年產10萬噸氨合成及甲烷化工藝技術

龔傳艮

摘要：降低合成氨成本、適應環境要求、實現節能環保可持續發展已是化肥企業的主要課題。而在合成氨原料氣精制工藝多種多樣，原料氣中CO+CO2含量低于0.1%可選擇甲烷化凈化工藝，凈化度高、運行能耗低、操作簡單、投資省。

關鍵詞：氨合成;甲烷化;凈化7

1工藝技術設計方案

某公司利用LNG和甲醇裝置尾氣配空分送來的氮氣混合，設計10萬噸/年氨合成裝置，設計壓力22MPa。LNG及甲醇裝置尾氣含CO、CO2，氨合成原料氣進口配套甲烷化凈化裝置。

設計思路的主要有：①甲烷化自身反應熱量低，需提溫，可采用過熱蒸汽提溫，也可用塔內電加熱爐提溫的手段，本設計采用電加熱爐提溫方式;②采用“甲烷化工藝”將原料氣里的CO+CO2+O2～600ppm轉化成甲烷和水，甲烷化出口CO+CO2+O2≤lOppm。

2工藝設計

2.1設計參數

裝置的生產能力：10萬t/aNH3;運行時間：8000h/a;壓力：操作壓力為18-2IMPaG，設計壓力為22.OMPaG;操作彈性：50-110%。

2.2原料氣規格

2.3產品規格

①產品液氨：2.OMPaG，-14℃，12.5t/h。產品液氨至少滿GB/T536-2017優等品的要求，其中氨含量≥99.9%（wL）、殘留物含量≤0.1%（w L）;②副產品：飽和蒸汽：3.8MPaG.249℃。

2.4工藝原理

2.4.1甲烷化

甲烷化是在催化劑存在下CO、CO2與H2反應生成甲烷的一種方法。通過甲烷化法可將原料氣中的碳氧化物總含量脫除到lOppm以下，以達到對氨合成原料氣精制的目的。

2.4.2氨合成

氨的合成是整個合成氨流程中的核心部分。氨合成過程屬于氣固催化反應過程，反應是在較高壓力下進行。由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10-25%，為了提高氫氮氣的利用率，通常將未反應徹底的氫氮氣用循環機增壓，再次循環反應。

2.5工藝流程

2.5.1甲烷化流程說明

原料氣進入油分離器后進入熱交換器換熱，溫度升到220℃后進入烷化塔反應，將氣體中的CO+CO2、O2轉化為CH4和H2O，反應后的氣體進入熱交換器管程換熱到800C進水冷器、烷化氨冷器，溫度降至-8℃后進入水分離器分離水，分離后的氣體去氨合成系統。

2.5.2氨合成流程說明

來自循環機油分離器的氣體進入熱交換器，換熱至180℃后人合成塔，反應后320-350℃的出塔進入廢熱鍋爐副產蒸汽，廢熱鍋爐出口220℃氣體進入熱交換器加熱人塔氣體。熱交換器出口80 0C氣體進入水冷器，溫度降低至37℃進入經過冷交上部換器，溫度降至200C進入下部分離段分離液氨，分離后的工藝氣體，再依次進入一級氨冷器、二級氨冷器冷至-8℃與甲烷化過來的補充氣匯合進入氨分離器進行二次分氨，氨冷器產生的氣氨送至冷凍工段，分離后的氣體進入冷交換器回收冷量后，進入循環段進行下一輪循環。冷交分離的液氨、氨分離器分離的液氨減壓2.OMPaG后送入液氨閃蒸槽。塔后放空氣、液氨閃蒸槽閃蒸氣進入氨吸收塔同收氨水，尾氣去火炬或者燃料爐。

2.6主要設備說明

2.6.1甲烷化塔

甲烷化系統的作用是將原料氣中，-0.065%的CO+CO2+O2進行甲烷化反應，使烷化系統出口工藝氣中的CO+CO2+O2≤IOppm，以達到深度凈化的目的。甲烷化系統主要沒備是烷化塔，選取GC-R102Y的一軸二徑結構。催化劑：7m3。

2.6.2氨合成塔

合成塔塔徑、高度、催化劑量及結構形式的確定：通過GC-Reactor軟件確定反應器規格、催化劑量如下：①合成塔內件結構：二軸二徑帶下部換熱器的合成塔自卸結構;②合成塔內件規格：Φ1600mm、H凈空=16000mm;③催化劑：18.5 m3。

結構特點：Φ1600合成塔結構及其塔內流程。氨合成塔內件由兩個軸向層和兩個徑向層催化劑筐及一個下部換熱器組成。通過調節合成塔入塔工藝氣溫度及f0一3流量，從而保證氨合成反應處于較佳的工作狀態。fo調節零米溫度;f1調節第二軸向層進口溫度;f2調節第一徑向層進口溫度;f3調節第二徑向層進口溫度;出一、二軸向層的氣體進入第一徑向層從外向內走向集氣筒與f3混合，出第一徑向層的氣體從內向外走向進入下部換熱器的管內預熱人塔氣后溫度降至320-350℃出塔。

3設計性能保證

設計條件滿足的情況下，本設計保證下列數據：①合成氨產量300噸/天;②副產飽和蒸汽壓力3.8MPaG，副產蒸汽量≥0.85;③甲烷化后CO+CO2+O2≤lOppm;④質量指標：達到GB/T536-2017優等品指標。

參考文獻：

[1]戴喜法，晁廣欽，董發功，于會奇.高壓甲烷化工藝在合成氨廠的應用[J]，河南化工，2001（8）：22-22.