年產(chǎn)18萬(wàn)噸液氨合成工段工藝設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-01-11 17:15本頁(yè)面
【正文】 。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。 同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有 10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個(gè)階段。 (1) 大型化、集成化、自動(dòng)化 , 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率 (提高氨凈值 ) ,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主，開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件 。 (2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整 ,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的有效途徑。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù) ,包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。 氮?dú)鈦?lái)源于空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過(guò)程中直接加入空氣來(lái)解決。最簡(jiǎn)便的方法是將水電解，但此法由于 電能消耗大、成本高而受到限制。 主要原料規(guī)格 合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按 3： 1 消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為 3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來(lái)，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。惰性氣體的存在，無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)上考慮均屬有弊。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。由于原料氣制備與 6 凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個(gè)相同，循環(huán)氣中所控制的惰性氣體含量也有差異。初始氨含量的高低取決于氨 分離的方法。為過(guò)分降低冷凝溫度而過(guò)多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)上也并不可取。 無(wú)論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。硫化物是各種催化劑的毒物，硫化氫能腐蝕設(shè)備管道。 為防止 CO 和 CO2 對(duì) 催化劑的毒害，規(guī)定 CO 和 CO2 總含量不得多余20ppm[5]。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。 (1)高壓法 操作壓力 70～ 100MPa，溫度為 550～ 650℃。故流程、設(shè)備都比較緊湊。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。 (2)中壓法 操作壓力為 20～ 60MPa，溫度 450～ 550℃，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低 7 壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。從動(dòng)力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大?？偟膩?lái)看，在 15～ 30Pa 的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因 此世界上采用此法的很多。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。 合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn) 氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。液氨由氨罐進(jìn)入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。 合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來(lái)有如下幾方面 [7]： (1)工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備管道多； (2)生產(chǎn)過(guò)程有高度的連續(xù)性； (3)各工序生產(chǎn)操作相互影響； (4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。 8 因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。 由于采用壓縮機(jī)的型式、氨分冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)位置的差異，而形成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程，但實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本工藝步驟是相 同的。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，在壓縮過(guò)程中氣體夾帶的潤(rùn)滑油和水蒸汽混合在一起，呈細(xì)霧狀懸浮在氣流中。除油的方法是壓縮機(jī)每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。 (2)氣體的預(yù)熱和合成 壓縮后的 氫氮混合氣需加熱到催化劑的起始活性溫度，才能送入催化劑層進(jìn)行氨合成反應(yīng)。在開工或反應(yīng)不能自熱時(shí)，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，使其中的氣氮冷凝成液氨，然后在氨分離器 中，從不凝氣體中分離出來(lái)。以水和氨冷卻氣體的過(guò)程是在水冷器和氨冷器中進(jìn)行的。在氨冷凝過(guò)程，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解在液氨中。 (4)氣體的循環(huán) 氫氮混合氣經(jīng)過(guò)氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。由于氣體在設(shè)備、管道中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了壓力損失。循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差約為 20～ 30 大氣壓，它表示了整個(gè)合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，放空位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最大而氨含量最小的地方，這樣放空的損失最小。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股可用作燃料。 有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進(jìn)入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。 (6)反應(yīng)熱的回收利用 10 氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使其達(dá)到催化劑的活性溫度。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時(shí)得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中 型氮廠應(yīng)用較多。反應(yīng)后的高溫氣體首先通過(guò)塔內(nèi)則換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，然后再通過(guò)塔外的換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。目前大型合成氨廠一般采用這種方法回收熱量。
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