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阳煤和顺化工A301型氨合成催化剂JR2400氨合成塔开车运行总结
阳煤和顺化工A301型氨合成催化剂JR2400氨合成塔开车运行总结
发布时间:2014-02-28   浏览次数:1975次
阳煤集团和顺化工有限公司“18·30”项目由阳煤集团和吉林隆源农业生产资料集团有限公司、和顺银河化工有限公司共同出资建设,建设规模为年产180 kt合成氨、30 kt甲醇、300 kt尿素。项目主要采用变压吸附制氧、富氧连续气化、湿法催化氧化脱硫、耐硫全低变、变压吸附脱碳、醇烷化、JR大型氨合成、二氧化碳汽提法尿素工艺。项目醇烷化、氨合成工艺设计和内件生产由河北正元化工工程设计有限公司、石家庄正元塔器有限公司提供,氨合成采用JR型2400一轴三径氨合成塔内件,选用上虞催化剂有限责任公司生产的A301型氨合成催化剂工艺流程采用一进一出提温型流程,采用双废锅、双冷交、双水冷(配溴化锂制冷机组),节能效果更加明显。2012年8月22日投入生产使用,现对合成氨系统的开车运行情况总结如下。
氨合成工艺流程及技术特点
1.1  工艺流程
来自甲烷化工段的19.8 MPa左右的新鲜气,经过新鲜气水冷器降温后进入水分离器分离水和油,与从冷交换器Ⅰ出来的热气混合后进入氨冷凝器,经氨冷凝器降温到-10~-7℃,进入氨分离器分离氨。气体从氨分离器出来后依次进入冷交换器Ⅰ和冷交换器Ⅱ换热,温度升至25~28 ℃,进入循环机提压至20.5 MPa后进入油分离器,然后进入塔前预热器提温到120~140 ℃,进入合成塔反应。自合成塔出来的300~330 ℃合成气,进入废热回收器Ⅰ生产2.5 MPa蒸汽,温度降至235 ℃左右后进入废热回收器Ⅱ生产0.4 MPa低压蒸汽(部分用于溴化锂制冷机组),温度降到165 ℃左右后进入塔前预热器与入塔气换热。经换热后温度降至50~70 ℃的合成气进入水冷却器Ⅰ,温度降至40 ℃以下后进入冷交换器Ⅱ进一步降温,然后进入水冷却器Ⅱ(冷水由溴化锂制机组提供),温度降到7~8 ℃以下后进入冷交换器Ⅰ,换热后在分离部分分离出液氨,分氨后的合成气与新鲜气混合,进入下一循环。
放空气位置在冷交换器Ⅰ之后,放空气去氢回收装置回收氨气和氢气。氨冷凝器所需的液氨来自冷冻站。
1.2  工艺技术特点
(1)采用合成塔与废热回收器直连结构,既节省了投资,又增强了运行安全性。
(2)采用双冷交、双水冷工艺:水冷进口温度低于60 ℃,氨合成反应热利用率高达85%以上,同时大大降低了循环水负荷。
(3)采用双废锅流程生产不同品位的蒸汽:1#废热回收器产生1.3~2.5 MPa中压蒸汽;2#废热回收器副产0.4 MPa低压蒸汽用于溴化锂制冷机组,多余的蒸汽可入低压蒸汽管网。
(4)利用溴化锂制冷技术:将2台废锅回收的低压蒸汽转化为低温水,用于循环反应气体中氨的冷凝。余热回收产生的低品位蒸汽用于溴化锂制冷机组产生低温水,用于部分冷凝氨,大幅度减低了冰机负荷,节省了电耗。
(5)1#水冷却器后设置2#冷交换器逐级回收冷量,提高了冷量回收效果。
主要设计工艺指标
生产能力  750 t/d
    系统压力  ≤ 22.0 MPa
系统压差  ≤2.0 MPa
    合成塔壁温  ≤180 ℃
合成塔进口气  120~140 ℃
合成塔出口气  300~330 ℃
氨冷却器出口温度  -7~-10 ℃
合成塔进口氨含量  ≤3.25%
合成塔出口氨含量  13.25%~14.25%
循环气惰性气体含量  14%~18%
主要设备
氨合成系统主要设备规格见表1。
表1  氨合成系统主要设备规格
设备名称
规  格
数量/台
氨合成塔
DN2400,H=21 000 mm
1
废热回收器Ⅰ
φ1 700 mm/2 200 mm,卧式
1
废热回收器Ⅱ
φ1 600 mm/2 000 mm,卧式
1
塔前换热器
φ1 400 mm,H净空=14 700 mm
1
水冷却器Ⅰ
套管式
7
水冷却器Ⅱ
φ1 600 mm,卧式
1
氨冷却器
φ1 600 mm,卧式
1
冷交换器Ⅰ
φ1 400 mm
1
冷交换器Ⅱ
φ1 200 mm
1
新鲜气冷却器
套管式
1
油分离器
φ1 600 mm,H净空=6 200 mm
1
氨分离器
φ1 600 mm,H净空=7 000 mm
1
水分离器
φ1 000 mm,H净空=6 500 mm
1
循环机
18 m3/min
4(开3备1)
溴化锂制冷机组
12.54×106 kJ/h
2
氨合成塔结构及技术特点
4.1  技术参数
氨合成塔塔径φ2 400 mm,塔净空高20 134 mm,四段(一轴三径)催化剂筐共装填A301型氨合成催化剂51.89 m3,计149500kg,设计氨产能为750t/d,合成塔压差<0.6 MPa,氨净值10%~12%。5.2 氨合成塔内件流程简述
4.2  内件流程
气体在塔前预热器预热至120~140 ℃,由主线从塔顶入塔,经内外筒间的环隙下行,进入底部换热器管间,与四段反应气换热后,经中部换热器下管箱进入中部换热器管内,与三段反应气换热,温度升至370~400 ℃,经中心管进入一段催化剂床层。另外有4股气体分别经4条副线入塔:四段副线气在底部换热器出口与从底部换热器来的主线气混合,以调节四段温度;三段副线气进入二、三段间换热器的上部换热管内,以冷却二段出口气体,调节三段入口温度,此股气体被加热后,在上部换热器上管箱内与上部换热器中心管出口的主气流混合;二段副线气直接进入一段下部集气盒,与一段反应气混合,调节二段入口气体温度;一段副线气与一段中心管气体混合,以调节零米温度。一段反应气温度在480 ℃左右,经二段副线气冷激降温后进入二段催化剂床反应;一段反应气温度在475 ℃左右,经二、三段段间换热器与入塔副线气换热降温后进入三段催化剂床反应;三段反应气温度在465 ℃左右,经三、四段间的中间换热器与入塔主气流换热后降温后进入四段催化剂床反应;三段反应气温度在440 ℃左右,经下部换热器与入塔主气流换热,温度降至300~340 ℃,含氨14%~16%的反应气出合成塔。
4.3  技术特点
(1)阻力小。四段催化剂筐采用一轴三径,床层高度低,且床层内无冷管,气体流通面积大,路径短,因此阻力很小。
(2)氨净值高,空速小,产量高。采用绝热反应,段间以间接换热为主,不存在冷管型塔“冷管效应”,也没有冷激型内件由于冷激造成的低氨净值,使催化层温度分布更加合理,催化剂利用系数更高,同等空速时的单程转化率更高,同等产量时的空速更小,可比其他内件氨净值高1%~2%。
(3)运行可靠。充分考虑了各部位的热胀冷缩,可能存在热胀冷缩的部分均设置了膨胀节,或采用填料密封,或采用金属软管连接。
(4)催化剂实现自卸。考虑了大型塔的特点,设置了全塔催化剂自卸结构。
(5)催化剂使用寿命长。由于采用多段绝热间接换热,几乎全部气体经过零米,对下部催化剂起到保护作用,在上部催化剂部分中毒失效的情况下仍可维持正常生产;催化层内无冷管,避免了冷管型塔热点下移快的现象,也不存在全冷激型塔全塔中毒。催化剂可部分更换,节约催化剂费用,缩短停车时间。
(6)调节灵活。各床层温度均有单独副线调节,可灵活调节各段温度。
5  氨合成催化剂装填及还原情况
 5.1   催化剂装填情况 (全塔A301型氨合成催化剂):         
层数
一轴向层
二径向层
三径向层
四径向层
合计
规格(mm)
6.7-9.4  4.7-6.7
6.7-9.4   2.2-3.3
2.2-3.3
2.2-3.3
数量(kg)
1000       20500
1000        30800 
35100
61100
149500
 5.2   升温还原情况说明:
    催化剂升温还原采用塔外燃烧炉供热,前期控制系统压力3.5MPa,两台18 m3/min 循环机,水汽浓度2-3g/m3,同平面温差≤10℃,触媒0米温度≥490℃达到10小时以上。后期提压至11.0MPa,三台18 m3/min循环机满量,底部温度≥470℃连续20小时,水汽浓度≤0.2 g/m3连续8小时,还原彻底,合计还原时间200小时。
 
氨合成系统运行情况
6.1  轻负荷运行情况
2012年8月5日开始催化剂还原,8月22日还原结束(其中处理管道停止180小时),进入轻负荷生产。由于部分造气炉没有竣工,未全部并入系统,供气量只能满足3台340 m³/min的压缩机运行,还有新系统、新工艺、新员工的协调问题,造气氢氮比控制有待优化,氨合成系统高压管道振动无法开3台循环机,只能开2台18 m³/min循环机,系统近路全部关死,循环机近路全部关死,循环机入口压力15.52 MPa,出口压力15.91 MPa,系统压差0.39 MPa,合成塔入口压力15.87 MPa,出口压力15.63 MPa,合成塔压差0.24 MPa。
合成塔主线全开,一段副线开40%,二段副线全关,三段副线开30%,四段副线开10%。 合成塔入口温度148 ℃,出口温度274 ℃,1#水冷入口温度49.2 ℃,氨冷入口温度0.8 ℃,出口温度 -9.3 ℃;系统放空气CH4含量19%(不含Ar);合成塔入口氨含量2.95%,出口氨合成11.6%。(温度分布见附图
5.2  满负荷运情况
2013年5月3日开5台340 m³/min的压缩机运行,合成系统循环机进口压力16.47 MPa,出口压力17.72 MPa;合成塔进口压力17.63 MPa,出口压力17.60 MPa;合成塔进口温度136.4 ℃,出口温度278.9 ℃,氨冷温度-9.8 ℃,一段催化剂层温度475℃,二段催化剂层温度470 ℃,三段催化剂层温度470 ℃,四段催化剂层温度460 ℃;合成塔进口氨含量2.63%,出口氨12.87%。5月3、4、5、6、7日液氨产量分别为688.97 t、679.23 t、635.68 t、728.71 t、683.9 t。吨氨耗白煤1.18 t,烟煤57.4 kg,耗电1 326.23 kW·h。
结束语
阳煤集团和顺化工氨合成系统运行结果表明,A301催化剂具有高活性、低温活性好、极易还原等特点,JR型DN2400氨合成系统设计合理,产量高,反应热回收利用合理充分,运行安全可靠,节煤、节电、副产蒸汽效果明显,合成氨产量及各项指标均达到设计要求,经济效益和社会效益显著。
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