淺談化工生產(chǎn)工藝流程配置

玄琳

摘要：按照流程配置的原則和方法，結(jié)合氨合成過(guò)程的特點(diǎn)和工藝條件，便可進(jìn)行原則流程的配置。分析可知，實(shí)現(xiàn)氨合成的基本步驟應(yīng)包括：新鮮氫氮?dú)獾难a(bǔ)入及壓縮，對(duì)未反應(yīng)氣體進(jìn)行循環(huán)使用并壓縮，氫氮混合氣預(yù)熱和氨的合成，反應(yīng)熱的回收，氨的分離及惰性氣體排放等。流程配置的關(guān)鍵是上述步驟的合理組合，以便得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，同時(shí)在生產(chǎn)上安全可靠。

關(guān)鍵詞：化工 生產(chǎn) 工藝流程 配置

按照流程配置的原則和方法，結(jié)合氨合成過(guò)程的特點(diǎn)和工藝條件，便可進(jìn)行原則流程的配置。分析可知，實(shí)現(xiàn)氨合成的基本步驟應(yīng)包括：新鮮氫氮?dú)獾难a(bǔ)入及壓縮，對(duì)未反應(yīng)氣體進(jìn)行循環(huán)使用并壓縮，氫氮混合氣預(yù)熱和氨的合成，反應(yīng)熱的回收，氨的分離及惰性氣體排放等。流程配置的關(guān)鍵是上述步驟的合理組合，以便得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，同時(shí)在生產(chǎn)上安全可靠。

1.原料氣的預(yù)處理 氨合成的原料氣是氮?dú)夂蜌錃狻Ｔ谏a(chǎn)實(shí)際中，氨的合成率比較低，未反應(yīng)的氮?dú)錃獗仨氀h(huán)使用，進(jìn)入氨合成設(shè)備的氣體物料包括新鮮氫氮?dú)夂脱h(huán)氣兩部分。為使氣體達(dá)到氨合成反應(yīng)所要求的壓力，就需要對(duì)原料氣進(jìn)行壓縮，故應(yīng)配置原料氣壓縮機(jī)；循環(huán)氣經(jīng)氨分離后返回系統(tǒng)，需要配置循環(huán)氣壓縮機(jī)。循環(huán)氣壓縮機(jī)還應(yīng)盡可能配置在流程中氣量較小，溫度較低的部位，以降低功耗。

另外，為了提高壓縮機(jī)的效率，經(jīng)每段壓縮后的氣體，一般要進(jìn)行冷卻并分離除去其中夾帶的油、水等物質(zhì)，故還應(yīng)設(shè)置冷卻器和濾油器，而且新鮮氣應(yīng)在除油后再引入合成塔。如果采用離心式壓縮機(jī)，便可從根本上解決氣體帶油問(wèn)題，省去濾油器。

由于氫氮混合氣需預(yù)熱到接近反應(yīng)溫度后進(jìn)入催化床層才能維持氨合成反應(yīng)的正常操作，故配置入塔氣預(yù)熱設(shè)備；由于循環(huán)氣通過(guò)氨冷器和分離器，溫度較低，故也應(yīng)設(shè)置預(yù)熱器來(lái)預(yù)熱循環(huán)氣，以滿足合成反應(yīng)催化劑活性溫度的要求。

2.反應(yīng)設(shè)備 為了提供氨合成反應(yīng)的場(chǎng)所，應(yīng)配置氨合成塔。氨合成塔是整個(gè)合成氨生產(chǎn)工藝中最主要的設(shè)備。它必須滿足反應(yīng)高溫高壓的操作要求，還要易于控制溫度使其最接近最適宜溫度。合成塔通常由外筒與內(nèi)件兩部分組成，進(jìn)入合成塔的氣體應(yīng)先經(jīng)過(guò)內(nèi)件與外筒之間的環(huán)隙。在內(nèi)件的外表面設(shè)置保溫層，以減少向外筒散熱，這樣，外筒可只承受高壓而不承受高溫，可用普通低合金鋼或優(yōu)質(zhì)低碳鋼制成，而內(nèi)件雖在高溫下操作，但只承受環(huán)隙氣流與內(nèi)件氣流的壓差。

3.氨的分離 合成反應(yīng)后的氣體中含有10%～15%的氨，需進(jìn)行冷卻使氣氨冷凝為液氨，故應(yīng)配置冷凝器和氨分離器。

4.合成回路的設(shè)計(jì) 由于化學(xué)平衡的制約，氨合成率很低，合成反應(yīng)后的氣體中氨含量一般只有10%～20%，大量的氫氮?dú)馕捶磻?yīng)，因此必須加以回收利用。在產(chǎn)品氨充分分離后，未反應(yīng)的氣體需返回反應(yīng)系統(tǒng)，再次進(jìn)行氨合成。因而必須建立氨合成循環(huán)回路，以提高原料的利用率。

5.能量的綜合利用 由于合成氣溫度較高，含有大量的可利用熱能，而氨的分離溫度要求較低，為了節(jié)能降耗，應(yīng)合理配置氨合成反應(yīng)熱的綜合利用系統(tǒng)。回收余熱的流程，隨生產(chǎn)規(guī)模，工藝流程及采用合成塔的類(lèi)型而有所不同。通常，在水冷器之前配置產(chǎn)生中、低壓蒸汽的廢熱鍋爐和鍋爐給水加熱器，回收合成塔出口氣體的余熱。大型氨廠則配置合成塔進(jìn)、出口氣體換熱的進(jìn)塔氣預(yù)熱器與鍋爐給水加熱器（或副產(chǎn)高壓蒸汽的廢熱鍋爐）串聯(lián)的方式，綜合利用全廠余熱。即先將反應(yīng)后的高溫氣體在合成塔內(nèi)件的換熱器中預(yù)熱原料氣，回收一部分熱量，然后在塔外配置一鍋爐給水預(yù)熱器回收一部分熱量，再配置一原料氣塔外換熱器回收熱量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氨合成流程原則上應(yīng)由原料氣的預(yù)處理、氨合成反應(yīng)和氨的分離三大系統(tǒng)組成，根據(jù)工藝過(guò)程的特點(diǎn)，應(yīng)配置未反應(yīng)氣體的循環(huán)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張立波.化工工藝設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)石化出版社.2008

[2]孫秀敏. 化工生產(chǎn)典型工藝流程配置[M]--甘肅科技.2009.2