DN 2 400 mm低壓氨合成裝置運行總結

許建鋒 王淑珍(陽煤集團和順化工有限公司 山西和順032700 ) (石家莊雙聯化工有限責任公司 河北石家莊050200)

0 前言

陽煤集團和順化工有限公司“18·30”尿素裝置于2012年8月投產，2012年11月實現滿負荷運行。經過1年多的運行，該裝置運行穩定，日產合成氨720 t，運行最高壓力17.9 MPa，達到設計指標要求；在能量回收和節能方面效果顯著，噸氨回收蒸汽1.07 t，噸氨節電22 kW·h。

1 工藝流程

來自甲烷化工段的新鮮氣(約16.9 MPa)經新鮮氣水冷器降溫后進入水分離器分離水分，然后與來自冷交換器Ⅰ的熱氣混合后進入氨冷凝器，溫度降至-10～-15 ℃進入氨分離器；氣體從氨分離器出來后進入冷交換器Ⅰ，再進入冷交換器Ⅱ，換熱后的氣體(25～28 ℃)進入循環機提壓至18.0 MPa后進入油分離器，然后進入塔前預熱器提溫至140 ℃左右進氨合成塔反應；自氨合成塔出來的合成氣(270～280 ℃)進入廢熱回收器Ⅰ生產2.5 MPa蒸汽，合成氣溫度降至235 ℃左右后進入廢熱回收器Ⅱ生產0.4 MPa低壓蒸汽(部分用于溴化鋰制冷機組)，合成氣溫度降至165 ℃左右后進入塔前預熱器，與入塔氣換熱；經換熱后的氣體溫度降至50～60 ℃，然后進入水冷卻器Ⅰ，溫度降至40 ℃以下再進入冷交換器Ⅱ，氣體進一步降溫后進入水冷卻器 Ⅱ (冷水由溴化鋰制冷機組提供)，溫度降至20 ℃以下后進入冷交換器Ⅰ，換熱后的氣體分離出部分液氨，分氨后的合成氣出冷交換器Ⅰ后與新鮮氣混合，進入下一循環。低壓氨合成工藝流程見圖1。

2 主要設備

主要設備參數見表1。

3 工藝優點

(1)采用雙級廢熱回收器

圖1 低壓氨合成工藝流程

設置雙廢熱回收器以產生不同壓力等級的蒸汽。廢熱回收器Ⅰ產生的2.5 MPa中壓蒸汽供二氧化碳汽提法尿素工段使用，噸氨副產500～600 kg蒸汽；廢熱回收器Ⅱ產生的0.4 MPa的蒸汽供造氣工段及溴化鋰制冷機組使用，噸氨副產500～600 kg蒸汽。兩級廢熱回收器的設置提高了合成反應的熱量回收率。

(2)采用雙水冷卻器、雙冷交換器

設置雙水冷卻器、雙冷交換器，有效回收利用冷量，降低循環水使用量。水冷卻器Ⅰ后設置冷交換器Ⅱ，水冷卻器Ⅱ后設置冷交換器Ⅰ，進一步回收冷量，使熱氣溫度比設置單水冷卻器、單冷交換器降低10～12 ℃，降低了氨冷凝器的負荷。

(3)采用合成廢熱鍋爐直連結構

采用合成塔與廢熱鍋爐直連技術，與傳統的工藝相比，降低了對合成塔到廢熱鍋爐的管線材質要求，安全性能得到保證，同時也減少了投資費用。

(4)采用溴化鋰制冷技術

采用溴化鋰制冷技術，水冷卻器后冷凍需要的冷量約為10 200 kW。余熱回收采用兩級蒸汽回收的工藝流程，反應余熱回收產生的低品位蒸汽送至溴化鋰制冷機組產生低溫水，用于部分冷凝氨。溴化鋰制冷機組制得的冷水用于水冷卻器Ⅱ，噸氨可節省冰機冷凍量162 kW，相當于在雙級氨冷流程中少開1臺額定制冷量為2 030 kW的冰機；采用溴化鋰制冷機組制取冷水，扣除循環水動力和溴化鋰制冷機組電耗，冰機節電700 kW·h；噸氨可節電22 kW·h。

(5)采用塔外加熱結構

該合成塔在設計上借鑒國外工藝的特點，采用塔外加熱的升溫還原方式，有效提高了塔內件的容積利用率；與同等容積的合成塔相比，可降低設備的設計制作難度和投資費用。

4 運行情況

該裝置經1年多運行，設備運行穩定，各項工藝指標達到設計要求。特別是在設計上設置雙廢熱回收器、雙水冷卻器、雙冷交換器，應用溴化鋰制冷技術回收利用合成裝置低位熱能，實現了能量的合理回收利用，噸氨可以回收蒸汽1.07 t，噸氨節電22 kW·h。另外,實際運行的壓力比設計壓力最高值低2.5 MPa，裝置的操作彈性大，尚有提高合成氨產量的空間。主要設計、運行溫度和壓力見表2。

表2主要設計、運行溫度和壓力

5 運行中存在的問題

(1)軸向段壓差大。運行中發現，隨壓力的升高，合成塔內件壓差(合成塔阻力)增大，一般在0.60～0.65 MPa。原因：為提高氨凈值，在一段軸向段裝填了顆粒較小的催化劑。

(2) 管道的熱膨脹。由于采用塔外開工加熱爐升溫還原，最高溫度達到500 ℃，管道的膨脹問題應引起關注，特別是在降溫階段須緩慢降溫，以保證管道應力逐漸降低，防止出現法蘭處泄漏等問題。

(3)該低壓氨合成裝置原設計的氨凈值為11%(體積分數)，實際運行氨凈值為9%(體積分數)。原因是設計循環量為48 m3/min，實際運行循環量為54 m3/min。