【正文】 成系統(tǒng)的甲烷將會(huì)增多 ,結(jié)果不僅增加了馳放損失和功耗，而且甲烷化反應(yīng)放出的熱量增加時(shí)（即超溫）可能損壞觸媒和容器，這是實(shí)際操作中必須注意的問(wèn)題。進(jìn)入凈化氣分離器（ 104— F），分離出冷凝液 ㎏ /H 排出，氣體中的一氧化碳和二氧化碳含量降到 10PPm 以下去合成壓縮系統(tǒng)。一段出口氣排出 4000Nm3/H，作脫硫加氫用外，其余氣體分成兩路（約各占 50%），一路去甲烷化預(yù)熱器加熱洗氣后與另一路混合去水冷器（ 170— C），（從氫氨回收有 Nm3/H、溫度為 40 度的高壓氫回收入系統(tǒng)）一段出口氣壓力為 ，溫度 1700C，兩路器匯合后溫度為 1390C，再進(jìn)入氨冷器（ 129— C），其冷凍側(cè)背壓控制在 ，防止凍結(jié)。 進(jìn)塔氣分成兩部分，一部分是主線氣體經(jīng)過(guò)觸媒筐和筒體間的環(huán)隙得到部分預(yù)熱并使塔壁溫度保持在安全范圍，然后再與出塔氣在上部換熱器（ 122— C）換熱提溫進(jìn)入第一層觸媒開(kāi)始反應(yīng)，另一部分氣體，分三路進(jìn)入第一、第二層觸媒上部冷激調(diào)溫和第三層內(nèi)部換熱器進(jìn)行換熱調(diào)溫。 二、冷凍分離 氨冷系統(tǒng)是 為了供給合成系統(tǒng)冷凍量，并按合成系統(tǒng)的溫度及流量輸送成品液氨，冷凍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)書(shū)適應(yīng)合成壓力較低和節(jié)省冰機(jī)負(fù)荷的三級(jí)氨冷系統(tǒng)。 一臺(tái)由中壓蒸汽透平帶動(dòng)的二缸三段離心式冰機(jī)（ 105— J），用來(lái)平衡送往尿素及其它用戶所需要的成品液氨和合成系統(tǒng)所需要冷凍量，將氣氨再壓縮冷凍成液氨循環(huán)使用。每小時(shí)產(chǎn)品液氨 ㎏ /H（ 1200 噸 /天），壓力 溫度 300C 尿素停車時(shí)，產(chǎn)品氨全送氨球 冷凍系統(tǒng)中設(shè)有氨注射泵（ 117— J），其作用是從冰機(jī)貯槽吸取液氨噴射到合成氣壓縮機(jī)一段出口水冷器（ 170— C），前和二段出口水冷器（ 116— C）前吸收合成氣中微量的二氧化碳，隨后在 142— F， 105— F 作為冷凝液排出，另外還有一噴射點(diǎn)是在合成循環(huán)系統(tǒng)水冷器（ 124— C）之后，作為開(kāi)工時(shí)合成系統(tǒng)防凍結(jié)之用。 四、氨貯存系統(tǒng) 氨球的作用是貯存和調(diào)節(jié)液氨量。 氨球的出口氣氨量，一般為 877 ㎏ /H 先經(jīng)過(guò)冰機(jī)入口分離罐（ L— FA1001），分離出液氨或油水后進(jìn)入小冰機(jī)，使壓力提高到 ，送往油分離器（ L— FA1002），分離油水排入排放槽（ L— FA1004）。整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽約 308T/H，除供給合成氨系統(tǒng)自用蒸汽以外，還供尿素用汽約 T/H，因此穩(wěn)定鍋爐水和蒸汽系統(tǒng)的操作是使合成氨工藝系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵。在除氧器上部同時(shí)通入壓力 的蒸氣 ，用來(lái)進(jìn)一 步加熱鍋爐給水，并在除氧氣內(nèi)加入聯(lián)胺 ,以便徹底除氧 ,除氧器的操作壓力為 ,溫度 ,出除氧器的鍋爐給水殘氧含量 PPm， ,并在出口管線上加有通氨的管線調(diào)節(jié) PH值 ,(104— J)加壓送出 ,其中 (106— U),其余 噸 /時(shí)分別送人一段爐鍋爐給水加熱器（ AEC104），甲烷化鍋爐給水加熱器 (114— C),合成氣鍋爐給水加熱器 (123— C、 123Ca)進(jìn)行進(jìn)一步的加熱 ,使溫度由 ,分別上升到 2720C,2740C，3120C,匯合后送往汽包 (101— F),同時(shí)經(jīng)過(guò)注射泵往汽包注入磷酸鹽作為緩防垢劑 . 幾點(diǎn)說(shuō)明 : (1)106— C,107— C 兩個(gè)預(yù)熱器前后的總管上設(shè)有副線 ,以調(diào)節(jié)工藝氣及溶液溫度 ,如果預(yù)熱器因腐蝕泄露 ,為防止污染鍋 爐給水 ,可以以改走副線 . (2)正常情況下 ,快鍋給水泵作備用 ,快鍋給水由 104— J/JA中間第五級(jí)葉輪抽出供給 ,當(dāng)快鍋給水壓力在 PA— 81 降至 時(shí) ,快鍋給水泵 (B— GA101)自啟動(dòng) ,以保證快鍋用水 . (3)104— J 有透平和電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩臺(tái) ,電動(dòng)泵處于備用 ,當(dāng)給水量小于 200T/H,101— F 液位 LA— 122 低于 946mm 時(shí) ,104— JA電動(dòng)泵子起動(dòng) . 二 ,蒸發(fā)發(fā)生系統(tǒng) 本裝置有各種鍋爐六臺(tái) (不包括快鍋 ),在合成氨生產(chǎn)滿負(fù)荷時(shí) ,產(chǎn)生 290T/H,六臺(tái)鍋爐共用一個(gè)布置在 40 米高處的汽包 ,各自構(gòu)成獨(dú)立的水循環(huán) ,系統(tǒng)每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽除滿足合成氨需要外 ,還向尿素供應(yīng) ,的中壓蒸汽 , 六臺(tái)鍋爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷和考核時(shí)的熱負(fù)荷情況如下 : 單 位 設(shè) 計(jì) 考 核 名 稱 MMKcol/H MMKcol/H 101— BC 輔鍋 101— CA/B 一廢鍋 102— C 二廢鍋 102— C 三廢鍋 A— EC106 煙道廢鍋 三 .蒸汽管網(wǎng) 流程 汽包（ 101— F）內(nèi)爐水分別進(jìn)入輔助鍋爐（ 101— BU）煙氣廢鍋（ A— EC106），第一廢鍋（ 101— CACB）第二廢鍋（ 102 高度廢鍋（ 103— C）進(jìn)行熱循環(huán)，不斷的產(chǎn)生蒸汽送往汽包，汽包操作壓力 ，溫度 3140C，由汽包送往的高壓蒸汽 ，進(jìn)入對(duì)流段的蒸汽過(guò)熱器（ A— EC103）進(jìn)行過(guò)熱，使蒸汽溫度達(dá) 4820C，送往合成壓縮的抽氣冷凝式透平以帶動(dòng)合成氣壓縮機(jī)，蒸汽進(jìn) 103— JT時(shí)的壓力為 ，冷凝側(cè)背壓 ，冷凝量 T/H，從 103— JT 抽出 ， 的中壓蒸汽分別送入 101— BJ T引風(fēng)機(jī)透平（耗汽量 T/H）。用在系統(tǒng)開(kāi)車時(shí) 130— J 未啟動(dòng)前或 103— J 停車時(shí)作為調(diào)節(jié)穩(wěn)定 高壓蒸汽和 中壓蒸汽壓力之用。 工藝和操作原 理 第一節(jié) 原料氣的脫硫 根據(jù)轉(zhuǎn)化觸媒的要求，合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣的硫含量（包括無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫的總和）要脫除到 以下。硫化氫的水溶液呈弱堿性。不少金屬的硫化物難溶于水，但在高溫下與水蒸氣作用有可能分解出硫化氫。 （三） 硫醚（ R—S—Rˊ） 為無(wú)色的中性物質(zhì)，與堿不發(fā)生作用，化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，濃硫酸不能氧化而只能溶解它們。它是最難除去的一類硫化物。在高溫下，與蒸氣幾乎可完全轉(zhuǎn) 化為硫化氫。 綜合上述：硫化物中硫化氫是最容易脫除的，在有機(jī)硫中，除硫醇可用堿液吸收外，其它有機(jī)硫化物都難于用吸收方法除去，為此常用有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成硫化氫后再除去。但是從上述化學(xué)反應(yīng) 中，在鈷鉬催化劑存在下，加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)只能將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，而不能達(dá)到從氣相中直接除去硫的目的。 不飽和的烯烴在高溫下會(huì)發(fā)生加氫反應(yīng)，放出大量的熱。本裝置設(shè)計(jì)是 10%（體積） 3． 空間速度（反應(yīng)時(shí)間） 所謂空間速度是指每立方催化劑，每小時(shí)通過(guò)氣體的標(biāo)準(zhǔn)立方米數(shù)。本裝置設(shè)計(jì)壓力 5． 加氫氣中雜質(zhì)的確影響 CO 及 CO2：因?yàn)?CO 能在鈷鉬觸媒上進(jìn)行強(qiáng)烈放熱的甲烷反應(yīng)，所以要求加氫氣中CO4%， CO22%，入口天然氣中的 CO+CO2%. O2 含量：原料氣中的氧，能促使進(jìn)入口氣中烯烴的聚合，使觸媒表面結(jié)碳而破壞活性，要求原料氣中 O210ppm. NH3 含量：由于鈷鉬催化劑載體是 AI 2O3，具有兩性作用，氨是堿性物質(zhì)質(zhì)，能與其反應(yīng)使觸媒活性降低，加氫氣中 NH3 含量應(yīng)小于 150ppm. （三） 鈷鉬催化劑 （ 1） 催化劑概況 型號(hào)： CCL C491 規(guī)格： 1/83/8 條狀 堆比重： 560177。 8M3（考慮 5%的余量） （ 2）催化劑的使用： A、 觸媒的活化 鈷鉬觸媒中真正起活性作用的不是它們的氧化物，而是硫化物，因此使用前必須先活化。再生過(guò)程：在操作溫度下先用水蒸氣進(jìn)行吹掃將氫置換干凈；然后以每公斤觸媒每小時(shí)通入—1 公斤蒸氣速度通入 370℃ 左右的水蒸氣，維持 6 個(gè)小時(shí)；隨后往蒸氣中加入空氣，空氣濃度在 34%，其量根據(jù)床層溫度來(lái)控制，一般控制升溫速度不超過(guò) 30℃ /時(shí)，反應(yīng)器出口溫度不超過(guò) 5380C。再生后觸媒要卸出容器時(shí)，應(yīng)冷至121—1490C。 B 脫硫機(jī)理和影響因素 氧化鋅脫硫是目前較高效率的脫硫方法，它能在很短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)將硫化氫和部分有機(jī)硫全部吃掉，使凈化后氣體中總硫下降到 ~，但不能脫除噻吩、甲硫醚。 由于脫硫過(guò)程是依靠氧化鋅 脫硫劑有一定 “吃硫量 ”，或稱硫容，硫容的定義是在滿足脫硫要求的條件下，每 100 公斤脫硫劑能吃的硫量（公斤），以重量百分?jǐn)?shù)表示，本裝置設(shè)計(jì)硫容為 18%，硫容和溫度有關(guān)，提高溫度可顯著提高硫容，為了有效的利用脫硫劑，一般設(shè)計(jì)兩臺(tái)脫硫槽串聯(lián)使用。 2， 加壓轉(zhuǎn)化可以提高設(shè)備能力，操作的空間速度可比常壓提高一倍左右，催化劑的利用率可以提高，設(shè)備材料較省。 1， 溫度 甲烷轉(zhuǎn)化是吸熱個(gè)反應(yīng)，因此提高溫度可以加快反應(yīng)速度，有利于平衡，溫度是操作中一個(gè)很重 要的控制條件，為了提高甲烷轉(zhuǎn)化率，多生產(chǎn)一氧化碳和氫氣及降低剩余甲烷，提高溫度是有利的，但是提高轉(zhuǎn)化溫度要受到爐管材料的限制，本裝置轉(zhuǎn)化盧管的材質(zhì)為HK—40（ 含 Cr25Nj20）的離心澆鑄管。其計(jì)算式為： 轉(zhuǎn)化率 %=CO+CO2 / CH4+CO+CO2100% 2， 空間速度 轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷是按氫空速計(jì)算的，氫空速的含義是：每立方米催化劑每小時(shí)通過(guò)的原料氣全部轉(zhuǎn)化為理論上可以生成的氫氣量（ m3）。 但是水碳比不能無(wú)限增加，因到一定值后，提高甲烷轉(zhuǎn)化率作用并不顯著，過(guò)大的水碳比會(huì)引起轉(zhuǎn)化管的壓力降增大，造成擠壓力而導(dǎo)致觸媒損壞，同時(shí)還會(huì)造成水蒸汽耗量增大，當(dāng)水碳比＞ 8，會(huì)出現(xiàn)觸媒氧化的副反應(yīng)，影響觸媒活性，在生產(chǎn)中，當(dāng)操作壓力為— 時(shí)，水碳比選在 3—4 之間，本裝置技改后水碳比的設(shè)計(jì)值 是 (由于技改新增了氫氨回收裝置，二段爐需加入過(guò)量空氣，氫氨回收裝置未運(yùn)行情況時(shí)水碳比控制應(yīng)高于)。 2， 空氣加入量和一段轉(zhuǎn)化氣體對(duì)二段爐溫的影響： 進(jìn)入二段爐空氣量的增減或波動(dòng)會(huì)造成爐穩(wěn)的上升或下降，當(dāng)原料天然氣流量變動(dòng)時(shí)，則空氣量也該按比例地調(diào)整，以保持氫氮比的平衡，在正常生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷一定，由于空氣加入量受合成氨原料氣氫氮比的限制，空氣加入量就是定值；由于裝置技改后新增加氫氨回收裝置，所以二段爐加入的空氣為過(guò)量空氣（在氫氨回收裝置運(yùn)行時(shí)二段轉(zhuǎn)化爐出口的轉(zhuǎn)化氣的氫氮比維持在 ~）。所以空氣要經(jīng)過(guò)預(yù)熱，但不能把變更空氣溫度作為調(diào)節(jié)二段爐溫的手段， 3， 關(guān)于二段爐加入蒸汽量的溫度： 二段爐頂部工藝氣，空氣，蒸汽混合器的工作溫度升高到 1200—13000C。以上進(jìn)行，其反應(yīng)速度也很緩慢，因此必須用觸媒來(lái)提高轉(zhuǎn)化效率，使用觸媒在較低的轉(zhuǎn)化溫度下，反應(yīng)也能很快進(jìn)行，這樣就可以降低對(duì)轉(zhuǎn)化管材質(zhì)的要求，相應(yīng)的減少設(shè)備投資，另一反面觸媒還可以阻止或減緩 如結(jié)碳等副反應(yīng)的發(fā)生，目前國(guó)內(nèi)外都以鎳為活性組分，以氧化鋁，氧化鎂和氧化各為活性劑，以耐火材料為載體的鎳觸媒。2% 25177。鎳含量越高，觸媒活性也越高。Ｃ高溫下不收縮，不粉化，不燒結(jié)，目前大都選用路鋁酸鈣為載體。C 以下是不可逆的，活性不能恢復(fù)；在 600 以上是可逆的。而砷的存在將會(huì)使鎳觸媒永久中毒。因此在使用觸媒前，必須使用觸媒的 NIO 還原為金屬鎳。本裝置的還原溫度是 750 ～ 780176。有蒸汽氧化法和空氣氧化法兩種。此時(shí)關(guān)閉天然氣和空氣，用大量水蒸汽和少量空氣混合進(jìn)行氧化，并逐漸增加空氣比例，在 4 小時(shí)后氧化即可結(jié)束，然后進(jìn)行降溫。 結(jié)碳反應(yīng)如下 CH4=C+ kca1/克分子 2CO=CO2+C+ kca1/克分子 CO+H2=C+H2O+ kca1/克分子 原料氣中高級(jí)烷烴或烯烴較多，也能造成結(jié)碳，故也要注意。由于觸媒中毒而引起的結(jié)碳，要盡量降低原料氣中的硫含量。 經(jīng)驗(yàn)證明， 蒸汽燒碳操作比較安全，不致發(fā)生觸媒燒壞事故，而空氣燒碳比較徹底，燒碳后的觸媒活性恢復(fù)得比較好。 （一） 變換反應(yīng)的基本原理 變換反應(yīng)的反映式： CO+H2O=CO2+H2+ kca1/克分子（ 25℃ ） 。 四、轉(zhuǎn)換氣的變換 變換是指一氧化碳與水蒸氣作用生成氫和二氧化碳的過(guò)程。 （ 2）、空氣燒碳：結(jié)碳較嚴(yán)重時(shí)，按蒸汽驅(qū)碳方法通入 8～ 16 小時(shí)后，逐漸按比例加入少量空氣，床層溫度控制在 550～ 810℃ 內(nèi)避免超溫?zé)龎挠|媒。在 1000～ 1100℃ 時(shí)形成的是有光澤的，緊密的石墨，它沉積在觸媒表面，使活性降低。由于鋁酸鎳在還原時(shí)不容易還原為金屬鎳，故應(yīng)盡量避免其生成。氧化結(jié)束以后，以 60～80℃ /H 的速率降溫到 200℃ 以下。當(dāng)還原氣體中氫在 50～ 60%的情況下恒溫 8 小時(shí)即可結(jié)束。在還原性氣體作用下，將發(fā)生如下反應(yīng)； NIO＋ CＯ →CＯ 2＋ NI＋ NIO＋ H2→H2Ｏ＋ NI－ 還原反應(yīng)在 300 以上開(kāi)始進(jìn)行，當(dāng)溫度達(dá)到 450～ 500176。此時(shí)爐內(nèi)溫度就要上升，甲烷裂解反應(yīng)的速度顯著加快，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象，進(jìn)一步造成爐管超溫，以致燒壞爐管和觸媒。 氯離子和氯化物也會(huì)使觸媒中毒，但它是可逆的。 硫化氫能在鎳觸媒上作用生成硫化鎳： H2Ｓ ＋Ｎｉ =ＮｉＳ＋ H2 這時(shí)觸媒就會(huì)失去活性。 觸媒載體好壞影響觸媒的強(qiáng)度，耐熱性能以及活性和壽命。 二段轉(zhuǎn)化觸媒 Ｃ 151（上部） Ｃ 114（下部） 規(guī)格：￠ 3/4＂（ 19ｍｍ球狀） 3/4＂ 3/4＂（ 1919ｍｍ） 堆比重： 1250 士 80 ㎏ /ｍ 3， 800 士 80 ㎏ /ｍ 3 組成：ＣＴ 203﹥ 4%， Ni=16% AI⒉ Ｏ 395~97%,