徐嚴偉 ，周 翔 ，王 攀 ，劉 欣

(河南心連心化肥有限公司，河南新鄉(xiāng) 453731)

河南心連心化肥有限公司“24·40”項目(24萬t/a合成氨，40萬t/a尿素)氨合成工段采用湖南安淳高科技有限公司設(shè)計的ⅢJD-2000Φ2500氨合成塔，已運行數(shù)年，裝置運行穩(wěn)定，但存在著合成塔阻力較大的問題。塔阻力較大增加了氨合成系統(tǒng)的阻力，會使合成氨的成本因電耗的增加而增加。如何在不改變合成塔內(nèi)件的情況下，適當調(diào)整氣體在塔內(nèi)的流程，從而降低合成塔的阻力，我公司進行了大膽的探索。

1 氨合成塔

1.1 氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)

氨合成內(nèi)件由一個直形異徑的冷管束、一個氣體混合分布器和一個分氣筒組成，把觸媒床分成一軸兩徑，三個絕熱段，一個內(nèi)冷段，凈空高22 m，觸媒容積68 m3，徑向段占整個觸媒床層80%，采用分流工藝，床層上下直通，觸媒可以自卸。

1.2 塔內(nèi)流程

含氨2%未反應(yīng)氣分股進塔。一股25%～30%未反應(yīng)冷氣，由合成塔下部環(huán)隙進入，由下而上，在塔頂引出，匯合塔外熱交換器加熱的10% ～15%的熱氣，再進冷管束。在冷管加熱后，直接由上升管進入催化劑床層“0”米。另一股65% ～70%的氣體經(jīng)由塔外熱交換器加熱至175～190℃，其中50% ～60%進塔內(nèi)下部換熱器管內(nèi)，與出塔氣體換熱后進上部換熱器的管內(nèi)，與出混合分布器氣體換熱，加熱至370℃，從換熱器與中心管之間的環(huán)隙向下翻進中心管，經(jīng)中心管進入催化劑床“0”米，與冷管束出來的未反應(yīng)氣體混合，進入上絕熱層反應(yīng)。反應(yīng)后氣體經(jīng)由混合分布器進入塔內(nèi)上換熱器間冷卻，進入第二層徑向絕熱反應(yīng)，在徑向進入內(nèi)冷層反應(yīng)，進入塔內(nèi)換熱器間，被管內(nèi)冷氣冷卻至350℃出塔［1］。

2 降低塔壓差改造

合成塔降低壓力改造前主進氣是通過底部換熱器、上部換熱器再通過中心管進入觸媒層。改造后部分主進氣通過底部副線不經(jīng)底部換熱器直接進入上部換熱器在經(jīng)過中心管進入觸媒層，避免了底部換熱器的阻力，從而達到降低塔壓差目的。2012年中修我廠對合成底部副線進行了改造，開車投運后，對底部副線全關(guān)與全開兩種狀況進行了對比，得到以下數(shù)據(jù):

從表1可以看出，在同樣的條件下，合成塔底部副線全開與全關(guān)相比，塔壓差降低了0.042 MPa，系統(tǒng)壓差降低了0.078 MPa。一層與三層爐溫有所下降，出塔溫度升高3℃(主要是底部換熱氣冷氣量減少)，每小時多產(chǎn)蒸汽約500 kg，合成系統(tǒng)壓力降低0.53 MPa，主要是降低塔壓差后，增加了循環(huán)量，合成系統(tǒng)壓力下降。

3 改造前后正常工況下工藝對比

改造前后，我們分別增加循環(huán)量，調(diào)整其它副線，將合成塔壓差都控制在0.992 MPa以達到相對穩(wěn)定的工況，此時工藝對比如表2所示。

表1 底部副線全關(guān)與全開兩種狀況工藝對比

表2 改造前后正常工況工藝對比

從表2可以看出:①環(huán)隙氣的流量由改造前的79 080 Nm3/h降低到改造后的55 270 Nm3/h，主要是塔底副線改造后，底部副線阻力的降低以及減少冷量降低三層爐溫的氣量;使熱交主進氣流量由改造前的215 000 Nm3/h增加到改造后的239 900 Nm3/h，由于主進氣溫度在220℃左右而冷氣溫度在20℃左右，所以增加主進氣的流量，有利于合成氨反應(yīng)，這樣就達到降低合成系統(tǒng)壓力和噸氨電耗的目的。同時熱交冷氣流量增加后，熱交熱氣的流量不變，換熱能量增加，從而出熱交出口溫度由改造前的87.4℃降低到78.6℃，這樣使軟水加熱器氣體出口由改前的57℃降低到48.9℃，從而使冷交熱氣出口溫度由改前的0.8℃降低到-1.5℃。冷交熱氣出口溫度降低后，減輕了氨冷負荷，也就降低了冰機的負荷，使冰機耗電量降低(2#冰機負荷由原來的76%降低到40%，電流降低5～6 A，經(jīng)計算每安電流耗電1 2 kW·h，每天電耗可以降低1 728 kW·h)。②合成塔出氣溫度升高，主要是因為一部分氣體通過底部副線直接進入上部換熱器，使入塔冷氣進入合成塔底部換熱器的流量減少，而出塔熱氣的流量不變，這樣使出塔溫度由改造前的332.8℃升高到改后的338.2℃。合成塔出塔氣溫度升高后，使廢鍋產(chǎn)出的蒸汽量由原來的21.8 t/h增加至 23.47 t/h，蒸汽量多產(chǎn)約 1.67 t/h。

4 結(jié)語

我公司對ⅢJD-2000Φ2500氨合成塔降低阻力的改造，在不改變合成塔內(nèi)件的前提下，適當調(diào)整工藝氣體在合成塔內(nèi)流程，取得了一定的效果，此種改造方式投資費用低，見效快，為公司節(jié)能降耗起到了促進作用。我們將對新增的底部副線全開，將合成塔控制在0.950 MPa，減小合成循環(huán)量，適當提高合成系統(tǒng)壓力，對比合成循環(huán)量高低對高壓機、循環(huán)機和冰機電耗的影響，探索更加經(jīng)濟的運行模式。