合成氨生产过程中若干问题的经济处理

王绍周

（山东枣庄化肥厂，山东枣庄 277100）

合成氨工艺较为复杂，它包含了化工工艺过程的诸多单元。我国化肥工业经过半个多世纪的发展，生产技术已臻完善。生产过程中出现的一些问题，能否采用有效而又经济的办法去解决，关系到装置能否安全稳定长周期经济运行，是值得我们去探索的。系统止逆阀，问题便可经济而有效地解决。此外，入炉蒸汽带水，不但损坏内衬，而且降低炉温，降低蒸汽分解率，增加消耗，虽然多数企业都设有汽水分离器，但效果不理想；采用合适的分离容器，或用新型高效分离器内件对原设备加以改造，问题即可妥善解决。

1 制气过程蒸汽消耗问题

2 工艺气油水分离问题

各单位对此非常重视，降低蒸汽消耗的举措如采用优质燃料、制气过程微机控制、提高吹风强度、提高蒸汽分解率等，这无疑都是对的，却往往会忽视一些 “小”问题，例如，在不制气时，因蒸汽系统止逆阀泄漏，高压蒸汽不时窜入低压系统，为了保持系统蒸汽压力，必需增加锅炉燃料消耗，凸显蒸汽消耗增高；择机更换蒸汽

工艺气中的油水分离大家都比较注意。常用的油水分离器，因工厂生产能力扩大未经改造继续使用，往往不能满足要求。某厂压缩机二段出口高温气体进入以焦炭为过滤介质的总油分，扩产后因气流空速大大提高，出口气体中油雾夹带严重，饱和塔填料被油泥粘附，阻力增大，饱和塔出口气体带水严重，循环热水总固型物又较高，导致换热器进口端列管腐蚀，结垢堵塞，阻力增大，危及正常生产。经计算，在正常操作条件下，对该厂压缩机二段出口总油分进行改造，采用原油分外壳，取消焦炭填料，改变气体流向，安装二层不锈钢丝网作为分离煤介，层间距0.4m；投用后，油分出口气体取样，用白纸检查颜色不变，设备大修时检查饱和塔填料干净无油渍，换热器进口管端未见结垢，油分内壁及不锈钢丝网干净如初。由此，每年可节省三次更换焦炭的费用及时间，效果良好。

3 催化剂表层结块问题

生产过程中，工艺气带有的油水雾滴和粉尘等杂物进入反应器被催化剂层截留，是催化剂表层结块的重要原因。因此，气体进反应器之前必需认真处理。在饱和塔出口管段增设高效分离器，问题便可解决。如原设有分离器但效率不高，只要容器尺寸合适，改变气体流向，采用新型高效分离器设计原则对内件改造便可达到目的。某厂中温变换催化剂，几年来每更换一次仅能用4个月，往后则活性下降、床层阻力大增，直至无法维持正常生产，必需处理或更换；改造压缩机二段出口总油分，以及饱和塔出口原气水分离器改造后，中变催化剂使用时间已达2a，情况良好。如果工厂其他部位的气液分离器都采用高效分离器结构原理进行改造，一条龙生产将更为稳定，综合效益会更好。

4 氨合成工段冷量平衡问题

有些合成氨厂冷量平衡不太好，特别是夏天，靠开冰机维持，电耗很大。笔者在指导我市电大化工班毕业设计时，曾对某厂合成氨工艺系统冷量平衡进行计算与论证，做了有益的改进与尝试，当年付诸实施并取得成功。后来被一些工厂采用，效果良好。有关情况简述如下。

合成水冷器因诸多原因冷却效果差，出气温度偏高，液氨分离量少，氨冷器进气温度偏高，液氨用量增大，冷量入不敷出。如果把水冷器出口气液混合物引入冷交管内，利用冷交管外（即壳程）的低温气液混合物的冷量把它初步冷却后，冷交管内出口气液混合物的去向有二个方案（如图1、2所示），一是与新鲜合成补充气一起进入氨冷器管内，经管外液氨蒸发吸热二次冷却，温度进一步降低，氨冷器管内出口低温气液混合物再进入冷交管外，自下而上进行液氨分离并与管内气体混合物进行冷量交换，然后进入循环机，液氨一次性从冷交下部分离。二是进入氨分离器，液氨分离后，出氨分的气体和新鲜补充气一起进入氨冷器管内，经深度冷却后，再进入冷交管外，所产液氨经冷交和氨分二次冷却二次分离。上述方案有以下优点；① 充分利用冷交管外的冷量，显著提高合成水冷后合成气中氨的分离量，减轻氨冷器负荷，冷量平衡有余，又可节省1台氨分离器；② 工艺气进氨冷器前，先分离经冷交冷却析出的液氨，减轻了氨冷器的负荷；③分离出来的液氨温度较低，一定程度上减少了氨冷器的用氨量。

图1 冷交管程物料至氨冷器流程示意

图2 冷交管程物料至氨分离器流程示意

综上所述，采用新流程，冷量平衡有余，可长年不开冰机，盈氨10%左右，节电显著，有良好的社会效益和经济效益。合成塔出口增设废热锅炉和气－气预热器后，水冷出口气温度有较大程度降低，液氨分离量有所提高，冷量平衡有很大改善，在这种情况下按上述方案进行改进，效果更佳。

5 合成补充气补入位置的选择

合成补充气补于冷交管内物料出口到氨冷进口的管段上。这样做有很多优点：① 可使合成补充气中微量有毒成分被冷交出口低温混合气中液氨洗涤除去，有利于对合成催化剂的保护；②消除冷交管内堵塞，有利于系统长周期安全稳定经济运行；③补充气补入位置在氨冷器进口管，在线循环机的负荷似乎增加了，但是，这部分气体经过冷交出口气液混合物的初步冷却后又经过氨冷器管外液氨蒸发吸热深度冷却，体积大大缩小，只要控制得当，经计算，几乎对循环机吸气量没有影响；④ 补入的新鲜气几乎不含氨，可将合成塔进口气氨含量降至2%以下，有利于提高氨合成率和合成氨产量；⑤ 原流程补气位置为油分离器进口，是合成系统压力最高点，改进后补气位置接近循环机进口，是合成系统压力最低处，有利于降低压缩机电耗及其安全运行。

6 新型高效气液分离器的设计与应用

6.1 几种常用气液分离器的主要特点

（1）重力沉降式分离器。结构简单，生产能力小，占地面积大，少数场合仍有使用。

（2）填料类分离器。某种填料在一定条件下有一定的使用空速范围，生产能力扩大，空速超过允许范围或因填料堵塞时容易产生二次夹带而无法使用，填料需定期清理。

（3）离心式分离器。以旋风分离器为代表，效率高，占地面积小，但需较高的进口速度，因此有一定的阻力损失，高负荷运行时容易产生二次夹带。

（4）电除尘器。去除粉尘和油雾，效率高，在一定的条件下方能使用。

6.2 新型高效气液分离器应具有的性能

结构简单；分离效果好；阻力小；消除二次夹带；投资小；操作弹性大；内件清理方便，使用周期长。据此，设计基本原则是：① 气液分离器进口管道中气体的流速和容器内部气流空速维持在设计允许的范围内；② 气体进入容器后立即进行气液分离，气体在容器内流动阻力尽量小；③分离介质中的液体在工作条件下积集于器底，达到气液分离的目的；④ 如果生产能力扩大，进口管内气速猛增，为防止器底液体被气流吹翻发生二次夹带，在容器中下部位设置防二次夹带装置；⑤ 为使进气管道出口处气流沿管道截面均衡分布、确保气流均布不致把它冲坏，在管道出口处设置气体分布器；⑥ 容器下部要留有一定的分离空间。

多年来，按上述原则进行新型高效气液分离器的设计与推广应用，取得了良好的社会效益和经济效益。实践表明，新型高效气液分离器结构简单，投资少，效果好，其内件各厂可自行制作安装，应用非常广泛。对于老厂改造，可在现场因地制宜进行设计，节约费用；对新建厂而言，采用这种结构的气液分离器，可防止因工艺气夹带给毗连设备或下工序造成的危害。这种新型高效气液分离器在高、中、低压条件下使用都取得了良好的效果，如在工厂全面采用，将为整套装置的安全稳定长周期经济运行打下坚实的基础。

7 工艺放空气的集中回收

合成氨装置造气至合成各工序之间因多种原因不时造成的工艺气排放，其回收利用往往没有引起足够的重视，由此造成不小的浪费。经统计，一般排放量约占总气量的1%～3%。通常，回收方案有二：一是常压回收到气柜进口；二是按压力等级和气体成分分级回收。

（1）常压回收。于气柜附近，设一低压回收塔，固定在设备基础上。各工艺放空部位，增设放空阀和止逆阀，放空气分别排入总管，互不干扰；原有的放空阀供原始开车排净之用。回收塔下部设有液位计和溢流水封，放空气总管入回收塔前设一放空阀，供管道排空之用；入塔后插入水封内600～800mm，其管口离塔底板400mm，因放空混合气中往往含氨，为防止水封和排水管道结垢，塔内应间断加软水，维持水封液面高度（防止跑气）。塔上部设放空阀，供开车排净和事故放空之用。

（2）按压力等级和气体成分分段回收到相应的工序，最低一级压力的气体回收至气柜进口管。各放空点应多设一个放空阀，以备置换之用。采用此种方案，有利于能量合理利用和气体充分回收，不需增设回收塔。

某厂曾实施上述常压回收方案，增加产量约为总产量的5%，投资小，操作简单，安全可靠，效益显著。操作中，造气工序应注意控制气体成分和气柜高度；遇事故集中排放时，排气量大的部位临时关闭进回收系统阀门，直接排放，以免发生事故。

8 工艺管道与容器穿孔的带压焊接

在日常生产过程中，工艺管道和容器的腐蚀或固定处松动磨损穿孔导致气体泄漏时，必需及时焊补。通常的做法是切出有关部位，卸压，用蒸汽置换空气排净，分析氧含量为21%后，方可在规定的时间内进行焊补；焊好后用空气吹除积水、蒸汽置换，工艺气氧含量小于0.2%后，方可投入使用。此方法费时费工影响生产。带压焊接可免除以上过程，只要把事故管段或设备切出，安一台U形水柱压力计，将压力维持在40～60mmH2O柱，专人负责控制；现场预备相应消防器材，然后点火，应看见小火苗，检查泄漏情况及范围，由专业人员施焊，焊完，焊接处冷却后按要求进行试压，合格后投运。多家企业实践表明，这种维修法可节约用料，节约维修时间80%以上，是一种安全可靠省时省工高效低耗的维修方法。如果泄漏面积较大，应提早预备一块比焊口稍大的材料到现场对照直至合适为止，并在其上焊一手柄，以便施焊时人为固定方便。某厂压缩机冷排管U形螺栓固定松动磨损穿孔，按常规办法处理要4h，采用带压焊接只用40min，效率高效益好，获得好评。

9 结束语

笔者退休后，多年来从事对外技术服务工作。本文所述内容，是在原单位和对外技术服务期间遇到的一些问题，采取上述措施后，取得了良好的经济效益和社会效益。值得一提的是，文中所述的新型高效气液分离技术，是笔者几十年来经验的结晶，具有结构简单新颖，阻力特别小，无二次夹带，操作弹性大，清理频次少，投资少等优点，用途十分广泛。

［1］国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册［M］.北京：化学工出版社，1986.

［2］金国淼主编.除尘设备设计 ［M］.上海：上海科学技术出版社，1985.

［3］《化工设备设计手册》编写组.高压设备 ［M］.上海：上海人民出版社，1973.