合成氨工艺设计总流程和压缩机

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1、合成氨工艺总流程本装置以中原油田天然气为原料，采用传统流程的一二段烃类水蒸 气转化，上下变，脱碳及甲烷化法。1、原料气压缩和脱硫来自界区，压力2.25巴绝温度30C，含总硫的天然 气，经别离器（01-F001别离掉所带油水后，进入原料气压缩机（01-K001）, 经四段压缩至52.5巴绝温度114C。出原料气压缩机的气体与来自 合成压缩机07-K001的少量合成气相集合，控制含2-5%f，作为予脱硫钻-钼加氢转化用。一二段烃类水蒸汽转化是在镍催化剂上进展，硫及其化合物对镍催 化剂毒害极大，要求进入转化的原料气中含硫量在以下，因此转化前必须脱硫。经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管03-B002

2、E04加热至370C,于钻-钼加氢反响器01-R001中反响，将有机硫转化为无机硫。 然后在氧化锌脱硫槽01-R002A/B里硫被脱除，控制含硫小于。2、转化经脱硫的原料气与来自工艺冷凝液汽提塔05-C003的水蒸汽和 来自冰机的蒸汽透平09-MT01或发电机蒸汽透平85-MT01的背压 蒸汽，按比例调节进展混合，控制水碳比为2.75左右、温度在372C。此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管03-B002E01A和03-B002E01B换热，在两盘管间还设置喷雾温度调节器03-B002E08 用它来调节出盘管03-B002E01B的混合气加热至580C。此混合气从 转化炉管顶部进入

3、，在镍催化剂作用下进展转化反响。出一段炉的转化 气压力43.5巴、温度804C，含16.3%CHl。含CH4I6.3%的一段转化气自二段炉03-R001底部进入，经中心 管至炉顶，与来自空压机02-K001，压缩至45巴，途径加热盘管03-B002E03加热至500C的工艺空气相混合，于炉中上部空间进展燃 烧反响，反响后气体温升至1250C左右。此高温气体相继流经炉中催化 剂床层，继续进展转化反响。出二段炉的转化气工艺气，温度983C左右，剩余甲烷含量0.9% 以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷却器03E001使之产生328C、125巴的高压蒸汽。出03-E001温度588C的工艺气继

4、续入 高压蒸汽过热器03-E002，喷雾温度调节器03-E005，控制其出转化 工序的工艺气温度为370C左右。经预热后的锅炉给水注入汽包03-D001，汽包与工艺气冷却器 03-E001、废热锅炉04-E001和辅助锅炉相连通，设计为自然循环。 自汽包输出的高压蒸汽，依次流经高压蒸汽过热器03-E0023(03-B003E01) 和(03-B002E02将蒸汽过热至535C,再分别送入冰机和发电机的蒸汽透 平作动力。3、变换CO变换采取上下变流程。370C的转化工艺气，自高温变换炉顶部进入，于铁 -铬系催化剂条件下 进展反响，温升到444C, CO含量降至3.87%。高变气由炉底出来，入 废

5、热锅炉04-E001，回收热量产生高压蒸汽，高变气被冷却至 375C,继入锅炉给水预热器04-E002，降温至204C，而后入低温变换炉。低变是在铜-锌-铝系催化剂条件下进展反响，反响后气体温升至 236C, CO含量为0.36%。低变气在锅炉给水预热器04-E003中换热， 冷却至176C，此温度下已有水蒸汽冷凝。为便于低变催化剂的升温复原，还专设置一套氮循环系统。4、脱碳CO2脱除，采用节能型的苯菲尔脱碳流程。为回收低变气中的热能，含 CO217%左右的低变气依次流经气体冷却器05-E001，再沸器05-E002及脱盐水预热器05-E009而得以产生 低压蒸汽，发生汽提蒸汽和加热了脱盐水。

6、低变气冷却至95C左右，自吸收塔05-C001下部进入，与塔顶喷淋下来的吸收液贫液逆流接 触。经下塔吸收后的气体中CO2含量降至0.4%，再经上塔吸收，从塔顶 逸出的脱碳气，温度70C, CO2含量却为0.1%。而后经别离器05-F002 回收随气体带出的溶液。吸收塔底流出的富液，经水力透平05-MT01送至解吸塔05-C002 顶部，溶液减压闪蒸出局部水蒸气和二氧化碳，然后向下流经解吸塔填 料，此时溶液与再沸器05-E002及闪蒸槽05-D002返回的蒸汽逆 流接触，实现汽提，到达再生目的。解吸塔顶部压力控制为1.52巴绝时，塔底溶液温度为118C左右。 解吸塔底流出的溶液，入闪蒸槽05-D

7、002，经五级闪蒸压力降至 0.89 巴绝，此时溶液温度为100C左右。闪蒸释放出的蒸汽由蒸汽喷射器05-A001,05-A002,05-A003,05-A004和蒸汽压缩机05-K001注回解吸塔。为节省蒸汽压缩机功耗，在最后一级闪蒸溶液用锅炉给水做适当加 执八、 再生好的溶液，经贫液泵05-P001A/B送出，分两路送入吸收塔：一 路为大致25%的溶液量，经热水加热器05E010A/B，将溶液冷却至70C 入上塔；另一路那么将其与75%的溶液量，不经冷却器直接送入下塔。且溶液泵05-P001A/B与水力透平05-MT01是在同一轴上， 由此水力透平所回收的能量可以补偿溶液泵轴功率的40%。

8、脱碳系统中，自别离器05-F001别离出来的工艺冷凝液，经冷凝液预 热器05-E008，被冷却至98C。由冷凝液泵05-P006A/B送经冷凝 液预热器05-E011A/B丨被加热后入汽提塔05-C003,与来自冰机蒸 汽透平09-MT01丨或发电机蒸汽透平85-MT01的背压蒸汽与塔中逆 流接触，进展汽提。使用水蒸汽量每小时15吨。塔顶逸出的汽提蒸汽其 中包括转化、变换的付产物甲醇、乙醇、氨等送往转化工序。从解吸塔顶1.52巴、94C排出的 CO2气，入脱盐水预热器05-E004A/B、水冷却器05-E007A/B换热，冷却至 40C。此 CO2气冷凝液于05-F003和05-F005别离器

9、中将冷凝液别离下来，用泵05-P002A/B将少量冷凝液分别送入解吸塔顶的洗涤塔板、闪蒸槽的 洗涤料盘作洗涤水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液经05-E008预热至120C，送回05-E001作为锅炉给水用。别离器别 离出的CO2气，送尿素装置CO2气压缩机的吸入端。5、甲烷化脱碳气中含 0.1%CQ、0.44%CO,是远远超过对合成气中CO+CO2的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO和CO2。 70C的脱碳气，在换热器06-E001中被加热至 300C，入甲烷化炉06-R001，反响放热，温升至336C左右。此热气在换热器06-E001 中被冷却至100C。继入水冷器06-E00

10、3中，冷却至40C,气中含CO+ CO?,成为合格的N2战混合气，即新鲜气。6、合成气的压缩及氨合成氮与氢在铁催化剂条件下合成氨，当压力 98.24巴、440C时，平衡 氨含量为17.92%。因此，大量未参与合成的 N2. H2应循环使用。同时， 为降低合成氨能耗，采用了径向合成塔和两级氨冷。甲烷后的工艺气新鲜气，在38.3巴、40C下，经别离器07-F001 别离水份，入离心式合成气压缩机07-K001，经一段压缩至65.4巴、 112C，此时少量气体送脱硫，用于钻-钼加氢，大量气体经中间冷却器07-E002和别离器07-F002冷却别离后，入合成气压缩机高压缸， 压缩至101.95巴、10

11、0C。为保证催化剂不受毒害，出高压缸的新鲜气进 入第一氨冷器08-E005，冷却器至5C此时新鲜气的水蒸汽和 CO2气被 冷凝，于别离器07-F003中别离掉。自07-F003逸出的新鲜气与08-E005出口的回路气在管路中集合，由于回路气中局部液氨的汽化， 使集合后的循环气降温至0.9C，继入第二氨冷器08-E006，降温至- 10C,在该温度下大局部气氨冷凝。 随之物流入氨别离器08-F001，别 离下来的液氨入氨闪蒸槽08-D001，闪蒸后的液氨，用泵(08-P001A/B) 送往尿素装置或球罐储存，从08-F001分理出的冷气，经冷热交换器08-E004回收冷量，而后入07-K001循

12、环段进展压缩，以补充回路压降的损失。出循环段的气体105.8巴、32C经热交换器08-E002, 温升至239C左右，入合成塔08-R001105巴、239C、含4.12%NH3的循环气，流经三床层的径向合成塔， 在铁催化剂上进展合成反响。出塔气压力为101巴、414C、含16.36%NH3, 入废热锅炉08-E001回收热量，产生127巴、329C的高压蒸汽。合成 气被冷却至275C,继入08-E002、 08-E003 08-E004换热器换热， 合成气温度分别降至53C、38C、23C，而后入第一氨冷器08-E005。 出第一氨冷器的回路气与新鲜气相集合为循环气。这样形成的一个循环 过程

13、，称之“合成回路。因新鲜气中含惰气CH4+A门1.86%在不断循环过程中惰气的含量 会积累增多，影响氨的生成。为此，出07-K001循环段的气体需要放 空一局部，以控制循环气中惰气含量。此放空气送往氨回收装置。7、冷冻 来自第二氨冷器08-E006的气氨-15C、2.36巴来自第一氨冷器（08-E005及气体冷却器10-E004的气氨05C、4.38巴,分别进入氨压缩机又称冰机09-K001一段的吸入侧，经一段压缩的出口气 氨86C、9.34巴,入中间冷却器09-E005冷却后与从氨闪蒸槽09-D001来的气氨相集合，于 42C、9.08巴压力下进入09-K001的二段吸入侧，压缩至16.6巴

14、、100C，经水冷器09-E002A/B冷却冷 凝，气氨液化为液氨，入氨受槽09-D002冰机由蒸汽透平09-MT01 驱动。氨受槽09-D002中的液氨，温度较高，可称为热氨。此热氨流 经换热器09-E003A/B氨闪蒸槽09-D001及产品氨加热器09-E004 与来自闪蒸槽08-D001的冷氨进展热交换，使之冷却、减压降温，重 新作为冷冻剂送往氨冷器08-E005、 08-E006和气冷器10-E004 使用。冷氨用泵08-P001A/B提压至22.6巴、20C送往尿素装置。& 氨回收氨合成回路的放空气及氨闪蒸槽08-D001的闪蒸汽驰放气 中氨需要回收。此流程采用水吸收，氨水再蒸馏的方

15、法。氨合成回路来的放空气，入吸收塔10-C001底部，与塔顶喷洒 下的净化水作逆流吸收。吸收后，气体中还含氨0.02%,继入气体冷却器10-E004，用氨冷将气体中残氨冷凝回收，处理过的气体主要去氢回 收。但去氢回收的气体量由 CO2 - NH3比来决定，过剩气体送燃气轮机 或一段转化炉的燃料系统。闪蒸槽08-D001来的驰放气，入吸收塔10-C003底部，用净 化水吸收，出吸收塔气体中含氨 0.1%送 一段炉燃料系统。吸收塔10-C001底流出的氨水，浓度为15%摩尔，经换热器 10-E001A/B/C加热后，参加汽提塔10-C002的两填料段之间。以 此同时，从吸收塔10-C003底流出的氨水，用泵10-P002A/B也同 样参加汽提塔两填料段之间。汽提塔在加料口的上部为精馏段，下部为提馏段。汽提蒸汽由再沸 器10-E005提供，再沸器用中压蒸汽加热。汽提塔顶设有冷凝器10-E003，从塔顶蒸出的气氨，在冷凝器中