適應(yīng)原料氣的合成氨工藝改造

汪坤鈺 蘇建梅

(1. 新煤化工設(shè)計(jì)院(上海)有限公司;2. 中石化寧波工程有限公司蘭州分公司)

適應(yīng)原料氣的合成氨工藝改造

汪坤鈺*1蘇建梅2

(1. 新煤化工設(shè)計(jì)院(上海)有限公司;2. 中石化寧波工程有限公司蘭州分公司)

主要介紹了針對(duì)某化肥廠原料氣的改變而進(jìn)行的合成氨生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性改造過(guò)程。

合成氨 天然氣 壓縮機(jī) 預(yù)熱器 工藝改造

某化肥裝置以天然氣為原料，采用布朗天然氣制氨技術(shù)生產(chǎn)合成氨，于1997年建成投產(chǎn)，原料天然氣由某油田輸往該公司末站的天然氣管道供給，進(jìn)入化肥裝置界區(qū)的參數(shù)為壓力0.78MPa(G)、溫度35℃，經(jīng)過(guò)分液、過(guò)濾和原料氣壓縮機(jī)壓縮之后以壓力3.80MPa(G)、溫度160℃原料氣進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐。由原某油田供給的天然氣現(xiàn)已不能滿足化肥廠生產(chǎn)的需要。隨著西氣東輸及其二線建設(shè)的投用，決定改由西氣東輸二線分輸站供氣。

西氣東輸二線天然氣自某分輸站輸送到終點(diǎn)某供氣支線末站，在末站內(nèi)經(jīng)過(guò)濾、調(diào)壓與計(jì)量后向化肥廠輸送，天然氣進(jìn)入化肥裝置界區(qū)的壓力為4.00MPa(G)、溫度5℃。此時(shí)原料天然氣的壓力提高而溫度更低，不能滿足下一工序的要求。為此，需對(duì)該生產(chǎn)工藝進(jìn)行適應(yīng)性改造。

1 原料氣物性及其組成

替換的原料氣為來(lái)自西氣東輸二線的天然氣，它的物性指標(biāo)如下：

分子量 17.5

標(biāo)準(zhǔn)密度 0.78kg/m3

實(shí)際密度 34.60kg/m3

低熱值 36.4MJ/Nm3

原料天然氣組成成分見(jiàn)表1(摩爾分?jǐn)?shù))。

表1 原料天然氣組成成分

2 關(guān)鍵設(shè)備

2.1 分液罐

開(kāi)車(chē)初期，來(lái)自界區(qū)外的原料天然氣含有極少量水分，設(shè)置原料氣分液罐可對(duì)原料天然氣中的水分進(jìn)行分離，同時(shí)在原料氣分液罐的天然氣進(jìn)料口的上部設(shè)置了防沖擋板和絲網(wǎng)除沫器。根據(jù)原料天然氣的組分，原料氣分液罐為裙座支承的立式容器，材料選用Q245R。

2.2 過(guò)濾器

開(kāi)車(chē)初期，來(lái)自界區(qū)外的原料天然氣含有極少量雜質(zhì)，所以選用原料氣過(guò)濾器——多層不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾芯SJFM-II型精細(xì)過(guò)濾器，其濾件采用五層不銹鋼燒結(jié)網(wǎng)濾材，具有過(guò)濾能力大、過(guò)濾精度高、壓損小和工藝過(guò)程穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，尤其是該濾件特別優(yōu)異的清洗再生功能，因而成為最好的可清洗過(guò)濾器，從而能夠確保過(guò)濾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行的目的。

2.3 預(yù)熱器

根據(jù)現(xiàn)有公用工程參數(shù)，選擇加熱天然氣的熱媒為中壓蒸汽，其工作參數(shù)是壓力3.70MPa(G)、溫度365℃，而原料天然氣的工作參數(shù)是壓力4.00MPa(G)、溫度5℃?？紤]到天然氣的介質(zhì)特性是中度危害、爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)，且設(shè)備設(shè)計(jì)壓力為4.40MPa，同時(shí)為了保證裝置長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)生產(chǎn)，如果原料天然氣走殼程，殼程需要選用不銹鋼0Cr18Ni9，這時(shí)管程也需要選用不銹鋼0Cr18Ni9，綜合以上因素考慮，更為了節(jié)省投資，決定原料天然氣預(yù)熱器的天然氣走管程，中壓蒸汽走殼程，管程選用不銹鋼0Cr18Ni9，殼程選用Q345R。另外，鑒于管程和殼程介質(zhì)溫差較大，根據(jù)換熱器選型經(jīng)驗(yàn)，換熱器應(yīng)該選擇U形管式、鞍座支承。

3 合成氨工藝的改造

原有的合成氨生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。從化肥裝置界外來(lái)的壓力0.78MPa(G)、溫度35℃天然氣，首先經(jīng)原料氣分離罐(V-4)把原料天然氣中的液滴分離出來(lái)，再經(jīng)原料氣過(guò)濾器(F-13)過(guò)濾除凈雜質(zhì)等，而后進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)(C-4)，將原料天然氣增至壓力3.80MPa(G)、溫度160℃時(shí)進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐(H-1)。

圖1 改造前合成氨工藝流程簡(jiǎn)圖

改造前，0.78MPa(G)、35℃的原料天然氣需要通過(guò)原料氣壓縮機(jī)(C-4)增壓后進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐(H-1)，這就需消耗3.80MPa(G)的中壓蒸汽，此時(shí)原料氣壓縮機(jī)(C-4)的單項(xiàng)能耗見(jiàn)表2，生產(chǎn)每噸合成氨時(shí)原料氣壓縮機(jī)(C-4)的總能耗值為1 590.720MJ。

表2 原料氣壓縮機(jī)(C-4)能耗值

本項(xiàng)目是合成氨裝置原料天然氣進(jìn)界區(qū)壓力提高后的適應(yīng)性改造。在保持合成氨裝置和尿素裝置生產(chǎn)能力不變的情況下，充分利用天然氣上游較高的壓力，經(jīng)處理后使天然氣直接進(jìn)入主生產(chǎn)裝置，從而可停用增壓用的原料氣壓縮機(jī)(C-4)，有效降低裝置的能耗，提高化肥裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

改造后工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后合成氨工藝流程簡(jiǎn)圖

由圖2可知，從界區(qū)外新引入的原料天然氣操作壓力4.00MPa(G)、操作溫度5℃，經(jīng)原料氣分液罐(V-2511)與原料氣過(guò)濾器(F-2511)進(jìn)行氣液分離與過(guò)濾凈化處理，處理后的原料氣進(jìn)入原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)進(jìn)行加熱，用中壓蒸汽將原料氣加熱至160℃，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥(PV-2515)穩(wěn)壓到3.80MPa(G)后，送往原有原料氣壓縮機(jī)(C-4)的出口管道(DN200)；通過(guò)溫度調(diào)節(jié)閥(TV-2511)調(diào)節(jié)中壓蒸汽的溫度來(lái)控制經(jīng)原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)預(yù)熱后的原料氣溫度。同時(shí)，從原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)進(jìn)出口管線上分別抽取冷、熱兩股原料氣進(jìn)行混合，使用兩組截止閥分別進(jìn)行調(diào)節(jié)：第一路原料氣混合到70℃左右，經(jīng)過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥(PV-2513)減壓到1.30MPa(G)后接入管道(DN100)，送往燃?xì)馔钙?CGT-1)入口，作為燃?xì)馔钙降娜剂蠚?；第二路原料氣混合?7℃左右，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥(PV-2514)減壓到0.35MPa(G)后接入管道(DN150)，作為燃料氣送往一段轉(zhuǎn)化爐(H-1)和合成塔開(kāi)工加熱爐(H-2)。在操作過(guò)程中若出現(xiàn)前系統(tǒng)壓力波動(dòng)、后系統(tǒng)停車(chē)及檢修泄壓等情況，原料氣經(jīng)過(guò)原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)加熱后，通過(guò)調(diào)節(jié)閥(PV-2512)減壓后排往裝置內(nèi)火炬管網(wǎng)。

項(xiàng)目改造前后，生產(chǎn)上原料天然氣的用量沒(méi)有變化，而能耗發(fā)生變化。改造后，進(jìn)界區(qū)的原料天然氣壓力高，無(wú)需增壓，只新增了原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)，耗用的中壓蒸汽 (表3)繞過(guò)原料氣壓縮機(jī)(C-4)直接進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐(H-1)，這樣就可停開(kāi)原有的原料氣壓縮機(jī)(C-4)。

表3 預(yù)熱器(E-2511)能耗值

由表3可知：生產(chǎn)每噸合成氨時(shí)原料天然氣預(yù)熱器(E-2511)的總能耗值為376.736MJ。改造項(xiàng)目實(shí)施后，生產(chǎn)每噸合成氨時(shí)的能耗可降低1 213.984MJ。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目的實(shí)施在以天然氣為原料的石化企業(yè)具有一定的普遍性。20世紀(jì)80年代建成的化肥裝置，原料氣大多采用油田天然氣。隨著西氣東輸及其二線建設(shè)的投用，各分氣站的天然氣管網(wǎng)的壓力是7.0～9.0MPa(G)，如果原設(shè)計(jì)天然氣壓縮機(jī)是單級(jí)離心壓縮機(jī)(出口壓力3.80MPa)，就可以停用天然氣壓縮機(jī)，把新天然氣接入天然氣壓縮機(jī)出口管道即可；如果原設(shè)計(jì)天然氣離心壓縮機(jī)是兩級(jí)壓縮的，就需要改為單級(jí)離心壓縮機(jī)，同樣也可節(jié)能降耗。

*汪坤鈺，男，1980年5月生，工程師。上海市，200233。

TQ113.25+1

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0254-6094(2016)04-0545-03

2015-09-18)