合成氨工艺总流程与压缩机

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，压力巴（绝）、温度30C，含总硫的天然气，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 巴（绝）、温度114C。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%H， 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以下，因此转化前必 须脱硫。经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管（03

2、-B002E0幼加热至370C，于钻-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。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，控制水碳比为左右、温度在372C。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、C。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巴、温度804 C，含CH。含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500C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1250C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983C左右，残余甲烷含量 % 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328C、125巴的高压蒸汽。出（03-E001）温度5

4、88C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 C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將蒸汽过热至535C,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。370C的转化工艺气，自高温变换炉顶部进入，于铁-铬系催化剂条 件下进行反应，温升到444C,

5、 CO含量降至。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 375C, 继入锅炉给水预热器（04-E002），降温至204 C，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 236C, CO含量为。低变气在锅炉给水预热器（04-E003）中换热，冷 却至176C，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 CQ17%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（0

6、5-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95C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CC2含量降至，再经上塔吸收，从塔顶逸 出的脱碳气，温度70C, CC2含量却为。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，实现汽提，达到再生目的。解吸塔顶部压力控制为巴（

7、绝）时，塔底溶液温度为118C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 巴（绝），此时溶液温度为100C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 70C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

8、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98C。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（巴、94 C）排出的CC2气，入脱盐水预热器 （0

9、5-E004A/B、水冷却器（05-E007A/B 换热，冷却至40C。此CC2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120C，送回（05-E001、作为锅炉给水用。分离器分 离出的CC2气，送尿素装置CC2气压缩机的吸入端。5、甲烷化脱碳气中含CO、%CQ是远远超过对合成气中（CO+ CO） 的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO和CC2。70C的脱碳气，在换热器（06-E001）中被加热至30

10、0C，入甲烷 化炉（06-R001），反应放热，温升至336C左右。此热气在换热器（06-E001） 中被冷却至100C。继入水冷器（06-E003）中，冷却至40C,气中含（C0+ CO2） ，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，当压力巴、 440C时，平衡氨含 量为%。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），在巴、40C下，经分离器（07-F001） 分离水份，入离心式合成气压缩机（07-K001），经一段压缩至巴、112C, 此时少量气体

11、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，压缩至巴、 100 C。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5C此时新鲜气的水蒸汽和 CC2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0.9C，继入第二氨冷器（08-E006），降温至-10 C,在该 温度下大部分气氨冷凝。随之物流入氨分离器（08-F001）,分离下来的液氨入氨闪蒸槽（0

12、8-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（巴、32C）,经热交换器（08-E002），温升至239C左右，入合成塔（ 08-R001）105巴、239C、含NH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、414C、含Nf，入废热锅炉（08-E001）回收热量，产生127巴、329C的高压蒸汽。合成 气被冷却至 275 C，继入（08-E002）、（08-E003）

13、、（08-E004）换热器换 热，合成气温度分别降至53C、38C、23C,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） %,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（-15C、巴）来自第一氨冷 器（08-E005及气体冷却器（10-E004）的气氨（05C、巴），分别进入氨 压缩机又称冰机（09-K001） 段的

14、吸入侧，经一段压缩的出口气氨（86C、 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42C、巴压力下进入（09-K001）的二段吸入侧，压缩至巴、 100C，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-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）

15、、（08-E006）和气冷器（10-E004）使用。冷氨用泵（08-P001A/B）提压至巴、20C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 %，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CO2 - NH3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

16、部，用净 化水吸收，出吸收塔气体中含氨 %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（ 0

17、9-E001）。汽提塔底流出的氨水浓度为 %（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NH3 - CQ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，

18、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。液氨在巴、3C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、压缩和制冷过程，共设

19、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l402K

20、g/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（02-K001-D001）。流程

21、图3. 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，最终排出压力为巴这一压缩比小而段数少的特征，选用了双缸三段 的BCL407-2BCL40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。在38巴40C入（07-K001） 段，压缩至巴，温度 112C。出一段合成气约h的气量送脱硫钻-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。出二段气压力为巴、100C，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