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陽煤和順化工A301型氨合成催化劑JR2400氨合成塔開車運行總結
陽煤和順化工A301型氨合成催化劑JR2400氨合成塔開車運行總結
發布時間:2014/2/28   瀏覽次數:1853次
陽煤集團和順化工有限公司“18·30”項目由陽煤集團和吉林隆源農業生產資料集團有限公司、和順銀河化工有限公司共同出資建設,建設規模為年產180 kt合成氨、30 kt甲醇、300 kt尿素。項目主要采用變壓吸附制氧、富氧連續氣化、濕法催化氧化脫硫、耐硫全低變、變壓吸附脫碳、醇烷化、JR大型氨合成、二氧化碳汽提法尿素工藝。項目醇烷化、氨合成工藝設計和內件生產由河北正元化工工程設計有限公司、石家莊正元塔器有限公司提供,氨合成采用JR型2400一軸三徑氨合成塔內件,選用上虞催化劑有限責任公司生產的A301型氨合成催化劑工藝流程采用一進一出提溫型流程,采用雙廢鍋、雙冷交、雙水冷(配溴化鋰制冷機組),節能效果更加明顯。2012年8月22日投入生產使用,現對合成氨系統的開車運行情況總結如下。
氨合成工藝流程及技術特點
1.1  工藝流程
來自甲烷化工段的19.8 MPa左右的新鮮氣,經過新鮮氣水冷器降溫后進入水分離器分離水和油,與從冷交換器Ⅰ出來的熱氣混合后進入氨冷凝器,經氨冷凝器降溫到-10~-7℃,進入氨分離器分離氨。氣體從氨分離器出來后依次進入冷交換器Ⅰ和冷交換器Ⅱ換熱,溫度升至25~28 ℃,進入循環機提壓至20.5 MPa后進入油分離器,然后進入塔前預熱器提溫到120~140 ℃,進入合成塔反應。自合成塔出來的300~330 ℃合成氣,進入廢熱回收器Ⅰ生產2.5 MPa蒸汽,溫度降至235 ℃左右后進入廢熱回收器Ⅱ生產0.4 MPa低壓蒸汽(部分用于溴化鋰制冷機組),溫度降到165 ℃左右后進入塔前預熱器與入塔氣換熱。經換熱后溫度降至50~70 ℃的合成氣進入水冷卻器Ⅰ,溫度降至40 ℃以下后進入冷交換器Ⅱ進一步降溫,然后進入水冷卻器Ⅱ(冷水由溴化鋰制機組提供),溫度降到7~8 ℃以下后進入冷交換器Ⅰ,換熱后在分離部分分離出液氨,分氨后的合成氣與新鮮氣混合,進入下一循環。
放空氣位置在冷交換器Ⅰ之后,放空氣去氫回收裝置回收氨氣和氫氣。氨冷凝器所需的液氨來自冷凍站。
1.2  工藝技術特點
(1)采用合成塔與廢熱回收器直連結構,既節省了投資,又增強了運行安全性。
(2)采用雙冷交、雙水冷工藝:水冷進口溫度低于60 ℃,氨合成反應熱利用率高達85%以上,同時大大降低了循環水負荷。
(3)采用雙廢鍋流程生產不同品位的蒸汽:1#廢熱回收器產生1.3~2.5 MPa中壓蒸汽;2#廢熱回收器副產0.4 MPa低壓蒸汽用于溴化鋰制冷機組,多余的蒸汽可入低壓蒸汽管網。
(4)利用溴化鋰制冷技術:將2臺廢鍋回收的低壓蒸汽轉化為低溫水,用于循環反應氣體中氨的冷凝。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,大幅度減低了冰機負荷,節省了電耗。
(5)1#水冷卻器后設置2#冷交換器逐級回收冷量,提高了冷量回收效果。
主要設計工藝指標
生產能力  750 t/d
    系統壓力  ≤ 22.0 MPa
系統壓差  ≤2.0 MPa
    合成塔壁溫  ≤180 ℃
合成塔進口氣  120~140 ℃
合成塔出口氣  300~330 ℃
氨冷卻器出口溫度  -7~-10 ℃
合成塔進口氨含量  ≤3.25%
合成塔出口氨含量  13.25%~14.25%
循環氣惰性氣體含量  14%~18%
主要設備
氨合成系統主要設備規格見表1。
表1  氨合成系統主要設備規格
設備名稱
規  格
數量/臺
氨合成塔
DN2400,H=21 000 mm
1
廢熱回收器Ⅰ
φ1 700 mm/2 200 mm,臥式
1
廢熱回收器Ⅱ
φ1 600 mm/2 000 mm,臥式
1
塔前換熱器
φ1 400 mm,H凈空=14 700 mm
1
水冷卻器Ⅰ
套管式
7
水冷卻器Ⅱ
φ1 600 mm,臥式
1
氨冷卻器
φ1 600 mm,臥式
1
冷交換器Ⅰ
φ1 400 mm
1
冷交換器Ⅱ
φ1 200 mm
1
新鮮氣冷卻器
套管式
1
油分離器
φ1 600 mm,H凈空=6 200 mm
1
氨分離器
φ1 600 mm,H凈空=7 000 mm
1
水分離器
φ1 000 mm,H凈空=6 500 mm
1
循環機
18 m3/min
4(開3備1)
溴化鋰制冷機組
12.54×106 kJ/h
2
氨合成塔結構及技術特點
4.1  技術參數
氨合成塔塔徑φ2 400 mm,塔凈空高20 134 mm,四段(一軸三徑)催化劑筐共裝填A301型氨合成催化劑51.89 m3,計149500kg,設計氨產能為750t/d,合成塔壓差<0.6 MPa,氨凈值10%~12%。5.2 氨合成塔內件流程簡述
4.2  內件流程
氣體在塔前預熱器預熱至120~140 ℃,由主線從塔頂入塔,經內外筒間的環隙下行,進入底部換熱器管間,與四段反應氣換熱后,經中部換熱器下管箱進入中部換熱器管內,與三段反應氣換熱,溫度升至370~400 ℃,經中心管進入一段催化劑床層。另外有4股氣體分別經4條副線入塔:四段副線氣在底部換熱器出口與從底部換熱器來的主線氣混合,以調節四段溫度;三段副線氣進入二、三段間換熱器的上部換熱管內,以冷卻二段出口氣體,調節三段入口溫度,此股氣體被加熱后,在上部換熱器上管箱內與上部換熱器中心管出口的主氣流混合;二段副線氣直接進入一段下部集氣盒,與一段反應氣混合,調節二段入口氣體溫度;一段副線氣與一段中心管氣體混合,以調節零米溫度。一段反應氣溫度在480 ℃左右,經二段副線氣冷激降溫后進入二段催化劑床反應;一段反應氣溫度在475 ℃左右,經二、三段段間換熱器與入塔副線氣換熱降溫后進入三段催化劑床反應;三段反應氣溫度在465 ℃左右,經三、四段間的中間換熱器與入塔主氣流換熱后降溫后進入四段催化劑床反應;三段反應氣溫度在440 ℃左右,經下部換熱器與入塔主氣流換熱,溫度降至300~340 ℃,含氨14%~16%的反應氣出合成塔。
4.3  技術特點
(1)阻力小。四段催化劑筐采用一軸三徑,床層高度低,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。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,使催化層溫度分布更加合理,催化劑利用系數更高,同等空速時的單程轉化率更高,同等產量時的空速更小,可比其他內件氨凈值高1%~2%。
(3)運行可靠。充分考慮了各部位的熱脹冷縮,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)催化劑實現自卸?紤]了大型塔的特點,設置了全塔催化劑自卸結構。
(5)催化劑使用壽命長。由于采用多段絕熱間接換熱,幾乎全部氣體經過零米,對下部催化劑起到保護作用,在上部催化劑部分中毒失效的情況下仍可維持正常生產;催化層內無冷管,避免了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。催化劑可部分更換,節約催化劑費用,縮短停車時間。
(6)調節靈活。各床層溫度均有單獨副線調節,可靈活調節各段溫度。
5  氨合成催化劑裝填及還原情況
 5.1   催化劑裝填情況 (全塔A301型氨合成催化劑):         
層數
一軸向層
二徑向層
三徑向層
四徑向層
合計
規格(mm)
6.7-9.4  4.7-6.7
6.7-9.4   2.2-3.3
2.2-3.3
2.2-3.3
數量(kg)
1000       20500
1000        30800 
35100
61100
149500
 5.2   升溫還原情況說明:
    催化劑升溫還原采用塔外燃燒爐供熱,前期控制系統壓力3.5MPa,兩臺18 m3/min 循環機,水汽濃度2-3g/m3,同平面溫差≤10℃,觸媒0米溫度≥490℃達到10小時以上。后期提壓至11.0MPa,三臺18 m3/min循環機滿量,底部溫度≥470℃連續20小時,水汽濃度≤0.2 g/m3連續8小時,還原徹底,合計還原時間200小時。
 
氨合成系統運行情況
6.1  輕負荷運行情況
2012年8月5日開始催化劑還原,8月22日還原結束(其中處理管道停止180小時),進入輕負荷生產。由于部分造氣爐沒有竣工,未全部并入系統,供氣量只能滿足3臺340 m³/min的壓縮機運行,還有新系統、新工藝、新員工的協調問題,造氣氫氮比控制有待優化,氨合成系統高壓管道振動無法開3臺循環機,只能開2臺18 m³/min循環機,系統近路全部關死,循環機近路全部關死,循環機入口壓力15.52 MPa,出口壓力15.91 MPa,系統壓差0.39 MPa,合成塔入口壓力15.87 MPa,出口壓力15.63 MPa,合成塔壓差0.24 MPa。
合成塔主線全開,一段副線開40%,二段副線全關,三段副線開30%,四段副線開10%。 合成塔入口溫度148 ℃,出口溫度274 ℃,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19%(不含Ar);合成塔入口氨含量2.95%,出口氨合成11.6%。(溫度分布見附圖
5.2  滿負荷運情況
2013年5月3日開5臺340 m³/min的壓縮機運行,合成系統循環機進口壓力16.47 MPa,出口壓力17.72 MPa;合成塔進口壓力17.63 MPa,出口壓力17.60 MPa;合成塔進口溫度136.4 ℃,出口溫度278.9 ℃,氨冷溫度-9.8 ℃,一段催化劑層溫度475℃,二段催化劑層溫度470 ℃,三段催化劑層溫度470 ℃,四段催化劑層溫度460 ℃;合成塔進口氨含量2.63%,出口氨12.87%。5月3、4、5、6、7日液氨產量分別為688.97 t、679.23 t、635.68 t、728.71 t、683.9 t。噸氨耗白煤1.18 t,煙煤57.4 kg,耗電1 326.23 kW·h。
結束語
陽煤集團和順化工氨合成系統運行結果表明,A301催化劑具有高活性、低溫活性好、極易還原等特點,JR型DN2400氨合成系統設計合理,產量高,反應熱回收利用合理充分,運行安全可靠,節煤、節電、副產蒸汽效果明顯,合成氨產量及各項指標均達到設計要求,經濟效益和社會效益顯著。
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