第一篇：合成氨工藝需要高壓的原因

合成氨工藝需要高壓的原因

【傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)】

1．為了提高氨氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率 2．為了提高氮?dú)夂蜌錃獾姆磻?yīng)速率

3．由于經(jīng)濟(jì)方法的原因，工藝上不能是太高的壓強(qiáng) 【質(zhì)疑】

1．工業(yè)上，并不一定需要每次達(dá)到平衡以后再進(jìn)行循環(huán)

2．工業(yè)上，更注重的是反應(yīng)的速率，只要轉(zhuǎn)得快，效率就高，而不是僅僅轉(zhuǎn)化率高，效率就高。3．壓強(qiáng)的增大（氮?dú)夂蜌錃鉂舛鹊奶岣撸?duì)加大反應(yīng)速率影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如溫度和壓強(qiáng)的影響，因此沒(méi)有必要為了提高反應(yīng)速率而加大壓強(qiáng)。

4．壓強(qiáng)的增大，提高了對(duì)設(shè)備要求，設(shè)備必須能承受高壓，各種儀器儀表也必須承受高壓，運(yùn)行成本很大，從這個(gè)角度上講，沒(méi)有必要高壓。

5．壓強(qiáng)大，則必須要有強(qiáng)大的“動(dòng)力”，壓縮機(jī)需要的能源很大，成本很高，得不償失。

但是，工藝上偏偏要200個(gè)大氣壓以上，為什么？ 【我的觀(guān)點(diǎn)】

原因非常簡(jiǎn)單

1．為了更好地及時(shí)地移走氨氣。高壓條件下，更溶液液化。在高壓條件下，氨氣能在常溫下液化。2．高壓，能使氨氣更容易變?yōu)橐簯B(tài)氨，能方便地移走氨氣，便于及時(shí)循環(huán)，提高轉(zhuǎn)化率。

注：

氣氨液化的溫度是隨壓力的變化而變化的 壓力為2.96

溫度為-10度

壓力為4.38

溫度為0度 壓力為6.27

溫度為10度 壓力為8.74

溫度為20度 壓力為11.89

溫度為30度 壓力為13.76

溫度為35度 壓力為15.85

溫度為40度 壓力為18.166 溫度為45度

壓力為1的意思是約為10個(gè)大氣壓。

第二篇：合成氨工藝需要高壓的真正原因——成本核算

合成氨工藝需要高壓的真正原因——成本核算

紹興一中分校吳文中

【傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)】

1．為了提高氨氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率 2．為了提高氮?dú)夂蜌錃獾姆磻?yīng)速率

3．由于經(jīng)濟(jì)方法的原因，工藝上不能是太高的壓強(qiáng) 【質(zhì)疑】

1．工業(yè)上，并不一定需要每次達(dá)到平衡以后再進(jìn)行循環(huán)

2．工業(yè)上，更注重的是反應(yīng)的速率，只要轉(zhuǎn)得快，效率就高，而不是僅僅轉(zhuǎn)化率高，效率就高。

3．壓強(qiáng)的增大（氮?dú)夂蜌錃鉂舛鹊奶岣撸?duì)加大反應(yīng)速率影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如溫度和壓強(qiáng)的影響，因此沒(méi)有必要為了提高反應(yīng)速率而加大壓強(qiáng)。

4．壓強(qiáng)的增大，提高了對(duì)設(shè)備要求，設(shè)備必須能承受高壓，各種儀器儀表也必須承受高壓，運(yùn)行成本很大，從這個(gè)角度上講，沒(méi)有必要高壓。

5．壓強(qiáng)大，則必須要有強(qiáng)大的“動(dòng)力”，壓縮機(jī)需要的能源很大，成本很高，得不償失。

但是，工藝上偏偏要200個(gè)大氣壓以上，為什么？ 【我的觀(guān)點(diǎn)】

1．為了更好地及時(shí)地移走氨氣：高壓條件下，更容易液化，可以做到氨氣能在常溫下甚至更高的溫度下液化——需要高壓

2．液態(tài)氨，可以方便地移走氨氣，便于及時(shí)循環(huán)反應(yīng)，最終提高轉(zhuǎn)化率——需要高壓 3．顯然，研究合成氨最先考慮的是成本，成本的核算才是合成氨條件的核心，成本的高低的因素很多

（1）產(chǎn)量的高低：速率，但合成氨速率大小首先在于催化劑，尋找合適的催化劑是工藝的重中之重，合成的溫度也必須服從催化劑，壓強(qiáng)的高低無(wú)關(guān)緊要——無(wú)需高壓

（2）設(shè)備成本，若能常壓進(jìn)行，一定不會(huì)使用高壓或低壓，高壓和低壓對(duì)設(shè)備要求都很高，成本大——需要常壓。

（3）氣體循環(huán)成本——無(wú)需高壓

（4）產(chǎn)品運(yùn)輸、貯存成本——需要高壓

（5）人工及消耗能源成本——無(wú)需高壓

（6）其他。

下圖表明，300個(gè)大氣壓時(shí)，運(yùn)行比較低，300個(gè)大氣壓以上時(shí)，成本變化不大，冷凝分為一級(jí)和二級(jí)。合成氨生產(chǎn)條件的確定一定不是教科書(shū)所說(shuō)的那些原因。

有關(guān)資料

氣氨液化的溫度是隨壓力的變化而變化的壓力為2.96 溫度為-10度 壓力為4.38 溫度為0度

壓力為6.27 溫度為10度

壓力為8.74 溫度為20度

為11.89 溫度為30度

壓力為13.76 溫度為35度

壓力為15.85 溫度為40度

壓力為18.166 溫度為45度 注：壓力為1的意思是約為10個(gè)大氣壓。

第三篇：合成氨工藝簡(jiǎn)介

合成氨工藝控制方案總結(jié)

一 合成氨工藝簡(jiǎn)介

中小型氮肥廠(chǎng)是以煤為主要原料，采用固定層間歇?dú)饣ㄖ圃旌铣砂痹蠚?。從原料氣的制備、凈化到氨的合成，?jīng)過(guò)造氣、脫硫、變換、碳化、壓縮、精煉、合成等工段。工藝流程簡(jiǎn)圖如下所示：

該裝置主要的控制回路有：（1）洗滌塔液位；

（2）洗滌氣流量；（3）合成塔觸媒溫度；（4）中置鍋爐液位；（5）中置鍋爐壓力；（6）冷凝塔液位；（7）分離器液位；（8）蒸發(fā)器液位。

其中觸媒溫度控制可采用全系數(shù)法自適應(yīng)控制，其他回路采用PID控制。

二 主要控制方案

（一）造氣工段控制

工藝簡(jiǎn)介：

固定床間歇?dú)饣ㄉa(chǎn)水煤氣過(guò)程是以無(wú)煙煤為原料，周期循環(huán)操作，在每一循環(huán)時(shí)間里具體分為五個(gè)階段；(1)吹風(fēng)階段約37s；(2)上吹階段約39s；(3)下吹階段約56s；(4)二上吹階段約12s；(5)吹凈階段約6s.l、吹風(fēng)階段

此階段是為了提高爐溫為制氣作準(zhǔn)備的。這一階段時(shí)間的長(zhǎng)短決定爐溫的高低，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，爐溫過(guò)高；時(shí)間過(guò)短，爐溫偏低并且都影響發(fā)氣量，爐溫主要由這一階段控制。般工藝要求此階段的操作時(shí)間約為整個(gè)循環(huán)周期的18％左右。

2、上吹加氮制氣階段

在此階段是將水蒸汽和空氣同時(shí)加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮?dú)夂浚钦{(diào)節(jié) H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時(shí)間最多不超過(guò)整個(gè)循環(huán)周期的26％。

3、上吹制氣階段

該階段與上吹加氯制氣總時(shí)間為整個(gè)循環(huán)的32％，隨著上吹制氣的進(jìn)行下部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量，在此階段蒸汽的流量最好能得以控制。

4、下吹制氣階段

為了充分地利用爐頂部高溫、提高發(fā)氣量，下吹制氣也是很重要的一個(gè)階段。這段時(shí)間 約占整個(gè)循環(huán)的40％左右。

5、二次上吹階段

為了確保生產(chǎn)安全，造氣爐再度進(jìn)行吹風(fēng)升溫之前，須把下吹制氣時(shí)留在爐底及下部管 道中的半水煤氣吹凈以防不測(cè)，故進(jìn)行第二次上映。這段時(shí)間約占7％左右。

6、吹凈階段

這段時(shí)間主要是回收上行煤氣管線(xiàn)及設(shè)備內(nèi)的半水煤氣。約占整個(gè)循環(huán)的3％。該階段是由吹風(fēng)管路送風(fēng)，該段時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響H2/N2.該控制系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的時(shí)變、間歇、非線(xiàn)性、大滯后控制系統(tǒng)。故將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為串級(jí)控制。

造氣爐的工作方式分為開(kāi)車(chē)、停車(chē)、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺(tái)造氣爐需要控制15個(gè)電磁閥，為了防止多臺(tái)爐同時(shí)進(jìn)入吹風(fēng)階段而引起爭(zhēng)風(fēng)搶汽觀(guān)象，各臺(tái)爐之間必須進(jìn)行吹風(fēng)排隊(duì)順序控制。

控制方案：

1、造氣工段H2/N2控制方案

造氣工段是通過(guò)加減氮操作來(lái)進(jìn)行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過(guò)調(diào)節(jié)上下吹加氮時(shí)間和吹風(fēng)回收時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉(zhuǎn)化為上下吹加氮時(shí)間或吹風(fēng)回收時(shí)間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調(diào)節(jié)吹風(fēng)回收時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，影響氫氮比的主要干擾來(lái)源是造氣、脫硫兩個(gè)環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對(duì)脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采樣頻率，這是控制的內(nèi)環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳、精煉及合成組成一個(gè)廣義外環(huán)，采用預(yù)測(cè)控制進(jìn)行控制，這是控制的外環(huán)。可選作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補(bǔ)充氫和循環(huán)氫，這四個(gè)氫值之間的波動(dòng)有一個(gè)時(shí)間差，脫硫氫到變換氫大約有5min，變換氫到補(bǔ)充氫大約有15min,再由補(bǔ)充氫到循環(huán)氫又有20min，而且補(bǔ)充氫與循環(huán)氫之間存在積分關(guān)系，補(bǔ)充氫中氫氮比的微小變化就會(huì)造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補(bǔ)充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產(chǎn)過(guò)程最終階段的信號(hào)，所以采用循環(huán)氫作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，并選擇脫硫氫作為副調(diào)參數(shù)，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。

2、H2/N2調(diào)節(jié)方法

采用改變加氮空氣量的方法調(diào)節(jié)H2/N2，在上吹和下吹階段設(shè)置用／否加氮軟手動(dòng)開(kāi)關(guān)決定是否啟用加氮空氣，同時(shí)采用上／下加氮調(diào)節(jié)閥來(lái)改變加氮空氣量，其次可以通過(guò)調(diào)整 吹凈時(shí)間的方法來(lái)調(diào)整H2／N2，同時(shí)還采用打吹凈軟開(kāi)關(guān)確定在吹風(fēng)階段是否提前關(guān)閉煙囪閥，以輔助調(diào)節(jié)H2/N2.（三）CO變換工段控制

工藝簡(jiǎn)介：工藝流程圖如下：

中溫變換護(hù)的正常操作應(yīng)該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時(shí)用最低的蒸汽消耗實(shí)現(xiàn)最高的CO變換率。影響中變爐催化劑床層溫度變化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的溫度、進(jìn)入催化劑前反應(yīng)氣體的溫度、反應(yīng)氣體的組成以及生產(chǎn)負(fù)荷等。

該工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護(hù)蒸汽流量定值控制，入中變滬中段蒸汽流量定值控制，中變爐下段溫度控制等。（1）中變爐人口溫度定值控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過(guò)控制中變爐的入口溫度來(lái)穩(wěn)定上段催化劑的溫度。選中變爐人口氣體的溫度作為被控變量，操作變量為中溫?fù)Q熱器的半水煤氣副線(xiàn)流量。

其主要干擾因素有：半水煤氣流量，半水煤氣溫度，蒸汽流量，蒸汽溫度，變換氣溫度等。

在這個(gè)系統(tǒng)中，中變爐人口溫度是根據(jù)生產(chǎn)要求由人工設(shè)定，當(dāng)受到干擾使該溫度偏離沒(méi)定值時(shí)，通過(guò)改變中溫?fù)Q熱器副線(xiàn)流量來(lái)維持其入口溫度的穩(wěn)定。

（2）入爐蒸汽流量定值控制

控制流程圖如下：

被控變量和操作變量均為與煤氣混合的蒸汽流量。其主要干擾因素是蒸汽的溫度和蒸汽管網(wǎng)的壓力。求由人工設(shè)定，通過(guò)改變蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)維持蒸汽流量的穩(wěn)定。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷變動(dòng)或其它干擾因索引起中變爐上段催化劑溫度發(fā)生變化而需要改變?nèi)霠t的蒸汽量時(shí)，只能通過(guò)人工調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)，可見(jiàn)該系統(tǒng)不能自動(dòng)跟蹤生產(chǎn)負(fù)荷，亦不能按照上段催化劑溫度的變化來(lái)自動(dòng)控制所需的蒸汽量。

（3）

中變爐中段蒸汽流量定值控制

（六）氨合成工段控制

在合成氨生產(chǎn)中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮?dú)獾谋壤枪に嚿弦粋€(gè)極為重要的控制指標(biāo)。氫氯比合格率對(duì)于全廠(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量和降低原料及能源消耗起著重要作用，氫氮比的過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)直接影響合成效率，導(dǎo)致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產(chǎn)量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對(duì)象是一個(gè)純滯后和容積滯后大，無(wú)自衡能力和時(shí)變的工藝過(guò)程，所以氫氮比控制是氨合成工段的主要控制對(duì)象。

方案一：

采用變比控制方案，對(duì)負(fù)荷變化和加氮空氣量進(jìn)行預(yù)測(cè)控制其工作框圖如下：

原料氣中各有效成分分析合成總的含H2量作為主物料信號(hào)，乘上一個(gè)比值系數(shù)K,就作為空氣調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥以得到所需要的與總含H2成比例的N2量。如果由于某種因素使H2/N2比值偏離給定值，就通過(guò)調(diào)節(jié)器GC輸出信號(hào)修正比值系數(shù)K,使H2/N2比回到給定值上來(lái)。對(duì)于空氣流量的干擾，設(shè)置一個(gè)副環(huán)，構(gòu)成串級(jí)控制，對(duì)空氣的測(cè)量，采用壓力和溫度的補(bǔ)償。

方案2 預(yù)測(cè)加PID控制方案

上述方案由兩個(gè)回路組成：內(nèi)回路是由造氣到脫磕和可調(diào)控制器組成的線(xiàn)性反饋回 路；外回路由變換到精煉和通推參數(shù)估計(jì)器及校正器組成。

方案3 預(yù)測(cè)＋PID串級(jí)控制方案

氫氮比通過(guò)改變二段爐的空氣量來(lái)調(diào)節(jié)，針對(duì)被控對(duì)象的特點(diǎn)，本文采用多步MAC 預(yù)測(cè)控制算法、PID算法及前饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制規(guī)律構(gòu)成氫氮比前饋中級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖如下所示：

由于負(fù)荷（原料氣流量）變化是系統(tǒng)可測(cè)不可控的干擾，為此，采用前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以便及時(shí)克服負(fù)荷波動(dòng)的干擾。由于空氣流量波動(dòng)大，必須采用閉環(huán)控制，空氣流量調(diào)節(jié)回路采用YS－80單回路調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。

由于系統(tǒng)滯后時(shí)間長(zhǎng)，為了能及時(shí)克服轉(zhuǎn)化、變化工段的干擾，引入變換氫副調(diào)回路，此回路純滯后時(shí)間短，可采用PID調(diào)節(jié)；主被控對(duì)象氫氮比系統(tǒng)純滯后時(shí)間長(zhǎng)，慣性大，干擾多，因此主控器采用MAC預(yù)測(cè)控制

（八）精餾塔控制方案

工藝簡(jiǎn)介：

合成氨廠(chǎng)氨精餾塔是氨回收單元，以水為溶劑，吸收氨合成回路的放空氣和液氨貯槽放空氣中的氨，然后利用外部供熱使氨水溶液解吸，水作為吸收劑循環(huán)使用。其工藝流程圖如下：

由于本精餾工段受多種干擾因素如進(jìn)料量、進(jìn)料溫度、冷凝器冷卻水溫度、環(huán)境溫度變化等的影響，而且難以直接測(cè)量產(chǎn)品濃度作為被調(diào)參數(shù)，故選用間接參數(shù)溫度、壓力作為被調(diào)參數(shù)。

控制方案： 1．壓力控制

針對(duì)壓力設(shè)置了一套壓力分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由PRC-10001檢測(cè)塔內(nèi)壓力，分別控制塔頂排出的情氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調(diào)節(jié)過(guò)程為：

當(dāng)PRC-10001測(cè)量值增加時(shí)，其輸出值若在100%~50%內(nèi)，則情氣閥PV—10001A全關(guān)(F.C)，冷卻水閥PV-10001B(F．0)逐漸開(kāi)大，直至全開(kāi)，以充分冷凝氣體中的氨；若輸出值小于50％，則PV—10001B全 開(kāi)，PV—1000lA逐漸開(kāi)大，從而使塔內(nèi)壓力降低，反之亦然。以此達(dá)到塔內(nèi)壓力恒定。

2、溫度控制

由于成品氨的質(zhì)量與溫度有直接關(guān)系，液氨流量直接影響著溫度，為保證精餾塔溫度，設(shè)置一套以惰餾塔溫度TICAH—10004和液氨流量FIC—10006組成的串級(jí)系統(tǒng)。其中流星為副參數(shù)，克服影響氨水流量波動(dòng)的各種擾動(dòng)因素；以溫度為主參數(shù)，保證精餾塔溫度，其工藝控制流程圖如下：

首先，手動(dòng)調(diào)整F—10006輸出值，使得T—10004滿(mǎn)足工藝要求。然后，調(diào)整T—10004的給定值等于測(cè)量值，調(diào)整F—10006的設(shè)定值等于測(cè)量值。在此過(guò)程中，要保證T—10004輸出值等于F—10006，設(shè)定值。隨后將由手動(dòng)投入自動(dòng)，等穩(wěn)定后投入串級(jí)。系統(tǒng)穩(wěn)定后將T—10004由手動(dòng)投入自動(dòng)。

至此，完成了串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運(yùn)。

在投運(yùn)過(guò)程中，一定要注意T—10004輸出值等于F—10006設(shè)定值，投運(yùn)之前，主、副回路均應(yīng)置于手動(dòng)狀態(tài)。

第四篇：合成氨工藝指標(biāo)

4.工藝控制指標(biāo)

(1)脫硫工序

鐵錳脫硫出口： S≤5ppm 氧化鋅出口硫含量： ≤0.1ppm 加氫量 ： 2~5% 進(jìn)口溫度TIC-111： 380±5℃ 氧化鋅出口溫度： ≤360℃ 進(jìn)脫硫系統(tǒng)壓力： ≤4.1 MPa(2)轉(zhuǎn)化工序

水碳比：

3.2~3.5 一段爐進(jìn)口壓力：≤3.82 MPa 對(duì)流段出口煙壓：-2000 Pa 爐膛負(fù)壓：

-100 Pa 工藝空氣盤(pán)管溫度：≤615℃ 原料天然氣盤(pán)管NO.4：≤400℃

燃料天然氣預(yù)熱盤(pán)管：≤200℃ 一段爐阻力： ≤0.35 MPa 二段爐出口溫度：

≤997℃ 二段爐出口甲烷：

≤0.5% 脫氧槽液位： 80%以上 中壓汽包液位： 1/3～2/3 鍋爐給水O2含量： ≤0.007ppm(3)變換工序

高變進(jìn)口溫度： TIC-157 370±5℃高變出口CO： ≤3 % 高變汽包蒸汽壓力： ≤2.5 MPa 低變出口溫度： ≤228℃(4)脫碳工序（碳酸鉀溶液）

吸收嗒入氣溫度： 81℃±5℃ 吸收塔進(jìn)貧液溫度：70℃±5℃ 再生氣溫度： ＜40℃ 吸收塔壓差： ＜45KPa 一段爐出口甲烷：

≤12.84% 燃料氣壓力PI-811： ≤0.35 MPa 排煙溫度：

≤170℃ 混合氣盤(pán)管出口溫度：≤610℃ 過(guò)熱蒸汽盤(pán)管NO.3： ≤360℃

原料天然氣盤(pán)管NO.7：≤295℃ 一段爐出口溫度： ≤801℃ 二段爐阻力：

≤92 KPa 二段爐水夾套溫度：

≤100℃ 中壓汽包蒸汽壓力：

≤4.2 MPa 脫氧槽壓力： ≤20KPa

鍋爐給水PH值： 8.8～9.3 二段爐出口甲烷 ≤ 0.5% 高變出口溫度： ≤436℃

高變汽包液位： 1/3~2/3 低變進(jìn)口溫度TIC-220 ：200±5℃低變出口CO： ≤0.3 % 吸收塔出氣溫度： 70℃±5℃ 吸收塔進(jìn)半貧液溫度： 112℃±5℃ 再生塔出口貧液溫度： 120℃±5℃ 再生塔壓差： ＜20KPa

再生塔出再生氣壓力： ＜75KPa 低變廢鍋蒸汽壓力 ： 0.40~0.50MPa 吸收塔出二氧化碳含量： ≤0.1% 再生氣純度： ≥98.5 % 汽提塔出口水中電導(dǎo)率： ≤10μs/cm 吸收塔液位： 1/2~2/3 閃蒸槽液位： 1/2~2/3 低水分液位： 1/3~2/3 低變廢鍋液位： 1/3~2/3 凈水分液位： 1/3~2/3 鐵離子含量： ＜100ppm 汽提塔液位： 1/2~2/3 再生塔中部液位： 1/3~2/3 貧液流量： ≤ 96 t / h 總堿度： 25~30% 半貧液再生度： 1.35~1.45 DEA V5+/V4+： ≥0.5 甲烷化工序

甲烷化進(jìn)口溫度： 310℃±5℃ 甲水分出口溫度： ＜40℃ 甲水分液位： ≤10 %

再生塔上部液位： ≥30 % 再生塔下部液位： 1/2~2/3 半貧液流量： ≤ 778 t / h 貧液再生度： 1.15~1.25 ： 2~3% 總礬： 0.7~1.0%(以KVO3)甲烷化床層溫度： ≤350℃ 甲烷化出口CO+CO2：≤10ppm(5)

第五篇：布朗合成氨工藝操作

原料氣的壓縮和脫硫

原料氣以35℃，7.8barg進(jìn)入界區(qū)。原料氣先經(jīng)過(guò)分離器和過(guò)濾器，然后進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)（C-4），原料氣經(jīng)過(guò)兩端壓縮、冷卻和分離，最終出口壓力為36.5barg。一部分原料氣從壓縮機(jī)的段間抽出作為燃?xì)馔钙降娜剂稀Ｃ撎枷到y(tǒng)來(lái)的高壓閃蒸氣與原料氣在壓縮機(jī)的一段入口混合。

原料氣的脫硫分兩步完成，先與合成回路來(lái)的少量循環(huán)氫混合加熱到370℃，然后通過(guò)一個(gè)鈷鉬加氫反應(yīng)器（V-5）將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S。原料氣中所有的H2S在鈷鉬加氫反應(yīng)器下游的氧化鋅脫硫槽（V-6A/B）中脫除。

離開(kāi)脫硫槽的原料氣中硫含量的期待值小于0.2ppmv。

一段轉(zhuǎn)化

脫硫后的原料氣按水蒸汽與碳的比為2.7與蒸汽混合。原料與蒸氣的混合氣先用高溫變換爐出口氣預(yù)熱到415℃，再在一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段進(jìn)一步加熱到550℃，然后進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐的催化管，在鎳催化劑的作用下，原料氣與蒸汽反應(yīng)生成氫氣和碳氧化物。一段轉(zhuǎn)化爐出口氣的溫度為695℃，壓力為30barg，并含有大約30%（mol）未轉(zhuǎn)化的甲烷（干基）。該出口氣送至二段轉(zhuǎn)化爐的頂部。

向二段爐提供空氣的工藝空氣壓縮機(jī)由燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)，538℃的燃?xì)馔钙脚懦鰵庥米饕欢无D(zhuǎn)化爐的燃燒空氣。離開(kāi)一段爐輻射段的熱煙道氣用來(lái)將125barg蒸汽過(guò)熱到520℃，并預(yù)熱原料氣、一段轉(zhuǎn)化爐入口氣、二段轉(zhuǎn)化爐工藝空氣和鍋爐給水。

二段轉(zhuǎn)化

壓縮工藝空氣在一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段預(yù)熱后進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐。在二段轉(zhuǎn)化爐的上部，空氣中的氧與一段轉(zhuǎn)化爐出口氣反應(yīng)生成碳氧化物和水。

然后該氣體混合物氣向下通過(guò)鎳轉(zhuǎn)化催化劑床層。在此，上述氧化反應(yīng)所放出的熱量將更多的甲烷轉(zhuǎn)化為氫和碳氧化物。二段轉(zhuǎn)化爐出口氣中甲烷含量約為1.66%（干基），出口氣溫度為869℃。

二段轉(zhuǎn)化爐出口氣在一臺(tái)能同時(shí)產(chǎn)生125barg蒸汽的強(qiáng)制循環(huán)廢熱鍋爐中冷卻到388℃送往變換。

變換

冷卻后的二段爐出口氣通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的高溫變換爐觸媒床，在此一氧化碳與蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫，大約有67%的一氧化碳被轉(zhuǎn)化。高變爐出口氣中一氧化碳的含量約為3.6%（干基）。該氣體相繼與一段爐入口氣及鍋爐給水換熱，而被冷卻到204℃。

然后該氣再經(jīng)過(guò)兩個(gè)并聯(lián)的低溫變換爐觸媒床層，在此，殘余的大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。從而使低溫變換爐出口氣中，殘余一氧化碳的含量降為0.38%（干基）。然后該低溫變換爐出口氣被送到CO2脫除系統(tǒng)。

二氧化碳脫除

低變爐出口氣相繼經(jīng)過(guò)四個(gè)串聯(lián)的熱交換器，冷卻到75℃。

工藝氣中冷凝下來(lái)的水在分離罐V-8中除去并送到工藝?yán)淠浩崴?。冷卻后的工藝氣以75℃進(jìn)入CO2吸收塔（T-1/T-2），在此工藝氣用MEDA溶液洗滌，MEDA溶液進(jìn)入吸收塔的頂部，氣體在第一吸收塔中用半貧液洗滌，大部分CO2被吸收，然后在第二吸收塔（T-2）中用再生后的冷的貧液洗滌，將離開(kāi)第二吸收塔（T-2）氣體中的CO2含量可降到800ppmv。

第一吸收塔（T-1）底出來(lái)的富液，先通過(guò)一個(gè)水力透平回收能量，回收的能量用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)半貧液循環(huán)泵。然后富液被進(jìn)入吸收塔的原料氣預(yù)熱后進(jìn)入第一解析塔（T-3）。在此大部分溶解的氫氣閃蒸出來(lái)，從而可使在第二解析塔(T-4)中所回收的CO2純度達(dá)到99.70%（體積）。閃蒸氣在廢液洗滌器（T-9）中被少量半貧液洗滌，冷的MDEA溶液返回第一解析塔，放空氣返回到原料氣壓縮機(jī)的一段回收氫氣。

MDEA 溶液在第二解吸塔（T-4）頂部減壓到0.5barg被來(lái)自貧液汽提塔頂部的蒸汽汽提。

甲烷化

從CO2吸收塔頂部出來(lái)的氣體，與甲烷化出口氣換熱而被預(yù)熱到316℃（如需要也可在甲烷化爐的開(kāi)工加熱爐內(nèi)用125barg飽和蒸汽加熱），然后該氣體進(jìn)入甲烷化爐，甲烷化爐出口氣中殘余的碳氧化物低于10ppmv（干基）。

干燥

甲烷化爐出口氣首先與甲烷化爐入口氣換熱，冷卻到93℃，然后再用冷卻水冷卻到37℃，最后用氨冷到4.4℃，這是為了將工藝氣中絕大部分的水冷凝下來(lái)，以備干燥的工藝氣。

深冷凈化

干燥器出口氣在深冷凈化器中與凈化合成氣及凈化裝置廢氣換熱，冷卻到-129℃然后流經(jīng)一個(gè)透平膨脹機(jī)，以除去能量，從而產(chǎn)生深冷凈化所需要的冷凍量。膨脹機(jī)出口氣經(jīng)過(guò)換熱進(jìn)一步冷卻，并部分冷凝使其溫度降至-175℃，然后進(jìn)入凈化器精餾塔。膨脹機(jī)放出的能量，隨控制精餾塔底部液位的需要而變化。從精餾塔底部來(lái)的液體在精餾塔頂冷凝器殼側(cè)減壓使其部分汽化，這樣就使精餾塔塔頂流出的物冷卻，并使精餾塔產(chǎn)生回流。

精餾塔塔頂冷凝器頂部的凈化合成氣同凈化器入口氣換熱，而被加熱到2.2℃。氫氮比為3:1.凈化后的合成氣僅殘留有0.2%的氬。

壓縮

凈化合成氣在一個(gè)三段式壓縮機(jī)內(nèi)壓縮。循環(huán)氣在第三段最后一級(jí)葉輪前加入到合成氣中，該混合氣離開(kāi)壓縮機(jī)時(shí)的壓力為151barg?；旌蠚饨?jīng)預(yù)熱后直接進(jìn)入氨合成塔。

氨合成

從合成氣壓縮機(jī)來(lái)的原料氣和循環(huán)氣先在合成塔進(jìn)/出口氣換熱器（E-40A/B）中與第三合成塔出口氣換熱，使溫度從72℃預(yù)熱到306℃，然后再在E-41中與第一合成塔出口氣換熱，使溫度從306℃加熱到380℃，第一合成塔入口氣含有大約3.6%的氨。

第一合成塔出口氣含有大約11.9%的氨，通過(guò)與第一合成塔入口氣換熱并在廢熱鍋爐中產(chǎn)生125barg蒸汽，其溫度冷卻到380℃，從第二合成塔出口氣中回收的熱量產(chǎn)生125barg蒸汽，從第三合成塔出口氣回收的熱量產(chǎn)生125barg蒸汽并預(yù)熱第一合成塔的入口氣。第一合成塔和第二合成塔出口氣中氨濃度分別為17%和21%，第三合成塔出口氣進(jìn)一步用冷卻水、循環(huán)氣和兩極氨冷冷卻到4.2℃。

在水冷器中，冷凝溫度約為50℃時(shí)，氨開(kāi)始冷凝。液氨產(chǎn)品在第一按分離器中回收，并在液氨減壓罐中減壓到約為36barg，再在液氨收集槽中進(jìn)一步減壓到14barg。第一氨分離器出來(lái)的循環(huán)氣用來(lái)冷卻合成塔出口氣，然后返回到合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段入口。

進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)的新鮮合成氣中惰性氣體總含量?jī)H有約0.2%（mol），幾乎全是氫氣。

冷凍

合成塔出口其中的氨通過(guò)17℃和1.6℃兩級(jí)氨冷，使氣氨冷凝，從低位氨冷器出來(lái)的氣氨進(jìn)入冰機(jī)的第二段。出高位氨冷器的氣氨進(jìn)到冰機(jī)的中段，冰機(jī)也壓縮甲烷化爐出口氨冷器的氨及界區(qū)外氨貯存罐閃蒸的氣氨。氣氨最終被壓縮到14.5barg，該壓縮后的氣氨在用水冷卻的氨冷卻器冷凝后送到氨收集槽的熱氨區(qū)。

在氨收集槽中，少量的不凝氣通過(guò)一個(gè)填料段，用來(lái)自液氨減壓罐4.2℃的液氨洗滌，然后這股不凝氣用噴射器抽出并與合成回路的馳放氣混合。氨收集槽中冷的液氨用作高位和低位氨冷器及甲烷化爐出口氨冷器的介質(zhì)。

氨產(chǎn)品

產(chǎn)品氨由氨收集槽抽出，經(jīng)液氨產(chǎn)品泵送到尿素裝置。從氨貯罐來(lái)的經(jīng)升壓的少量氣氨經(jīng)C-3壓縮、冷凝、冷卻后返回到氨貯罐，以維持氨貯罐的液位。