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2400氨合成系統的開發及應用
2012-09-16 11:41:19 700
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    DN2400氨合成系統的開發及應用

    石家莊正元塔器設備有限公司

    1.概述

    隸屬于河北陽煤正元集團的石家莊正元化肥有限公司,成立于1998年,合成氨年產能力已經達到24萬噸,尿素年生產能力30萬噸,同時每年副產甲醇8萬噸。公司起點較低,在十幾年的技術改造過程中,充分發揮了集團公司的技術優勢,利用原有設備和調配設備進行技術改造,為了節省了投資,取得了比較好的效果。但是,廠區設備布置空間狹小,部分設備老化現象突出,制約了公司的進一步發展。為此,2010年公司啟動了“24.40”尿素項目,新征土地200余畝,委托河北正元化工工程有限公司進行總體設計,主要設備(包括內件)制造依托石家莊正元塔器設備有限公司完成,于2011年10月底進入試車階段。該項目合成氨總體方案中原料氣的精制采用高壓醇烷化精制工藝,氨合成與原料氣精制取相同壓力等級,高壓系統的設計壓力取22.0MPa,正常操作壓力在20.0 MPa左右,氨合成裝置的設計能力為24萬噸/年,高壓醇烷化以凈化為主。

    JR型氨合成技術配套一進一出提溫型流程和廢熱回收系統,是石家莊正元塔器設備有限公司的專利技術,已在全國300多家化肥企業推廣,年節能增產效益上億元,曾獲中國氮肥行業協會科技進步一等獎、河北省科技進步獎、石家莊市科技進步一等獎,是氮肥協會重點推廣產品,為氮肥行業循環經濟支撐技術之一。該項目選用DN2400氨合成塔,工藝流程重新進行了優化,繼續采用正元公司在國內率先使用的合成塔與廢鍋直連技術,采用雙廢鍋、雙冷交、雙水冷(配溴化鋰制冷機組)流程,節能效果更加明顯,并于2011年12月3日一次性開車成功。本文對DN2400氨合成系統技術的開發應用、技術特點和生產運行總結如下。

    工藝技術特點: 

        結合著JR型合成塔內件開發的提溫型一進一出余熱回收鍋爐工藝,具備以下技術特點:      

    1).使用合成塔與廢鍋直連技術,節省投資,結構簡單。

    2).調節手段多。內件各層溫度均有調節手段,控制觸媒層溫度隨心所欲,比冷管式內件只能由循環量及冷副線調節更加靈活、方便。

    3).JR型合成塔配套提溫型一進一出余熱回收鍋爐工藝,帶雙廢鍋流程、雙冷交流程,1#水冷進口溫度低于60℃,氨合成反應熱利用率高達85%以上,同時節約了大量循環水負荷。

    4).雙廢鍋產生不同品位的蒸汽,1#廢熱回收器產生的2.5MPa中壓蒸汽用于二氧化碳汽提法尿素工段,噸氨副產500~600Kg蒸汽;2#廢熱回收器噸氨副產500~600Kg的低壓蒸汽用于溴化鋰制冷機組可節省冰機負荷約二分之一;多余低壓蒸汽用于變換工段加熱循環熱水,可基本實現變換零汽耗;

    5).采用雙水冷、雙冷交流程。1#水冷卻器后設置2#冷交換器進一步回收冷量,使熱氣溫度降低6~7℃,冷量回收多。

    6)、將溴化鋰制冷技術應用到工藝過程中。在本裝置中,水冷后冷凍需要的冷量約為880萬大卡/小時。余熱回收采用產生兩級蒸汽的工藝流程,反應余熱回收產生的低品位蒸汽用于溴化鋰制冷機組產生低溫水,用于部分冷凝氨,因溴化鋰制冷水用于二水冷從而可節省冰機冷凍量14萬大卡/tNH3,相當于在雙級氨冷流程中少開額定制冷量為175萬大卡/小時的冰機一臺;使用溴化鋰制冷水,除去循環水動力和溴化鋰主機電耗,冰機節電約700Kw。

    氨合成塔技術特點

    1)、阻力?。耗詡畝未ッ嬌蠆捎靡恢崛?,一段觸媒層雖然采用軸向,因床層高度小,且床層內無冷管,氣體流通面積大,路徑短,因此阻力很小。

    2)、氨凈值高、空速小、產量高:由于采用絕熱反應,段間以間接換熱為主,不存在冷管型塔“冷管效應”,也沒有冷激型內件由于冷激造成的低氨凈值,使觸媒層溫度分布比冷管及直接冷激式更加合理,觸媒利用系數比冷管及直接冷激式都要高。同等空速時,單程轉化率高;同等產量時,空速小。較其它內件可以高1--2%的氨凈值。

    3)、內件運行可靠:充分考慮了各部位的熱脹冷縮問題:可能存在熱脹冷縮的部分均設置了膨脹節、或采用填料密封,或采用金屬軟管連接。

    4)、觸媒實現自卸:考慮了大型塔的特點,設置了全塔觸媒自卸結構。

    5)、觸媒使用壽命長:由于采用多段絕熱間接換熱,幾乎全部氣體經過0米,對下部觸媒起到?;ぷ饔迷諫喜看ッ講糠種卸臼У那榭魷氯鑰晌終I?,而不必采用帶電、廢鍋斷水等非正常措施維持生產;觸媒層內無冷管,避免了冷管冷管型塔熱點下移快的現象,也不存在全冷激型塔全塔中毒。觸媒可部分更換,節約觸媒費用,縮短停車時間。

    7. 投運后生產狀況及經濟分析

    7.1、生產狀況:

    由于正元化肥“24.40”項目的其它工序尚未建成,φ2400氨合成系統投運后,將原系統三套?1000氨合成系統全部停下,原料氣切換到新裝置。?2400氨合成系統開兩臺循環機(一臺24m3/min,一臺18 m3/min),系統近路全部關死,循環機近路全部關死,循環機入口壓力15.38MPa,出口壓力16.13 MPa,系統壓差0.75 MPa,合成塔入口16.05 MPa,出口15.87 MPa,合成塔壓差0.18 MPa。

    合成塔入口溫度137.3℃,合成塔出口的溫度278.2℃,1#水冷入口溫度49.2℃,氨冷入口溫度0.8℃,出口溫度-9.3℃。

    系統放空氣CH4含量22.19%(不含Ar氣),入塔氣CH4含量18.32%。

    合成塔入口氨含量3.29%,出口氨合成13.5%。

    因系統循環氣中惰性氣含量偏高,造成凈氨值偏低。

    8.結語

        結合傳統JR型合成塔內件開發的DN2400氨合成系統,高壓設備和內件全部由正元塔器設計制造,在正元化肥公司運行了近半年時間,各項生產工藝指標均達到或優于設計工藝指標,體現出內件和工藝流程的諸多優勢:    

    1).使用的合成塔與廢鍋直連技術,節省投資,結構簡單。

    2).系統壓力設計22.0MPa,實際運行壓力≤17.0MPa,JR型合成塔配套提溫型一進一出余熱回收鍋爐工藝,帶雙廢鍋、雙水冷、雙冷交流程,將溴化鋰制冷技術應用到工藝過程中,工藝流程簡潔、合理、節能、先進可靠。

    3).調節手段多。各層溫度均有調節手段,控制觸媒層溫度隨心所欲,比冷管式內件只能由循環量及冷副線調節更加靈活、方便。


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