許建鋒 王淑珍(陽(yáng)煤集團(tuán)和順化工有限公司 山西和順032700 ) (石家莊雙聯(lián)化工有限責(zé)任公司 河北石家莊050200)

0 前言

陽(yáng)煤集團(tuán)和順化工有限公司“18·30”尿素裝置于2012年8月投產(chǎn)，2012年11月實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。經(jīng)過(guò)1年多的運(yùn)行，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，日產(chǎn)合成氨720 t，運(yùn)行最高壓力17.9 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；在能量回收和節(jié)能方面效果顯著，噸氨回收蒸汽1.07 t，噸氨節(jié)電22 kW·h。

1 工藝流程

來(lái)自甲烷化工段的新鮮氣(約16.9 MPa)經(jīng)新鮮氣水冷器降溫后進(jìn)入水分離器分離水分，然后與來(lái)自冷交換器Ⅰ的熱氣混合后進(jìn)入氨冷凝器，溫度降至-10～-15 ℃進(jìn)入氨分離器；氣體從氨分離器出來(lái)后進(jìn)入冷交換器Ⅰ，再進(jìn)入冷交換器Ⅱ，換熱后的氣體(25～28 ℃)進(jìn)入循環(huán)機(jī)提壓至18.0 MPa后進(jìn)入油分離器，然后進(jìn)入塔前預(yù)熱器提溫至140 ℃左右進(jìn)氨合成塔反應(yīng)；自氨合成塔出來(lái)的合成氣(270～280 ℃)進(jìn)入廢熱回收器Ⅰ生產(chǎn)2.5 MPa蒸汽，合成氣溫度降至235 ℃左右后進(jìn)入廢熱回收器Ⅱ生產(chǎn)0.4 MPa低壓蒸汽(部分用于溴化鋰制冷機(jī)組)，合成氣溫度降至165 ℃左右后進(jìn)入塔前預(yù)熱器，與入塔氣換熱；經(jīng)換熱后的氣體溫度降至50～60 ℃，然后進(jìn)入水冷卻器Ⅰ，溫度降至40 ℃以下再進(jìn)入冷交換器Ⅱ，氣體進(jìn)一步降溫后進(jìn)入水冷卻器 Ⅱ (冷水由溴化鋰制冷機(jī)組提供)，溫度降至20 ℃以下后進(jìn)入冷交換器Ⅰ，換熱后的氣體分離出部分液氨，分氨后的合成氣出冷交換器Ⅰ后與新鮮氣混合，進(jìn)入下一循環(huán)。低壓氨合成工藝流程見圖1。

2 主要設(shè)備

主要設(shè)備參數(shù)見表1。

3 工藝優(yōu)點(diǎn)

(1)采用雙級(jí)廢熱回收器

圖1 低壓氨合成工藝流程

設(shè)置雙廢熱回收器以產(chǎn)生不同壓力等級(jí)的蒸汽。廢熱回收器Ⅰ產(chǎn)生的2.5 MPa中壓蒸汽供二氧化碳汽提法尿素工段使用，噸氨副產(chǎn)500～600 kg蒸汽；廢熱回收器Ⅱ產(chǎn)生的0.4 MPa的蒸汽供造氣工段及溴化鋰制冷機(jī)組使用，噸氨副產(chǎn)500～600 kg蒸汽。兩級(jí)廢熱回收器的設(shè)置提高了合成反應(yīng)的熱量回收率。

(2)采用雙水冷卻器、雙冷交換器

設(shè)置雙水冷卻器、雙冷交換器，有效回收利用冷量，降低循環(huán)水使用量。水冷卻器Ⅰ后設(shè)置冷交換器Ⅱ，水冷卻器Ⅱ后設(shè)置冷交換器Ⅰ，進(jìn)一步回收冷量，使熱氣溫度比設(shè)置單水冷卻器、單冷交換器降低10～12 ℃，降低了氨冷凝器的負(fù)荷。

(3)采用合成廢熱鍋爐直連結(jié)構(gòu)

采用合成塔與廢熱鍋爐直連技術(shù)，與傳統(tǒng)的工藝相比，降低了對(duì)合成塔到廢熱鍋爐的管線材質(zhì)要求，安全性能得到保證，同時(shí)也減少了投資費(fèi)用。

(4)采用溴化鋰制冷技術(shù)

采用溴化鋰制冷技術(shù)，水冷卻器后冷凍需要的冷量約為10 200 kW。余熱回收采用兩級(jí)蒸汽回收的工藝流程，反應(yīng)余熱回收產(chǎn)生的低品位蒸汽送至溴化鋰制冷機(jī)組產(chǎn)生低溫水，用于部分冷凝氨。溴化鋰制冷機(jī)組制得的冷水用于水冷卻器Ⅱ，噸氨可節(jié)省冰機(jī)冷凍量162 kW，相當(dāng)于在雙級(jí)氨冷流程中少開1臺(tái)額定制冷量為2 030 kW的冰機(jī)；采用溴化鋰制冷機(jī)組制取冷水，扣除循環(huán)水動(dòng)力和溴化鋰制冷機(jī)組電耗，冰機(jī)節(jié)電700 kW·h；噸氨可節(jié)電22 kW·h。

(5)采用塔外加熱結(jié)構(gòu)

該合成塔在設(shè)計(jì)上借鑒國(guó)外工藝的特點(diǎn)，采用塔外加熱的升溫還原方式，有效提高了塔內(nèi)件的容積利用率；與同等容積的合成塔相比，可降低設(shè)備的設(shè)計(jì)制作難度和投資費(fèi)用。

4 運(yùn)行情況

該裝置經(jīng)1年多運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。特別是在設(shè)計(jì)上設(shè)置雙廢熱回收器、雙水冷卻器、雙冷交換器，應(yīng)用溴化鋰制冷技術(shù)回收利用合成裝置低位熱能，實(shí)現(xiàn)了能量的合理回收利用，噸氨可以回收蒸汽1.07 t，噸氨節(jié)電22 kW·h。另外,實(shí)際運(yùn)行的壓力比設(shè)計(jì)壓力最高值低2.5 MPa，裝置的操作彈性大，尚有提高合成氨產(chǎn)量的空間。主要設(shè)計(jì)、運(yùn)行溫度和壓力見表2。

表2主要設(shè)計(jì)、運(yùn)行溫度和壓力

5 運(yùn)行中存在的問(wèn)題

(1)軸向段壓差大。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，隨壓力的升高，合成塔內(nèi)件壓差(合成塔阻力)增大，一般在0.60～0.65 MPa。原因：為提高氨凈值，在一段軸向段裝填了顆粒較小的催化劑。

(2) 管道的熱膨脹。由于采用塔外開工加熱爐升溫還原，最高溫度達(dá)到500 ℃，管道的膨脹問(wèn)題應(yīng)引起關(guān)注，特別是在降溫階段須緩慢降溫，以保證管道應(yīng)力逐漸降低，防止出現(xiàn)法蘭處泄漏等問(wèn)題。

(3)該低壓氨合成裝置原設(shè)計(jì)的氨凈值為11%(體積分?jǐn)?shù))，實(shí)際運(yùn)行氨凈值為9%(體積分?jǐn)?shù))。原因是設(shè)計(jì)循環(huán)量為48 m3/min，實(shí)際運(yùn)行循環(huán)量為54 m3/min。