新编兰花科创年产30万吨氨合成及醇烷化技术方案

新编兰花科创年产30万吨氨合成及醇烷化技术方案内容摘要：

12 物料数据表 表 2主要物流数据 名称 压力 温度 ℃ 流量 Nm3/h 组 成（ mol%） H2 N2 NH3 CH4 Ar CO CO2 H2O CH3OH 醇化入塔气 142 123633 0 0 0 醇化出塔气 176 119107 0 146ppm 141ppm 烷化塔入塔气 248 116342 0 149ppm 143ppm 烷化塔出塔气 250 116274 0 4ppm 3ppm 0 氨合成补充气 8 116164 0 4ppm 3ppm 0 氨塔入塔气 215 478557 0 0 0 0 氨塔出塔气 378 423751 0 0 0 0 放空气 21 6093 0 0 0 0 闪蒸气 14 1278 0 0 0 0 醇产量 t/h 氨产量 t/h 氨合成蒸汽产量 t/h （ 饱和蒸汽） 公用物料及消耗 表 3 公用物料及消耗表 序号 项目 单位 参数 备注 1 合成氨产量 t/h 2 甲醇产量 t/h 3 新鲜气消耗 Nm3/h 123633 4 锅炉给水流量 t/h 5 中压饱和蒸汽产量 （ ） t/h t/tNH3 6 烷化提温蒸汽消耗量（ 、 380℃） t/h 规格暂定 7 醇化系统冷却水消耗量 t/h 375 8 烷化系统冷却水消耗量 t/h 210 13 9 烷化系统氨冷器冷氨消耗量 t/h 氨冷器蒸发压力 10 合成系统冷却水消耗量 t/h 1100 t/tNH3 11 合成系统一级氨冷器氨消耗量 t/h 氨冷器蒸发压力 12 合成系统二级氨冷器氨消耗量 t/h 氨冷器蒸发压力 13 循环机轴功率（效率 78%） KWh KWh/tNH3 14 冷冻轴功率（效率 78%） KWh KWh/tNH3 15 醇化催化剂消耗 m3 ～ 24 寿命≥ 3 年 16 甲烷化催化剂消耗 m3 ～ 26 寿命≥ 8 年 17 氨合成催化剂消耗 m3 ～ 73 寿命≥ 8 年 18 甲醇化电炉 KW 1800 正常生产不开 （内置式） 19 甲烷化电炉 KW 1800 正常生产不开 （内置式） 20 氨合成电炉 KW 3400 正常生产不开 （内置式） 21 洗涤泵、起重机及照明 KWh 100 22 醇烷化循环机 KWh 待定 23 氨合成循环机 KWh 待定 24 仪表空气 Nm3/h ～ 100 14 15 4 主要设备说明 醇化塔、烷化塔 醇化塔 工艺气通过压缩机加压到 ～ 19MPaG 后，进入醇化系统。 进口气体中 CO+CO2含量在 ～ %的情况下，进甲烷化系统工艺气中 CO+CO2的含量需要满足～ 300ppm 的要求。 综合考虑上述因素，该方案拟选取 GC－ R301Y 的三轴一径催化剂自卸结构，主要技术参数见表 5。 表 5 GC－ R301Y 型φ 1800 醇化塔主要技术参数 塔型 GC— R301Y 三轴一径催化剂自卸结构 塔径 mm φ 1800 塔净空高 mm 16000 内件运行阻力 MPa ～ 烷化塔 烷化系统的作用是将醇化系统出口工艺气中～ 300ppm 的 CO、 CO2进行甲烷化反应，使烷化系统出口工艺气中的 CO+CO2≤ 10ppm，以达到深度净化的目的。 烷化系统主要设备是烷化塔，该方案拟选取 GC－ R102YW 的一轴二径催化剂自卸结构，主要技术参数见表 6。 表 6 GC－ R102YW 型φ 1600 烷化塔主要技术参数 塔型 GC－ 102YW 一轴二径催化剂自卸结构 塔径 mm φ 1600 塔净空高 mm 16000 内件运行阻力 MPa ～ 氨合成塔 结构特点 氨合成塔内件由一个轴向层和三个径向层催化剂筐、两个层间换热器和一个下部换热器组成，上层间换热器设置在第一轴向层和第一径向层催化剂筐中心，下层间换热器设置在第二径向层催化剂筐中心，下部换热器设置在球封头处。 通过调节合成塔入塔工艺气温度及 f0~3流量，从而保证氨合成反应处于较佳的工作状态。 ff3 两股冷气分别与出第二、第三催化剂床反应后 的热气换热后，沿中心管上升合成塔顶部与调节零米温度的冷气副线 f0汇合，然后进入第一催化床层进行氨合成反应。 反应后的热气体与冷气 f1汇合后进入第二催化剂床层，反应后的热气体通过上层间 16 换热器换热后进入第三催化剂床层反应，反应后的热气体通过下层间换热器换热后进入第四催化剂床层反应，反应后的热气进下部换热器换热后离开合成塔进入废热锅炉。 GC– R123Y 型氨合成塔内件特点 （ 1）轴向段采用新型菱 形分布器气体混合分布技 术、合成塔操作弹性大； 大型氨合成塔轴向段气体分布均匀度设计比小塔径难 度大，国昌公司采用专用于大直径合成塔的 轴向段气体分布的新型 菱形分布器气体分布技术，从实际的使用情况看，与其它同类混合分布器 相比，气体分布更均匀；同时保留了一小段轴向 层，操作弹性要比一般全径向塔更大，最低可达 到 30% 的负荷。 另外，在塔顶仍然保留一小段轴向段，一方面是考虑到贵公司的操作工况有可能会出现大幅波动，一小段轴向层可提高整塔操作的稳定性，增加操作弹性；另一方面，保留一小段轴向层，可提高整塔的抗中毒能力，即使轴向层出现轻微中毒现象，对整塔的运行也不至于影响太大（因为轴向层催化剂只占到整塔催化剂的 14%）。 （ 2）径向筐分气流侧和集气流侧采用二次分布技术，气体分布均匀； 径向催化剂筐采用分气流侧和集气流侧双向补偿不等压差的方式进行的，即在分气筒上和集气筒上都采用上下不等小孔和二次分布的设计，使两侧都对不均分布进行有效控制，从而使设计的“不均匀度”≤ 5%，提高了氨合成的转化效率。 采用具有我国自主知识产权的“鱼鳞筒”二次分布器技术：在分气筒和集气筒双侧均设计了鱼鳞筒二次分布器，气流从小孔分布后（一次分布）经鱼鳞筒二次分布空间分散，然后经鱼鳞孔切向分布（二次分布）至催化剂床层，使气体分布均匀度提高，死角 减少，有效提高了分布器分布效果。 （ 3）采用冷激 +段间间冷调温形式，操作容易，氨净值高； 氨合成塔上部调温采用冷激形式，催化剂床层温度调节及时，合成塔操作弹性大。 下部调温采用段间间冷形式，调温手段灵活， 操作简便。 采取层间间接换热方 17 式， 一方面使通过上层氨合成催化剂床层的气体不被未反应的气体冲稀，另一方面由于触媒床层没有冷管，不存在冷管效应，可充分发挥床层催化剂的合成效果，从而提高了系统的氨净值。 （ 4）绝大部分气体均通过第一层触媒，催化剂利用率高。 除 f1冷激外，其余气体均通过层间换热提温 后进入第一轴向层，近 90%的工艺气均进入第一层反应，提高了催化剂的利用率。 （ 5）采用轴径向相结合的形式，塔阻力低； 氨合成塔一般采用一轴三径结构，径向筐的比例占整个触媒床层的 80～ 90%，大大降低触媒床层阻力。 （ 6）换热器采用“瘦长”形 折流杆换热器 ，换热效果好，高压空间利用率高； 氨合成塔上下层间换热器采用“瘦长”形换热器，一方面提高了换热器的效果，增加了换热器的操作弹性，另一方面使换热器的体积最小化，提高了高压容积利用系数。 “瘦长”形换热器和中心管、集气筒设计成一个整体，简化了内件的结构，便于设备的检 修。 （ 7）采用催化剂自卸技术； 四段轴径向催化床相互独立又相互关联，每段催化床之间相互连通，可实现整塔催化剂完全自卸。 （ 8）反应器计算手段先进，催化剂床层分配合理。 通过 GCReactor 反应器计算程序，并在此基础上与生产实践相结合，对不同类型、粒度的氨合成催化剂进行修正，从而完成合成塔的工艺设计计算，催化剂床层分配合理，能满足不同工况下对操作弹性的苛刻要求。 氨合成系统拟选取 GCR123ZYW 型一轴三径催化剂自卸结构，主要技术参数见表 7。 表 7 GCR123ZYW 型φ 2600 氨合成塔主要技 术参数 塔型 GCR123ZYW 型一轴三径催化剂自卸结构 塔径 mm φ 2600 塔净空高 mm 24500 生产能力 tNH3/d 1000 内件运行阻力 MPa ～ 18 废热锅炉的设计思想 目前，国内废热锅炉的形式主要有以下几种： 图 4托普索立式 U 型管废热回收器 隔热套管 U 型管高温段U 型管低温段隔热套管密封填料 图 5 Casale 的 U型管废热回收器结构（采用“莲花形”结构） 19 合成塔废锅高温连接管 图 6 国内改进型双管板废热锅炉 图 7国昌公司三套管废热锅炉结构示意 图 从以上四种废锅可以看出，均采用了双管板结构（托普索也采用双管板结构，与 CASALE 相比就是缺少了死气层，但无论是托普索的双管板结构，还是 CASALE的双管板结构，均无法避免高压侧承受高温的弊端。 国内改进型双管板废热锅炉，虽然在单管板冷热气体温差应力较大的问题得到一定改善，但需要设计两个大的高压管板，同时有一侧不仅要承受高压还要承受高温。 同时二块管板并肩排列，空间利用率极低，而且没有从根本上解决温差应力对管板、管箱的损坏。 本设计所开发的新型三重套管直连式高温废热锅炉，摒弃了传统废热锅炉 20 所 存在的诸多缺陷，是一种对材料要求不高、制造成本较低的余热回收装置，具有如下技术特点： ①采用卧式直连式结构，将废热锅炉与合成塔底部直接连接，从而省去传统使用的高温高压引出管，避免高级合金钢管的使用，易于国内解决，节省了昂 贵的高合金管道、弹簧支吊架等额外投资。 ②采用高压联箱内设置内部高温联箱的分隔结构，使高压和高温两个苛刻条件 由外联箱和内联箱分开承担，降低了外联箱的材质难度和制造难度，既节省投资，又更加安全。 ③进气管设置了隔热层保护装置，使上部锻件的运行更加安全可靠。 ④废热锅炉进气管设置膨胀节，弯头 有支座可吸收合成塔出气管与废热锅炉进气管的热应力；小管板设计成可拆卸，以便可能发生的检修。 ⑤采用三重套管式锅炉管结构，使高温气体先流过不受压的内套管，将温度降低到合适的温度后，再进入受高压的外套管，即与水传热的高压锅炉管，从而使锅炉管的材质易于解决，而且不会产生如 U 型管束末端震动破坏现象。 既节省投资，取材容易，又运行安全 ⑥由于内管外侧有隔热套管，可阻止高温传导到高压管板，而且高压管板温度均匀不宜产生变形损坏。 外管可采用 12Cr2Mo，不仅可降低设备造价，而且提高了材料的耐应力腐蚀性能。 ⑦内管对外管的传 热，不仅可以降低外管的最高工作温度，而且可以使外管的传热曲线变得平缓，消除汽膜热阻，使换热效率相比 U 型管结构提高 10%。 国昌公司拥有卧式三重套管高温余热回收装置的专利，可与国内化机厂合作负责完成该锅炉的设计、制造任务。 目前，完成设计制造的有四川金象化工φ 1200/φ 20新疆大黄山φ 1100/φ 1900、山西金象φ 1400/φ 2200、大唐内蒙呼伦贝尔φ 1400/φ 2200、山东洪达φ 1400/φ 2200、长春大成φ 1100/φ 1900、安徽晋煤φ1500/φ 2400、鲁西化工φ 1500/φ 2400、四川绵竹φ 1500/φ 2300、华鲁恒升φ 1500/φ 2400、湖北三宁φ 1600/φ 2400等 10 多套废热锅炉，其中大部分的废热锅炉已投入使用，效果显著。 其他附属设备的设计 （ 1）塔前换热器 21 塔前换热器仍采用我国目前合成氨厂普遍使用的由内件与外筒组装结构。 这种结构造价低，内件可以单独制造检修。 （ 2）水冷器 本设计中选用的水冷器为蒸发式水冷器。 该水冷器结构简单，安装检修方便，运行费用低等特点。 （ 3）冷交换器 本设计方案选用的冷交换器是目前国内合成氨厂广泛使用的换热器与分离器二合一结构。 此种 设备具有以下优点： a、设备上部是换热段，下部是分离段，气体经过换热段后直接去分离段进行分离。 b、 该设备为换热器与分离器二合一设备，占地面积小，节约设备投资。 （ 4）氨冷器 氨合成氨冷器管束采用 U 结构，壳体部分的管束上部有较大的蒸发面及蒸发空间，冷却效果。