合成氨工艺设计总流程及压缩机23994.pdf

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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，上下变，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 30，含总硫 50p.p.m 的天然气，经别离器(01-F001)别离掉所带油水后，进入原料气压缩机(01-K001),经四段压缩至 52.5 巴绝、温度 114。出原料气压缩机的气体与来自合成压缩机07-K001的少量合成气相集合，控制含2-5%H2，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展，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 0.1p.p.m 以下，因此转化前必须脱硫。

2、经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管03-B002E04加热至370，于钴-钼加氢反响器 01-R001 中反响，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0.1p.p.m。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，按比例调节进展混合，控制水碳比为 2.75 左右、温度在 372。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

3、管03-B002E01B的混合气加热至 580。此混合气从-转化炉管顶部进入，在镍催化剂作用下进展转化反响。出一段炉的转化气压力 43.5 巴、温度 804，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 500的工艺空气相混合，于炉中上部空间进展燃烧反响，反响后气体温升至 1250左右。此高温气体相继流经炉中催化剂床层，继续进展转化反响。出二段炉的转化气 工艺气，温度 983左右，剩余甲烷含量 0.9%以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷却器03

4、E001使之产生 328、125 巴的高压蒸汽。出03-E001温度 588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 535，再分别送入冰机和发电机的蒸汽透平作动力。3、变换 CO 变换采取上下变流程。370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

5、下进展反响，温升到 444，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 375，-继入锅炉给水预热器04-E002,降温至 204，而后入低温变换炉。低变是在铜-锌-铝系催化剂条件下进展反响，反响后气体温升至236，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 176，此温度下已有水蒸汽冷凝。为便于低变催化剂的升温复原，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 CO217%左右的低变气依次流经气体冷却器05-E001,再沸器05-E002及

6、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 95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 70，CO2含量却为 0.1%。而后经别离器 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，溶液减压闪蒸出局部水蒸气和二氧化碳，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，到达再生目的。解吸塔顶部压力控制为 1.52 巴

7、绝时，塔底溶液温度为 118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 0.89巴绝，此时溶液温度为 100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 70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

8、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，自别离器05-F001别离出来的工艺冷凝液，经冷凝液预热器05-E008，被冷却至 98。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，进展汽提。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、94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 40。此

9、 CO2气冷凝液于05-F003和05-F005别离器中将冷凝液别离下来，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 120，送回05-E001作为锅炉给水用。别离器别离出的 CO2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CO+CO2-10p.p.m 的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO 和 CO2。70的脱碳气，在换热器06-E001中被加热至 300，入甲烷化炉06-R001,反响放热，温升至 336左右

10、。此热气在换热器06-E001中被冷却至 100。继入水冷器 06-E003 中，冷却至 40，气中含 CO+CO210p.p.m，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、440时，平衡氨含量为 17.92%。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 38.3 巴、40下，经别离器 07-F001别离水份，入离心式合成气压缩机07-K001，经一段压缩至 65.4 巴、112，此时少量气体送脱硫，用于钴-钼加氢，大量气体经中间冷却器

11、07-E002和别离器07-F002冷却别离后，入合成气压缩机高压缸，压缩至 101.95 巴、100。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 5此时新鲜气的水蒸汽和 CO2气被冷凝，于别离器07-F003中别离掉。自07-F003逸出的新鲜气与08-E005出口的回路气在管路中集合，由于回路气中局部液氨的汽化，使集合后的循环气降温至 0.9，继入第二氨冷器08-E006，降温至10，在该温度下大局部气氨冷凝。随之物流入氨别离器08-F001，别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-

12、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-展压缩，以补充回路压降的损失。出循环段的气体105.8 巴、32，经热交换器08-E002,温升至 239左右，入合成塔08-R001。105 巴、239、含 4.12%NH3的循环气，流经三床层的径向合成塔，在铁催化剂上进展合成反响。出塔气压力为 101 巴、414、含 16.36%NH3，入废热锅炉08-E001回收热量，产生 127 巴、329的高压蒸汽。合成气被冷却至 275，继入08-E002、08-E003、08-E004换热器换热，合成气温度分别降至 53、38、23，而后入第一氨冷器08-E

13、005。出第一氨冷器的回路气与新鲜气相集合为循环气。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+Ar1.86%,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局部，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15、2.36 巴来自第一氨冷器(08-E005)及气体冷却器10-E004的气氨0.5、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86、9.34 巴，入中间冷却器09-E005冷却后与从氨闪蒸槽09-D001来的气氨相集合，于 4

14、2、9.08 巴压力下进入09-K001的二段吸入侧，压缩至 16.6 巴、100，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的冷氨进展热交换，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、20送往尿素装置。8、氨回收 氨合成回路的放空气及氨闪

15、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 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 CO2NH3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,参加汽提塔10-C

16、002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也同样参加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，局部液氨做回流液，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-P001A/B送回吸收塔10

17、-C001作吸收剂，如此循环使用。9、氢回收 经氨回收后的气体，按 NH3CO2平衡的要求量入吸附器11-R001A/B,将气中的 NH3、HO2、CO2彻底去除，而后入冷箱 11-E001,冷却降温使局部 N2 及 CH4冷凝液化，形成富氢气，于别离器11-F001中别离。别离出的富氢气入07-K001循环段。别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，局部去再生气预热器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；其余局部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

18、氨在 4.8 巴、3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

19、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应，因不同用处所需空气的压力、流量等参数的各异，选用了 2MCL805+3MCL

20、457 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.1 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 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

21、07-MT01驱动。流程图 No.5。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 0.19%。在 38 巴 40入07-K001一段，压缩至 65.4 巴，温度 112。出一段合成气约 45.4Kmol/h 的气量送脱硫钴-钼加氢反响使用，其余气量经中间冷却器07-E002和别离器07-F002冷却别离水分后入二段压缩。出二段气压力为 101.95 巴、100，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。为了确保平安生产，必须去除极少量的水汽及 CO2，因此，出二段的合成气依次经水冷器07-E00

22、3和氨冷器08-E005,降温至 5，此时水蒸汽及 CO2几乎全部冷凝，入 07-F003将其别离。出别离器的合成气与回路气集合后循环入三段循环段，经循环段压缩至 105.8 巴，32。4.氨气压缩机09-K001又称冰机 据本装置为两级氨冷的冷冻循环，选用了 2MCL528/1 单缸两段离心式压缩机，由 HG32/20 背压冷凝式蒸汽透平09-MT01所驱动。01-K001-P01/P02 润滑/密封油泵 02-MT01-P02 辅助润滑油泵 02-MT01-P04 调节油泵 03-P001A/B 冷凝水泵 05-P001A/B 溶液泵主泵增压泵-05-MT01 水力透平 05-P002A/

23、B 冷凝水泵 05-P003A/B 过滤泵 05-P005 废液泵 05-P006A/B 冷凝液泵 07-K001-P01/P02 润滑油泵 07-K001-P03/P04 密封油泵 07-P001A/B 冷凝液泵 07-U003-P01/P02 润滑油泵 09-K001-P01/P02 润滑/密封油泵 10-P001A/B 洗涤泵 08-P001A/B NH3泵 82-P001A/B/C 锅炉给水泵 81-P001A/B 液氨泵 尿素装置 P-101A/B 高压氨泵 P-102A/B 高压碳铵泵 P-103A/B 中压碳铵液泵 P-105A/B 氨升压泵 P-106A/B 尿素溶液泵 P-108A/B 熔融尿素泵 P-110A/B 蒸汽冷凝液冲洗泵 高压冲洗泵-P-113A/B 蒸汽冷凝液泵 P-114A/B 解吸塔给料泵 P-115A/B 水解器给料泵 P-117A/B 冷凝液抽提泵 P-118A/B 润滑油泵