20万吨年合成氨项目初步设计第一分册-技术说明(编辑修改稿)

20万吨年合成氨项目初步设计第一分册-技术说明(编辑修改稿)内容摘要：

温氧化铁的脱硫效果和增加脱硫剂的硫容，需在天然气中配入少量空气，为达到空气和天然气混合均匀的效果，从界区引入少量空气经计量后在天然气洗涤塔入口加入到天然气中。 (2) 脱硫转化工序 来自压缩 工序的天然气经一段转化炉 (01B0101)对流段盘管预热到约 390℃，进入钴钼加氢反应器 (01R0101a,b)脱硫，钴钼加氢反应器后串接两台台氧化锌脱硫槽 (01R0102a,b)以保证脱硫的精度，出氧化锌脱硫槽的天然气中硫含量小于。 脱硫后的天然气按 的水碳比配入工艺蒸汽，混合气经一段转化炉对流段的混合气盘管预热到 610℃后进入一段转化炉辐射段转化管，在镍触媒的作用下进行蒸汽转化反应生成氢气和一氧化碳。 转化反应需要的热量靠一段转化炉辐射段燃烧燃料天然气提供。 在一段炉对流段分别设置： 1） 混合气 预热器 2） 工艺空气预热器 3） 蒸汽过热器Ⅱ 4） 天然气预热器Ⅱ 5） 蒸汽过热器Ⅰ 6） 天然气预热器Ⅰ 7） BFW 预热器 青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 14 页 共 100 页 8） 燃料气预热器 9） 燃烧空气预热器 充分回收烟气热量提高一段炉总的热效率。 一段炉出口的转化气经输气管进入二段转化炉 (01R0103)，在二段转化炉燃烧室内与来自空气压缩机 (01C0402) 的空气并经一段转化炉对流段盘管预热至约 620℃的工艺空气混合，发生燃烧反应。 燃烧为转化气在二段转化炉触媒层中的进一步蒸汽转化反应提供了热量。 经两段蒸汽转化，二段转化炉出口转化气中的残余甲烷含量降低到约 %(干基 )。 二段转 化炉出口气温度约 1000℃，在转化气废锅 (01E0101)和转化气锅炉给水预热器 (01E0102)中回收热量后去变换甲烷化工序。 (3) 变换甲烷化工序 转化气进入高温变换炉 (01R0201)，高温变换炉中装填了铁系的高温变换触媒，在高温变换触媒中发生变换反应，大部分一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳和氢气，离开高温变换炉的工艺气中一氧化碳含量降低到约 3%。 为使变换反应更接近平衡，高温变换炉出口气经高变废锅 (01E0203)和高变气锅炉给水预热器 (01E0204)回收热量后 , 在约 200℃进入装有铜触媒的低温变 换炉 (01R0202)进一步发生变换反应，低温变换炉出口的一氧化碳含量降低到 %。 来自脱碳工序的净化气经甲二换热器 (01E0202)和甲一换热器 (01E0201)预热后进入甲烷化炉 (01R0203)，甲烷化炉中装填了镍触媒，脱碳气中含有的少量一氧化碳和二氧化碳与氢气发生甲烷化反应被除去。 甲烷化炉出口气中除水蒸汽外含有氢气，氮气，及少量甲烷，氩气。 甲烷化炉出口气经甲二换热器 (01E0202)回收热量后，再经甲烷化水冷器(01E0205) 冷却到 40℃，在甲烷化气分离器 (01S0201)中分离冷凝液后送压 缩工序。 (4) 脱碳工序 低温变换炉出口气经低变气废锅 (01E0301)，低变气再沸器 (01E0302)，低变气 /脱盐水预热器 (01E0304)回收热量后，温度降低到 75℃，在低变气分离器(01S0303)中将冷凝液分离下来。 分离下来的工艺冷凝液送往工艺冷凝液汽提塔(01T0101)汽提后回收使用。 变换气进入 CO2吸收塔 (01T0302)，在吸收塔中与MDEA 溶液逆流接触，分两段完成二氧化碳的吸收。 CO2 吸收塔顶气体经水冷器青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 15 页 共 100 页 冷却、分离掉冷凝液后去甲烷化。 吸收二氧化碳后的 MDEA 溶液（富液）经水力透平 (01HT0301)回收能量后，进入富液闪蒸洗涤塔 (01T0303)，塔顶的闪蒸气去一段炉作燃料，塔底的 MDEA 溶液进入 CO2 再生塔 (01T0301)的顶部，水力透平回收的动力用于提供半贫液泵 (01P0302)运转所需的部分动力。 在 CO2 再生塔上段，经闪蒸、蒸汽汽提，富液中溶解的 CO2 被部分再生出来，形成半贫液。 一部分半贫液经半贫液泵加压，并经溶液换热器（ 01E0305）加热后，进入到 CO2再生塔的中部再次闪蒸，其余的半贫液经过半贫液水冷器冷却后，再经半贫液泵加压进入到 CO2 吸收塔的中部循环使用。 进入 CO2 再生塔 中部的半贫液经过进一步的闪蒸后，成为贫液，而后依次经过溶液换热器、贫液脱盐水预热器回收热量，经贫液泵加压送至 CO2 吸收塔上段循环使用。 CO2 再生塔中再生出来的二氧化碳经 CO2 气冷却器冷却到约 40℃，作为产品送出界区。 (5) 压缩工序 来自天然气配气站的天然气压力约为 (A)，分出一部分作燃料天然气，其余天然气作为原料天然气，配入少量来自甲烷化后的返氢气进入天然气压缩机 (01C0401)压缩至 (G)后送往转化工序、工艺空气进入空气压缩机(01C0402)压缩至 (G)后 送往转化工序。 来自变换甲烷化工序的氢氮气，配入来氢氨回收工序的低压氢气后，抽出少量送往天然气压缩机的入口作为脱硫的配氢气。 其余氢氮气进入合成气压缩机 (01C0403a,b,c,d)的氢氮气段压缩至约 (G)送往合成工序。 正常操作时，合成气压缩机的一段出口分离器前补入来自氢氨回收工序的高压氢气。 合成工序来的循环气经合成气压缩机的循环段压缩至 (G) 送往合成工序。 (6) 合成冷冻工序 压缩工序来的合成补充气通过补充气氨冷器 (01E0508)冷却到 7℃，大部分的水冷凝并在补充气分离 器 (01S0503)中被分离，分水后的合成补充气与来自 1氨分离器 (01S0501)的合成循环气混合，在 2氨冷器 (01E0507)中冷却到 6℃，进入 2氨分离器 (01S0502)将冷凝的氨分离出来。 分氨后的合成气回收冷量后去压缩工序升压。 回来的循环气先经过油过滤器（ 01F0501）除油 , 除油后的气体在进出塔换热器（ 01E0502）中预热后进入氨合成塔 (01R0501)发生氨的合成反应。 合成塔出口气温度约 401℃，经合成废热锅炉 (01E0501)，合成锅炉给水预青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 16 页 共 100 页 热器 (01E0506)，进出塔换热器 (01E0502)回收热量后，在合成水冷器 (01E0503)中冷却到 40℃，然后经冷交换器 (01E0504)、 1氨冷器 (01E0505)冷却到 8℃，大量的氨被冷凝并在 1氨分离器 (01S0501)中分离出来， 1氨分离器出口的合成气弛放一部分以控制合成回路中的惰性气体含量，剩余的大部分合成气进入 2氨冷器 (01E0507)中冷却到 6℃，在 2氨分离器 (01S0502)中进一步分氨后循环使用。 合成弛放气送往氢氨回收工序。 1氨分离器与 2氨分离器分离下来的液氨在液氨排放槽 (01V0501)中降压闪蒸，除去大部 分溶解的合成气后，在液氨加热器 (01E0509)中与来自冷冻系统的液氨换热，加热至约 33℃，送出界区。 氨压缩机 (01C0501)是一台电动离心式压缩机。 来自 2氨冷器的气氨在约 MPa(G)的压力下进入氨压缩机的一段入口进行压缩。 在压缩机二段入口补入压力为 (G)来自 1氨冷器和补充气氨冷器的气氨，然后一起压缩至约 MPa(G) ，然后进入氨压缩机出口冷却器 (01E0511)和氨冷凝器(01E0510)冷凝为液氨，冷凝下来的液氨自流至液氨贮槽 (01V0503)，然后送往液 氨加热器 (01E0509)形成循环 (7) 氢氨回收工序 液氨排放槽 (01V0501)出口的闪蒸气和液氨罐区来的贮罐气一起进入低压洗氨塔 (01T0602)，用脱盐水将其中的氨洗涤下来，经低压氨水泵 (01P0603a,b)送走，来自合成工序的弛放气进高压洗氨塔 (01T0603)，用脱盐水将其中的氨洗涤下来，与低压氨水泵来的一起经氨水换热器 (01E0602)换热后，进氨蒸馏塔(01T0601) 蒸馏，回收的液氨去合成工序，出高压洗氨塔的弛放气送膜分离系统，分段提取高压氢气和低压氢气送压缩工序，尾气去燃料气管网 作燃料 (8) 罐区 出合成工序的液氨正常情况下直接去尿素装置，当尿素装置短时间停车时，液氨不经加热送直接到液氨贮罐 (02V0101)贮存。 罐内的液氨经氨输送泵02P0101 加压并经液氨加热器 02E0101 加热后 , 送尿素装置。 贮罐气去氢氨回收工序。 主要设备选型 一段转化炉 一段转化炉是合成氨厂的关键设备之一。 本装置一段转化炉采用炉 型为热底青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 17 页 共 100 页 箱式顶烧炉，采用强制通风烧嘴。 对流段设有混合气预热器、工艺空气预热器、蒸汽过热器Ⅱ、天然气预热器Ⅱ、蒸汽过热器Ⅰ、 天然气预热器 Ⅰ、 BFW预热器 、燃料气予热器及燃烧空气预热器 共 九 组盘管。 烟气温度被降 至约 120oC，由引 风机排入大气，炉子总热效率约 92%。 二段转化炉 该设备为内衬耐火材料，外有水夹套的高温中压操作 的 立式反应容器。 内装。 氨合成塔 合成塔是合成氨生产中的心脏设备， 采用径向流式、三床触媒层、上部和中部两个触媒筐带换热器的结构。 压缩机 本装置设有天然气压缩机（ 1开 0备），空气压缩机（ 1开 0 备），氨压缩机（ 1开 0备）和合成气压缩机（ 3开 1备），其中除合成气压缩机为电驱动往复式压缩机外，其余均 为电动离心式压缩机。 装置危险性物料主要物性和三废排放表 装置危险性物料 （ 1）生产过程中的主要危害因素 易燃易爆物，高温、高压气体，有毒气体、物质等。 （ 2）主要物料的危害特性 1）原料天然气和中间产品的易燃易爆特性 : 气体名称 最低着火温度℃ 爆炸界限 (体积 %) 空气中 氧气中 空气中 氧气中 下限 上限 下限 上限 CH4 632 556 H2 572 560 CO 609 588 转化气 变换气 甲烷化气 2）本装置生产过程适用了多种催化剂 , 其中有含镍催化剂。 含镍催化剂在38~204℃之间，镍和 CO 反应已生成羰基镍，它是一种有剧毒的介质，一旦人员青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 18 页 共 100 页 中毒，逐期会产生头疼眼花恶心呕吐，严重时将发热和产生呼吸困难，甚至可能导致死亡。 3）一氧化碳 CO是一种无色无味、有剧毒、易燃气体，对空气的比重为 ，从蒸汽转化到变换的工艺气体中均含有 CO 气， CO通过呼吸进入人体血液中，将血液中的氧排出而使人体缺氧发生窒息。 另外， CO 也可使人的中枢神经系统中毒， CO中毒一般皆为急性，病况都很典型：脉慢、头痛、头晕、呕吐、呼吸困难、昏迷，严重者可导致死亡。 4）甲烷： 甲烷为无色无味、比空气轻的气体，从界区来经脱硫至蒸汽转化的工艺气体中以 CH4 为主。 甲烷在空气中的含量高于 80%时，才对人体有毒。 空气中有大量甲烷存在时会使人感到呼吸困难、窒息而死。 5）氢气 氢气对人体没有直接的毒性，但氢气在空气中的浓度过高，也会使人窒息死亡。 设计中采取的主要防范措施 （ 1）本装置的新职工必须经过三级安全教育，经过安全考试合格后，方可独立工作。 （ 2）车间应具备防毒面具、空气呼吸器、防护服、胶鞋、橡皮手套等保护面具及设置消防器具。 （ 3）界区内动火，必须办理安全动火手套。 （ 4）装置内高温介质较多，在有人员经过的地方、设备、管线应有防烫伤措施。 （ 5）在有化学品加入的区域设置洗眼器。 （ 6）开车前应进行系统安全检查，严防设备、管线跑冒滴漏。 （ 7）各种设备的安全措施、仪表、消毒和消防用具，均需定期校正、检验、保护好用。 （ 8）传动设备的传 动部分均设有防护罩，检修时必须切断电源，并挂上醒目的“禁止送电”牌。 青海云天化国际化肥有限公司 20 万吨 /年合成氨项目 初步设计 第 19 页 共 100 页 排放物数量及特性 三废排放一览表（废渣） 序号 废物排出设备 废物名称 组成及物性数据 排放特性 排放数量 备注 温度℃ 压力 MPaA 连续 间断 1 常温脱硫槽 废铁锰脱硫剂 含 FeS 常温 常压 √ 64m3/次 每一年半排放一次送催化剂厂回收 2 一段转化炉 废转化触媒 含 NiO 常温 常压 √ 每三年排放一次送催化剂厂回收 3 钴钼加氢反应器 废钴钼触媒 含钴钼 常温 常压 √ 每四年排一次送催化剂厂回收 4 氧化锌脱硫槽 废氧化锌脱硫剂 含 ZnS 常温 常压 √ 每半年排放一次送催化剂厂回收 5 二段转化炉 废转化触媒 含 NiO 常温 常压 √ 每三年排放一次送催化剂厂回收 6 高温变换炉 废变换触媒 含 Fe2O3 常温 常压 √ 每三至四年排放一次。