01合成氨总控岗位操作规程1

四川美丰绵阳分公司文件编号MF/GC-3-01-111QHSE操作规程合成氨总控岗位操作规程版本/改次：A/0第1页共14页合成氨总控岗位操作规程1.岗位主要任务以天然气为原料，采用干法脱硫至H2S≤0.2mg/Nm3，在3.0MPa左右压力下连续蒸汽转化，通过CO中、低温变换、改良热钾碱法脱除CO2、甲烷化法脱除少量CO、CO2，制出合格的氢氮气，经J0402进一步加压后在轴径向氨合成塔内合成为氨，经冷却、分离生产出合格的液氨。同时为尿素提供脱碳解吸出来的二氧化碳原料气（CO2≥98.5%）和副产的1.3MPa左右中压蒸汽。操作过程中要保证合成氨系统符合工艺指标要求，负责系统的开、停车、事故处理及正常操作，并及时作好原始记录。2.基本原理来自天压机的原料天然气中含有≤120mg/Nm3的总硫，硫对触媒有害，必须除去。为了脱除天然气中的有机硫，本装置在原料气中配入约3—5%的氢，首先采用铁锰转化吸收型催化剂，在约340~410℃的高温下发生有机硫的转化及脱硫反应：RSH+H2→H2S+RHH2S+MnO=MnS+H2OH2S+MnO=MnS+H2O在铁锰床层出口气中含有约5ppm的H2S，还必须在氧化锌脱硫剂中进一步脱除。反应为：H2S+ZnO=ZnS+H2OC2H5SH+ZnO→ZnS+C2H4+H2O氧化锌吸收硫速度极快，脱硫沿气体流动方向由上向下逐层进行，最终出氧化锌脱硫槽的原料气中H2S≤0.5PPm。脱硫合格后的天然气与蒸汽以H2O/∑C=3.1~3.8左右混合后进入一段转化炉和二段转化炉，制成合成氨的粗原料气。本装置所用的转化催化剂是镍催化剂，反应为：CH4+H2O→CO+3H2－QCH4+2H2O→CO2+3H2－QCO+H2O→CO2+H2＋Q一段炉出口气温度710～760℃、CH411~14%（V），在二段炉入口配入经预热的空气在二段炉上部的空气混合器中进行燃烧，提高温度后继续进行转化反应，使转化气中的残余甲烷降到≤1.0%（V），同时调节进二段炉的空气量，以满足合成氨对氢氮比的要求。出二段炉原料气中含有大量的CO，变换工序就是使CO在催化剂的作用下与水蒸汽反应生成CO2和H2。既除去对后工序有害的CO，又能制得尿素原料之一——CO2。反应为：CO+H2O（汽）→CO2+H2＋Q拟制审核批准蒋太郁生效时间2005/8/1四川美丰绵阳分公司文件编号MF/GC-3-01-111QHSE操作规程合成氨总控岗位操作规程版本/改次：A/0第2页共14页这是一个可逆放热反应。降低温度和提高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。本工序中变采用铁铬系催化剂，还原后具有催化活性的是Fe3O4，低变是采用铜锌系催化剂，还原后具有活性的是Cu微晶。中变在330～440℃，在催化剂的作用下，反应速度很快，中变炉出口CO≤3.2%。然后降温到200℃左右，在低变催化剂的作用下，使工艺气中的CO含量进一步降到≤0.3%，以满足甲烷化对CO含量的要求。CO2的脱除采用改良热钾碱法。在约2.5MPa的压力下，用不同温度和再生度的碱液分段吸收气体中的CO2，使出吸收塔的净化气中CO2含量小于0.1%，以达到甲烷化对CO2含量的要求。碱液中K2CO3作为吸收剂，含量为27～30%，DEA作为活化剂，含量为3～5%，以加快吸收速度。溶液中还加入了0.8～1.2%的VOx(总钒)，它可使碳钢表面形成致密保护膜（钝化膜），以防止设备腐蚀。为防止溶液发泡，还加入了少量消泡剂。溶液吸收反应式为：K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3从吸收塔底部出来的富液进入再生塔进行减压加热再生。同时通过补液补水等手段使溶液成份稳定在适宜的范围内，保持良好的吸收能力。再生反应式为：2KHCO3→K2CO3+CO2+H2O为降低能耗和提高转化度，本装置采用了两段吸收、两段再生流程和半贫液闪蒸三级喷射等节能技术。甲烷化是氨合成原料气制备的最后工序，其任务是将残留于净化气中的CO和CO2，在催化剂作用下与H2反应生成CH4，除去对合成触媒有毒害的微量CO和CO2，并产生能回收利用的CH4，其反应分别为：CO+3H2=CH4+H2O（汽）+QCO2+4H2=CH4+2H2O（汽）+Q这两个反应都是强烈放热反应，CO每升高1%，触媒层温度将上升约72℃。CO2每升高1%，触媒层温度将上升约60℃。因此，要严格控制好前工序的出口CO和CO2含量，防止甲烷化超温。在一定温度、压力和催化剂存在的条件下，H2和N2按3∶1的比例生成NH3，反应式为：3H2+N2=2NH3+Q反应中氢氮混合气不能全部转化成氨，因此，将氨分离后，必须把未经反应的氢氮气再次进行循环反应。氨合成反应是一个体积缩小的可逆放热反应。故提高压力，降低温度，提高反应物浓度降低生成物浓度和惰性气体含量，以及保持合适的氢氮比，均有利于平衡氨含量提高，从而提高产量，降低原料气和动力的消耗。3.工艺流程概述来自天压机已配入适量H2的原料天然气，压力约3.6MPa（A）。进入一段转化炉对流段预热器预热后，温度达到约370℃进入铁锰脱硫槽进行有机硫的转化及硫的粗脱。然后再进入氧化锌脱硫槽进行硫的精脱，使硫脱至0.2mg/Nm3以下。四川美丰绵阳分公司文件编号MF/GC-3-01-111QHSE操作规程合成氨总控岗位操作规程版本/改次：A/0第3页共14页在氧化锌脱硫槽出口向原料气中加入总碳量3.1~3.8倍左右的水蒸汽后，进入对流段预热器预热至450~530℃左右，再进入一段转化管反应。由燃天总管来的天然气经过对流段预热器预热至170℃左右后，进入一段炉顶部烧嘴燃烧，用来向辐射段转化管内的转化反应提供热量。烟气进入对流段，用余热加热锅炉循环水、工艺空气、天蒸混合气、工艺天然气、废锅给水和燃烧天然气后，Ⅰ氨温度约140℃左右，Ⅱ氨温度约190℃左右，由引风机抽入烟囱排放到大气中。一段炉出口气体温度710~760℃进入二段炉，在二段转化炉上部燃烧室，与联压机送至对流段预热器预热至450~530℃的空气燃烧。二段炉床温达到1000℃左右。出二段炉的气体经过转化废锅产生约3.8MPa的蒸汽供一段炉用，然后再进入C0102管间，用余热加热锅炉给水后，温度降至360℃左右进入中变炉。出中变炉的气体经甲一换热器加热入甲烷化炉进口气后，再经中变废锅回收热量，温度降至200℃左右进入低变炉。离开低变炉气体温度为200~230℃，依次通过低变废锅、低变气再沸器和锅炉给水预热器后，温度约80℃左右，进入低变气分离器，分离排出其中水份后，再进入吸收塔底部。在吸收塔内填料表面分别与由上而下的半贫液和贫液充分接触，脱除其中的CO2，净化气由吸收塔顶除沫层除去夹带液滴后，进入净化气分离器，进一步分离其中液滴。出分离器的净化气先进入甲二换热器与甲烷化炉出口气换热，再进入甲一换热器与中变炉出口气换热，温度达到310℃左右进入甲烷化炉反应。出甲烷化炉气温度≤350℃。CO+CO2含量≤10mg/Nm3。该气体经过甲二换热器，软水预热器和水冷器后，被冷却到40℃。进入气水分离器分离冷凝水后，再送往联压机氢氮段加压至约15MPa，经冷却和油水分离后，进入合成补充气氨冷器降温。出补充气氨冷器后，新鲜气在2#氨冷入口处与1#氨分出口的循环气混合，一起进入2#氨冷，温度降至－20~－7℃。出2#氨冷进入2#氨分，分离掉气体中的氨液滴和少量油污后，出2#氨分，依次通过2#冷交和1#冷交管内回收冷量后于25℃、14.3MPa后进入循压机加压。出循环机气体压力为15.0MPa左右（A）。经油分后，再经M阀进入合成塔外筒间隙，保护合成塔外壳。从合成塔顶出塔，进入预热器A、B预热后，该预热后的气体经主线和各冷激付线进入合成塔，在催化剂作用下进行氨合成反应，放出大量的热。出合成塔热气温度约360℃，氨浓度约15%，进入合成废热锅炉，产生1.4MPa(A)的中压蒸汽，温度降至约230℃左右进入进塔气预热器，加热入塔冷气，回收余热。然后再依次进入合成水冷器，1#冷交、1#氨冷、2#冷交降温－5~10℃，然后进入1#氨分，将冷凝的液氨分离，气体由1#氨分塔顶出来，与补充气汇合后，进入2#氨冷，进行下一个循环。由两个氨分离器分离出来的液氨经液氨换热器换热，回收冷量后，输往氨库计量贮存。在1#氨分气体出口管上，引出了一部分气体（驰放气），该气到膜回收系统，经过洗氨塔将气体中的氨含量降低到100mg/Nm3以下，然后经分离塔后除去其中的液滴，再经过加热器加热到35℃~45℃进入膜管，通过中空纤维膜的分离，含氢量高的渗透气到联压机五段进口与合成原料气汇合进行回收，出膜管的尾气则到转化作燃料。脱碳吸收塔出口的富液约100~122℃，经液位调节阀加压后，送入再生塔中段上部，闪蒸出部分CO2，然后溶液自上而下通过填料层，与再生塔中下部上来的气流逆流接触，被加热再生出CO2，CO2随上升气进入再生塔上段，用酸性冷却水洗涤，出再生塔的CO2经冷却分离后，送往尿素作原料气。碱液流至再生塔中段下部后，分为两部份，约85%的碱液进入闪蒸槽，在三级喷射的作用下进一步闪蒸出CO2，转化度达到0.4～0.45作为半贫四川美丰绵阳分公司文件编号MF/GC-3-01-111QHSE操作规程合成氨总控岗位操作规程版本/改次：A/0第4页共14页液，直接由半贫液泵加压后，送入吸收塔中部吸收原料气中大部份CO2。约15%的碱液在再生塔中由中段下降到下段，然后进入再沸器，用低变气加热进一步再生，出再生塔下段其转化度达到0.1~0.30作为贫液，经贫液水冷器冷却至70℃左右，再经贫液泵加压到4.0MPa左右送入吸收塔上部，吸收气体中残余的CO2。吸收CO2后的碱液在吸收塔下部汇合，作为富液送往再生塔再生循坏使用。由化水站送入系统的脱盐水少部分作为二段炉、转化废锅等的夹套冷却水，这些脱盐水要返回化水站回收。而绝大部分脱盐水则通过甲烷化软水预热器、脱碳工序的锅炉给水预热器加热后，送入脱氧槽进行热力脱氧和化学脱氧。脱氧水再由锅炉给水泵加压送入转化对流段预热器预热，出对流段的锅炉给水一部分送往中变废锅、合成废锅和快锅使用，另一部分则由C0102加热后直接进入汽包。从汽包下部引出一部分水经循环水泵加压后，送入对流段的保护锅炉和烟气锅炉加热后，再返回汽包。汽包产生的蒸汽主要供转化使用，富余部份送入中压蒸汽管网，和中变废锅和合成废锅产生的约1.4MPa的蒸汽混合后，送尿素装置使用。本系统各水冷器冷却水均由循环上水总管来水。冷却后再由循环水回水总管回收到水汽，冷却后循环使用。4.工艺控制指标4.1.脱硫工序：入厂天然气总硫≤120mg/Nm3铁锰脱硫后H2S≤5mg/Nm3氧化锌脱硫后H2S≤0.2mg/Nm3工艺天然气配H23～5%脱硫热点温度340~410℃4.2.转化工序：⑴温度：一段转化炉出口温度≤760℃二段转化炉出口温度≤1000℃二段转化炉热点温度≤1100℃工艺空气入二段炉温度≤530℃转化废锅后转化气温度≤550℃⑵压力：天然气入工序压力2.0~3.6MPa工艺空气入工序压力1.8~3.4MPa燃烧天然气去对流段压力0.05~0.3MPa转化汽包蒸汽压力2.2~3.8MPa汽包连续排污蒸汽压力≤0.5MPa一段炉膛负压－120～－30Pa⑶分析：H2O/∑C3.1~3.8一段炉出口CH411~14%(v)二段炉出口CH4≤1.0%(v)烟道气残氧含量2.45～4.2%(v)4.3.中、低变甲烷化工序：⑴温度：中变热点温度≤450℃低变热点温度≤230℃甲烷化热点温度≤350℃脱氧槽出口水温100~107℃四川美丰绵阳分公司文件编号MF/GC-3-01-111QHSE操作规程合成氨总控岗位操作规程版本/改次：A/0第5页共14页甲烷化分离器出口气体温度≤50℃⑵压力：中变入口压力≤2.95MPa低变气出工序压力≤2.79MPa净化气入工序压力≤2.62MPa甲烷化出工序压力≤2.44MPa中压蒸汽出工序压力≤1.45MPa⑶分析：进入本工序H2O/CO≤4.2中变出口CO≤3.2%(V)低变出口CO≤0.3%(V)甲烷化出