合成氨装置升级改造新上_1400氨合成系统简介.docx

櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉櫉殶合成氨生产技术合成氨装置升级改造新上 氨合成系统简介田青（山东大化化工科技有限公司 ，山 东 泰 安）摘 要 ： 山东大化化工科技有限公司采用新 技 术对合成氨装置进行扩产改造 在原合成氨装 置 的 基础 上 ，新 上 氨 合 成 系 统 。实际运行情况表明 ，装置达到了预期的各项技术经济指标 。关 键 词 ： 合 成 氨 装 置 ；氨 合 成 系 统 ；改 造 方 案 ；运 行 情 况中 图 分 类 号 ：文 献 标 志 码 ：文 章 编 号 ：（） （，）： ： ：；节 能效果非常明显 。通 过 连 续 几 次 大 的 投 资 、技术 升 级 换 代 、规 模 扩 大 ，给 公 司 软 件 硬 件 设 施 带 来 极 大 的 提 升 ，注 入 的 极 大 活 力 充 分 显 现 ，搭 建 起 了发展的航空平台 ，为 下 一 步 投 资 扩 产 、技 术 改 造奠定了良好的基础 。现 对 老 系 统 氨 合 成 装 置 技 术改造方案的制定 、技 术 特 点 、优 化 设 计 内 容 与 生产运行情况作一总结 。概述山 东 大 化 化 工 科 技 有 限 公 司为高新技术企 业 ，设 有 “博士后科研工作站 ”、 “省 级 技 术 中 心” 和 “市 级 工 程 技 术 研 究 中 心 ”， 曾 获 “山 东省 科 学 环 境 友 好 型 十 佳 典 范 企 业” 和 “中 国 诚 信典 型 示 范 企 业” 等 荣 誉 称 号 。公 司 在 原 有 产 能 合 成 氨 、 尿 素 、联 醇 的 基 础 上 ，于 年 月 新 上尿 素 项 目 ，形 成 了 合 成 氨 、甲 醇 与 尿 素 “” 的 规 模 优 势 。新项目合成氨总体 方 案 中 ，原 料 气 的 精 制 采 用 双 甲 工 艺 ，氨 合 成 与 原 料 气 精 制 取 相 同 压 力 等 级 ，系统的设计压力为 ， 正 常 操 作 压 力 在 ； 氨 合 成 系 统 的 设 计 能 力 为 ， 氨 合 成 塔 选 用 大 型 低 压 合 成 塔 ；采用 在 国内外较先进的合成 塔 与 废 锅 直 连 新 技 术 ，热 能 与冷量交换的主要设 备 采 用 双 套 配 置 双 废 锅 、 双 冷 交 、 双 水 冷（配 溴 化 锂 制 冷 机 组 ）流 程 ， 能 量利用逐级提高 ，改造方案的制定 为充分利用公司闲置的 合 成 氨 设备 ，结 合 装置 现 状 ，对 多 套氨合成装置集成采用四新技术 ，进 行 系统优化升级 组 合 、 扩 产 改 造 ， 并 新 上氨 合 成 系 统 ，制 定 改 造 方 案 。装 置 现 状老 系 统 原 有 两 套 氨 合 成 系 统 ， 分 别 为 一 套氨 合 成 系 统 ，一 套氨 合 成 系 统 ，班 产 液 氨 ， 两 套 系 统 运 行 压 力 在 。其 中 ，氨 合 成 系 统 存 在 着 催 化 剂 寿 命 到 期 、设备内件超期服役 的 重 大 安全 隐患 ，并收 稿 日 期 ：作 者 简 介 ： 田 青（），男 ，山 东 菏 泽 人 ，高 级 工 程 师 ， 山东大化化工科技有限公司总工程师 ， 大 项 目 常务 副 总 指 挥 ，从 事 合 成 氨 、尿素生产技术与企业管理工作 。櫉櫉殶櫉櫉殶化 工 设 计 通 讯第 卷对 公 司 合 成 氨 系 统 今 后 稳定高效生产带 来 严 重 的 运 行 风 险 。后 ，其技术经济指标分析如下 。增 产 降 耗 效 益改 造 内 容在现 有 的 合 成 塔 框 架 基 础 西 侧 新 增台 合 成 塔 ，现 有 的 废 锅 西 侧 增 加台 废 锅 ， 并 入 系 统 后 原 合 成 塔 暂 停 使 用 ；新 增 台 循 环 气 油 分 ， 实 现 台 循 环 机 同 时 投 运 ； 新 增 台 补 气 氨 冷 ，降 低 新 鲜 气 温 度 ，提 高 循 环 机 效 率 。（） 大 幅降低合成系统 操 作 压 力 ， 节 约 电耗 。合 成 系 统 压 力 由 降 至 以 下（补 气 压 力 降 至 ）， 合 成 氨 系 统 运行 电 耗 预 计 下 降 （吨 氨），全 年 节约 电 费 万 元 以 上 。（） 大幅缓解压缩机二 段 及 六 段制 约生 产的 瓶 颈 问 题 ，增加合成氨产量 。预 计 改 造 后 压 缩 机二 段 进 口 压 力 可 以 下 降 至 ， 六 段 进 口 压 力 可 降 至 ； 在 保 持 工 艺 操 作 指 标 不 变 的 基 础 上 ， 每 班 可 增 产 液 氨 ， 全 年 经 济 效 益 万 元 以 上 。（） 为氨合成系统的压 力 容 器 、压 力 管 道 的 安 全稳定运行创造良好条件 ，为 氮 氢 气 压 缩 机 等大 型设备长周期运行创造良 好 条 件 。氨 合 成 系 统 压 力 下 降 后 ，各工序操作压 力 大 幅 下降 ，各 主 要 设 备受力状况好转 ，运 转 周 期 延 长 ，系 统 波 动 减 少 ，维 修 费 用 降 低 ， 全 年 创 造 间接经济效益约 万 元 。投 资 估 算（） 调 剂 设 备 及 工 艺 材 料 费 用 ：设 备 总 重 约，单 价 约元，总 价万 元 ；管 件 阀 门 等 费 用 万 元 。（） 设 备 拆 卸 、搬 运 与 安 装 等 费 用 万 元 。（） 工 艺 管 线 安 装 、检 测及电器仪表安装费 用 万 元 。（） 基 建 费 用 万 元 。（） 设 备 防 腐 及 保 温 费 用 万 元 。（） 配 套 电 仪（自 调 系 统）费 用 万 元（电 器万 元 、仪 表 万 元）。（） 合 成 催 化 剂 费 用 （以 、 约 ，万 元计）万 元 。（） 设 计 咨 询 费 等 万 元 。（） 热 力 管 线 费 用 万 元 。上 述 项 合 计 ，共 需 投 资 费 用 万 元 。投 资 回 收 期本 项 目 实 施 后 ，预 计 全 年 可 以 增 加 经 济 效 益余 万 元 ，投 资 回 收 期 约 为 。设 计 内 容技 术 经 济 指 标 分 析计 算 基 准 为 ， 合 成 氨 系 统 机 生 产 ， 班 产 氨 醇（液 氨班 ，甲 醇班），两 套 合 成 系 统 运 行 压 力 在 。 技 改 实 施装置的工程设计主要包 括 系 统 工艺 流程 的优 化 配置和主要设备规格型号 的 确 定 。氨 合 成 系 统 工 艺 流 程（图 ）图 氨合成系统工艺流程示意图 循 环 机 ； 循 环 油 分 ； 合 成 塔 ； 热 交 ； 后 置 锅 炉 ； 冷 排 ； 补 气 油 分 ； 补 气 氨 冷 ； 冷 交 ； 氨 分 ；氨 冷田 青 ： 合成氨装置升级改造新上 氨 合 成 系 统 简 介第 期 主 要 设 备（表 、表 ）使 用蒸 汽和 供 低 压 蒸 汽 公 共 管 网蒸 汽 。 氨合成系统操作弹 性 较 大 ，仍 有 一 定富余量可利用 （前 工 序 供 气 不足）。氨合成系统主要工艺操作指标见表。表 氨合成系统主要静止设备 序 号设 备 名 称规 格 型 号， （净 高 ）；总重 合 成 塔 外 壳；催 化 剂 容 积，表 氨合成系统主要工艺操作指标 合 成 塔 内 件电 炉 功 率 ，项 目省 颁 指 标确 保 指 标冷 交 换 器热 交 换 器 类 指 标合成塔入口压 力补 气 压 力合成循环气氢含 量入 口 微 量（正 常 生 产 时）（依 据 实 际 定）， ；重 量补 气 氨 冷（），重 量 循环气卧式氨冷器 ， ；重 量催化剂层热点温 度循环气立式氨冷器 合成塔出入口压 差循环机出入口压 差热交冷气进口压 力冷 交 出 口 压 力氨 分 离 器油 分 离 器 第一循环气油分 第二循环气油分 ；重 量 氨 分 出 口 压 力 类 指 标 氨冷器气氨压 力 后置锅炉产蒸汽压 力 循环气氨冷器出口温 度 类 指 标， ；重 量 ， 第 一 后 置 锅 炉 第 二 后 置 锅 炉，注 ：设 备 数 量 均 为 台（套）。表 氨合成系统主要转动设备 系 统 压 差放 氨 压 力循环气入口气氨含 量合成塔出口气氨含 量后置锅炉炉水总固体 物合成塔二次入口温 度合成塔一次出口温 度合成塔二次出口温 度第一后置锅炉出口温 度第二后置锅炉出口温 度水冷器入口温 度 水冷器出口温 度 循环气甲烷含 量 后 置 锅 炉 液 位合成塔塔壁温度（上 中 下）充 降 压 速 率后 置 锅 炉 炉 水 后置锅炉炉水总碱 度后 置 锅 炉 炉 水 值 补充气氨冷温 度 冷 激 气 温 度序 号 设 备 名 称型 号 及 参 数； ， 循 环 机； ， 循 环 机； ， 循 环 机 注 ： 设 备 数 量 均 为 台 ， 设 备 数 量 为 台 。生 产 运 行 情 况技 改 实 施 后 ，依 据 公 司 制 定 的 高 压氨 合 成 原 始 开 车 方 案，分步进行催化剂的装填 、升 温 还 原 ，轻 负 荷生产后 系 统转为满负荷运行 。为 了 使 还 原 后 的 催 化 剂 结 晶 稳 定 ，还 原 结 束后 ，至 少 要 维 持 以 上 轻 负 荷 生 产 ， 系 统 压 力 控 制 在 ， ， 其 余 各 项 指 标 趋 近 正 常 指 标 。催 化 剂 升 温 还 原 ，系 统 轻负荷运行一段时间 后 ，氨 合 成 系 统 并 入 大 系 统 正 常 生 产 。 经 单 独 计 量 考 核 ，氨 合 成 系 统 新 鲜 气 补 充 量 平 均 为，吨 氨消耗精炼气按 计 算 ，则 氨 产 量 为 ； 同 时 副 产 供 尿 素 系 统结语年 月 装 置运行以来的结果表明 ，新（下 转 第 页）化 工 设 计 通 讯第 卷升 高 而 升 高 ，因 此 ，控制 沸 腾水压力是控制反应 器 温 度 的 关 键 。热点温度 及 出口甲醇含量与沸腾 水 压 力 的 关 系 如 图 所 示 。出 口 甲醇的摩尔含 量 可 以 达到 一个 最 大 值。模 拟 结 果 可 以 指 导 实 际 生 产 ， 也 可 为 后续的优化控制提供重要 参 考 。参 考 文 献 ： ： ， （）： 应 卫 勇 ， 曹 发 海 ， 房 鼎 业 编 著 碳 一 化 工 主要产品生产技 术 北 京 ： 化学工业出版社 ， 胡 国 静 ， 张 树 增 ， 王 键 红 型甲醇合成反应 器 的动 态 模 拟 计算机与应用化学 ， （）： 应 卫 勇 ， 房 鼎 业 ， 朱 炳 辰 ， 等 大 型 甲醇合成反应器模拟 设 计 华东理工大学学报 ， （）： 宋 维 端 ， 朱 炳 辰 ， 王 弘 轼 ， 等 铜 基 催 化 剂 甲 醇 合 成 反 应 动 力 学 （ ） 本 征 动 力 学 模 型 化 工 学 报 ， （）： 应卫勇，房鼎业，朱炳辰铜基催化剂上甲醇合成反应 宏观动力学 华东理工大学学报 ，（）： 李 忠 ， 谢 克 昌 编 著 煤 基 醇 醚 燃 料 北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ， 石 玉 千 ， 李 涛 ，应 卫 勇 ， 等 大 型 甲 醇 合 成 反 应 器 工 况 的 数 值 分 析 高 校 化 学 工 程 学 报 ， （）： 陈 霁 威 ， 黄 道 对 甲 醇 合 成流程的模拟 研 究 中国控制与决策学术年会论文集 ，： ， ，（）图 热点温度及出口甲醇含量与沸腾水压力的关系 由 图可 知 ，当 沸 腾 水 压 力 由升 高到 的 过 程 中 ， 热 点 温 度 逐 步 升 高 ； 出 口 甲 醇 含 量 有 一 个 最 大 值 ， 此 状 态 下 对应 的 热 点 温 度 为 ， 沸 腾 水 压 力 为。 此数 值 与动 态模拟控制参数波 动 图 完 全 吻 合 。结论通 过 对 型 甲 醇 合 成塔进行动态模拟 ，结 合 某 厂 的 生 产 实 际 ， 主 要对反应器温度的控 制 ，以 及 其对 各 生产指标的影响进行了模拟研 究 。型 甲 醇 合 成 塔 床 层 温度直接由控制沸 腾 水 压 力 来 实 现 ，由 模 拟 分 析 结 果 可 知 ，控 制 沸 腾 水 压 力 在 ， 此 时 反 应 器 的 热 点 温 度 为 ； 在 此 操 作 条 件 下 ， 反 应 器櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃（上 接第 页）型 氨 合 成 系 统 设 计 合 理 ， 且 产 量 高 ， 反应 热 回 收 利 用 充 分 ，运 行 安 全 可 靠 ，综 合 节 能 效果 明 显 ，合成 氨 产量及各 项 经济指标均达到设计 要 求 ；在 传 统 合 成 塔 内 件 基 础 之 上 ，改 造 成 功 的氨 合 成 系 统 、中 低 压 设 备 和 内 件 全 部 由 国内 设 计 制 造 ，运 行 多 的 时 间 ， 各 项 技 术 指 标 均 达 到 或 优 于 设 计 指 标 。该 塔 内 件 、工 艺 流 程 及其 配 套 的 设 备 诸 多 突 出 优 点 如 下 。（） 使 用 、 废 锅 （即 后 置 锅 炉 ）串 联 新 技 术 ，节 省 投 资 ，其 结 构 简 单 ，极大降低了锅炉 炉 管 的 安 全 生 产 风 险 。（） 氨 合 成 系 统 设 计 压 力 ，实 际 运 行 压 力 ； 改 进 的 合 成 塔 配 套提 温 型 二 进 二 出 余 热 回 收 锅 炉 工 艺 ， 配 套 双 废锅