原料气精制和氨合成系统开车运行总结 - 南京国昌化工科技有限公司_

原料气精制和氨合成系统开车运行总结张兴德张培玉山东联盟化工股份有限公司邮编：2627001概述山东联盟化工股份有限公司地处山东寿光市，合成氨生产能力300kt/a，主要产品有400kt/a尿素、175kt/a甲醇等。2005年公司领导根据化肥、甲醇的市场行情和企业发展的需要，审时度势，本着“生产扩能、节能降耗、环保优先、提高效益”的原则，决定分两步实施“36·60”工程，一期工程合成氨能力180kt/a、尿素300kt/a，同时副产甲醇60kt/a，要求尽可能采用经过考验，技术成熟，切实可行的先进工艺和设备，以确保安全生产，清洁生产，并为科学管理，文明生产，减少检修工作量创造条件。公司经考察、论证后决定选用南京国昌化工科技有限公司的“全自热非等压醇烷化”工艺和氨合成技术，并委托国昌公司对合成氨原料气净化和氨合成装置进行设计。2系统组成2.1“全自热非等压醇烷化”系统“全自热非等压醇烷化”系统由中压醇化、高压醇化和高压烷化三个子系统组成，工艺流程见图1。图1“全自热非等压醇烷化”工艺流程示意图2.1.1中压醇化系统中压（12.0～16.0MPa）醇化装置以产醇为主，将脱碳气中3.5～8.0%的CO+CO2大部分（80～90%）转化为甲醇。通过中压醇化系统，醇氨比、甲醇产量调节灵活，同时可以控制进入高压醇化系统工艺气中CO+CO2含量在1.50～1.80%的指标范围内。中压醇化系统的主要设备是中压醇化塔，采取南京国昌公司的GC—R202Y型二轴二径催化剂自卸结构，下部设有换热器，见图2。该塔操作弹性较大、塔阻力低，其主要技术参数见表1。表1GC－R202Y型φ1600中压醇化塔主要技术参数塔型GC—R202Y二轴二径催化剂自卸式结构塔径mmφ1600塔净空高mm18000催化剂装填量m319.5设计生产能力ktCH3OH/a50内件运行阻力MPa～0.3来自原料气压缩机（0）五段出口脱碳气体（12.0MPa）与中压醇化循环机（1）出口气混合后进入油水分离器（2），分离油水后进入中压醇化塔（3）内外环隙换热冷却塔壁，由下部进入中压醇化塔下部换热器管外换热，温度升至210℃左右由中心管升至0米与f0冷激气混合后进入第一轴向层反应，反应后的气体与f1冷激气在菱形分布器混合后进入第二轴向层反应，反应后的气体与f2冷激气在外分布筒混合后沿径向进入第一径向层反应，反应后的气体在内集气筒与f3冷激气混合后沿径向进入第二径向层反应，反应后250℃的气体进入中压醇塔下部换热器的管内换热，温度降至120℃依次去软水加热器（4）和水冷器（5），气体温度降到35℃左右进中压醇分离器（6）进行气液分离，分离甲醇后的气体去压缩机的六段进口，经压缩机加压后去高压醇化系统。图2中压醇化塔结构示意图2.1.2高压醇化系统高压醇化装置以净化为主，系统进口气体中CO+CO2控制在1.50～1.80%能够保证系统自热反应而又不需开循环机。在高压条件下CO、CO2醇化反应的转化率非常高，系统出口气体中的CO+CO2≤200ppm，保证了工艺气极高的净化度。高压醇化系统的主要设备是高压醇化塔，采取南京国昌公司的GC－R202Y二轴二径催化剂自卸结构（见图3），高压醇化塔的主要技术参数见表2。表2GC－R202Y型φ1400高压醇化塔主要技术参数塔型GC－R202Y二轴二径催化剂自卸式结构塔径mmφ1400塔净空高mm16000催化剂装填量m314.5生产能力ktCH3OH/a≥10内件运行阻力MPa～0.3来自压缩机（0）六段出口25.6MPa的气体，经高压醇烷化系统的新鲜气油分（7）分离油水后进入高压醇化塔（9）内件与环隙之间自上而下换热，换热后的气体经高压醇化换热器（10）进一步提温后，进入高压醇化塔内件下部换热器，温度升至210℃由中心管进入催化剂床层反应（催化剂床层气体路径与中压醇化塔相似，此处略），温度升至240℃，气体中CO+CO2≤200ppm时出塔，依次进入高压醇化换热器（10）、高压醇化水冷器（11），温度降到35℃左右进入高压醇化甲醇分离器（12），分离副产的甲醇后去进高压醇洗塔（13），洗涤分离后的气体去高压烷化系统。2.1.3高压烷化系统高压烷化系统的作用是将高压醇化系统出口工艺气中微量的CO+CO2（≤200ppm）甲烷化反应，深度净化工艺气，确保高压烷化系统出口工艺气中的图3高压醇化塔结构示意图CO+CO2≤10ppm。表3GC－R201Y型φ1200高压烷化塔主要技术参数塔型GC－R201Y二轴一径催化剂自卸式结构塔径mmφ1200塔净空高mm16000催化剂装填量m311.5内件运行阻力MPa～0.2高压烷化系统的主要设备是高压烷化塔（图4），采取南京国昌公司的GC－R201Y型二轴一径催化剂自卸结构（见图4），高压烷化塔的主要技术参数见表3。来自高压醇化系统的气体进入高压烷化换热器（14）换热，温度升到180℃左右后进入提温换热器（15）换热，换热后的260℃高温气体进入高压烷化塔（16）催化剂床层反应，将气体中微量的CO+CO2（≤200ppm）转化为H2O和CH4，反应后的气体离开烷化塔进入高压烷化换热器的管内换热，温度降到65℃左右进入高压烷化水冷器（17），离开高压烷化水冷器的35℃气体进入高压烷化氨冷器（18）进一步冷却，气体温度降到8℃进入高压烷化水分离器（19）进行气液分离，分离后的气体（CO+CO２含量小于10ppm）去氨合成系统。“全自热非等压醇烷化”工艺中，中压醇化系统单独配置循环机（1）。高压醇化和高压烷化共同设置循环机（20），通过设置控制阀门做到各自独立或串联使用。由于高压醇烷化正常不开循环机（20），主要在催化剂升温还原和开停车时使用，高压醇烷化循环机（20）配置一图4高压烷化塔结构示意图台，氨合成循环机通过阀门的切换可以作为高压醇烷化循环机的用途。2.2氨合成系统2.2.1氨合成塔氨合成系统的核心设备是氨合成塔，采取南京国昌的GC—R212ZY型二轴二径催化剂自卸结构，一个层间换热器和一个下部换热器均处在催化剂中间（见图5），其主要技术参数见表4。表4GC—R212ZY型φ2000氨合成塔主要技术参数塔型GC—R212ZY型二轴二径催化剂自卸式结构塔径mmφ2000塔净空高mm18000催化剂装填量m333.5生产能力kt/a经济运行：180实际能力：≥200内件运行阻力MPa0.4～0.60.4～0.62.2.2工艺流程经循环机（1）加压的循环气进入循环机油分（2）分离气体中的油，分离后的循环气分两路：一路约占总气量30％的气体作为合成塔一次气沿氨合成塔（4）塔壁自上而下，冷却塔壁后一部分用作冷激气送至塔顶作为f2冷激气调节第一径向层温度，另一部分气体与另一路约占总气量70％的气体混合进入热交换器（3）管间，与管内气体换热至180℃后分四路进入氨合成塔。①f0塔副线由塔顶进入氨合成塔调节零米温度；②f1冷激气从塔顶进入催化剂层调节第二轴向层温度；③f3从塔底进入一径向层中心换热器，调节第二径向层温度；④二次入塔气经下部换热器换热后与f3汇合进入层间换热器；反应后的工艺气经下部换热器换热后，温度～300℃离开氨合成塔。反应后的气体经废热锅炉（5）换热副产1.3MPa的蒸汽后进入换交换器管内加热入塔气，图5氨合成塔结构示意图换热后进入水冷器（6）冷却至36℃左右进入冷交换器（7）换热段回收冷量，然后进入冷交换器的分离段分离液氨。分离液氨后的气体进入氨冷器（8）降温后与补充的新鲜气汇合进入氨分离器（9）进行气液分离。分离后的气体进入冷交换器壳程换热，换热后的气体经循环机提压、热交换器换热后进入氨合成塔进行氨合成反应。冷交换器和氨分离器分离下来的液氨送往氨罐（见图6）。图6氨合成系统工艺流程示意图3催化剂的升温还原及系统运行3.1催化剂的升温还原中压醇化、高压醇化、高压烷化、氨合成的催化剂升温还原期间比较顺利，从2006年9月29日20:30高压烷化升温开始，到2006年10月13日06:00四套系统的催化剂陆续还原结束转入轻负荷运行。由于新建装置较大，单元数较多，因此为了稳妥起见，催化剂首次升温还原的顺序：首先利用脱碳气对高压烷化催化剂进行升温还原，再利用合格的烷化气（即高氢）对中压醇化催化剂还原，中压醇化催化剂还原还未结束时对高压醇化催化剂升温还原，合格的烷化气最后供氨合成催化剂升温还原。3.1.1非等压醇烷化系统催化剂的还原高压烷化塔装填四川亚联生产的KJ108-2Q型镍系催化剂11.28m3，20个小时顺利完成了升温还原。中压、高压醇化塔催化剂装填南化研究院生产的C207和C306，全部采用高氢、高空速整体还原法。升温还原过程分为升温期、还原初期、还原中期和还原末期四个阶段，在整个还原过程中催化剂床层温度控制平稳、出水顺利。中压醇化和高压醇化催化剂升温还原时间均为85小时左右。3.1.2氨合成催化剂的还原氨合成系统采用浙江工业大学研制的A301亚铁基氨合成催化剂，装填量33.5m3。还原过程采用分段还原法，每段升温还原出水均错开进行，上段催化剂还原主期结束，下段催化剂进入还原初期，保证在还原过程中水汽浓度指标合格，同时避免上段催化剂大量出水，下段催化剂出现反复氧化还原的现象，从而保证了还原后的催化剂具有较高的活性。各层催化剂依次经过升温期、还原初期、还原主期、还原末期四个阶段，整个升温还原过程按照“三高四低”（高空速、高氢、高电炉功率和低水汽浓度、低温、低氨冷温度、低压力）的原则进行，床层温度及其它各项指标控制平稳。氨合成催化剂升温还原190小时。3.2系统运行2006年10月13日氨合成催化剂还原结束后，系统转入轻负荷并逐步加负荷，平均达到日产合成氨600吨，甲醇（折精醇）230吨，根据估算中压醇和高压醇产量分别为195吨和35吨。如果前工序条件具备，中压醇产量还可以适当提高。高压醇不带电炉不开循环机，进塔气中CO+CO2含量1.2～1.8%能够完全实现自热平稳操作。系统自投运以来，生产一切正常，满足了设计的要求（见表5）。4结论根据生产的运行情况可知：南京国昌化工科技有限公司的“非等压醇烷化”和氨合成技术在我公司“36·60”一期工程应用非常成功，系统运行安全、稳定、可靠，运行指标达到或优于设计值。4.1非等压醇烷化系统（1）操作弹性大，将原料气中CO+CO2几乎全部转化成甲醇副产品，醇氨比调节灵活，完全实现了调整产品结构和净化的目的。（2）净化度高：高压醇化系统出口CO+CO2为140～180ppm，烷化气的微量CO+CO2≤5ppm，对减少有效气体损失，保护合成氨催化剂，延长合成氨催化剂使用寿命十分有利。（3）φ1600中压醇化塔、φ1400高压醇化塔和φ1200高压烷化塔操作方便，调节控制平稳，各催化剂层升、降温快捷易行，催化剂升温还原操作方便、催化剂还原彻底。（4）中压醇化系统、高压醇化系统、高压烷化系统阻力小，有效地降低了压缩机功耗。（5）系统实现自热平衡，高压醇烷化装置正常生产时不开循环机。表5系统生产运行数据（2007年1月9日）运行指标设计值运行值备注φ2000氨合成系统合成氨产量t/d600600压缩机满量为600t/d系统压力MPa25.022～23塔阻力MPa≤0.6～0.5系统阻力MPa≤1.8～1.7氨净值%≥12～11（分析数据）循环机三台全开（设计两开一备）12.5（计算数据）入塔甲烷含量%16～23入塔氨含量%3.0（氨冷0～-5℃）～3.0（氨冷0℃）合成塔同平面温差℃≤25≤18φ1600中压醇化系统系统压力MPa15.010～12醇化塔阻力MPa0.60.33系统阻力MPa1.00.4系统进口CO+CO2%4～86～8系统出口CO+CO2%0.7～1.5～0.7φ1400高压醇化系统系统压力MPa25.022～24醇化塔阻力MPa0.6≤0.1系统进口CO+CO2%1.2～1.81.2～2.0系统出口CO+CO2ppm≤20050～160φ1200高压烷化系统系统压力MPa25.022～24烷化塔阻力MPa0.6≤0.1系统进口CO+CO2ppm≤2