氨合成造气车间操作规程

-1-合成氨操作规程-2-第一章天然气造气第一节岗位任务入厂天然气脱硫合格后，经过转化、变换、净化为合成氨制备合格的氮氢气，并为其他工段提供所需的蒸汽。第二节天然气造气的基本原理一、天然气加压蒸汽转化的基本原理由于气态烃中主要组分是甲烷，并且其他烃类转化反应与甲烷基本相同，因此这里只介绍甲烷蒸汽转化。烃类蒸汽转化是指以气态烃为原料在一定压力、温度及催化剂的作用下，按下列反应进行以制取合成氨或合成甲醇所用的原料气，其主要反应如下：CH4+H2O=CO+3H2CH4+2H2O=CO2+4H2CO+H2O=CO2+H2在一定条件下，甲烷蒸汽转化过程中还可能发生下列析碳反应：CH4=C+2H2-Q2CO=CO2+C+QCO+H2=C+H2O+Q对于甲烷的同系物，例如乙烷、丙烷、丁烷等，与蒸汽转化反应，可以在低温下进行，反应通式为：CnH2n+2+nH2O=nCO+（2n-1）H2-Q我公司转化工序采用双一段加二段转化，在方箱一段炉里，烃类和水蒸汽在反应管内的镍触媒上反应，由管外天然气燃烧提供反应所需热量，而换-3-转炉内烃类和水蒸汽在反应管内的反应所需热量由二段出口气体提供。一段炉和换转炉的气体进入二段炉，在二段炉里加入空气或纯氧燃烧放热，又继续进行甲烷的转化，经二段转化后，可使粗原料气达到下列要求：1、制取合成氨原料气（1）H2+CO/N2(分子比)在2.8—3.1左右（2）残余甲烷在0.3—0.5%左右。2、制取甲醇原料气（1）H2-CO2/CO+CO2=2.1—2.2（2）残余甲烷在0.3—0.5%左右二、一氧化碳变换的基本原理一氧化碳不是合成氨所需的直接原料组分，而且对氨合成催化剂有害，在送往合成氨工序之前，必须将一氧化碳彻底清除，生产中一般分为两步除去，首先，利用中温变换与低温变换相结合方法将一氧化碳与水蒸汽作用生成氢和二氧化碳，将大部分一氧化碳变成二氧化碳，这一过程称为一氧化碳的变换。其反应机理为：CO+H2O=CO2+H2三、甲烷化反应的基本原理甲烷化法清出H2、N2混合气中少量的一氧化碳和二氧化碳，是在一定条件下使二者与氢反应生成甲烷，要求甲烷化前CO+CO2低于0.7-1.0%，而反应后气体中CO+CO2小于10ppm。其反应机理如下：-4-CO+3H2=CH4+H2OCO2+4H2=CH4+H2O第三节工艺流程说明一、合成氨工序造气流程：经加压脱硫来的天然气和蒸汽混合分别送进各自的混合气预热器预热后进入箱式一段转化炉和换热式转化炉进行转化反应，反应后的气体和甲醇工段送来的驰放气进入二段炉。压缩送来的空气，经过空气预热器预热达到一定温度后进入二段炉，空气中的氧与转化气中的氢燃烧释放热量在二段炉内继续进行甲烷转化（当有甲醇弛放气时，配适量的纯氧）。出二段炉的工艺气体进入换热式转化炉的管间，作为热源供换热式转化炉转化管内天然气的转化，然后管间的二段转化气离开换热式转化炉进入换转炉的混合气预热器，预热进换转炉的混合气，换热后的二段转化气经过废热锅炉进一步回收热量产生蒸汽，气体降至一定温度后进入中温变换炉进行一氧化碳的变换，中温变换炉出来的气体进入甲烷化第二换热器，预热甲烷化入口气，换热后的中温变换气进入中变废锅，气体降至一定温度后进入低温变换炉，进一步将一氧化碳变换为二氧化碳，出低温变换炉一氧化碳达到≤0.3%，经低变废锅回收部份热量产蒸汽，回收热量后的低变气进入脱碳系统低变气再沸器预热再生塔底部溶液，最后进入低变冷却系统降温至35℃以下进入压缩工段或碳化工段。脱碳来的净化气或压缩来的碳化气进入甲烷化第一换热器预热后进入甲烷化第二换热器进一步预热，气体达到一定温度后进入甲烷化炉，残余的一氧化碳和二氧化碳在镍触媒作用下生成甲烷，使CO+CO2的含量＜10PPm，甲-5-烷化出来的气体进入甲一换回收部份热量后进入甲烷化第一、第二冷却器，气体温度降至35℃以下送压缩加压，最后送往合成氨工序。二、甲醇造气流程经加压脱硫来的天然气和蒸汽混合分别送进各自的混合气预热器预热后进入箱式一段转化炉和换热式转化炉进行转化反应，反应后的气体进入二段炉。空分来的氧气经预热后达到一定温度进入二段炉，氧与转化气中的氢燃烧释放热量在二段炉内继续进行甲烷转化。出二段炉的工艺气体进入换热式转化炉的管间，作为热源供换热式转化炉转化管内天然气的转化，然后管间的二段转化气离开换热式转化炉进入换转炉的混合气预热器，预热进换转炉的混合气，换热后的二段转化气经过废热锅炉进一步回收热量产生蒸汽，气体降至一定温度后根据甲醇合成气体成分情况通过中变近路阀调整入中温变换炉的气量进行一氧化碳的变换，以便调整气体成分。中温变换炉出来的气体和中变近路转化气进入甲化第二换热器，预热甲醇合成来的弛放气，换热后的中温变换气或转化气进入中变废锅，气体降至一定温度后根据中变气体的成分通过低变近路阀调整入低温变换炉的气量，进一步调整气体成分，低变炉或低变近路来的气体经低变废锅回收部份热量产蒸汽，回收热量后的气体进入脱碳系统低变气再沸器预热再生塔底部溶液（若脱碳未开就不经过再沸器），最后进入低变冷却系统降温至35℃以下进入压缩工段。压缩来的气，根据甲醇合成气体成分情况，通过吸收塔近路阀调整气量控制成分，合格气体送压缩加压后到甲醇合成。第四节触媒升温还原（一）一、二段炉、换转炉升温还原1、升温还原控制指标如下表，根据催化剂性能不同，控制指标也有所不同-6-阶段名称一段炉二段炉换热式转化炉升速℃/小时时间h累计n备注空气升温常温-150220＞1302077系统压力0.3～0.4开脱硫150恒温1522150～30015～207-829300恒温1241蒸汽升温300～500400＞420251253开始加天然气550恒温457550～65060050259一二段催化剂还原650～720600～900420～70020564二段炉加空气换转炉加天然气720900恒温69720～68085020712、升温还原要求和注意事项（1）空气升温一般将一段转化炉、二段转化炉、换热式转化炉同时进行空气升温。空气升温的目的是将催化剂从常温预热到一定程度，以便下一步导入水蒸汽时不产生冷凝水，空气升温不能把温度升得过高，以免催化剂中石墨与空气燃烧。升温的热源来自一段炉辐射段的烧嘴。（2）蒸汽升温空气升温切换为蒸汽升温，事先要确认床层温度已足够高，导入蒸汽后不会冷凝。（3）催化剂的还原一段炉出口温度升至650℃以上时，向水蒸汽中加入少量脱硫合格天然气进行还原，稳定一段时间后向二段炉加空气，视二段温度情况向换转炉加天然气进行还原。（二）中变催化剂的升温还原-7-1、升温还原控制指标阶段温度区间升温速度℃/h时间备注空气升温常温-120120120-18025020523蒸汽升温180-220153还原220-4201020蒸汽配转化气加压放硫420-390048转化气2、注意事项（1）空气升温结束后，在配入还原气以前应用蒸汽进行置换，并置换彻底，以免残存氧含量高重新被氧化，放出大量的热而烧毁催化剂。（2）在升温还原过程中，安排几次恒温，以拉平床层温度。（3）CO对Fe2O3的还原能力很强，浓度从0.5%,1%,2%……慢慢增加，以防止CO浓度过高，使催化剂的温度急剧上升。（4）催化剂在350℃时，其还原就可达到90%以上，最高还原温度应严格控制，不超过正常操作温度上限。（5）放硫时间根据中变催化剂的性能决定。（三）低变催化剂升温还原1、升温还原控制指标阶段温度区间升温速度℃/h时间备注空气升温常温-120120120-1701702002005234有条件的最好用氮气升温蒸汽置换升温170-200152还原200-210在温度区间稳定操作，提温时蒸汽配氢0.3-2%六次调节配氢2-5%，五次调200-210210-220-8-2℃/次节5-30%逐渐加大加压投产1902、注意事项（1）氢浓度控制从还原初期的0.1-0.5%，随着反应的进行，逐步提高到2%，还原末期可增至10-30%.（2）最终还原温度通常控制在210℃，还原过程中任何一点温度不宜超过230℃。（3）配氢原则：提温不提氢，提氢不提温，少配勤配。（四）甲烷化升温还原1、升温还原控制指标阶段温度区间升温速度℃/h时间备注脱碳气升温常温-120120120-250250-30020020105475还原300300-400400400-43001001041083降温投产430-30030042、注意事项（1）催化剂温度低于150℃时，升温载气中不应会有CO和水蒸汽，以免生成羰基镍，降低催化剂的活性或由于水的冷凝，影响摧毁催化剂的强度。（2）当温度升至70℃左右时，催化剂内含有大量的吸附水放出，并使床层形成一个自然恒温区。此时应严格控制甲烷化入口温度不高于120℃，为有利于释放吸附水并拉平床层温差，应作一次恒温。-9-（3）当温度升到300℃时，应作一次恒温，并严格控制CO+CO2含量不大于1%。（4）催化剂还原期间最高温度不应超过450℃。（5）还原结束后，降温至300℃后逐步加压至正常操作压力，进出H2基本相等，CO+CO220ppm，投入正式生产。第五节造气系统正常开停车一、系统正常停车在合成氨装置运转的情况下，不可避免会遇到问题，为了对全系统或部分设备进行检查或修理，则须按正常停车的程序进行有计划有步骤的停车操作。这种停车操作与事故状态下的紧急停车完全不同，为了保护好设备，保证安全，必须是有条不紊按步骤进行。停车的范围可根据具体情况的需要，对部分工序或全部工序进行停车操作。如需要进行检查、修理，就对有关部分进行降温、卸压，对触媒甚至进行钝化，并进行置换合格，按有关规定处理妥当，其余部分则可在系统隔绝的状态下，保温、保压，这样，一旦检修结束后，便可迅速恢复正常运转。当氨合成工序开始减负荷时，造气工段也相应减低，在合成工段继续减负荷至压缩切氢氮气时，造气工段可将负荷减至一机，气体改在变换炉后放空，若甲醇合成弛放气回收到旧系统，根据情况切甲醇驰放气进二段炉，切配加纯氧管线，断开纯氧，只允许空气进入二段炉。根据二段炉触媒层的温度对加入的空气进行减量，以小于50℃/h的速度来降温控制，直至加空气阀全关，同时控制对流段中烟气入口温度，以调节一段炉燃气为调节手段。-10-当二段炉出口温度降到680-780℃时，可以切断空气，二段炉停加空气后，停中低变，改为二段后放空。逐渐减少进一段炉的原料气和燃烧气量，当一段炉出口温度达500-550℃时，停止向一段炉送原料气，顶部烧嘴逐步减少并全部熄灭，在降温的过程中蒸汽要保持足够量，使炉管受热均匀。待一段炉出口温度在240℃左右时停供蒸汽，水夹套继续通水，直至二段炉温度降至50℃后才停夹套水。锅炉系统停止循环，可加水置换或使系统充满水，并打开汽包放空阀，如需检修则将水排尽。检查系统空气、天然气、燃烧气及弛放气、纯氧等阀门是否符合停车状况，排尽各分离器冷却水，根据用水情况停相应的泵。二、开车当系统长期停车后开车，一、二段炉、换热式转化炉开始阶段可用空气升温，短期停车后开车不必采用。以下以长期停车后开车介绍。1、对系统进行全面检查，运转设备试车合格，各管线、阀门状况符合开车条件。2、燃烧天然气管线、烧嘴试漏试压合格。3、启动引风机，对一段炉进行抽风置换，15-20分钟后停引风机，一段炉取样做动火分析，取样完毕再次启动引风机运行，等待点火。分析合格后，分析员、安办双方认可，由安办鉴发动火证，操作工方能点一段炉烧嘴进行升温。4、空气升温流程-11-工艺空气从外工段来进如天然气预热器（一），再进天然气预热器（二），再去混合预热气然后去一段、二段炉放空。过程中注意事项有：盲断氧化锰进口管线，拆空气进天然气预热器盲板、天然气预热器进混合气预热器管线盲板，以确保安全。5、当触媒温度升至蒸汽露点温度以上时，根据蒸汽压力情况，切换为蒸汽升温。切换蒸汽时盲断天然气预热器进混合气预热器管线，拆氧化锰进口盲板，排尽蒸汽管道冷凝液，导蒸汽入炉。6、根据温升情况调整一段炉烧嘴用量和换热式转化炉的通气量。7、蒸汽升温至一段炉出口温度＞450℃