氨合成系統雙塔并聯改造運行總結

吳樹華

（重慶禾豐化工股份有限公司，重慶 江津 402260）

競博集團陜西城化股份有限公司是以煤為原料生產尿素、碳銨、甲醇的中型企業。公司主要產品生產能力為合成氨100kt／a、尿素160kt／a、碳銨30kt／a、甲醇6 000t／a。

2004年底因合成塔內件問題，購置了一臺南京天界三塔節能裝備有限公司的φ1 200mm增效塔，與原合成塔串聯使用。2007年對原合成塔內件進行了處理，催化劑更換后，合成反應較好，大家認為再串一增效塔，效果不顯著，更重要的是增效塔催化劑床層溫度不能有效控制，于是將增效塔停止使用。

2013年5月，為提升企業的竟爭力，降低生產消耗，增加了一臺φ1 000mm循環機出口分離器，將增效塔重新啟用，與原合成塔并聯使用。在同等負荷下，合成系統壓力由28.5MPa下降到25.6MPa左右，循環量從105 000m3／h增加117 000m3／h，使公司合成氨噸氨耗電大幅下降，氨產量也略有增加。

1 改造方案確定

對于一個老廠來說，通過系統性重新建設或增大設備等方式改造，當然節能降耗效果顯著，但投資大，建設周期長，回收周期長，尤其在目前，受外部大環境的影響，企業資金緊張，不得不立足于實際情況進行全方位的考慮。經過大量的調研、考察、咨詢，決定從現閑置的增效塔上下功夫。

經過與同類廠家比較，我們的合成系統存在壓力高、阻力大、循環量加不上、放空量大、產量低、消耗高等問題，如果重新啟用增效塔，相當于增大合成塔容積，肯定對存在的問題有所幫助。

但增效塔是否能用呢？如何操作？能達到什么效果？這些都要有肯定的回答，才能保證方案有效性，實施才有意義。從現場設備狀況來看，該設備與其他隔離，自身嚴密封閉，查增效塔使用的催化劑HA202Q運行時間并不長，因此增效塔及里面的催化劑肯定能運行。但如何穩定操作呢？通過對增效塔內件的探討，設想了多種方案，能否與原合成塔并聯使用的關鍵在于增效塔內部催化劑溫度的控制。由于增效塔催化劑床層未分段，無冷激氣調節，只有一個換熱器，該換熱器也只是對出口氣溫度進行換熱調控，因此對催化劑的溫度控制無法得心應手，并且要充分發揮它的能力更是難上加難。針對實際工藝狀況，專業人員反復調查研究和論證，請專家專門商討和設計計算，然后從中選出最優的一種方案：φ1 200mm增效塔與原φ1 200mm塔并聯使用，外部增加副線閥來控制。

2 雙塔并聯工藝流程

由壓縮六段來的氣體，經合成補充氣水冷器冷卻到35℃以下，與冷交出來的循環氣匯合進入氨冷器列管內，被管外液氨冷卻到－5℃左右，出氨冷后，從冷交底部進入，經下部分離器分離出液氨后，上升到上部換熱器管間與管內氨分來氣體換熱，溫度達到15℃左右，由塔頂出來進入循環機，經透平式和往復式循環機加壓，進入油分離器（透平式氣進φ1 000mm油分，往復式氣進φ700mm油分）。分離掉油污后，分為兩部分，一部分進入原主塔（1＃），一部分進入增效塔（2＃）。進1＃塔的氣從塔頂部一進口進塔，沿內件與外筒環隙自上而下，與內件換熱，溫度上升到70℃，由一出口出塔。氣體又分為三部分，一部分作為副線用，一部分作為第四段冷激氣用，另一大部分進入塔前預熱器管間與管內氣體換熱。換熱后，氣體又分為三部分，其中大部分氣體從塔二進口入塔，在內件下部換熱器管間與管內氣體換熱，進入中心管與副線來氣混合，出中心管自上而下進入第一軸向段床層反應，溫度升高后與二段冷激氣混合降溫，進入第二軸向床層反應，再與三段冷激氣混合降溫后，進入第三軸向床層反應，反應后氣體又與四段冷激氣混合降溫，進入第四徑向段床層反應，氣體由內向外，然后進入換熱器管內與管外氣體換熱，由塔二出口出塔，進入廢鍋。進2＃塔的氣從塔頂進入，沿內件與外筒環隙自上而下，與內件換熱，由一出口出塔，又全部進入其二進口，與出塔氣換熱后，和中心管來的冷氣混合進入零米，經催化劑層到出口，進入廢鍋和1＃塔氣匯合，與一水加熱器來的熱水換熱副產蒸汽，然后進入熱交管內與管間氣體換熱，再進軟水加，加熱脫鹽水，并降溫到70℃，進入水冷器，經水冷卻到35℃，進入氨分離器，分離出液氨后，再進入冷交上部換熱器管內與管外冷交換冷，溫度降到10℃左右，出冷交與補充氣體匯合進入氨冷器，如此反復循環，不斷合成氨。冷交、氨分放出的液氨裝氨槽貯存供尿素使用和自用。流程見圖1。主要設備規格、型號見表1。

表1 主要設備規格型號

3 操作方法

3.1 開 車

兩塔同時進行，分別用閥開度控制各自的氣量，2＃塔一出氣去熱交的閥關，全部進二進口。

3.2 正常情況下雙塔并聯操作要點

（1）正常操作應做到勤調、微調，保證雙塔溫度的平衡。

（2）2＃塔一出二進閥全開，去熱交閥全關，無特殊情況不得調節。否則會導致兩塔負荷不穩定，系統波動較大，不好控制。

（3）雙塔溫度在保證循環量時用各塔副線閥調節。一塔副線閥調節量較大時，需注意另一塔溫度的變化情況，要進行相應調節。開大一塔的副線閥，相當于關小另一塔副線閥，反之，關小一塔的副線閥，相當于開大了另一塔副線閥。如2＃塔溫度略升而1＃塔略降時，只要稍開2＃塔副線閥或稍關1＃塔副線閥，即達到同時調節雙塔溫度的目的。

圖1 合成改造后工藝流程簡圖

（4）1＃、2＃塔溫度同時升同時降時，先調節1＃塔副線再調節2＃塔副線閥，1＃塔調節幅度大于2＃塔。

（5）崗位斷電時應按斷電停車程序處理，注意關閉1＃、2＃副線。

（6）如1臺循環機跳閘或機械故障緊急停車，備用機不能及時啟用，通知前工段適當減少負荷，用雙塔副線控制溫度，溫度可控制在稍高于指標溫度，待備機投運后逐步降低溫度至指標范圍。

（7）2＃塔發生溫度下垮時，先關閉副線，再減小一進閥，根據情況可適時啟用電爐。

（8）切換循環機的操作程序，以保持系統循環量的穩定為原則，盡量減少循環量的波動來保證雙塔溫度的平穩，切換循環機操作前略關小副塔副線，讓2＃塔溫度略升。

（9）2＃塔催化劑溫度的控制。1、2點溫度控制在310～330℃，3、4點溫度控制在390～410℃，5、6點溫度控制在480～490℃，7、8點溫度控制在490～500℃，熱電偶分布如圖2，出口溫度控制在250℃左右。

4 生產運行情況

自雙塔并聯投用后，合成系統壓力由原來的29.0MPa降至25.9MPa，系統壓差由原來的2.5MPa降至1.9MPa。合成氨的生產能力由改造前的310t／d提高到350t／d，從而使尿素產量也由450t／d提高到480t／d。

圖2 2＃塔熱電偶分布

5 總 結

1＃與2＃塔并聯改造于2013年5月大修中進行，投入為23萬元。投運后，操作穩定，且使公司的合成氨煤耗和電耗都有較大下降，尿素系統因合成氨產量的提高，不用經常調整生產負荷，產品質量明顯提高（2012年一等品率為89%，2013年為100%）。因此利用此閑置設備，投入較少，又取得了較大的經濟效益，為公司因尿素降價，原料漲價帶來的壓力起到了關鍵性的減輕作用。