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文档简介

1、合成氨工艺总流程本装置以中原油田天然气为原料,采用传统流程的一二段烃类水蒸气转化,高低变,脱碳及甲烷化法。1、 原料气压缩和脱硫来自界区,压力2.25巴(绝)、温度30,含总硫50p.p.m的天然气,经分离器(01-F001)分离掉所带油水后,进入原料气压缩机(01-K001),经四段压缩至52.5巴(绝)、温度114。出原料气压缩机的气体与来自合成压缩机(07-K001)的少量合成气相汇合,控制含2-5%H2,作为予脱硫钴-钼加氢转化用。一二段烃类水蒸汽转化是在镍催化剂上进行,硫及其化合物对镍催化剂毒害极大,要求进入转化的原料气中含硫量在0.1p.p.m以下,因此转化前必须脱硫。经压缩和返氢

2、后的原料气,入对流段盘管(03-B002E04)加热至370,于钴-钼加氢反应器(01-R001)中反应,将有机硫转化为无机硫。然后在氧化锌脱硫槽(01-R002A/B)里硫被脱除,控制含硫小于0.1p.p.m。2、 转化 经脱硫的原料气与来自工艺冷凝液汽提塔(05-C003)的水蒸汽和来自冰机的蒸汽透平(09-MT01)或发电机蒸汽透平(85-MT01)的背压蒸汽,按比例调节进行混合,控制水碳比为2.75左右、温度在372。此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管(03-B002E01A)和(03-B002E01B)换热,在两盘管间还设置喷雾温度调节器(03-B002E08)用它来调

3、节出盘管(03-B002E01B)的混合气加热至580。此混合气从转化炉管顶部进入,在镍催化剂作用下进行转化反应。出一段炉的转化气压力43.5巴、温度804,含16.3%CH4。 含CH416.3%的一段转化气自二段炉(03-R001)底部进入,经中心管至炉顶,与来自空压机(02-K001),压缩至45巴,途径加热盘管(03-B002E03)加热至500的工艺空气相混合,于炉中上部空间进行燃烧反应,反应后气体温升至1250左右。此高温气体相继流经炉中催化剂床层,继续进行转化反应。 出二段炉的转化气(工艺气),温度983左右,残余甲烷含量0.9%以下。为回收此高温工艺气的热量,入工艺气冷却器(0

4、3E001)使之产生328、125巴的高压蒸汽。出(03-E001)温度588的工艺气继续入高压蒸汽过热器(03-E002),喷雾温度调节器(03-E005),控制其出转化工序的工艺气温度为370左右。 经预热后的锅炉给水注入汽包(03-D001),汽包与工艺气冷却器(03-E001)、废热锅炉(04-E001)和辅助锅炉相连通,设计为自然循环。自汽包输出的高压蒸汽,依次流经高压蒸汽过热器(03-E002)(03-B003E01)和(03-B002E02),将蒸汽过热至535,再分别送入冰机和发电机的蒸汽透平作动力。3、 变换 CO变换采取高低变流程。 370的转化工艺气,自高温变换炉顶部进入

5、,于铁-铬系催化剂条件下进行反应,温升到444,CO含量降至3.87%。高变气由炉底出来,入废热锅炉(04-E001),回收热量产生高压蒸汽,高变气被冷却至375,继入锅炉给水预热器(04-E002),降温至204,而后入低温变换炉。 低变是在铜-锌-铝系催化剂条件下进行反应,反应后气体温升至236,CO含量为0.36%。低变气在锅炉给水预热器(04-E003)中换热,冷却至176,此温度下已有水蒸汽冷凝。 为便于低变催化剂的升温还原,还专设置一套氮循环系统。4、 脱碳 CO2脱除,采用节能型的苯菲尔脱碳流程。 为回收低变气中的热能,含CO217%左右的低变气依次流经气体冷却器(05-E001

6、),再沸器(05-E002)及脱盐水预热器(05-E009)而得以产生低压蒸汽,发生汽提蒸汽和加热了脱盐水。低变气冷却至95左右,自吸收塔(05-C001)下部进入,与塔顶喷淋下来的吸收液(贫液)逆流接触。经下塔吸收后的气体中CO2含量降至0.4%,再经上塔吸收,从塔顶逸出的脱碳气,温度70,CO2含量却为0.1%。而后经分离器(05-F002)回收随气体带出的溶液。 吸收塔底流出的富液,经水力透平(05-MT01)送至解吸塔(05-C002)顶部,溶液减压闪蒸出部分水蒸气和二氧化碳,然后向下流经解吸塔填料,此时溶液与再沸器(05-E002)及闪蒸槽(05-D002)返回的蒸汽逆流接触,实现汽

7、提,达到再生目的。 解吸塔顶部压力控制为1.52巴(绝)时,塔底溶液温度为118左右。 解吸塔底流出的溶液,入闪蒸槽(05-D002),经五级闪蒸压力降至0.89巴(绝),此时溶液温度为100左右。闪蒸释放出的蒸汽由蒸汽喷射器(05-A001,05-A002,05-A003,05-A004)和蒸汽压缩机(05-K001)注回解吸塔。为节省蒸汽压缩机功耗,在最后一级闪蒸溶液用锅炉给水做适当加热。 再生好的溶液,经贫液泵(05-P001A/B)送出,分两路送入吸收塔:一路为大致25%的溶液量,经热水加热器(05E010A/B),将溶液冷却至70入上塔;另一路则将其与75%的溶液量,不经冷却器直接送

8、入下塔。 且溶液泵(05-P001A/B)与水力透平(05-MT01)是在同一轴上,由此水力透平所回收的能量可以补偿溶液泵轴功率的40%。 脱碳系统中,自分离器(05-F001)分离出来的工艺冷凝液,经冷凝液预热器(05-E008),被冷却至98。由冷凝液泵(05-P006A/B)送经冷凝液预热器(05-E011A/B)被加热后入汽提塔(05-C003),与来自冰机蒸汽透平(09-MT01)或发电机蒸汽透平(85-MT01)的背压蒸汽与塔中逆流接触,进行汽提。使用水蒸汽量每小时15吨。塔顶逸出的汽提蒸汽(其中包括转化、变换的付产物甲醇、乙醇、氨等)送往转化工序。 从解吸塔顶(1.52巴、94)

9、排出的CO2气,入脱盐水预热器(05-E004A/B)、水冷却器(05-E007A/B)换热,冷却至40。此CO2气冷凝液于(05-F003)和(05-F005)分离器中将冷凝液分离下来,用泵(05-P002A/B)将少量冷凝液分别送入解吸塔顶的洗涤塔板、闪蒸槽的洗涤料盘作洗涤水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液经(05-E008)预热至120,送回(05-E001)作为锅炉给水用。分离器分离出的CO2气,送尿素装置CO2气压缩机的吸入端。5、 甲烷化 脱碳气中含0.1%CO2、0.44%CO,是远远超过对合成气中(CO+ CO2)10p.p.m的要求,为此采用甲烷化法除去少量的CO和C

10、O2。 70的脱碳气,在换热器(06-E001)中被加热至300,入甲烷化炉(06-R001),反应放热,温升至336左右。此热气在换热器(06-E001)中被冷却至100。继入水冷器(06-E003)中,冷却至40,气中含(CO+ CO2)10p.p.m,成为合格的N2 . H2混合气,即新鲜气。6、 合成气的压缩及氨合成 氮与氢在铁催化剂条件下合成氨,当压力98.24巴、440时,平衡氨含量为17.92%。因此,大量未参与合成的N2 . H2应循环使用。同时,为降低合成氨能耗,采用了径向合成塔和两级氨冷。 甲烷后的工艺气(新鲜气),在38.3巴、40下,经分离器(07-F001)分离水份,

11、入离心式合成气压缩机(07-K001),经一段压缩至65.4巴、112,此时少量气体送脱硫,用于钴-钼加氢,大量气体经中间冷却器(07-E002)和分离器(07-F002)冷却分离后,入合成气压缩机高压缸,压缩至101.95巴、100。为保证催化剂不受毒害,出高压缸的新鲜气进入第一氨冷器(08-E005),冷却器至5此时新鲜气的水蒸汽和CO2气被冷凝,于分离器(07-F003)中分离掉。自(07-F003)逸出的新鲜气与(08-E005)出口的回路气在管路中汇合,由于回路气中部分液氨的汽化,使汇合后的循环气降温至0.9,继入第二氨冷器(08-E006),降温至10,在该温度下大部分气氨冷凝。随

12、之物流入氨分离器(08-F001),分离下来的液氨入氨闪蒸槽(08-D001),闪蒸后的液氨,用泵(08-P001A/B)送往尿素装置或球罐储存,从(08-F001)分理出的冷气,经冷热交换器(08-E004)回收冷量,而后入(07-K001)循环段进行压缩,以补充回路压降的损失。出循环段的气体(105.8巴、32),经热交换器(08-E002),温升至239左右,入合成塔(08-R001)。 105巴、239、含4.12%NH3的循环气,流经三床层的径向合成塔,在铁催化剂上进行合成反应。出塔气压力为101巴、414、含16.36%NH3,入废热锅炉(08-E001)回收热量,产生127巴、3

13、29的高压蒸汽。合成气被冷却至275,继入(08-E002)、(08-E003)、(08-E004)换热器换热,合成气温度分别降至53、38、23,而后入第一氨冷器(08-E005)。出第一氨冷器的回路气与新鲜气相汇合为循环气。这样形成的一个循环过程,称之“合成回路”。 因新鲜气中含惰气(CH4+Ar)1.86%,在不断循环过程中惰气的含量会积累增多,影响氨的生成。为此,出(07-K001)循环段的气体需要放空一部分,以控制循环气中惰气含量。此放空气送往氨回收装置。7、 冷冻 来自第二氨冷器(08-E006)的气氨(15、2.36巴)来自第一氨冷器(08-E005)及气体冷却器(10-E004

14、)的气氨(0.5、4.38巴),分别进入氨压缩机又称冰机(09-K001)一段的吸入侧,经一段压缩的出口气氨(86、9.34巴),入中间冷却器(09-E005)冷却后与从氨闪蒸槽(09-D001)来的气氨相汇合,于42、9.08巴压力下进入(09-K001)的二段吸入侧,压缩至16.6巴、100,经水冷器(09-E002A/B)冷却冷凝,气氨液化为液氨,入氨受槽(09-D002)。冰机由蒸汽透平(09-MT01)驱动。 氨受槽(09-D002)中的液氨,温度较高,可称为热氨。此热氨流经换热器(09-E003A/B)、氨闪蒸槽(09-D001)及产品氨加热器(09-E004)与来自闪蒸槽(08-

15、D001)的冷氨进行热交换,使之冷却、减压降温,重新作为冷冻剂送往氨冷器(08-E005)、(08-E006)和气冷器(10-E004)使用。冷氨用泵(08-P001A/B)提压至22.6巴、20送往尿素装置。8、 氨回收 氨合成回路的放空气及氨闪蒸槽(08-D001)的闪蒸汽(驰放气)中氨需要回收。此流程采用水吸收,氨水再蒸馏的方法。 氨合成回路来的放空气,入吸收塔(10-C001)底部,与塔顶喷洒下的净化水作逆流吸收。吸收后,气体中还含氨0.02%,继入气体冷却器(10-E004),用氨冷将气体中残氨冷凝回收,处理过的气体主要去氢回收。但去氢回收的气体量由CO2NH3比来决定,过剩气体送燃

16、气轮机或一段转化炉的燃料系统。 闪蒸槽(08-D001)来的驰放气,入吸收塔(10-C003)底部,用净化水吸收,出吸收塔气体中含氨0.1%送一段炉燃料系统。 吸收塔(10-C001)底流出的氨水,浓度为15%(摩尔),经换热器(10-E001A/B/C)加热后,加入汽提塔(10-C002)的两填料段之间。以此同时,从吸收塔(10-C003)底流出的氨水,用泵(10-P002A/B)也同样加入汽提塔两填料段之间。 汽提塔在加料口的上部为精馏段,下部为提馏段。汽提蒸汽由再沸器(10-E005)提供,再沸器用中压蒸汽加热。 汽提塔顶设有冷凝器(10-E003),从塔顶蒸出的气氨,在冷凝器中冷却冷凝

17、为液氨,部分液氨做回流液,其余液氨送闪蒸槽(08-D001),未冷凝汽送惰气冷却器(09-E001)。 汽提塔底流出的氨水浓度为0.11%(摩尔),经换热器(10-E001A/B/C)和水冷器(10-E002A/B)冷却后,分别返回吸收塔(10-C003)和用泵(10-P001A/B)送回吸收塔(10-C001)作吸收剂,如此循环使用。9、 氢回收 经氨回收后的气体,按NH3CO2平衡的要求量入吸附器(11-R001A/B),将气中的NH3 、HO2 、CO2彻底清除,而后入冷箱(11-E001),冷却降温使部分N2 及CH4冷凝液化,形成富氢气,于分离器(11-F001)中分离。分离出的富氢

18、气入(07-K001)循环段。分离出的液体经减压阀减压,自由膨胀而降温,冷气返回冷箱与入气相换热,来降低入气温度。 出冷箱尾气,部分去再生气预热器(11-E002),被加热后入吸附器(11-R001A/B)将分子筛再生,再生气送燃料系统;其余部分尾气则直接送燃料系统。10、 氨贮存 有两个球形氨罐,每个贮氨量2500吨。液氨在4.8巴、3条件下贮存。其流程设置正常操作时: 氨合成装置正常运行,产品液氨直接送往尿素装置。这时没有产品氨送入氨罐。只因外界的热传入球罐,使少量的液氨蒸发为气氨。此时将这些少量的气氨经压力控制系统(PIC)送冷冻装置。气氨经氨压缩机压缩,冷凝器(09-E002A/B)冷

19、凝,再返回球罐。气体压缩制氨装置对气体的输送、压缩和制冷过程,共设置了四台离心式压缩机。即原料气压缩机(01-K001)、空气压缩机(02-K001)、合成气压缩机(07-K001)和氨气压缩机(09-K001)。这四台离心式压缩机除空压机由燃气轮机驱动外,其他均为汽轮机所驱动。1.原料气压缩机(01-K001)对大型化、单系列日产1000吨氨的装置,原料气流量大,压缩比又较低的条件下,宜采用离心式压缩机。加之界区送来天然气气压低,进吸入端压力仅只2.25巴,因此,选用了2MCL528-2BCL358型双缸四段离心式压缩机,它由NK32/36型蒸汽透平所驱动。正常生产时,入压缩机原料气原料气流

20、量为23261Kg/h,经三段压缩后其中1402Kg/h送燃气轮机,其余21859Kg/h入四段压缩至5206巴后入一段转化炉。2.空气压缩机(02-K001)二段转化炉所需工艺空气,燃气轮机所需燃烧空气和全厂的仪表空气等均有空气压缩机供给,因不同用处所需空气的压力、流量等参数的各异,选用了2MCL805+3MCL457型离心式压缩机。该机由MS3002型燃气轮机(02-MT01)驱动,在开工操作和极限操作工况时,为保证燃气轮机工作状态的效率,还配置有由中压蒸汽驱动的背压汽轮机作为辅机。同时为保证燃气轮机所使用空气的质量,配置有全自动的脉冲净化过滤器(02-MT01-FOV)和空气入口消音器(

21、02-K001-D001)。流程图No.13.合成气压缩机(07-K001)为实现氨合成回路的要求及本装置入合成气压缩机的进入压力为38巴,最终排出压力为105.8巴这一压缩比小而段数少的特征,选用了双缸三段的BCL407-2BCL407型离心式压缩机,最后一段为循环段,新鲜气与回路气在缸外混合。该机由汽轮机(07-MT01)驱动。流程图No.5。经甲烷化冷却器(06-E003)冷却后的合格N2、H2混合气,即合成气,其中含水分0.19%。在38巴40入(07-K001)一段,压缩至65.4巴,温度112。出一段合成气约45.4Kmol/h的气量送脱硫钴-钼加氢反应使用,其余气量经中间冷却器(07-E002)和分离器(07-F002)冷却分离水分后入二段压缩。出二段气压力为101.95巴、100,气中还存有极少量的水蒸汽及CO2 ,这些含氧化合物不仅是催化剂的毒物,且易产生结晶,堵塞管道,危害设备。为了确保安全生产,

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