合成氨实用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2.25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52.5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%,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

2、流段盘管（03-B002E04）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2.75左右、温度在372Co此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管（ O3-BOO2EO1A） 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-B

3、002E01B）的混合气加热至580C。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 C，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0.9% 以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷

4、却器(03E001)使之产生328C、125巴的高压蒸汽。出(03-E001)温度588C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),将蒸汽过热至535C,再分别送入冰机和发 电机的蒸汽透平作动力。3、变换CO

5、 变换采取高低变流程。370 C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, 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375C, 继入锅炉给水预热器（04-E002）,降温至204C，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0.36%。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

6、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 CO2 含量降至 0.4%，再经上塔吸收，从塔 顶逸出的脱碳气，温度70C,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

7、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1.52巴（绝）时，塔底溶液温度为118C左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

8、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

9、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、94C)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 40C。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120C，送回(05-E001 )作为锅炉给水用。分离器分 离出的C

10、O2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（C0+CO2） 的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO和CO2。70C的脱碳气，在换热器（06-E001）中被加热至300C，入甲烷 化炉（06-R001）,反应放热，温升至336 C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（CO+ 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 98.24巴、440C时，平 衡氨含量为17.92%。因此，大

11、量未参与合成的N2.出应循环使用。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 C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65.4巴、 112C，此时少量气体送脱硫，用于钻-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、100C。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CO2气被冷凝，于分离器（07-F003）中分离掉。自（07-F003）

12、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（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、32C）, 经热交换器（08-E002），温升至239 C左右，入合成塔（0

13、8-R001）。105巴、239C、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 C、含 16.36%NH3，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275C,继入（08-E002）、（08-E003）、（ 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） 1.86%,在不断循环过程中惰气的含量

14、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、2.36巴）来自第一 氨冷器（08-E005）及气体冷却器（10-E004）的气氨（05C、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（86C、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 42C、9.08巴压力下进入（09-K001） 的二段吸入侧，压缩至16.6巴、100C，经水冷器（09-E0

15、02A/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）、（ 08-E006）和气冷器（10-E004） 使用。冷氨用泵（08-P001A/B、提压至22.6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

16、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 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-C0

17、02）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( 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-P0

18、01A/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 - CO2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 2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，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

19、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、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

20、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 1 000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 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

21、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 3

22、8 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 2、出混合气，即合成 气，其中含水分0.19%。在38巴40C入（07-K001） 段，压缩至65.4 巴，温度112C。出一段合成气约45.4Kmol/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101.95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，危害设备。为了确保安全生产，必须清