氨合成塔內件改造運行總結

徐嚴偉 ， 王攀 ， 樊安靜 ， 宋仁委

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：介紹了DN2500氨合成塔內件改造運行情況，改造后塔壓差(含熱交)、系統(tǒng)壓差均有明顯下降，分別達到0.46、1.11 MPa，氨凈值有所提高。正常工況下工藝對比顯示，改造后節(jié)能降耗效果明顯，達到了預期的目的。

關鍵詞：氨合成塔 ； 內件改造 ； 運行情況

中圖分類號：TQ050.7文獻標識碼：B

收稿日期：2014-12-30

作者簡介：徐嚴偉(1984-)，男，助理工程師，從事化工設計及合成工藝的研究，電話：13598698756。

0前言

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DN2500氨合成塔已運行五年，2012年對合成塔內件進行過改造，雖有效果，但是合成塔壓差(含熱交)仍在上限0.99 MPa運行(指標<1.0 MPa)，因此合成塔阻力還存在較大的問題[1]。2014年7月公司對氨合成塔內件進行降阻改造，成功投運且運行節(jié)能降阻效果明顯。

1氨合成系統(tǒng)能耗來源分析

1.1　直接能源消耗

在氨合成系統(tǒng)中氮氫循環(huán)壓縮機是主要的直接能耗來源，系統(tǒng)壓力的高低、塔壓差的大小等都直接影響著氨合成系統(tǒng)能耗的高低。

1.2　間接能源消耗

在氨合成輔助系統(tǒng)中，冰機、氮氫壓縮機等是系統(tǒng)的間接能耗來源。從能耗來源上分析循環(huán)機、氮氫壓縮機都是由壓力決定了其能耗的高低，因此在內件改造時選取降低系統(tǒng)壓力、氨合成塔阻力及提高氨凈值為主攻方向。

2系統(tǒng)流程

經(jīng)過DN2500合成塔內三個催化劑床反應后的合成出口氣體(溫度445 ℃)，通過合成塔下部換熱器換熱降溫后(溫度320 ℃)經(jīng)管線進入合成系統(tǒng)廢熱鍋爐，移出部分合成反應熱后的氣體(溫度約200 ℃)進入塔外的熱交換器管程中，與殼程的未反應氣體進行換熱后，從熱交換器管程的下部出來，這時的反應氣溫度85 ℃，再進入軟水加熱器后，進入合成水冷卻器，這時合成循環(huán)氣的溫度降至20 ℃，進入到冷交換器的殼程繼續(xù)冷卻，經(jīng)過殼程冷卻后的氣體溫度16 ℃，進入到下部冷交換器分氨段進行液氨的初級分離，分氨后氣體再進入氨冷器進行進一步冷卻，冷卻后的氣體出來后在管線中補入合成新鮮氣，補入新鮮氣后合成氣(溫度-5 ℃)后進入第二級氨分離器中進一步分離液氨，氣體中氨含量為2.5%，氨分離器后氣體再進入冷交換器管程與殼程氣換熱后(溫度22 ℃)，進入循環(huán)機系統(tǒng)。循環(huán)機增壓后經(jīng)油分進入熱交殼程加熱后進入合成塔，這樣就構成一個氨合成循環(huán)系統(tǒng)。

3內件構成及流程簡述

3.1　改造前內件介紹

3.1.1內件構成

氨合成內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，一個內冷段，采用分流工藝，床層上下直通，觸媒可以自卸。

3.1.2塔內流程

含氨2%未反應氣分股進塔。一股25%～30%未反應冷氣，由合成塔下部環(huán)隙進入，由上而下，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“零米”。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%進塔內下部換熱器管內，與出塔氣體換熱后進上部換熱器的管內，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“零米”，與冷管束出來的未反應氣體混合，進入上絕熱層反應。反應后氣體經(jīng)由混合分布器進入塔內上換熱器間冷卻，進入第二層徑向絕熱反應，在徑向進入內冷層反應，進入塔內換熱器間，被管內冷氣冷卻至350 ℃出塔[1]。

3.2　改造后內件構成

3.2.1內件構成

氨合成內件是一個由三個換熱器組成的一個三床式、準全徑向、分體式床間換熱型氨合成反應器。其由催化劑筐體、換熱器、觸媒筐蓋、軟管等部件組成。

3.2.2塔內件流程簡述

進入合成塔反應的氣體分為五股，氣體采用可以調節(jié)不同的溫度和流量的方式進入合成塔各部位：第一股氣體為下?lián)Q熱器入口氣，它來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，通過置于合成塔下部的換熱器殼程，與合成塔的反應后出口氣(進入下部換熱器的管程氣)進行換熱后，該氣的流量占總入塔氣流量的40%～50%，溫度升至370 ℃進入合成塔的“零米”。第二股氣體為上換熱器入口氣，它同樣來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，這股氣體流量占總入塔氣流量的30%～40%，通過第一床出口換熱器管程(本氣體通過置于換熱器中的下降管進入)，氣體與合成塔一床反應后的氣體進行換熱后，將溫度升高至370 ℃進入合成塔的“零米”。第三股氣體為中換熱器入口氣，它同樣來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，這股氣體流量占總入塔氣流量的10%～20%。通過第二反應床的出口換熱器管程(本氣體通過置于觸媒層中的下降管進入)，氣體與合成塔二床反應后的氣體進行換熱后，將溫度升高至370 ℃進入合成塔的“零米”。第四股氣體為第一催化劑床中部調溫冷激氣，它同樣來自合成塔外經(jīng)過油分離器處理后的循環(huán)氣(溫度30 ℃)通過下降管進入第一床中部盤管中，用它來冷激一床中部的反應氣，達到調節(jié)一段合成塔溫度的作用，在催化劑使用前期，此冷激氣量較大，隨著第一床催化劑的活性下降，本冷激氣逐漸關小，直到完全關閉。第五股氣體為“零米冷激”氣，該氣體也來源于合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，它是通過合成塔頂部的副線口直接進入觸媒床層的“零米”，達到調節(jié)床層“零米”溫度的目的。

合成塔中部有一中心管，在中心管中設置了一個電爐，只有上部換熱器的氣體是不經(jīng)過中心管的，它是直接由上換熱器管程進入“零米”，其余兩股氣體均進入中心管直上“零米”層。

經(jīng)過三組換熱器加熱后未反應氣至“零米”匯合后，分別經(jīng)過第一床的軸向段、第一床徑向段、上部換熱器的殼程、第二床徑向段、中部換熱器殼程、第三床徑向段、下部換熱器管程、再出合成塔，這時，合成塔出口溫度330 ℃，氣體出塔后直接進入廢鍋。出廢鍋后氣體再進入熱交換器回收熱量，再進入冷卻、分離系統(tǒng)。

4改造前后工藝對比

由于合成塔三個反應床層的氣體進入方向均為徑向向心入氣方式，運用了分氣和收氣裝置，提高了氣體分布效率，較科學地控制了阻力降。且每個反應床層出口降溫方式均采用設置于中部的床間換熱器來間接降溫，降溫氣均為未反應氣，幾乎100%的未反應氣均進入了合成塔的“零米”層，提高了整個合成塔的出口氣體氨含量。改造前后正常工藝對比表見表1，產(chǎn)量對比見表2，噸氨電耗見表3。

表1　改造前后正常工藝對比表

表2　改造前后產(chǎn)量對比表

單耗對比廢鍋產(chǎn)氣量增加34 t/班，合成氨產(chǎn)量平均每班增加28 t。

表3　改造前后噸氨電耗對比表

經(jīng)過本次改造后，可以看出氨合成系統(tǒng)壓力降低1.0 MPa，塔壓差降低0.53 MPa，系統(tǒng)壓差降低0.61 MPa，合成塔出口溫度上升35 ℃，氨凈值提高1.5%。

合成循環(huán)機單耗由于系統(tǒng)壓差的降低和總氨產(chǎn)量增加電耗降低11.3 kW·h，冰機噸氨電耗上升5.3 kW·h是由于尿素和低壓甲醇使用溴化鋰冷水加上大氣溫度上升原因造成電耗升高，總氨噸電耗由原來的980 kW·h降至940 kW·h左右。

5目前存在問題

第一軸向層溫度偏低：第一軸向層溫度只有通過加減循環(huán)量來控制，分流氣體量不能提高第一軸向層溫度。第一軸向層溫度偏低無法增加循環(huán)量主要原因有兩個：一是為了保證出塔溫度達到設計值，第一床層換熱器設計過小，造成塔內反應熱帶相對增多；二是截流孔板開孔較小，主進氣無法通過更多的氣體進入換熱器，影響循環(huán)量的增加，該種情況還要具體核算后以改造優(yōu)化。

6結束語

目前，從系統(tǒng)能耗及氨凈值上分析，本次氨合成內件改造是成功的，但是在運行情況上看還是有一定的優(yōu)化空間，在后續(xù)優(yōu)化上將對循環(huán)氫進行進行實驗性運行分析得出最佳反應數(shù)據(jù)，以優(yōu)化工藝數(shù)據(jù)，配合生產(chǎn)長周期、穩(wěn)定、高效運行。

參考文獻：

[1]閆江濤，馬瑞芳，喬小斌. ⅢJD-2000Φ2500氨合成塔及合成塔運行系統(tǒng)總結[J].河南化工，2011，28(14)：42-44.

中國化學家獲“世界杰出女科學家獎”

聯(lián)合國教科文組織日前發(fā)布消息說，包括中國科學技術大學謝毅教授在內的5位女科學家獲得2015年度“世界杰出女科學家獎”。

教科文組織的消息說，謝毅教授憑借其在無機化學領域的杰出貢獻而獲得表彰?！八墓ぷ髦铝τ诮档臀廴?，提高能源利用效率，對未來大有裨益。謝毅教授致力于保護地球的事業(yè)，并堅持不懈為應對環(huán)境挑戰(zhàn)尋找具有創(chuàng)新性和智能性的解決方案”。

謝毅是第四位獲得“世界杰出女科學家獎”的中國女科學家，在她之前的獲獎者是中國科學院院士李方華教授(2003年)、中國香港科技大學教授葉玉如(2004年)以及中國香港大學教授任詠華(2011年)。

“世界杰出女科學家獎”由聯(lián)合國教科文組織和法國歐萊雅集團聯(lián)合設立，每年從全球各大洲遴選出5位為科學進步做出卓越貢獻的女性，旨在公開表彰女科學家的杰出成就，并為其科研事業(yè)提供支持。1999年諾貝爾化學獎獲得者艾哈邁德·澤維爾擔任本年度評委會主席。

2015年獲獎的另外四位女科學家分別是摩洛哥穆罕默德五世大學拉賈·沙爾卡維·莫斯利教授，英國牛津大學卡羅爾·羅賓遜教授，巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學泰莎·斯托爾基·貝格曼教授和加拿大多倫多大學莫莉·S·肖伊切特教授。

頒獎典禮將于3月18日在巴黎索邦大學舉行。

“世界杰出女科學家獎”創(chuàng)立于1998年，最初評選領域只限于生命科學領域。從2003年起，評選領域擴展至基礎科學領域，獎金也增至每位獲獎者10萬美元。