大型低压氨合成技术应用总结

孟凡成

（瑞星集团股份有限公司，山东泰安 271509）

大型低压氨合成技术应用总结

孟凡成

（瑞星集团股份有限公司，山东泰安 271509）

鲁西化工和国昌公司通过对国内外氨合成工艺技术进行研究，在企业多年氨合成技术的开发设计和实践应用基础上，开发了具有安全性好、氨净值高、能耗较低、余热回收量大等显著特点的国产大型低压氨合成工艺。

氨合成催化剂；合成氨工艺；催化剂床层；应用

我公司60万t/a大型低压氨合成装置于2014年10月顺利投产，长周期的连续运行结果表明，该系统单塔合成氨平均日产量2 100t以上，在系统CH4含量大于13%的条件下，氨净值大于13.5%；副产2.6MPa（G）蒸汽980kg/t氨气，全面达到设计要求。

1 技术创新内容及先进性

我公司的DN3200氨合成装置项目，由南京聚拓公司提供DC型低压氨合成系统工艺技术软件包。该系统主要创新点有以下几个方面：

1.1 三床四段式工艺床层、分段可拆卸式氨合成反应器内件

第一床为两段，最上部设置了一小段轴向段，下部为径向段，第二、第三床各为一段，均为径向段。氨合成塔属于气固型催化反应器，理论上设置的床层越多，越有利于将合成塔出口气体中的氨含量提高，但床层越多，对于段间换热式合成塔而言，将会使结构复杂、操作不便，因此绝大部分合成塔内件均设计成三个催化剂床层的反应器。DC 型氨合成塔在第一催化剂床层上部设置一个小的轴向段，原始开车时利用轴向段的反应热提高还原温度，补偿外供热量，加快下部触媒的还原速度，节省原始开车时间。同时这一小段轴向段，可以对气体中的油、水及微量起到净化作用，延长触媒的使用寿命。第一床下部采用径向结构，在轴径向转换间设置了一个转换器更加有利于气体的均匀分布。众所周知，氨合成塔的反应第一床（入口床）中的反应最为激烈，第一反应床也是处于气体入口，气体中的油、水、微量等对第一床层内的催化剂影响远超过第二、第三床，同时合成塔的第一床催化剂负担了近 50%以上的氨产量，对催化剂要求高，而第一床催化剂又是首当其冲易于“中毒”失活的部分，因此一床催化剂应多装催化剂，但多装了催化剂，催化剂使用前期会造成上部超温严重，需要用很大的循环量来压温，造成操作条件恶化。因此DC型合成塔一床上部设置一个调温冷激器，催化剂使用前期，可用冷激调温，中后期逐渐关闭冷激气，达到了兼顾效果。在工艺上，我们并不把上部的轴向段作一个单独床层来看待，这样不至于冷激量过多，影响氨净值。

1.2 设置床层间接换热方式，有利于提高氨净值

氨合成塔床层之间的降温方式最方便的是冷激式降温。除此之外，有冷管式降温和间接换热式降温方式。冷激式降温最大的特点是结构十分简单，调节较为方便，最大的缺点是氨净值不高、热回收量有限。冷管式最大的优点是间接换热、且反应曲线最为接近最适宜温度曲线，但有冷管效应。DC 型合成塔将间接换热的高效换热器置于合成塔中部，使各床层的反应热 通过间接加热入口气之方式得到调节，提高了触媒利用率和氨净值。

1.3 侧向喷射板组件和三层气体径向分布结构，使气体分布更加均匀

相比传统氨合成反应器，可适应更小粒度的催化剂，提高反应速度和氨转化率。采用全“热气”分流进合成塔流程：循环气进热交换器加热到 160～190℃分成四股进入合成塔：一股进入一二 段之间的层间换热器被一段出口反应器加热到350～380℃，进入第一段零米层。第二股气体进入二三段之间的层间换热器被二段出口反应器加热到360～370℃，进入中心管环隙，第三股“零米”冷激，第四股为一床层中间冷激。一、二、三到催化剂“零米”前混合后（350～380℃）进入第一 床进行反应，温度升至 480～505℃，出第一绝热层的气体依次进入第二、第三段反应。全热气分流流程，在催化剂升温还原时，可单独控制进入段间换热器的冷气量和温度，使催化剂还原彻底。同时因冷气量全部通过热交换器，使得通过热交换器的冷、热气量平衡，一方面使得进入水冷器的热气温度较低，降低了冷却水消耗，另一方面充分回收了低品位的反应热。

1.4 高效碰杆式折流元件和高效换热管

节约了反应器空间，增加了催化剂装填量，提高了换热效率，降低了合成系统阻力。氨合成塔与废热锅炉采用直连方式对接，减少了热损失，可副产高品位中压蒸汽。同时又省去了高温高压引出管、弹簧支架，节省了投资。

1.5 U型管莲花状废热锅炉

适应于大温差、结构可靠，其独特的管段保护结构，具有良好的热膨胀收缩性能。

1.6 组合式氨冷器

冷交换器和两级氨冷器三设备合为一体，冷却效果好，投资少，占地面积小。

2 装置运行情况

催化剂的升温还原过程从2014年9月22日开工加热炉点火，至10月12日结束，整个升温还原过程的指标得到了控制严格。从 2014 年 10 月 12 日转入轻负荷生产，轻负荷运行一段时间后转入正常生产。该氨合成装置的合成气，一股来自30万t/a合成氨粉煤气化甲烷化单元，另一股来自固定床造气的传统生产装置。系统补气量一般在245 000m3（标）/h左右，合成氨产量在2 100t以上。正常生产过程部分运行数据见表1。

3 结束语

经过长时间的连续运行，氨合成系统运行稳定，系统各项指标都达到或超过设计值，该系统有以下优点：

（1）氨合成塔及氨合成系统阻力低。由于采用径向流为主的催化床结构及新型换热器，有效降低了氨合成塔内件阻力和系统阻力，达产情况下全塔和废锅阻力之和仅 0.36MPa，系统阻力0.852MPa。

Application Summary of Large-Scale Low Pressure Ammonia Synthesis Technology

Meng Fan-cheng

Based on the research of ammonia synthesis technology at home and abroad，as well as the development，design and practical application of ammonia synthesis technology for many years，Luxi Chemical and Guochang have developed a new kind of ammonia synthesis technology with good safety，high net value of ammonia，Low，large amount of waste heat recovery and other signifi cant characteristics of domestic large-scale low-pressure ammonia synthesis process.

ammonia synthesis catalyst；ammonia synthesis process；catalyst bed；application

TQ113.21

A

1003-6490（2016）07-0001-02

2016-07-15

孟凡成（1965—），男，高级工程师，主要从事煤化工技术管理工作。