合成氨工艺设计总流程及压缩机

1、-. z.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，上下变，脱碳及甲烷化法。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，经别离器(01-F001)别离掉所带油水后，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的少量合成气相集合，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展，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。经压缩和返氢后的原料

2、气，入对流段盘管03-B002E04加热至370，于钴-钼加氢反响器01-R001中反响，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。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，按比例调节进展混合，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用它来调节出盘管03-B002E01B的混合气加热至580

3、。此混合气从转化炉管顶部进入，在镍催化剂作用下进展转化反响。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，于炉中上部空间进展燃烧反响，反响后气体温升至1250左右。此高温气体相继流经炉中催化剂床层，继续进展转化反响。 出二段炉的转化气工艺气，温度983左右，剩余甲烷含量0.9%以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷却器03E001使之产生328、125巴的高压蒸汽。出03-E001温度588

4、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。变换 CO变换采取上下变流程。370的转化工艺气，自高温变换炉顶部进入，于铁-铬系催化剂条件下进展反响，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-E0

5、01，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展反响，反响后气体温升至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复原，还专设置一套氮循环系统。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,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

6、-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%。而后经别离器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，溶液减压闪蒸出局部水蒸气和二氧化碳，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，实现汽提，到达再生目的。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1

7、00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，自别离器05-F001别离出来的工艺冷凝液，经冷凝液预热器05-

8、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，进展汽提。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别离器中将冷凝液别离下来，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

9、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。别离器别离出的CO2气，送尿素装置CO2气压缩机的吸入端。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+ CO210p.p.m的要求，为此采用甲烷化法除去少量的CO和CO2。70的脱碳气，在换热器06-E001中被加热至300，入甲烷化炉06-R001,反响放热，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+ CO210p.p.m，成为合格的N2. H2混合气，即新鲜气。合成气的压缩及

10、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，经别离器07-F001别离水份，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和别离器07-F002冷却别离后，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

11、被冷凝，于别离器07-F003中别离掉。自07-F003逸出的新鲜气与08-E005出口的回路气在管路中集合，由于回路气中局部液氨的汽化，使集合后的循环气降温至0.9，继入第二氨冷器08-E006，降温至10，在该温度下大局部气氨冷凝。随之物流入氨别离器08-F001，别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循环段进展压缩，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

12、。 105巴、239、含4.12%NH3的循环气，流经三床层的径向合成塔，在铁催化剂上进展合成反响。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、329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集合为循环气。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+Ar1.86%,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局部，以控

13、制循环气中惰气含量。此放空气送往氨回收装置。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来的气氨相集合，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

14、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-D001的冷氨进展热交换，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。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

15、氢回收。但去氢回收的气体量由CO2NH3比来决定，过剩气体送燃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,参加汽提塔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也同样参加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

16、氨，在冷凝器中冷却冷凝为液氨，局部液氨做回流液，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。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彻底去除，而后入冷箱11-E001,冷却降温使局部N2 及CH4冷凝液化，形成富氢气，于别离器11-F001中别离。别离出的富氢气入07-K001循环段。别

17、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，局部去再生气预热器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；其余局部尾气则直接送燃料系统。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

18、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量为23261Kg/h，经三段压缩后其中1402Kg/h送燃气轮机，其余21

19、859Kg/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应，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

20、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-钼加氢反响使用，其余气量经中间冷却器07-E002和别离器07-F002冷却别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。为了确保平安生产，必须去除极少量的水汽及CO2 ，因此，出二段的