年产18万吨液氨合成工段工艺设计

年产18万吨液氨合成工段工艺设计内容摘要：

温度、压力和有触媒催化的条件下，将经过精制的氢氮混合气体，在合成塔内直接合成为氨。 然后将所得的气氨， 从氢氮混合气中经冷却冷凝成为液态氨分离出来。 液氨由氨罐进入氨冷器蒸发为气氨，送碳化岗位制取碳酸氢铵；或送硝酸车间制取硝酸和硝铵；或送硫铵车间制取硫酸铵；或将液氨送尿素车间制取尿素等。 未合成为氨的氢氮混合气体继续在合成系统内循环使用。 合成氨生产的特点，概括起来有如下几方面 [7]： (1)工艺流程长、设备管道多； (2)生产过程有高度的连续性； (3)各工序生产操作相互影响； (4)生产是在高温、高压、易燃、易爆、易中毒、易灼伤的情况下进行的。 在整个合成氨生产过程中，合成氨生产比较复杂，始终存在着高温、高压、易燃 、易爆、易中毒等危险因素，各种控制条件比较严格，稍有疏忽就可能发生事故。 同时，因生产工艺流程长、连续性强，设备长期承受高温和高压，还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等，各类事故发生率比较高，尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。 但是，只要我们能充分认识这一客观规律并掌握这一客观规律就能做到安全生产，实现稳产、高产。 8 因此，合成氨生产必须满足高温、高压、高纯度要求。 在生产过程中有一系列化学反应、传热、燃烧、分离等过程 ,温度、压力、浓度等因素都影响反应的进行 ,这些因素又受到设备质量、水质、煤质、季节、气 候、操作水平、调度与管理的影响 ,这样就形成了合成氨生产工艺过程、设备结构、操作管理与生产技术的复杂性 生产流程及生产方法的确定 合成氨的基本工艺步骤 实现氨合成的循环，必须包括如下几个步骤 [4]：氮氢原料气的压缩并补入循环系统；循环气的预热与氨的合成；氨的分离；热能的回收利用；对未反应气体补充压力并循环使用，排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。 由于采用压缩机的型式、氨分冷凝级数、热能回收形式以及各部分相对位置的差异，而形成不同的工业生产流程，但实现氨合成过程的基本工艺步骤是相 同的。 (1)气体的压缩和除油 为了将新鲜原料气和循环气压缩到氨合成所要求的操作压力，就需要在流程中设置压缩机。 当使用往复式压缩机时，在压缩过程中气体夹带的润滑油和水蒸汽混合在一起，呈细雾状悬浮在气流中。 气体中所含的油不仅会使氨合成催化剂中毒、而且附着在热交换器壁上，降低传热效率，因此必须清除干净。 除油的方法是压缩机每段出口处设置油分离器，并在氨合成系统设置滤油器。 若采用离心式压缩机或采用无油润滑的往复式压缩机，气体中不含油水，可以取消滤油设备，简化了流程。 (2)气体的预热和合成 压缩后的 氢氮混合气需加热到催化剂的起始活性温度，才能送入催化剂层进行氨合成反应。 在正常操作的情况下，加热气体的热源主要是利用氨合成时放出的反应热，即在换热器中反应前的氢氮混合气被反应后的高温气体预热到反应温度。 在开工或反应不能自热时，可利用塔内电加热炉或塔外加热炉供给热量。 (3)氨的分离 9 进入氨合成塔催化层的氢氮混合气，只有少部分起反应生成氨，合成塔出口气体氨含量一般为 10～ 20％，因此需要将氨分离出来。 氨分离的方法有两种，一是水吸收法；二是冷凝法，将合成后气体降温，使其中的气氮冷凝成液氨，然后在氨分离器 中，从不凝气体中分离出来。 目前工业上主要采用冷凝法分离循环气中的氨。 以水和氨冷却气体的过程是在水冷器和氨冷器中进行的。 在水冷器和氨冷器之后设置氨分离器，把冷凝下来的液氨从气相中分离出来，经减压后送至液氮贮槽。 在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中。 当液氨在贮槽内减压后，溶解的气体大部分释放出来，通常称为“贮罐气”。 (4)气体的循环 氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分合成为氨。 分离氨后剩余的氢氮气，除为降低情性气体含量而少量放空以外，与新鲜原料气混合后，重新返回合成塔，再进行氨的合成，从而构 成了循环法生产流程。 由于气体在设备、管道中流动时，产生了压力损失。 为补偿这一损失，流程中必须设置循环压缩机。 循环机进出口压差约为 20～ 30 大气压，它表示了整个合成循环系统阻力降的大小。 (5)惰性气体的排除 氨合成循环系统的情性气体通过以下三个途径带出： (1)一小部分从系统中漏损； (2)一小部分溶解在液氨中被带走； (3)大部分采用放空的办法，即间断或连续地从系统中排放。 在氨合成循环系统中，流程中各部位的惰性气体含量是不同的，放空位置应该选择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方，这样放空的损失最小。 由此可见 ，放空的位置应该在氨已大部分分离之后，而又在新鲜气加入之前。 放空气中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的气体一股可用作燃料。 也可采用冷凝法将放空气中的甲烷分离出来，得到氢、氮气，然后将甲烷转化为氢，回收利用，从而降低原料气的消耗。 有些工厂设置二循环合成系统，合成系统放空气进入二循环系统的合成塔，继续进行合成反应，分离氨后部分情性气体放空，其余部分在二循环系统继续循环。 这样，提高了放空气中惰性气体含量，从而减少了氢氮气损失。 (6)反应热的回收利用 10 氨的合成反应是放热反应，必须回收利用这部分反应热。 目前 回收利用反应热的方法主要有以下几种： (1) 预热反应前的氢氮混合气。 在塔内设置换热器，用反应后的高温气体预热反应前的氢氮混合气，使其达到催化剂的活性温度。 这种方法简单，但热量回收不完全。 目前小型氨厂及部分中型氨厂采用此法回收利用反应热。 (2) 预热反应前的氢氮混合气和副产蒸汽。 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副产蒸汽。 按副产蒸汽锅炉安装位置的不同，可分为塔内副产蒸汽合成塔 (内置式 )和塔外副产蒸汽合成塔 (外置式 )两类。 目前一般采用外置式，该法热量回收比较完全，同时得到了副产蒸汽，目前中 型氮厂应用较多。 (3)预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉。