合成氨总控岗位操作规程

1、1 / 13合成氨总控岗位操作规程1.岗位主要任务以天然气为原料，采用干法脱硫至 H2SW0.2mg/Nm3,在 3.0MPa 左右压力下连续蒸汽 转化，通过 CO 中、低温变换、改良热钾碱法脱除 CO2、甲烷化法脱除少量 CO、CO2,希9出合格的氢氮气，经 J0402 进一步加压后在轴径向氨合成塔内合成为氨，经冷却、分离生 产出合格的液氨。同时为尿素提供脱碳解吸出来的二氧化碳原料气(CO298.5%)和副产的 1.3MPa 左右中压蒸汽。操作过程中要保证合成氨系统符合工艺指标要求，负责系统的开、停车、事故处理及正常操作，并及时作好原始记录。2.基本原理来自天压机的原料天然气中含有w120m

2、g/Nm3的总硫，硫对触媒有害，必须除去。为 了脱除天然气中的有机硫，本装置在原料气中配入约 35%的氢，首先采用铁锰转化吸收 型催化剂，在约 340410C的高温下发生有机硫的转化及脱硫反应：RSH+H2 H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2OH2S+MnO=MnS+H2O在铁锰床层出口气中含有约 5ppm 的 H2S,还必须在氧化锌脱硫剂中进一步脱除。 反应 为：H2S+ZnO=ZnS+H2OC2H5SH+Z nO Zn S+C2H4+H2O氧化锌吸收硫速度极快，脱硫沿气体流动方向由上向下逐层进行，最终出氧化锌脱硫 槽的原料气中 H2Sw0.5PPm=脱硫合格后的天然气与蒸汽以 H2O

3、/EC=3.13.8 左右混合后进入一段转化炉和二段转 化炉，制成合成氨的粗原料气。本装置所用的转化催化剂是镍催化剂，反应为：CH4+H2OCO+3H2-QCH4+2H2O CO2+3H2 QCO+H2O CO2+H2+ Q一段炉出口气温度 710760C、CH41114%(V)，在二段炉入口配入经预热的空气在 二段炉上部的空气混合器中进行燃烧， 提高温度后继续进行转化反应， 使转化气中的残余 甲烷降到w1.0%(V)，同时调节进二段炉的空气量，以满足合成氨对氢氮比的要求。出二段炉原料气中含有大量的 CO,变换工序就是使 CO 在催化剂的作用下与水蒸汽反 应生成CO2和 H2。既除去对后工序有

4、害的 CO,又能制得尿素原料之一一一 CO2。反应为：CO+H2O (汽)CO2+H2+ Q拟制审核批准蒋太郁生效时间2005/8/1这是一个可逆放热反应。降低温度和提高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。本工序 中变采2 / 13用铁铬系催化剂，还原后具有催化活性的是 Fe3O4,低变是采用铜锌系催化剂，还原 后具有活性的是 Cu 微晶。中变在 330440C，在催化剂的作用下，反应速度很快，中变 炉出口 COW3.2%。然后降温到 200E左右，在低变催化剂的作用下，使工艺气中的 CO 含 量进一步降到w0.3%，以满足甲烷化对 CO 含量的要求。CO2的脱除采用改良热钾碱法。在约 2.5MP

5、a 的压力下，用不同温度和再生度的碱液分 段吸收气体中的 CO2,使出吸收塔的净化气中 CO2含量小于 0.1%，以达到甲烷化对 CO2含量的要求。碱液中 K2CO3作为吸收剂，含量为 2730%，DEA 作为活化剂，含量为 3 5%，以加快吸收速度。溶液中还加入了 0.81.2%的 VOx（总钒），它可使碳钢表面形成致密 保护膜（钝化膜），以防止设备腐蚀。为防止溶液发泡，还加入了少量消泡剂。溶液吸收反应式为：K2CO3+CO2+H2OT2KHCO3从吸收塔底部出来的富液进入再生塔进行减压加热再生。同时通过补液补水等手段使 溶液成份稳定在适宜的范围内，保持良好的吸收能力。再生反应式为：2KHC

6、O3 K2CO3+CO2+H2O为降低能耗和提高转化度，本装置采用了两段吸收、两段再生流程和半贫液闪蒸三级 喷射等节能技术。甲烷化是氨合成原料气制备的最后工序，其任务是将残留于净化气中的CO 和 CO2，在催化剂作用下与 H2反应生成 CH4，除去对合成触媒有毒害的微量 CO 和 CO2，并产生能 回收利用的 CH4,其反应分别为：CO+3H2=CH4+H2O （汽）+QCO2+4H2=CH4+2H2O （汽） +Q这两个反应都是强烈放热反应，CO 每升高 1%，触媒层温度将上升约 72C。CO2每升 高 1%，触媒层温度将上升约 60C。因此，要严格控制好前工序的出口 CO 和 CO2含量，

7、 防止甲烷化超温。在一定温度、压力和催化剂存在的条件下，H2和 N2按 3 : 1 的比例生成 NH3,反应式为：3H2+N2=2NH3+Q反应中氢氮混合气不能全部转化成氨，因此，将氨分离后，必须把未经反应的氢氮气 再次进行循环反应。氨合成反应是一个体积缩小的可逆放热反应。故提高压力，降低温度， 提高反应物浓度降低生成物浓度和惰性气体含量，以及保持合适的氢氮比，均有利于平衡 氨含量提高，从而提高产量，降低原料气和动力的消耗。3.工艺流程概述来自天压机已配入适量 H2的原料天然气，压力约 3.6MPa （A）。进入一段转化炉对流 段预热器预热后，温度达到约 370C进入铁锰脱硫槽进行有机硫的转化

8、及硫的粗脱。然后 再进入氧化锌脱硫槽进行硫的精脱，使硫脱至 0.2mg/Nm3以下。在氧化锌脱硫槽出口向原料气中加入总碳量 3.13.8 倍左右的水蒸汽后， 进入对流段预 热器预热至 450530C左右，再进入一段转化管反应。由燃天总管来的天然气经过对流段 预热器预热至170C左右后，进入一段炉顶部烧嘴燃烧，用来向辐射段转化管内的转化反 应提供热量。烟气进入3 / 13对流段，用余热加热锅炉循环水、工艺空气、天蒸混合气、工艺天然气、废锅给水和燃烧天然气后，1氨温度约 140C左右，U氨温度约 190C左右，由引风 机抽入烟囱排放到大气中。一段炉出口气体温度710760C进入二段炉，在二段转化炉

9、上部燃烧室，与联压机送至对流段预热器预热至450530C的空气燃烧。二段炉床温达到1000r左右。出二段炉的气体经过转化废锅产生约3.8 MPa 的蒸汽供一段炉用，然后再进入 C0102 管间，用余热加热锅炉给水后，温度降至 360r左右进入中变炉。出中变炉的气 体经甲一换热器加热入甲烷化炉进口气后，再经中变废锅回收热量，温度降至200r左右进入低变炉。离开低变炉气体温度为200230r，依次通过低变废锅、低变气再沸器和锅炉给水预热器后，温度约 80r左右，进入低变气分离器，分离排出其中水份后，再进入吸 收塔底部。在吸收塔内填料表面分别与由上而下的半贫液和贫液充分接触，脱除其中的 CO2,净化

10、气由吸收塔顶除沫层除去夹带液滴后，进入净化气分离器，进一步分离其中液 滴。出分离器的净化气先进入甲二换热器与甲烷化炉出口气换热，再进入甲一换热器与中 变炉出口气换热，温度达到 3i0r左右进入甲烷化炉反应。出甲烷化炉气温度w350r0CO+CO2含量w10 mg/Nm3。该气体经过甲二换热器，软水预热器和水冷器后，被冷却到40r。进入气水分离器分离冷凝水后，再送往联压机氢氮段加压至约 15MPa,经冷却和油水分离后，进入合成补充 气氨冷器降温。出补充气氨冷器后，新鲜气在 2#氨冷入口处与 1#氨分出口的循环气混合， 一起进入 2#氨冷，温度降至207C。出 2#氨冷进入 2#氨分，分离掉气体中

11、的氨液滴和 少量油污后，出 2#氨分，依次通过 2#冷交和 1#冷交管内回收冷量后于 25C、14.3MPa 后进 入循压机加压。出循环机气体压力为15.0MPa 左右（A）o经油分后，再经 M 阀进入合成塔外筒间隙，保护合成塔外壳。从合成塔顶出塔，进入预热器 A、 B 预热后，该预热后的 气体经主线和各冷激付线进入合成塔，在催化剂作用下进行氨合成反应，放出大量的热。 出合成塔热气温度约 360r，氨浓度约 15%，进入合成废热锅炉，产生 1.4MPa（A）的中压蒸 汽，温度降至约 230r左右进入进塔气预热器，加热入塔冷气，回收余热。然后再依次进 入合成水冷器，1#冷交、1#氨冷、2#冷交降

12、温510r，然后进入 1#氨分，将冷凝的液氨分 离，气体由 1#氨分塔顶出来，与补充气汇合后，进入 2#氨冷，进行下一个循环。由两个氨 分离器分离出来的液氨经液氨换热器换热，回收冷量后，输往氨库计量贮存。在1#氨分气体出口管上，引出了一部分气体（驰放气） ，该气到膜回收系统，经过洗氨塔将气体中的氨 含量降低到 100 mg/Nm3以下，然后经分离塔后除去其中的液滴，再经过加热器加热到 35r45r进入膜管，通过中空纤维膜的分离，含氢量高的渗透气到联压机五段进口与合成原料 气汇合进行回收，出膜管的尾气则到转化作燃料。脱碳吸收塔出口的富液约 100122r，经液位调节阀加压后，送入再生塔中段上部，

13、 闪蒸出部分 CO2,然后溶液自上而下通过填料层，与再生塔中下部上来的气流逆流接触，被加热再生出 CO2，CO2随上升气进入再生塔上段，用酸性冷却水洗涤，出再生塔的 CO2经冷却分离后，送往尿素作原料气。碱液流至再生塔中段下部后，分为两部份，约 85%的 碱液进入闪蒸槽，在三级喷射的作用下进一步闪蒸出 CO2，转化度达到 0.40.45 作为半贫 液，直接由半贫液泵加压后，送入吸收塔中部吸收原料气中大部份CO2。约 15%的碱液在再生塔中由中段下降到下段，然后进入再沸器，用低变气加热进一步再生，出再生塔下段 其转化度达到 0.10.30 作为贫液，经贫液水冷器冷却至 70r左右，再经贫液泵加压

14、到 4.0MPa 左右送入吸收塔上部，吸收气体中残余的CO2。吸收 CO2后的碱液在吸收塔下部汇合，作为富液送往再生塔再生循坏使用。4 / 13由化水站送入系统的脱盐水少部分作为二段炉、转化废锅等的夹套冷却水，这些脱盐5 / 13水要返回化水站回收。而绝大部分脱盐水则通过甲烷化软水预热器、脱碳工序的锅炉给水 预热器加热后，送入脱氧槽进行热力脱氧和化学脱氧。脱氧水再由锅炉给水泵加压送入转 化对流段预热器预热，出对流段的锅炉给水一部分送往中变废锅、合成废锅和快锅使用， 另一部分则由 C0102 加热后直接进入汽包。从汽包下部引出一部分水经循环水泵加压后， 送入对流段的保护锅炉和烟气锅炉加热后， 再

15、返回汽包。 汽包产生的蒸汽主要供转化使用， 富余部份送入中压蒸汽管网，和中变废锅和合成废锅产生的约 1.4MPa 的蒸汽混合后，送尿 素装置使用。本系统各水冷器冷却水均由循环上水总管来水。冷却后再由循环水回水总管回收到水 汽，冷却后循环使用。4.工艺控制指标H2O/EC3.13.8二段炉出口CH4w1.0%(v)4.3. 中、低变甲烷化工序： 温度：中变热点温度w450r甲烷化热点温度W350r甲烷化分离器出口气体温度 压力：中变入口压力w2.95 MPa净化气入工序压力w2.62 MPa 中压蒸汽出工序压力w1.45 MPa 分析：进入本工序 H2O/COw4.2低变出口 COw0.3%(V

16、)一段炉出口CH41114%(v)烟道气残氧含量2.454.2%(v)低变热点温度w230r脱氧槽出口水温 100107r低变气出工序压力w2.79 MPa甲烷化出工序压力w2.44 MPa中变出口 COw3.2%(V)甲烷化出口 CO+CO2w10 mg/Nm34.1.脱硫工序：入厂天然气总硫 120mg/Nm3氧化锌脱硫后 H2S 0.2mg/Nm3脱硫热点温度 340410C4.2.转化工序： 温度：一段转化炉出口温度 760C二段转化炉热点温度 1100C工艺空气入二段炉温度w530E转化废锅后转化气温度 550C 压力：天然气入工序压力 2.03.6 MPa 燃烧天然气去对流段压力汽

17、包连续排污蒸汽压力 分析：铁锰脱硫后 H2Sw5 mg/Nm3工艺天然气配 H235%二段转化炉出口温度 1000C0.050.3 MPaw0.5 MPa工艺空气入工序压力 1.83.4 MPa转化汽包蒸汽压力 2.23.8MPa一段炉膛负压 120 30Paw50r6 / 13H2/N21.8 3.24.4. 脱碳工序： 温度：入低变废锅低变气温度 低变气出再沸器温度 低变气入CO2吸收塔温度 出CO2吸收塔净化气温度 富液出 CO2吸收塔温度 贫液出CO2再生塔温度 半贫液出CO2再生塔温度 半贫液出闪蒸槽温度出 CO2水冷器气体温度 进CO2吸收塔贫液温度 压力：230C133C85r80r122r135E125E120r60r80r入 CO2吸收塔低变气压力出 CO2吸收塔净化气压力出 CO2分离器气体压力 流量：1.02.68 MPa0.92.6 MPa0.020.085MPa 低变废锅压力w0.5MPa贫液流量 1030m3/h 分析：半贫液流量50155m3/hK2CO327 30%(W)DEA 3.0 5%(W) 贫液转化度 0.10.3 溶液泡沫高度 2 3cmV2O50.81.2%(