200kt／a氨合成裝置設(shè)計及運行

左玉靜，孫 娜，李林祥

（山東華魯恒升集團德化設(shè)計研究有限公司，山東 德州 253024）

我公司原有四套合成氨裝置：其中三套為高壓法，設(shè)計壓力均為32.0MPa，生產(chǎn)能力分別為80kt／a、80kt／a和200kt／a，而200kt／a氨合成由于實際運行參數(shù)與設(shè)計方案偏離，實際運行壓力只有17MPa。另一套氨合成裝置為低壓法，設(shè)計壓力為15MPa，生產(chǎn)能力為300kt／a，而實際運行壓力為10.0MPa，這套裝置為首套國產(chǎn)化大氮肥裝置。

1 增加合成氨裝置的意義

我國合成氨產(chǎn)量年均增長率為5.7%，與生產(chǎn)能力同步增長。而合成氨、化肥消費量的增長基本與生產(chǎn)量同步。為降低合成氨生產(chǎn)成本，公司擬依托可靠成熟的大型潔凈煤氣化技術(shù)平臺，采用先進中壓氨合成技術(shù)建設(shè)200kt／a合成氨裝置，以便替代原有的兩套高壓法合成氨裝置。通過技術(shù)的升級換代，實現(xiàn)節(jié)能降耗減排，資源循環(huán)利用，環(huán)境友好，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，同時也符合國家煤化工發(fā)展政策，符合煤化工行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。項目整個生產(chǎn)過程污染少，大大改善環(huán)境衛(wèi)生條件，符合清潔生產(chǎn)要求，并且設(shè)備及主要技術(shù)實現(xiàn)國產(chǎn)化。

2 本裝置工藝技術(shù)特點

本裝置設(shè)計壓力為22.0MPa，在流程設(shè)計中，我們充分參照了公司現(xiàn)有氨合成裝置的設(shè)計和操作經(jīng)驗，同時參考和學(xué)習了國內(nèi)其他兄弟廠家同類型裝置的操作經(jīng)驗，對裝置的流程進行了合理的改進，實現(xiàn)了集成創(chuàng)新。

2.1 分流進塔、系統(tǒng)阻力小

從增壓機來的氮氫氣分兩路進入合成塔，一路經(jīng)塔外熱交提溫，再進塔內(nèi)換熱器，經(jīng)中心管進入催化床層第一段，另一路經(jīng)塔環(huán)隙再進冷管，在菱形分布器匯合，進入催化層第二段，繼續(xù)反應(yīng)，這樣一氣多用，提高塔內(nèi)有效容積，既增加催化劑裝填量，又減少了系統(tǒng)阻力。

2.2 熱回收率高，熱利用率高

原有200kt／a合成氨裝置副產(chǎn)的2.5MPa蒸汽需送公司原有中壓蒸汽管網(wǎng)，以滿足下游裝置對蒸汽的需求。由于200kt／a氨合成裝置與用氣單位距離較遠，因此蒸汽需要有一定的過熱度，以防止蒸汽冷凝，所以在流程上合成塔和余熱鍋爐之間設(shè)有蒸汽過熱器，以便將2.5MPa的飽和蒸汽過熱到260℃左右。但我公司新建氨合成裝置的副產(chǎn)蒸汽需就近送尿素裝置使用，蒸汽進行過熱已經(jīng)沒有太大必要。因此在本設(shè)計中去掉了蒸汽過熱器，相應(yīng)增加了飽和蒸汽（2.5MPa）的產(chǎn)量。結(jié)合裝置的實際情況，根據(jù)設(shè)計負荷重新進行了工藝計算，去掉蒸汽過熱器（換熱面積180m2）后，廢熱回收器換熱面積相應(yīng)增加。這樣既可以增加2t／h的飽和蒸汽產(chǎn)量（過熱度5℃左右），又減少了高壓設(shè)備的數(shù)量及投資。

2.3 增加冷凍水流程，降低冰機負荷

由于氨合成裝置附近建有2套400kt／a的尿素裝置，其生產(chǎn)的大量低壓蒸汽無法充分利用而造成能源的浪費。綜合考慮氨合成裝置合成氣需進行深度冷卻的特點，我們在工藝設(shè)計時配套建設(shè)了一套溴化鋰吸收制冷裝置，用以生產(chǎn)7℃的冷凍水。同時在氨合成流程的水冷后增加了一臺后冷器，利用吸收制冷機組生產(chǎn)的冷凍水對氨合成氣進行冷凝，這樣可大大減少后面冰機的冷凍負荷。經(jīng)過計算，正常操作可以節(jié)約冰機冷量約8.4GJ／h，正好緩解公司氨冷凍能力緊張的壓力。

2.4 增加除氧水預(yù)熱器

因本裝置位于工業(yè)園區(qū)，而園區(qū)沒有高溫鍋爐給水，因此我們在熱交換器后面增加了一臺除氧水預(yù)熱器，正好充分利用系統(tǒng)余熱來給廢鍋給水加熱，達到節(jié)能降耗目的。

2.5 分級冷凝、能耗低

合成氣經(jīng)水冷后直接進冷交，可以達到邊冷卻、冷凝，邊分離的目的，既節(jié)約了后面冰機的冷凍量，又可以取得更好的分離效果，70%左右的液氨在冷交分離。

3 工藝流程

工藝流程見圖1。

來自液氮洗的氮洗氣經(jīng)增壓機提壓后在循環(huán)氣油分前與循環(huán)機來的循環(huán)氣匯合，經(jīng)油分后，一部分進入塔前預(yù)熱器（管間），提溫至180～220℃，進入合成塔下部換熱器（管間），換熱后經(jīng)中心管上升進入催化層，溫度達360～380℃，開始進行氨合成反應(yīng)。另一部分（分流氣）從油分出來后經(jīng)合成塔環(huán)隙，溫度達80～100℃進冷管，上升至菱形分布器進入催化層，與第一部分氣匯合繼續(xù)向下反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)塔內(nèi)換熱器（管內(nèi)）換熱，溫度降至340～380℃進廢熱回收器，產(chǎn)生飽和蒸汽后，溫度降到220～240℃，進入熱交換熱器加熱入塔氣，合成氣溫度降至110～120℃后進除氧水預(yù)熱器，然后進入水冷器及后冷器，出后冷器的溫度在20～25℃，然后進冷交換器和氨冷進一步降溫后進氨分分離，分完氨后進冷交，回收冷量以后進循環(huán)機，進行下一個循環(huán)。

4 生產(chǎn)情況

本裝置于2010年2月26日催化劑開始升溫還原，3月10日開始加量生產(chǎn)，近3年的運行表明，裝置總體狀況良好，具體運行數(shù)據(jù)如表1。

表1 裝置運行數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

本裝置是由我公司設(shè)計院在吸取現(xiàn)有氨合成裝置運行操作的基礎(chǔ)上自主設(shè)計的。總體來說，這套裝置自投運以來，各項指標均達到了設(shè)計要求。生產(chǎn)控制調(diào)節(jié)方便，操作、運行比較穩(wěn)定，吸收系統(tǒng)中尾氣氨含量基本在100×10－6以下，吸收效果明顯。