塔和余热锅炉之间设有蒸汽过热器，以便将2.5MPa的饱和蒸汽过热到260℃左右。但我公司新建氨合成装置的副产蒸汽需就近送尿素装置使用，蒸汽进行过热已经没有太大必要。因此在本设计中去掉了蒸汽过热器，相应增加了饱和蒸汽（2.5MPa）的产量。结合装置的实际情况，根据设计负荷重新进行了工艺计算，去掉蒸汽过热器（换热面积180m2）后，废热回收器换热面积相应增加。这样既可以增加2t／h的饱和蒸汽产量（过热度5℃左右），又减少了高压设备的数量及投资。

2.3 增加冷冻水流程，降低冰机负荷

由于氨合成装置附近建有2套400kt／a的尿素装置，其生产的大量低压蒸汽无法充分利用而造成能源的浪费。综合考虑氨合成装置合成气需进行深度冷却的特点，我们在工艺设计时配套建设了一套溴化锂吸收制冷装置，用以生产7℃的冷冻水。同时在氨合成流程的水冷后增加了一台后冷器，利用吸收制冷机组生产的冷冻水对氨合成气进行冷凝，这样可大大减少后面冰机的冷冻负荷。经过计算，正常操作可以节约冰机冷量约8.4GJ／h，正好缓解公司氨冷冻能力紧张的压力。

2.4 增加除氧水预热器

因本装置位于工业园区，而园区没有高温锅炉给水，因此我们在热交换器后面增加了一台除氧水预热器，正好充分利用系统余热来给废锅给水加热，达到节能降耗目的。

2.5 分级冷凝、能耗低

合成气经水冷后直接进冷交，可以达到边冷却、冷凝，边分离的目的，既节约了后面冰机的冷冻量，又可以取得更好的分离效果，70%左右的液氨在冷交分离。

3 工艺流程

工艺流程见图1。

来自液氮洗的氮洗气经增压机提压后在循环气油分前与循环机来的循环气汇合，经油分后，一部分进入塔前预热器（管间），提温至180～220℃，进入合成塔下部换热器（管间），换热后经中心管上升进入催化层，温度达360～380℃，开始进行氨合成反应。另一部分（分流气）从油分出来后经合成塔环隙，温度达80～100℃进冷管，上升至菱形分布器进入催化层，与第一部分气汇合继续向下反应，反应后的气体经塔内换热器（管内）换热，温度降至340～380℃进废热回收器，产生饱和蒸汽后，温度降到220～240℃，进入热交换热器加热入塔气，合成气温度降至110～120℃后进除氧水预热器，然后进入水冷器及后冷器，出后冷器的温度在20～25℃，然后进冷交换器和氨冷进一步降温后进氨分分离，分完氨后进冷交，回收冷量以后进循环机，进行下一个循环。