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1、14.2 氨合成装置4.2.1 概述4.2.1.1 氨合成装置设计规模和装置组成1）氨合成装置的设计规模氨合成装置的设计能力为两套年产 30 万吨液氨产品。2）氨合成装置组成氨合成装置主要由以下 3 个单元构成.合成气压缩及氨合成氨冷冻氨罐区4.2.1.2 氨合成装置生产方法、流程特点氨合成装置采用托普索公司 S-300 来进行设计，以获得最高的性能和最低的消耗。该技术有如下特点：(1) 合成回路压降小（0.9MPa）,氨净值达 15.97%。(2) 为了尽可能提高氨的单程转化率和保持催化剂装量最少，氨合成塔采用 S300 系列托普索径向流塔，它包含了压力外壳和一个触媒筐。触媒筐包含了三个催化
2、剂床层和两个床间换热器，床间换热器分别位于第一和第二催化剂床的中心。(3) 氨合成塔采用的催化剂用量小、寿命长，且活性稳定。(4) 中压蒸汽的产生及过热在回路中完成，而合成塔的设计并没有位于第三床出口的底部换热器，这样最大可能提高了反应热的回收。本项目氨合成装置工艺包由托普索公司提供。4.2.1.3 本装置的三废治理及环境保护的措施与实际效果1)、废气正常运行情况下约 57Nm3/h 惰性气体送往界外火炬系统。2)、废液废热锅炉连续排放锅炉水 416kg/h 送往清净水排放系统，以保持锅炉内锅炉给水质量。3)、废渣托普索公司合同保证催化剂使用年限 5 年，催化剂主要成份:FeO、Fe 2O3等
3、。2催化剂使用量约 45.6m3。使用后的催化剂废渣由厂方集中安置处理。4.2.1.4 氨合成装置的年操作时间氨合成装置的年操作时间为 300 天，7200 小时连续操作。4.2.2 原材料、产品及催化剂、化学品的主要技术规格4.2.2.1 原材料技术规格序号 名称 规格 标准 备注1 氨合成原料气压力 MPaG 5.0温度 30组成：H2 %vol 74.98N2 %vol 25.02CH4+Ar 25ppmvCO +CO2 %vol 5ppmv 基于氧原子总硫 0.1ppmv Cl,As 含量为 04.2.2.2 产品技术规格液氨产品技术规格符合 GB536-1988 优等品，下表为液氨产
4、品国标。序号 名称 规格 标准 备注1 液氨 优等品 一等品 合格品 GB536-1988NH3 99.9%(wt) 99.8%(wt) 99.6%(wt)残余物 0.1%(wt) 0.2%(wt) 0.4%(wt)水 0. 1%(wt)油含量 mg/kg 5( 重量法) 2(红外光谱法)油含量 mg/kg 14.2.2.3 催化剂、化学品技术规格序号 名称 规格 控制组分名称 标准 备注1 氨合成塔 一床层 KM1R 7.2二床层 KM1 14.0 FeO、Fe 2O33序号 名称 规格 控制组分名称 标准 备注铁基催化剂 三床层 KM1 24.4主要化学成分主要FeO、Fe 2O3，K2O
5、,CaO,Al2O3 等外观 不规则颗粒尺寸 1.53.0mm堆积密度 2200-3200kg/m34.2.3 装置危险物料主要特征表爆炸极限 V%序号物质名称分子量熔点()沸点()闪点()自燃温度()下限 上限毒性程度火险分类爆炸级组国家卫生标准mg/m3 1 氢 2.01 -259.2 -252.8 1.051.3；b.多回路的防喘振系统应注意高低压缸之间的流量分配关系；c.合理处理防喘振阀开度同机组转速关系，正常运行时，如无特殊情况，防喘振放空阀和回流阀应关闭严密；d.运行中防喘振系统应投自控运行；e.各防喘振阀的流量值，任何时候不能低于喘振流量。27 循环机紧急停车和正常停车有什么区别
6、？正常停车：1、缓慢打开一回一手动阀、三回二手动阀，同时手动打开三回三,控制室调节压缩机进口压力在正常操作范围内。212、逐渐关三段出口阀及一段进气阀，使压缩机与系统脱离。3、打开出口放空阀，将压力卸尽后，当压缩机进入空负荷运转后切断电机电源，停车。4、关放空阀。5、关三回二、一回一手动阀、三回三手动阀。6、停循环油泵。7、长期停车须关闭压缩机循环冷却上、回水阀，同时将汽缸、填料和管道积水排净。紧急停车：如遇压缩机、电机发生重大故障，大量液体带入气缸，高压设备和管道发生爆炸、失火或其它重大事故等情况时，压缩机应立即停车。紧急停车步骤：1、先按紧急停车按钮切断主电机电源。2、关闭三段出口阀、一段
7、进气阀、一级闪蒸气到循环气压缩机的二段入口的阀门。3、同时打开放空阀，将系统压力卸尽后，关放空。4、停循环油泵。5、视具体情况停循环冷却水。28 氨压缩机出口温度过高的原因是什么？如何处理？1、负荷太大。处理方法：适当降低负荷。2、最后一级进口温度太高。处理方法：调节段间循环水进出口阀，降低最后一级进口温度。3、最后一级进口压力太高。处理方法：适当降低负荷。29 合成塔进口气体氨含量高的原因是什么？应如何处理？1、 氨冷温度太高，主要有气氨压力高、来氨压力低、氨冷器换热效果差、来氨温度高等原因。2、分离器分离效果太差3、设备内漏，如冷交换器或者热交换器管壳程串气等。4、水冷器出口温度过高，氨冷
8、器负荷过重。30 造成合成塔压力过低的主要原因有哪些？怎样处理？系统压力低，如果是长期处于低压状态，有：1、综合各类消耗和成本后这个压力等级比较经济，专门控制在低压生产。2、新鲜气量不足，系统不满负荷生产，使系统压力达不到设计压力。如果是短期内出现系统压力降低，则：1、新鲜气量减少。2、循环量增大。3、系统出现漏点。4、放空阀门开关位置不合适。5、放氨带气。6、之前系统处于不稳定状态，生产波动后好转31 冷冻回路冷量不够的原因有哪些？1、联系调度开启循环水脱气槽的风机，降低循环水的温度。2、两台水冷器经常排气，加强冷却效果。还可以采取以下措施：1、提高循环水的压力。222、蒸汽压力低，汽轮机转
9、速提不上来。3、防喘振阀开度太大。4、氨冷器液位太高或太低。32 氢氮比对化学平衡与反应速率有什么不同的影响?根据平衡移动原理，如果改变平衡体系的浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。氨合成反应的进行，是按 H2/N2=3 的比例消耗的，因此提高氢气、氮气的分压，维持H2/N2=3 可以提高平衡氨含量。从氨合成反应速度可知，在非平衡的状态下，适当增加氮的分压对催化剂吸附氮的速度有利，因为氮的活性吸附是氨合成反应过程的控制步骤。在一般的生产条件下，氨产率只能达到平衡值的 50%70%，因此，在生产中应适当提高氮的比例，一般控制循环气中氢氮比在 2.73:1 之间较为适宜。33 空速 压力 温度对
10、氨合成影响?影响氨合成反应的工艺因素及工艺条件的选择：氨合成反应为放热，体积缩小的可逆反应，温度压力及气体组成对反应进行的程度及过程进行的速度有一定的影响。在工业生产中，氨合成反应进行程度直接取决于各个工艺条件，而氨合成工艺参数的选择要综合考虑到氨净值、反应速度、催化剂使用性能条件、原料及能量消耗等因素，为此，工艺条件的选择具有很强的技术经济性。1.压力：压力是决定合成回路构成的重要因素从化学平衡角度考虑，提高压力有利于提高平衡氨含量，并能加快反应速度，增加装置的生产能力；另外，提高压力有利于氨分离，并减少冷冻功耗。但压力的提高对设备的材质，加工制造的要求提高，原料气压缩功耗也增加，所以工厂对
11、压力的选择要综合考虑技术经济效果。取决于动力消耗，基建投资喝工厂成本几个发面。目前，国内合成压力在 15.032.0MPaG 之间，本工段在 13.8MPaG 下操作。2.温度：氨合成反应是放热反应，所以降低反应温度有利于平衡向生成氨的方向进行。但反应速度则随温度降低而减慢。同时氨合成反应使用活性催化剂，所以反应温度的选择要首先考虑到适合催化剂的活性温度范围，一般在 380525之间。另外，对于可逆反应，对于一定的反应物系组成具有最大总反应速度的温度称之为对应于该组成的最适宜温度，因此对应整个合成塔的反应过程存在着一条最适温度，因此对应整个合成塔的反应过程存在着一条最适温度线。最适温度随着反应
12、的进行而不断降低。为此，对氨合成这一放热反应，在反应同事采取不同手段及时移走反应热，使反应温度尽可能接近最适温度线，以达到较好的技术、经济效益。实际生产中，一般是控制出没床入口温度略高于触媒的活性其实温度，最高温度不超过催化剂的耐热温度，触媒使用的前期略低一些，以防触媒过早老化，而在后期则依据提温利用等高温活性。3.入塔气体组成：23合成塔进口原料气组成包括氨含量，惰性气体含量及氢氮气含量等方面。入塔气组成对合成反应有很大的影响。（1）氢氮比的影响（H2/N2 ）合成氨反应，氢氮比为 3 时，可得到最大氨平衡浓度。而且其它条件一定时，氢氮比为3，可使氨合成反应的瞬间速度最大。新鲜气中的氢和氮除
13、了部分合称为氨外，有少量溶解于液氨中，还有一些因泄漏和放空而损失，其余则在系统内循环使用。但这几项损失的氢和氮，其比例不一定为 3：1；另外，在实际生产中，原料气及配氮压力也有波动而影响 H2/N2，因此，为了保持金塔原料气氢氮比为 3：1，就要根据回路中气体成分的变化来调节新鲜气中氢和氮的比例，以使其保持最适比例。实践证明， H2/N2 为 3 时，反应速度最快，产量亦最高。（2）氨含量的影响：根据化学平衡理论，合成塔进口循环气中氨含量低，则催化反应速度高，生成的氨量大，与此同时，分离氨所需冷量大。不同操作压力的合成塔，选用的进口氨含量不同。对于操作压力较高的合成塔，其平衡氨含量喝催化反应速
14、度均较高，可以控制较高的进口氨含量，这样对氨冷温度也就可以控制得高一些；对于操作压力较低的塔，为了保证一定的生产能力和氨净值，进口氨含量控制较低，分离氨所需冷量也较大。当循环量一定情况下，如果进口气体氨含量越高，合成塔内反应速度就越慢，而且气体每循环一次所分离出来的氨就越小，生产能力小。每生产一吨氨所需通过合成塔的循环气量可用下式计算：V1=1318（1+Z2）/(Z2-Z1)（Nm3/TNH3 ）式中，Z1，Z2 分别为合成塔进，出塔氨浓度（体积分数） 。可见，进口氨浓度 Z1 越高，循环气量 V1 就越大。但其影响大需爱还要看出塔气体的氨浓度 Z2。另外进塔氨浓度的选择还要考虑到分离功耗等
15、因素。本厂入塔氨含量控制在 35%。（3）惰性气体的影响：合成系统中惰性气体含量的高低，影响到合成有效气体成分的高低，惰性气体含量降低，可以相对提高氢、氮气体的分压，有利于氨合成反应的平衡及氨合成反应的速度，即有利于提高合成塔的氨净值及产量。但排放过多会增加新鲜气的消耗量，损失原料气有效成分。合成系统中惰性气体含量，取决于知趣合成气工艺过程所需入工艺新鲜气中惰性气体的多少和从合成系统的气量。惰性气体存在时，可用下式计算平衡氨浓度：Z=Z0（ 1-i0）/(1+i0)式中 Z0 为无惰性气存在时平衡氨浓度，i0 为无氨基惰性气体浓度。另外，调节惰性气体含量可以改变触媒床的温度分布和系统总压力，当
16、转化率过高而使合成塔出口温度过高时，提高惰气含量可以解决温度过高的问题。此外，在系统给定压力操作下，为了维持一定的产量，必须确定合适的惰气含量，从而选择合适的排放量。24本装置合成气知趣是煤气化，合成回路基本上为无惰性气体合成回路所含的惰气主要还是He，其它惰气积累很小。4.空间速度空间速度又简称空速，是指单位时间通过单位体积催化剂的流体体积。空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短，在数值上，空速与接触时间互为倒数。一般来说，催化剂活性愈高，对同样的生产负荷所需的接触时间就愈短、空速愈大。合成所选用的空速的大小，既涉及合成反应的氨净值、合成塔的生产强度、循环气量的大小和系统压力降的大小，又涉及到反应热的合理利用。当进塔气体压力、组成一定时对于既定结构的合成塔，增大空速将使出口气体中氨含量降低，即氨净值降低，催化剂床层中既定部位的氨含量与平衡氨浓度之差增大，反应速度也相应增大。由于氨净值降低的程度比空速增大的
