【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 膨脹后的氣體 經(jīng)熱交換器被冷卻到一 175 ℃ 進(jìn)人凈化氣精餾塔。膨脹機(jī)中所取出的功率按需要變化來(lái)控制精餾塔底的液位。精餾塔底 出來(lái)的液體 經(jīng)過(guò)節(jié)流閥減壓后送到 精餾塔頂冷 卻 器的殼程 作為 冷源 ，這就冷卻了精餾塔塔頂物和為精餾塔提供回流液。精餾塔塔底物主要是來(lái)自二段轉(zhuǎn)化爐的過(guò)剩氮，氣體中的甲烷，大約 60 ％的氫和大約 50 ％的剩余一氧化碳。離開(kāi)冷凝器的部分汽化液體與凈化器進(jìn)料換熱后被重新加熱和汽化，然后作為廢氣離開(kāi)。部分廢氣作為干燥器的再生氣，然后和剩余的廢氣一起去轉(zhuǎn)化爐做燃料。凈化合成氣通過(guò)換熱后被加熱到 2 ℃ 去氨合成．凈化氣的氫氮比由在線氫分析儀精確地控制在 3： 1 。 深冷凈化裝置作為前部裝置（造氣、脫碳）和后部合成裝置的彈性連接結(jié)， 在裝置前部由于二段爐空氣過(guò)量加大引起氮含量增加，或者因?yàn)槊撎汲隹?CO2 增加 導(dǎo)致甲烷含量增加等的波動(dòng)，都可以在深冷凈化裝置 通過(guò)調(diào)節(jié)膨脹機(jī)運(yùn)行工況加大制冷量就可以 得以吸收，這樣可以保證凈化裝置出口氣體組成穩(wěn)定而不影響合成裝置的正常運(yùn)行。 膨脹機(jī)的等熵膨脹制冷是整個(gè) 深冷凈化 裝置的主要制冷手段，調(diào)節(jié)制冷量的途徑如下： 1. 通過(guò)膨脹機(jī)入口導(dǎo)向葉片來(lái)調(diào)節(jié)冷量，精餾塔塔釜 中液位的高低是裝置冷量多少的標(biāo)志，通過(guò)入口導(dǎo)向葉片的調(diào)節(jié)可以來(lái)控制裝制冷量的平衡。 。當(dāng)精餾塔塔釜液位高時(shí)，打 開(kāi)旁路閥，使得一部分原料氣不經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)而減少膨脹機(jī)的制冷量，從而降低塔釜液位。 核心設(shè)備及專利技術(shù) 布朗工藝的冷箱內(nèi)設(shè)備 主要有膨脹機(jī)、 原料氣進(jìn)出口換熱器、精餾塔和 精餾塔內(nèi)冷凝器組成，設(shè)備的 布置如 右 圖 所示。主要 的 設(shè)備 如下： 膨脹機(jī) 透平 膨脹機(jī)是一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定的機(jī)械設(shè)備， 高壓氣體通過(guò)膨脹機(jī)把氣體的位能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 。 氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入蝸殼， 在蝸殼內(nèi)把氣體平均分配到每個(gè)噴嘴，氣體在噴嘴中等熵膨脹 ， 經(jīng)噴嘴葉片通道進(jìn)入工作輪并做機(jī)械功，然后經(jīng)擴(kuò)壓室排出 。 膨脹機(jī)流量的調(diào)節(jié)是依靠一安裝在 冷箱頂上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴嘴葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而改變通道截面積來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 膨脹機(jī) 由一個(gè)單級(jí)徑向流的透平和一個(gè)同軸的發(fā)電機(jī)組成， 膨脹機(jī) 輸出機(jī)械功 給發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高到一定值后帶負(fù)荷向外送電。 整個(gè)機(jī)組是豎直安裝的， 膨脹機(jī)蝸殼直接固定在底架上并支承膨脹機(jī)主機(jī)及增壓機(jī)。蝸殼內(nèi)容納了膨脹機(jī)葉輪和噴嘴環(huán)。在排氣側(cè)有一壓圈借助一彈性壓緊機(jī)構(gòu)而壓在噴嘴葉片上，使噴嘴葉片的端面沒(méi)有間隙。 膨脹機(jī)的葉片 在頂部，發(fā)電機(jī)的葉輪在底部。 膨脹機(jī)的軸安裝在兩個(gè)軸承中， 徑向軸承 和軸向的止推軸 承 是按水力學(xué)油膜潤(rùn)滑理論設(shè)計(jì)的，只要安裝正確并提供清潔而 充足的潤(rùn)滑油 ，就能 保證轉(zhuǎn)子的良好運(yùn)轉(zhuǎn)而不致磨損 ； 在膨脹機(jī)排氣側(cè)，為防止噴嘴與工作輪間的氣體不經(jīng)工作輪而直接泄入擴(kuò)壓室，在工作輪端設(shè)置了密封 ； 同時(shí)在工作輪背面，為防止低溫帶壓氣體向外泄漏，設(shè)置了石墨襯料內(nèi)軸封，能保證很小的間隙值。通過(guò)軸封的泄漏量是軸封上流和下流壓力、間隙值和軸封長(zhǎng)度的函數(shù)，而軸封上流壓力取決于間隙壓力。因此，為了控制氣體的泄漏，必須向軸封中通入密封氣體（干燥空氣或氮?dú)猓?，其壓力要根?jù)間隙壓力的大小來(lái)控制。 膨脹機(jī)的主要結(jié)構(gòu)示意圖如下： 板 翅 式換熱器 冷箱內(nèi)的 板翅 式換熱器是 由在兩塊平行的薄金屬板間 ，加入 波紋狀的鋁 質(zhì)翅片，兩邊以側(cè)條密封 組成的單元體進(jìn)行 疊放 和排列 ，這些鋁制的層板通過(guò)真空釬焊工藝連接在一起形成一個(gè)有 一系列流體流道的 剛性結(jié)構(gòu) 。 然后將帶有流體進(jìn)、出口的集流箱焊接到板束上組成 完整的板式換熱器 。 下圖為板式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖： 板翅式換熱器 的傳熱效果好，總傳熱系數(shù)高 ；由于采用了鋁的材質(zhì)，重量輕，單位面積的傳熱面積遠(yuǎn)大于普通的列管式換熱器，占地面積小 。由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，在低溫和超低溫條件下 材料 延展性和抗拉強(qiáng)度都沒(méi)有大的 變化 ；由于板式換熱器內(nèi)的流道較多，因此可以適用于不同介質(zhì)在同一設(shè)備中的換熱。 以下數(shù)據(jù)為烏石化布朗工藝裝置的冷箱中板式換熱器數(shù)據(jù)表 設(shè)備名稱 材料 /重量 溫度 （℃） 壓力 （ MPa） 冷箱進(jìn)出口換熱器Ⅰ （ E32） SB20930030 噸 熱側(cè) 冷側(cè) 熱側(cè) 冷側(cè) 冷側(cè) 195/65 195/65 熱負(fù)荷： GJ/h 冷箱進(jìn)出口換熱器Ⅱ（ E33） SB20930030 SB24150830/H112 噸 195/65 195/65 熱負(fù)荷： GJ/h 精餾塔 經(jīng)過(guò)凈化、干燥后的工藝氣在精餾塔中經(jīng)過(guò)液氮的洗滌， 由于 氣體中的雜質(zhì) CHAr、 CO 的冷凝溫度低于氮的冷凝溫度，但遠(yuǎn)高于氫的冷凝溫度 。所以粗合成氣中的雜質(zhì)組分溶解在液氮中 ，并放出冷凝熱，部分液氮?dú)饣癁闅怏w氮 ，從而實(shí)現(xiàn)在精餾塔中完成凈化洗滌和配氮的任務(wù)。 烏石化布朗工藝裝置中采用的是有降液管的篩板塔， 該塔的基本參數(shù)如下：￠內(nèi)＝ 1700mm,H=18885mm,P設(shè)＝ ， T設(shè)＝ 195/65℃，設(shè)備總重量為 25 噸，設(shè)備材質(zhì)為 ASMESB20950830。該 篩板塔 內(nèi)裝有 20 塊篩板 ，篩板分為篩孔、溢流堰、降液管 及無(wú)孔區(qū)等部分，氣體通過(guò)板上的篩孔上升，上一層板的液體通過(guò) 溢流管下降， 液體在降液管中有一定的停留時(shí)間，以保證 在 塔 板上氣液兩種介質(zhì)密切接觸進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)， 經(jīng)過(guò)多層塔板 的氣液傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了氣體中雜質(zhì)的分離 。 氨合成 工藝技術(shù)及專利技術(shù) 經(jīng)過(guò)深冷 凈化 后的 合成氣首先進(jìn)人合成氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，循環(huán)氣 在 壓縮機(jī) 的 最后一個(gè)葉輪 之前加入 ，混合氣的出口壓力為 153bar ( G ) ，經(jīng)換熱加熱到 380 ℃ 后進(jìn)入 Ⅰ 合成塔 ， 進(jìn)第一合成塔的循環(huán)氣中 含有約 ％的氨， 出口氣含大約 11 . 7 ％的氨，溫度約 513 ℃ ，經(jīng)副產(chǎn) 的 高壓蒸汽和預(yù)熱合成塔 I 的進(jìn)料氣后溫度降到 380 ℃ 進(jìn)人 Ⅱ 合成塔． Ⅱ 合成塔出口氣中氨含量約 17 % ，溫度 456 ℃ ，經(jīng)副產(chǎn)高壓蒸汽后溫度降至 380 ℃ 進(jìn)人 Ⅲ 合成塔。 Ⅲ 合成塔出口氣中氨含量約21 % ，溫度 434 ℃ ，副產(chǎn)高壓蒸汽后去加熱合成氣壓縮機(jī)出口的混合氣，溫度降到 81 ℃ ，再經(jīng)水冷器、冷交換器、兩級(jí)氨冷器， Ⅲ 合成塔出口氣被冷 卻到 4 . 4 ℃ 進(jìn)人一段分離器。在一段分離器里液氨被分離出來(lái)去降壓罐，循環(huán)氣回收冷量后去合成氣壓縮機(jī)的循環(huán)人口 。 液氨在降壓罐里壓力降到 36bar ( G ) ，在氨收集槽里進(jìn)一步降到 14bar ( G ）。 新鮮合成氣的惰性氣體基本上 全是氬氣 ， 氬氣總含量?jī)H ％（ v） 。 進(jìn)入合成回路的 惰性氣 大約 95％ 通過(guò)弛放氣帶出合成回路的 ，其含量相當(dāng)于 合成新鮮氣的 4％ 。其余的惰性氣體溶解在氨分離器的液氨中 ，大約 60％的溶解惰性氣體在減壓罐中閃蒸出來(lái)。 回路弛放氣和減壓罐的閃蒸汽相匯合 ，進(jìn)入到氨吸收冷卻塔，將氣氨吸收制 成氨水，再送到氨汽提塔中，在汽提塔中用 的蒸汽再沸 ，所回收的氣氨含有約 ％的水分。此氣氨 與冰機(jī)氣氨匯合后進(jìn)入氨冷器。部分洗滌過(guò)的弛放氣送到裝置的前端 進(jìn)行回收。 通過(guò)用氨冷凍劑進(jìn)行兩級(jí)（ 17 ℃ 和 1 . 6 ℃ ）冷卻，將 Ⅲ 合成塔出口氣中的氨冷凝下來(lái)，來(lái)自低位冷卻器的氨蒸汽進(jìn)人冰機(jī)的吸人口，來(lái)自高位冷卻器的氨蒸汽進(jìn)人冰機(jī)的中間點(diǎn)。冰機(jī)同時(shí)處理甲烷化出口氣氨冷器的氨蒸汽、氨貯罐的氨蒸汽。氨氣最終被壓縮到 14bar（ G ) ，進(jìn)人氨冷凝器冷卻到 34 ℃ 后去氨收集槽。液氨產(chǎn)品從氨收集槽抽出，經(jīng)液氨 泵送尿素裝置。尿素裝置停車時(shí)，冷凍系統(tǒng)用來(lái)生產(chǎn)（按設(shè)計(jì)能力） 70 ％的－ 33 ℃ 液態(tài)冷氨和 30 ％的液態(tài)熱氨產(chǎn)品。此時(shí)，氨裝置宜以約 70 %的設(shè)計(jì)負(fù)荷操作。 核心設(shè)備及專利技術(shù) 布朗合成氨裝置的合成塔為絕熱式合成塔，三個(gè)塔的結(jié)構(gòu)相同，尺寸不同 。，每個(gè)塔中只有一個(gè)催化劑床，內(nèi)件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便且不易損壞； 以下為布朗 工藝三個(gè) 氨合 塔 成 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 及 工藝 參數(shù) 表 ： 布朗 工藝技術(shù) 的 特點(diǎn)及流程組合的匹配性分析 布朗節(jié)能型工藝深冷凈化是布朗合成氨節(jié)能工藝技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，是布 朗工藝流程匹配組合的基礎(chǔ)。正是由于采用了深冷凈化技術(shù)，才使得其工藝技術(shù)組合能很好滿足合成氨工藝要求，工藝流程切實(shí)可行，能耗低，工藝流程匹配性完好，其具體表現(xiàn)為： 1。 深冷凈化為低度溫和轉(zhuǎn)化工藝的采用創(chuàng)造了條件雖然溫和轉(zhuǎn)化有低度溫和轉(zhuǎn)化與中度溫和轉(zhuǎn)化之分，但不可否認(rèn)的是，溫和轉(zhuǎn)化從根本上改變了轉(zhuǎn)化工序燃料天然氣消耗和工藝蒸汽消耗過(guò)大的傳統(tǒng)面貌，所以，溫和轉(zhuǎn)化是目前世界上公認(rèn)的行之有效的主要節(jié)能技術(shù)之一。為了大幅度降低燃料天然氣和工藝蒸汽消耗量，布朗采用了低度溫和轉(zhuǎn)化工藝，而與此相匹配的深冷凈化則為低度溫和 轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)的采用創(chuàng)造了很好的條件。這是由于深冷凈化的設(shè)置，使得對(duì)甲烷化工序出口氣中的氫氮比和對(duì)二段轉(zhuǎn)化爐出口氣中的甲烷含量均沒(méi)有嚴(yán)格要求，這就大大降低了對(duì)二段爐的要求，使得二段爐可以采用 50 ％過(guò)量空氣，從而大幅度地降低了一段轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷，再加上采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)工藝空氣壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)乏氣作為一段爐助燃空氣，使轉(zhuǎn)化在低度溫和條件下操作，從而大大降低了燃料消耗量和工藝蒸汽消耗量。 2 采用燃?xì)廨啓C(jī)與低度溫和轉(zhuǎn)化相匹配 布朗節(jié)能型工藝采用了低度溫和轉(zhuǎn)化，在二段爐加人過(guò)量空氣 50 % ，降低一段轉(zhuǎn)化爐負(fù) 荷，將較多的甲烷移到二段轉(zhuǎn)化爐。為了保證新鮮合成氣氫氮比為 3 : 1 ，多余的氮在分子篩干燥后用布朗深冷凈化器除去。向二段爐加人過(guò)量空氣，可以減少一段爐的負(fù)荷，有利于一段爐操作，也減少了一段爐外界供給的熱能需要量，達(dá)到節(jié)能的目的。一段爐出口甲烷含量由通常的 10 ％放寬到 29 . 45 % , 二段爐甲烷含量由通常的 0 . 3 ％放寬到 1 .7 % ，一段爐、二段爐的工藝條件寬松了，一段爐出口溫度降到 695 ℃ ，延長(zhǎng)了爐管和催化劑的使用壽命。二段爐加人過(guò)量空氣，過(guò)量空氣中的氧將甲烷和部分氫燃燒成 CO2 。 通過(guò)調(diào)整二段爐的空氣加人量可以調(diào)節(jié)“氨碳平衡”，從而使合成氨一尿素聯(lián)合工廠取得最佳經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于那些天然氣總碳指數(shù)小于 108 的合成氨一尿素聯(lián)合工廠來(lái)說(shuō)尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)二段爐加人過(guò)量空氣，必需增加工藝空氣壓縮機(jī)的功率。如果選用蒸汽透平帶動(dòng)，蒸汽用量相應(yīng)增加，也即燃料天然氣增加；如果選擇燃汽輪機(jī)帶動(dòng)且與一段爐結(jié)合，其能量利用率必定大大高于蒸汽透平。燃汽輪機(jī)與一段轉(zhuǎn)化爐的緊密結(jié)合，總熱效率可以達(dá)到 85 ％以上。向一段轉(zhuǎn)化爐輻射段供應(yīng)足夠和適量的乏氣，燃汽輪機(jī)需要有足夠的和過(guò)量的功率，這是提高能量利用率的關(guān)鍵。 某些工藝雖然采用了燃汽輪機(jī)，但乏氣不夠，需要另設(shè)空氣鼓風(fēng)機(jī)補(bǔ)氣或者過(guò)多需要排出，這都影響熱能利用率的提高。為了實(shí)現(xiàn)上述恰到好處的匹配，燃汽輪機(jī)功率要恰到好處的大，這就要相當(dāng)功率的從動(dòng)機(jī)與之匹配，同時(shí)也只有與裝置中功率相當(dāng)?shù)膹膭?dòng)機(jī)相配合才能節(jié)約更多的能量。布朗節(jié)能型工藝實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，燃汽輪機(jī)乏氣全部為一段轉(zhuǎn)化爐輻射段所吸收。 深冷凈化增加了全裝置生產(chǎn)操作的靈活性和可靠性 。 深冷凈化將整個(gè)合成氨裝置分成了兩個(gè)部分，前一部分按照蒸汽的需要量進(jìn)行優(yōu)化，后一部分按照合成系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。這就使蒸汽產(chǎn)量的變化不與氨 產(chǎn)量發(fā)生矛盾，同時(shí)，上游工序操作的波動(dòng)均可以有深冷凈化裝置予以調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，送往合成回路系統(tǒng)的合成新鮮氣總是高純度的、干燥的氣體。另外，還可以根據(jù)尿素裝置增加產(chǎn)量的需要，加大二段轉(zhuǎn)化爐的工藝空氣過(guò)剩量，給尿素裝置多送 CO2 氣。由此可見(jiàn)，深冷凈化的設(shè)置，大大增加了整個(gè)合成氨裝置生產(chǎn)操作的靈活性和可靠性。下面的幾個(gè)實(shí)例更進(jìn)一步說(shuō)明了深冷凈化使布朗節(jié)能型工藝所達(dá)到的操作彈性是其它任何制氨工藝所不能比擬的。 a ）當(dāng)一、二段轉(zhuǎn)化爐的甲烷轉(zhuǎn)化率下降，出口甲烷含量增高時(shí)，在深冷凈化裝置即可將其轉(zhuǎn)人燃料系統(tǒng)，既不會(huì)對(duì)合成 回路構(gòu)成威脅，也不會(huì)造成太大的能量消耗。 b ）當(dāng)二段爐加人工藝空氣量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，過(guò)剩的 N Ar 會(huì)在深冷凈化裝置中除去，不影響合成新鮮氣的氫氮比，也不會(huì)影響合成回路的運(yùn)行。