合成氨工藝總流程與壓縮機(jī)

1、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，高低變，脫碳及甲烷化法。1、 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)分離器(01-F001)分離掉所帶油水后，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)(01-K001),經(jīng)四段壓縮至52.5巴（絕）、溫度114。出原料氣壓縮機(jī)的氣體與來自合成壓縮機(jī)（07-K001）的少量合成氣相匯合，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(jìn)行，硫及其化合物對鎳催化劑毒害極大，要求進(jìn)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

2、后的原料氣，入對流段盤管（03-B002E04）加熱至370，于鈷-鉬加氫反應(yīng)器（01-R001）中反應(yīng)，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)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。2、 轉(zhuǎn)化 經(jīng)脫硫的原料氣與來自工藝?yán)淠浩崴?5-C003）的水蒸汽和來自冰機(jī)的蒸汽透平（09-MT01）或發(fā)電機(jī)蒸汽透平（85-MT01）的背壓蒸汽，按比例調(diào)節(jié)進(jìn)行混合，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(jìn)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(shè)置噴霧溫度調(diào)節(jié)器（03-B002E08）用它來調(diào)

3、節(jié)出盤管（03-B002E01B）的混合氣加熱至580。此混合氣從轉(zhuǎn)化爐管頂部進(jìn)入，在鎳催化劑作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。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(jìn)入，經(jīng)中心管至爐頂，與來自空壓機(jī)（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(jìn)行燃燒反應(yīng)，反應(yīng)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(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。 出二段爐的轉(zhuǎn)化氣（工藝氣），溫度983左右，殘余甲烷含量0.9%以下。為回收此高溫工藝氣的熱量，入工藝氣冷卻器（0

4、3E001）使之產(chǎn)生328、125巴的高壓蒸汽。出（03-E001）溫度588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(yù)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(shè)計(jì)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(jī)和發(fā)電機(jī)的蒸汽透平作動力。3、 變換 CO變換采取高低變流程。 370的轉(zhuǎn)化工藝氣，自高溫變換爐頂部進(jìn)入

5、，于鐵-鉻系催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)，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-E001），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(yù)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(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后氣體溫升至236，CO含量為0.36%。低變氣在鍋爐給水預(yù)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還原，還專設(shè)置一套氮循環(huán)系統(tǒng)。4、 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

6、）,再沸器（05-E002）及脫鹽水預(yù)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-C001）下部進(jìn)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?xì)?，溫?0，CO2含量卻為0.1%。而后經(jīng)分離器（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，溶液減壓閃蒸出部分水蒸氣和二氧化碳，然后向下流經(jīng)解吸塔填料，此時(shí)溶液與再沸器（05-E002）及閃蒸槽（05-D002）返回的蒸汽逆流接觸，實(shí)現(xiàn)汽

7、提，達(dá)到再生目的。 解吸塔頂部壓力控制為1.52巴（絕）時(shí)，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(shí)溶液溫度為100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(jī)（05-K001）注回解吸塔。為節(jié)省蒸汽壓縮機(jī)功耗，在最后一級閃蒸溶液用鍋爐給水做適當(dāng)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

8、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(bǔ)償溶液泵軸功率的40%。 脫碳系統(tǒng)中，自分離器（05-F001）分離出來的工藝?yán)淠?，?jīng)冷凝液預(yù)熱器（05-E008），被冷卻至98。由冷凝液泵（05-P006A/B）送經(jīng)冷凝液預(yù)熱器（05-E011A/B）被加熱后入汽提塔（05-C003），與來自冰機(jī)蒸汽透平（09-MT01）或發(fā)電機(jī)蒸汽透平（85-MT01）的背壓蒸汽與塔中逆流接觸，進(jìn)行汽提。使用水蒸汽量每小時(shí)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）

9、排出的CO2氣，入脫鹽水預(yù)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）分離器中將冷凝液分離下來，用泵（05-P002A/B）將少量冷凝液分別送入解吸塔頂?shù)南礈焖濉㈤W蒸槽的洗滌料盤作洗滌水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液經(jīng)（05-E008）預(yù)熱至120，送回（05-E001）作為鍋爐給水用。分離器分離出的CO2氣，送尿素裝置CO2氣壓縮機(jī)的吸入端。5、 甲烷化 脫碳?xì)庵泻?.1%CO2、0.44%CO，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對合成氣中（CO+ CO2）<10p.p.m的要求，為此采用甲烷化法除去少量的

10、CO和CO2。 70的脫碳?xì)?，在換熱器（06-E001）中被加熱至300，入甲烷化爐（06-R001）,反應(yīng)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+ CO2）<10p.p.m，成為合格的N2 . H2混合氣，即新鮮氣。6、 合成氣的壓縮及氨合成 氮與氫在鐵催化劑條件下合成氨，當(dāng)壓力98.24巴、440時(shí)，平衡氨含量為17.92%。因此，大量未參與合成的N2 . H2應(yīng)循環(huán)使用。同時(shí)，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)分離器（07-F0

11、01）分離水份，入離心式合成氣壓縮機(jī)（07-K001），經(jīng)一段壓縮至65.4巴、112，此時(shí)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）和分離器（07-F002）冷卻分離后，入合成氣壓縮機(jī)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(jìn)入第一氨冷器（08-E005）,冷卻器至5此時(shí)新鮮氣的水蒸汽和CO2氣被冷凝，于分離器（07-F003）中分離掉。自（07-F003）逸出的新鮮氣與（08-E005）出口的回路氣在管路中匯合，由于回路氣中部分液氨的汽化，使匯合后的循環(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

12、部分氣氨冷凝。隨之物流入氨分離器（08-F001），分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(jìn)行壓縮，以補(bǔ)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）。 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(jìn)行合成反應(yīng)。出塔氣壓力為101巴、414、含16.36%NH3，入廢熱鍋爐（08-E001）回收熱量，

13、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匯合為循環(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+Ar）1.86%,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部分，以控制循環(huán)氣中惰氣含量。此放空氣送往氨回收裝置。7、 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

14、（10-E004）的氣氨（0.5、4.38巴），分別進(jìn)入氨壓縮機(jī)又稱冰機(jī)（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）來的氣氨相匯合，于42、9.08巴壓力下進(jìn)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(jī)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

15、自閃蒸槽（08-D001）的冷氨進(jìn)行熱交換，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。8、 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氫回收。但去氫回收的氣體量由CO2NH3比來決

16、定，過剩氣體送燃?xì)廨啓C(jī)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,加入汽提塔（10-C002）的兩填料段之間。以此同時(shí)，從吸收塔（10-C003）底流出的氨水，用泵（10-P002A/B）也同樣加入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(shè)有冷凝器（10-E003），從塔頂蒸出的氣氨，在

17、冷凝器中冷卻冷凝為液氨，部分液氨做回流液，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。9、 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徹底清除，而后入冷箱（11-E001）,冷卻降溫使部分N2 及CH4冷凝液化，形成富氫氣，于分離器（11-F001）中分

18、離。分離出的富氫氣入（07-K001）循環(huán)段。分離出的液體經(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，部分去再生氣預(yù)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)；其余部分尾氣則直接送燃料系統(tǒng)。10、 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(shè)置正常操作時(shí)： 氨合成裝置正常運(yùn)行，產(chǎn)品液氨直接送往尿素裝置。這時(shí)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(shí)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(jī)壓縮，冷凝器（09-E

19、002A/B）冷凝，再返回球罐。氣體壓縮制氨裝置對氣體的輸送、壓縮和制冷過程，共設(shè)置了四臺離心式壓縮機(jī)。即原料氣壓縮機(jī)（01-K001）、空氣壓縮機(jī)（02-K001）、合成氣壓縮機(jī)（07-K001）和氨氣壓縮機(jī)（09-K001）。這四臺離心式壓縮機(jī)除空壓機(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動外，其他均為汽輪機(jī)所驅(qū)動。1.原料氣壓縮機(jī)（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(jī)。加之界區(qū)送來天然氣氣壓低，進(jìn)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(jī)，它由NK32/36型蒸汽透平所驅(qū)動。正常生產(chǎn)時(shí)，入壓縮

20、機(jī)原料氣原料氣流量為23261Kg/h，經(jīng)三段壓縮后其中1402Kg/h送燃?xì)廨啓C(jī)，其余21859Kg/h入四段壓縮至5206巴后入一段轉(zhuǎn)化爐。2.空氣壓縮機(jī)（02-K001）二段轉(zhuǎn)化爐所需工藝空氣，燃?xì)廨啓C(jī)所需燃燒空氣和全廠的儀表空氣等均有空氣壓縮機(jī)供給，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(jī)。該機(jī)由MS3002型燃?xì)廨啓C(jī)（02-MT01）驅(qū)動，在開工操作和極限操作工況時(shí)，為保證燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)作為輔機(jī)。同時(shí)為保證燃?xì)廨啓C(jī)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

21、空氣入口消音器（02-K001-D001）。流程圖No.13.合成氣壓縮機(jī)（07-K001）為實(shí)現(xiàn)氨合成回路的要求及本裝置入合成氣壓縮機(jī)的進(jìn)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(jī)，最后一段為循環(huán)段，新鮮氣與回路氣在缸外混合。該機(jī)由汽輪機(jī)（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-鉬加氫反應(yīng)使用，其余氣量經(jīng)中間冷卻器（07-E002）和分離器（07-F002）冷卻分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(shè)備。為了確保安全生產(chǎn)，必須清除極少量的水汽及CO2 ，因此，出二段的合成氣依次經(jīng)水冷器（07-E003）