【文章內容簡介】 12 物料數(shù)據(jù)表 表 2主要物流數(shù)據(jù) 名稱 壓力 溫度 ℃ 流量 Nm3/h 組 成（ mol%） H2 N2 NH3 CH4 Ar CO CO2 H2O CH3OH 醇化入塔氣 142 123633 0 0 0 醇化出塔氣 176 119107 0 146ppm 141ppm 烷化塔入塔氣 248 116342 0 149ppm 143ppm 烷化塔出塔氣 250 116274 0 4ppm 3ppm 0 氨合成補充氣 8 116164 0 4ppm 3ppm 0 氨塔入塔氣 215 478557 0 0 0 0 氨塔出塔氣 378 423751 0 0 0 0 放空氣 21 6093 0 0 0 0 閃蒸氣 14 1278 0 0 0 0 醇產量 t/h 氨產量 t/h 氨合成蒸汽產量 t/h （ 飽和蒸汽） 公用物料及消耗 表 3 公用物料及消耗表 序號 項目 單位 參數(shù) 備注 1 合成氨產量 t/h 2 甲醇產量 t/h 3 新鮮氣消耗 Nm3/h 123633 4 鍋爐給水流量 t/h 5 中壓飽和蒸汽產量 （ ） t/h t/tNH3 6 烷化提溫蒸汽消耗量（ 、 380℃） t/h 規(guī)格暫定 7 醇化系統(tǒng)冷卻水消耗量 t/h 375 8 烷化系統(tǒng)冷卻水消耗量 t/h 210 13 9 烷化系統(tǒng)氨冷器冷氨消耗量 t/h 氨冷器蒸發(fā)壓力 10 合成系統(tǒng)冷卻水消耗量 t/h 1100 t/tNH3 11 合成系統(tǒng)一級氨冷器氨消耗量 t/h 氨冷器蒸發(fā)壓力 12 合成系統(tǒng)二級氨冷器氨消耗量 t/h 氨冷器蒸發(fā)壓力 13 循環(huán)機軸功率（效率 78%） KWh KWh/tNH3 14 冷凍軸功率（效率 78%） KWh KWh/tNH3 15 醇化催化劑消耗 m3 ～ 24 壽命≥ 3 年 16 甲烷化催化劑消耗 m3 ～ 26 壽命≥ 8 年 17 氨合成催化劑消耗 m3 ～ 73 壽命≥ 8 年 18 甲醇化電爐 KW 1800 正常生產不開 （內置式） 19 甲烷化電爐 KW 1800 正常生產不開 （內置式） 20 氨合成電爐 KW 3400 正常生產不開 （內置式） 21 洗滌泵、起重機及照明 KWh 100 22 醇烷化循環(huán)機 KWh 待定 23 氨合成循環(huán)機 KWh 待定 24 儀表空氣 Nm3/h ～ 100 14 15 4 主要設備說明 醇化塔、烷化塔 醇化塔 工藝氣通過壓縮機加壓到 ～ 19MPaG 后，進入醇化系統(tǒng)。 進口氣體中 CO+CO2含量在 ～ %的情況下，進甲烷化系統(tǒng)工藝氣中 CO+CO2的含量需要滿足～ 300ppm 的要求。綜合考慮上述因素，該方案擬選取 GC－ R301Y 的三軸一徑催化劑自卸結構，主要技術參數(shù)見表 5。 表 5 GC－ R301Y 型φ 1800 醇化塔主要技術參數(shù) 塔型 GC— R301Y 三軸一徑催化劑自卸結構 塔徑 mm φ 1800 塔凈空高 mm 16000 內件運行阻力 MPa ～ 烷化塔 烷化系統(tǒng)的作用是將醇化系統(tǒng)出口工藝氣中～ 300ppm 的 CO、 CO2進行甲烷化反應，使烷化系統(tǒng)出口工藝氣中的 CO+CO2≤ 10ppm，以達到深度凈化的目的。 烷化系統(tǒng)主要設備是烷化塔，該方案擬選取 GC－ R102YW 的一軸二徑催化劑自卸結構，主要技術參數(shù)見表 6。 表 6 GC－ R102YW 型φ 1600 烷化塔主要技術參數(shù) 塔型 GC－ 102YW 一軸二徑催化劑自卸結構 塔徑 mm φ 1600 塔凈空高 mm 16000 內件運行阻力 MPa ～ 氨合成塔 結構特點 氨合成塔內件由一個軸向層和三個徑向層催化劑筐、兩個層間換熱器和一個下部換熱器組成，上層間換熱器設置在第一軸向層和第一徑向層催化劑筐中心，下層間換熱器設置在第二徑向層催化劑筐中心，下部換熱器設置在球封頭處。通過調節(jié)合成塔入塔工藝氣溫度及 f0~3流量，從而保證氨合成反應處于較佳的工作狀態(tài)。 ff3 兩股冷氣分別與出第二、第三催化劑床反應后 的熱氣換熱后，沿中心管上升合成塔頂部與調節(jié)零米溫度的冷氣副線 f0匯合，然后進入第一催化床層進行氨合成反應。反應后的熱氣體與冷氣 f1匯合后進入第二催化劑床層，反應后的熱氣體通過上層間 16 換熱器換熱后進入第三催化劑床層反應，反應后的熱氣體通過下層間換熱器換熱后進入第四催化劑床層反應，反應后的熱氣進下部換熱器換熱后離開合成塔進入廢熱鍋爐。 GC– R123Y 型氨合成塔內件特點 （ 1）軸向段采用新型菱 形分布器氣體混合分布技 術、合成塔操作彈性大； 大型氨合成塔軸向段氣體分布均勻度設計比小塔徑難 度大，國昌公司采用專用于大直徑合成塔的 軸向段氣體分布的新型 菱形分布器氣體分布技術，從實際的使用情況看，與其它同類混合分布器 相比，氣體分布更均勻；同時保留了一小段軸向 層，操作彈性要比一般全徑向塔更大，最低可達 到 30% 的負荷。 另外，在塔頂仍然保留一小段軸向段，一方面是考慮到貴公司的操作工況有可能會出現(xiàn)大幅波動，一小段軸向層可提高整塔操作的穩(wěn)定性，增加操作彈性；另一方面，保留一小段軸向層，可提高整塔的抗中毒能力，即使軸向層出現(xiàn)輕微中毒現(xiàn)象，對整塔的運行也不至于影響太大（因為軸向層催化劑只占到整塔催化劑的 14%）。 （ 2）徑向筐分氣流側和集氣流側采用二次分布技術，氣體分布均勻； 徑向催化劑筐采用分氣流側和集氣流側雙向補償不等壓差的方式進行的，即在分氣筒上和集氣筒上都采用上下不等小孔和二次分布的設計，使兩側都對不均分布進行有效控制，從而使設計的“不均勻度”≤ 5%，提高了氨合成的轉化效率。 采用具有我國自主知識產權的“魚鱗筒”二次分布器技術：在分氣筒和集氣筒雙側均設計了魚鱗筒二次分布器，氣流從小孔分布后（一次分布）經魚鱗筒二次分布空間分散，然后經魚鱗孔切向分布（二次分布）至催化劑床層，使氣體分布均勻度提高，死角 減少，有效提高了分布器分布效果。 （ 3）采用冷激 +段間間冷調溫形式，操作容易，氨凈值高； 氨合成塔上部調溫采用冷激形式，催化劑床層溫度調節(jié)及時，合成塔操作彈性大。下部調溫采用段間間冷形式，調溫手段靈活， 操作簡便。采取層間間接換熱方 17 式， 一方面使通過上層氨合成催化劑床層的氣體不被未反應的氣體沖稀，另一方面由于觸媒床層沒有冷管，不存在冷管效應，可充分發(fā)揮床層催化劑的合成效果，從而提高了系統(tǒng)的氨凈值。 （ 4）絕大部分氣體均通過第一層觸媒，催化劑利用率高。 除 f1冷激外，其余氣體均通過層間換熱提溫 后進入第一軸向層，近 90%的工藝氣均進入第一層反應，提高了催化劑的利用率。 （ 5）采用軸徑向相結合的形式，塔阻力低； 氨合成塔一般采用一軸三徑結構，徑向筐的比例占整個觸媒床層的 80～ 90%，大大降低觸媒床層阻力。 （ 6）換熱器采用“瘦長”形 折流桿換熱器 ，換熱效果好，高壓空間利用率高； 氨合成塔上下層間換熱器采用“瘦長”形換熱器，一方面提高了換熱器的效果，增加了換熱器的操作彈性，另一方面使換熱器的體積最小化，提高了高壓容積利用系數(shù)?！笆蓍L”形換熱器和中心管、集氣筒設計成一個整體，簡化了內件的結構，便于設備的檢 修。 （ 7）采用催化劑自卸技術； 四段軸徑向催化床相互獨立又相互關聯(lián)，每段催化床之間相互連通，可實現(xiàn)整塔催化劑完全自卸。 （ 8）反應器計算手段先進，催化劑床層分配合理。 通過 GCReactor 反應器計算程序，并在此基礎上與生產實踐相結合，對不同類型、粒度的氨合成催化劑進行修正，從而完成合成塔的工藝設計計算，催化劑床層分配合理，能滿足不同工況下對操作彈性的苛刻要求。 氨合成系統(tǒng)擬選取 GCR123ZYW 型一軸三徑催化劑自卸結構，主要技術參數(shù)見表 7。 表 7 GCR123ZYW 型φ 2600 氨合成塔主要技 術參數(shù) 塔型 GCR123ZYW 型一軸三徑催化劑自卸結構 塔徑 mm φ 2600 塔凈空高 mm 24500 生產能力 tNH3/d 1000 內件運行阻力 MPa ～ 18 廢熱鍋爐的設計思想 目前，國內廢熱鍋爐的形式主要有以下幾種： 圖 4托普索立式 U 型管廢熱回收器 隔熱套管 U 型管高溫段U 型管低溫段隔熱套管密封填料 圖 5 Casale 的 U型管廢熱回收器結構（采用“蓮花形”結構） 19 合成塔廢鍋高溫連接管 圖 6 國內改進型雙管板廢熱鍋爐 圖 7國昌公司三套管廢熱鍋爐結構示意 圖 從以上四種廢鍋可以看出，均采用了雙管板結構（托普索也采用雙管板結構，與 CASALE 相比就是缺少了死氣層，但無論是托普索的雙管板結構，還是 CASALE的雙管板結構，均無法避免高壓側承受高溫的弊端。 國內改進型雙管板廢熱鍋爐，雖然在單管板冷熱氣體溫差應力較大的問題得到一定改善，但需要設計兩個大的高壓管板，同時有一側不僅要承受高壓還要承受高溫。同時二塊管板并肩排列，空間利用率極低，而且沒有從根本上解決溫差應力對管板、管箱的損壞。 本設計所開發(fā)的新型三重套管直連式高溫廢熱鍋爐，摒棄了傳統(tǒng)廢熱鍋爐 20 所 存在的諸多缺陷，是一種對材料要求不高、制造成本較低的余熱回收裝置，具有如下技術特點： ①采用臥式直連式結構，將廢熱鍋爐與合成塔底部直接連接，從而省去傳統(tǒng)使用的高溫高壓引出管，避免高級合金鋼管的使用，易于國內解決，節(jié)省了昂 貴的高合金管道、彈簧支吊架等額外投資。 ②采用高壓聯(lián)箱內設置內部高溫聯(lián)箱的分隔結構，使高壓和高溫兩個苛刻條件 由外聯(lián)箱和內聯(lián)箱分開承擔，降低了外聯(lián)箱的材質難度和制造難度，既節(jié)省投資，又更加安全。 ③進氣管設置了隔熱層保護裝置，使上部鍛件的運行更加安全可靠。 ④廢熱鍋爐進氣管設置膨脹節(jié)，彎頭 有支座可吸收合成塔出氣管與廢熱鍋爐進氣管的熱應力；小管板設計成可拆卸，以便可能發(fā)生的檢修。 ⑤采用三重套管式鍋爐管結構，使高溫氣體先流過不受壓的內套管，將溫度降低到合適的溫度后，再進入受高壓的外套管，即與水傳熱的高壓鍋爐管，從而使鍋爐管的材質易于解決，而且不會產生如 U 型管束末端震動破壞現(xiàn)象。既節(jié)省投資，取材容易，又運行安全 ⑥由于內管外側有隔熱套管，可阻止高溫傳導到高壓管板，而且高壓管板溫度均勻不宜產生變形損壞。外管可采用 12Cr2Mo，不僅可降低設備造價，而且提高了材料的耐應力腐蝕性能。 ⑦內管對外管的傳 熱，不僅可以降低外管的最高工作溫度，而且可以使外管的傳熱曲線變得平緩，消除汽膜熱阻，使換熱效率相比 U 型管結構提高 10%。 國昌公司擁有臥式三重套管高溫余熱回收裝置的專利，可與國內化機廠合作負責完成該鍋爐的設計、制造任務。目前，完成設計制造的有四川金象化工φ 1200/φ 20新疆大黃山φ 1100/φ 1900、山西金象φ 1400/φ 2200、大唐內蒙呼倫貝爾φ 1400/φ 2200、山東洪達φ 1400/φ 2200、長春大成φ 1100/φ 1900、安徽晉煤φ1500/φ 2400、魯西化工φ 1500/φ 2400、四川綿竹φ 1500/φ 2300、華魯恒升φ 1500/φ 2400、湖北三寧φ 1600/φ 2400等 10 多套廢熱鍋爐，其中大部分的廢熱鍋爐已投入使用，效果顯著。 其他附屬設備的設計 （ 1）塔前換熱器 21 塔前換熱器仍采用我國目前合成氨廠普遍使用的由內件與外筒組裝結構。這種結構造價低，內件可以單獨制造檢修。 （ 2）水冷器 本設計中選用的水冷器為蒸發(fā)式水冷器。該水冷器結構簡單，安裝檢修方便，運行費用低等特點。 （ 3）冷交換器 本設計方案選用的冷交換器是目前國內合成氨廠廣泛使用的換熱器與分離器二合一結構。此種 設備具有以下優(yōu)點： a、設備上部是換熱段，下部是分離段，氣體經過換熱段后直接去分離段進行分離。 b、 該設備為換熱器與分離器二合一設備，占地面積小，節(jié)約設備投資。 （ 4）氨冷器 氨合成氨冷器管束采用 U 結構，殼體部分的管束上部有較大的蒸發(fā)面及蒸發(fā)空間，冷卻效果