氨合成塔內(nèi)件改造運(yùn)行總結(jié)

徐嚴(yán)偉 ， 王攀 ， 樊安靜 ， 宋仁委

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：介紹了DN2500氨合成塔內(nèi)件改造運(yùn)行情況，改造后塔壓差(含熱交)、系統(tǒng)壓差均有明顯下降，分別達(dá)到0.46、1.11 MPa，氨凈值有所提高。正常工況下工藝對(duì)比顯示，改造后節(jié)能降耗效果明顯，達(dá)到了預(yù)期的目的。

關(guān)鍵詞：氨合成塔 ； 內(nèi)件改造 ； 運(yùn)行情況

中圖分類號(hào)：TQ050.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

收稿日期：2014-12-30

作者簡介：徐嚴(yán)偉(1984-)，男，助理工程師，從事化工設(shè)計(jì)及合成工藝的研究，電話：13598698756。

0前言

河南心連心化肥有限公司“24·40”項(xiàng)目(24萬t/a合成氨，40萬t/a尿素)；氨合成工段DN2500氨合成塔已運(yùn)行五年，2012年對(duì)合成塔內(nèi)件進(jìn)行過改造，雖有效果，但是合成塔壓差(含熱交)仍在上限0.99 MPa運(yùn)行(指標(biāo)<1.0 MPa)，因此合成塔阻力還存在較大的問題[1]。2014年7月公司對(duì)氨合成塔內(nèi)件進(jìn)行降阻改造，成功投運(yùn)且運(yùn)行節(jié)能降阻效果明顯。

1氨合成系統(tǒng)能耗來源分析

1.1　直接能源消耗

在氨合成系統(tǒng)中氮?dú)溲h(huán)壓縮機(jī)是主要的直接能耗來源，系統(tǒng)壓力的高低、塔壓差的大小等都直接影響著氨合成系統(tǒng)能耗的高低。

1.2　間接能源消耗

在氨合成輔助系統(tǒng)中，冰機(jī)、氮?dú)鋲嚎s機(jī)等是系統(tǒng)的間接能耗來源。從能耗來源上分析循環(huán)機(jī)、氮?dú)鋲嚎s機(jī)都是由壓力決定了其能耗的高低，因此在內(nèi)件改造時(shí)選取降低系統(tǒng)壓力、氨合成塔阻力及提高氨凈值為主攻方向。

2系統(tǒng)流程

經(jīng)過DN2500合成塔內(nèi)三個(gè)催化劑床反應(yīng)后的合成出口氣體(溫度445 ℃)，通過合成塔下部換熱器換熱降溫后(溫度320 ℃)經(jīng)管線進(jìn)入合成系統(tǒng)廢熱鍋爐，移出部分合成反應(yīng)熱后的氣體(溫度約200 ℃)進(jìn)入塔外的熱交換器管程中，與殼程的未反應(yīng)氣體進(jìn)行換熱后，從熱交換器管程的下部出來，這時(shí)的反應(yīng)氣溫度85 ℃，再進(jìn)入軟水加熱器后，進(jìn)入合成水冷卻器，這時(shí)合成循環(huán)氣的溫度降至20 ℃，進(jìn)入到冷交換器的殼程繼續(xù)冷卻，經(jīng)過殼程冷卻后的氣體溫度16 ℃，進(jìn)入到下部冷交換器分氨段進(jìn)行液氨的初級(jí)分離，分氨后氣體再進(jìn)入氨冷器進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，冷卻后的氣體出來后在管線中補(bǔ)入合成新鮮氣，補(bǔ)入新鮮氣后合成氣(溫度-5 ℃)后進(jìn)入第二級(jí)氨分離器中進(jìn)一步分離液氨，氣體中氨含量為2.5%，氨分離器后氣體再進(jìn)入冷交換器管程與殼程氣換熱后(溫度22 ℃)，進(jìn)入循環(huán)機(jī)系統(tǒng)。循環(huán)機(jī)增壓后經(jīng)油分進(jìn)入熱交殼程加熱后進(jìn)入合成塔，這樣就構(gòu)成一個(gè)氨合成循環(huán)系統(tǒng)。

3內(nèi)件構(gòu)成及流程簡述

3.1　改造前內(nèi)件介紹

3.1.1內(nèi)件構(gòu)成

氨合成內(nèi)件由一個(gè)直形異徑的冷管束、一個(gè)氣體混合分布器和一個(gè)分氣筒組成，把觸媒床分成一軸兩徑，三個(gè)絕熱段，一個(gè)內(nèi)冷段，采用分流工藝，床層上下直通，觸媒可以自卸。

3.1.2塔內(nèi)流程

含氨2%未反應(yīng)氣分股進(jìn)塔。一股25%～30%未反應(yīng)冷氣，由合成塔下部環(huán)隙進(jìn)入，由上而下，在塔頂引出，匯合塔外熱交換器加熱的10%～15%的熱氣，再進(jìn)冷管束。在冷管加熱后，直接由上升管進(jìn)入催化劑床層“零米”。另一股65%～70%的氣體經(jīng)由塔外熱交換器加熱至175～190 ℃，其中50%～60%進(jìn)塔內(nèi)下部換熱器管內(nèi)，與出塔氣體換熱后進(jìn)上部換熱器的管內(nèi)，與出混合分布器氣體換熱，加熱至370 ℃，從換熱器與中心管之間的環(huán)隙向下翻進(jìn)中心管，經(jīng)中心管進(jìn)入催化劑床“零米”，與冷管束出來的未反應(yīng)氣體混合，進(jìn)入上絕熱層反應(yīng)。反應(yīng)后氣體經(jīng)由混合分布器進(jìn)入塔內(nèi)上換熱器間冷卻，進(jìn)入第二層徑向絕熱反應(yīng)，在徑向進(jìn)入內(nèi)冷層反應(yīng)，進(jìn)入塔內(nèi)換熱器間，被管內(nèi)冷氣冷卻至350 ℃出塔[1]。

3.2　改造后內(nèi)件構(gòu)成

3.2.1內(nèi)件構(gòu)成

氨合成內(nèi)件是一個(gè)由三個(gè)換熱器組成的一個(gè)三床式、準(zhǔn)全徑向、分體式床間換熱型氨合成反應(yīng)器。其由催化劑筐體、換熱器、觸媒筐蓋、軟管等部件組成。

3.2.2塔內(nèi)件流程簡述

進(jìn)入合成塔反應(yīng)的氣體分為五股，氣體采用可以調(diào)節(jié)不同的溫度和流量的方式進(jìn)入合成塔各部位：第一股氣體為下?lián)Q熱器入口氣，它來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，通過置于合成塔下部的換熱器殼程，與合成塔的反應(yīng)后出口氣(進(jìn)入下部換熱器的管程氣)進(jìn)行換熱后，該氣的流量占總?cè)胨饬髁康?0%～50%，溫度升至370 ℃進(jìn)入合成塔的“零米”。第二股氣體為上換熱器入口氣，它同樣來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，這股氣體流量占總?cè)胨饬髁康?0%～40%，通過第一床出口換熱器管程(本氣體通過置于換熱器中的下降管進(jìn)入)，氣體與合成塔一床反應(yīng)后的氣體進(jìn)行換熱后，將溫度升高至370 ℃進(jìn)入合成塔的“零米”。第三股氣體為中換熱器入口氣，它同樣來自合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，這股氣體流量占總?cè)胨饬髁康?0%～20%。通過第二反應(yīng)床的出口換熱器管程(本氣體通過置于觸媒層中的下降管進(jìn)入)，氣體與合成塔二床反應(yīng)后的氣體進(jìn)行換熱后，將溫度升高至370 ℃進(jìn)入合成塔的“零米”。第四股氣體為第一催化劑床中部調(diào)溫冷激氣，它同樣來自合成塔外經(jīng)過油分離器處理后的循環(huán)氣(溫度30 ℃)通過下降管進(jìn)入第一床中部盤管中，用它來冷激一床中部的反應(yīng)氣，達(dá)到調(diào)節(jié)一段合成塔溫度的作用，在催化劑使用前期，此冷激氣量較大，隨著第一床催化劑的活性下降，本冷激氣逐漸關(guān)小，直到完全關(guān)閉。第五股氣體為“零米冷激”氣，該氣體也來源于合成塔外的熱交換器殼程加熱后的循環(huán)氣(溫度185 ℃)，它是通過合成塔頂部的副線口直接進(jìn)入觸媒床層的“零米”，達(dá)到調(diào)節(jié)床層“零米”溫度的目的。

合成塔中部有一中心管，在中心管中設(shè)置了一個(gè)電爐，只有上部換熱器的氣體是不經(jīng)過中心管的，它是直接由上換熱器管程進(jìn)入“零米”，其余兩股氣體均進(jìn)入中心管直上“零米”層。

經(jīng)過三組換熱器加熱后未反應(yīng)氣至“零米”匯合后，分別經(jīng)過第一床的軸向段、第一床徑向段、上部換熱器的殼程、第二床徑向段、中部換熱器殼程、第三床徑向段、下部換熱器管程、再出合成塔，這時(shí)，合成塔出口溫度330 ℃，氣體出塔后直接進(jìn)入廢鍋。出廢鍋后氣體再進(jìn)入熱交換器回收熱量，再進(jìn)入冷卻、分離系統(tǒng)。

4改造前后工藝對(duì)比

由于合成塔三個(gè)反應(yīng)床層的氣體進(jìn)入方向均為徑向向心入氣方式，運(yùn)用了分氣和收氣裝置，提高了氣體分布效率，較科學(xué)地控制了阻力降。且每個(gè)反應(yīng)床層出口降溫方式均采用設(shè)置于中部的床間換熱器來間接降溫，降溫氣均為未反應(yīng)氣，幾乎100%的未反應(yīng)氣均進(jìn)入了合成塔的“零米”層，提高了整個(gè)合成塔的出口氣體氨含量。改造前后正常工藝對(duì)比表見表1，產(chǎn)量對(duì)比見表2，噸氨電耗見表3。

表1　改造前后正常工藝對(duì)比表

表2　改造前后產(chǎn)量對(duì)比表

單耗對(duì)比廢鍋產(chǎn)氣量增加34 t/班，合成氨產(chǎn)量平均每班增加28 t。

表3　改造前后噸氨電耗對(duì)比表

經(jīng)過本次改造后，可以看出氨合成系統(tǒng)壓力降低1.0 MPa，塔壓差降低0.53 MPa，系統(tǒng)壓差降低0.61 MPa，合成塔出口溫度上升35 ℃，氨凈值提高1.5%。

合成循環(huán)機(jī)單耗由于系統(tǒng)壓差的降低和總氨產(chǎn)量增加電耗降低11.3 kW·h，冰機(jī)噸氨電耗上升5.3 kW·h是由于尿素和低壓甲醇使用溴化鋰?yán)渌由洗髿鉁囟壬仙蛟斐呻姾纳?，總氨噸電耗由原來?80 kW·h降至940 kW·h左右。

5目前存在問題

第一軸向?qū)訙囟绕停旱谝惠S向?qū)訙囟戎挥型ㄟ^加減循環(huán)量來控制，分流氣體量不能提高第一軸向?qū)訙囟?。第一軸向?qū)訙囟绕蜔o法增加循環(huán)量主要原因有兩個(gè)：一是為了保證出塔溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值，第一床層換熱器設(shè)計(jì)過小，造成塔內(nèi)反應(yīng)熱帶相對(duì)增多；二是截流孔板開孔較小，主進(jìn)氣無法通過更多的氣體進(jìn)入換熱器，影響循環(huán)量的增加，該種情況還要具體核算后以改造優(yōu)化。

6結(jié)束語

目前，從系統(tǒng)能耗及氨凈值上分析，本次氨合成內(nèi)件改造是成功的，但是在運(yùn)行情況上看還是有一定的優(yōu)化空間，在后續(xù)優(yōu)化上將對(duì)循環(huán)氫進(jìn)行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性運(yùn)行分析得出最佳反應(yīng)數(shù)據(jù)，以優(yōu)化工藝數(shù)據(jù)，配合生產(chǎn)長周期、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆江濤，馬瑞芳，喬小斌. ⅢJD-2000Φ2500氨合成塔及合成塔運(yùn)行系統(tǒng)總結(jié)[J].河南化工，2011，28(14)：42-44.

中國化學(xué)家獲“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”

聯(lián)合國教科文組織日前發(fā)布消息說，包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)謝毅教授在內(nèi)的5位女科學(xué)家獲得2015年度“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”。

教科文組織的消息說，謝毅教授憑借其在無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲得表彰?！八墓ぷ髦铝τ诮档臀廴?，提高能源利用效率，對(duì)未來大有裨益。謝毅教授致力于保護(hù)地球的事業(yè)，并堅(jiān)持不懈為應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)尋找具有創(chuàng)新性和智能性的解決方案”。

謝毅是第四位獲得“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”的中國女科學(xué)家，在她之前的獲獎(jiǎng)?wù)呤侵袊茖W(xué)院院士李方華教授(2003年)、中國香港科技大學(xué)教授葉玉如(2004年)以及中國香港大學(xué)教授任詠華(2011年)。

“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”由聯(lián)合國教科文組織和法國歐萊雅集團(tuán)聯(lián)合設(shè)立，每年從全球各大洲遴選出5位為科學(xué)進(jìn)步做出卓越貢獻(xiàn)的女性，旨在公開表彰女科學(xué)家的杰出成就，并為其科研事業(yè)提供支持。1999年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者艾哈邁德·澤維爾擔(dān)任本年度評(píng)委會(huì)主席。

2015年獲獎(jiǎng)的另外四位女科學(xué)家分別是摩洛哥穆罕默德五世大學(xué)拉賈·沙爾卡維·莫斯利教授，英國牛津大學(xué)卡羅爾·羅賓遜教授，巴西南里奧格蘭德聯(lián)邦大學(xué)泰莎·斯托爾基·貝格曼教授和加拿大多倫多大學(xué)莫莉·S·肖伊切特教授。

頒獎(jiǎng)典禮將于3月18日在巴黎索邦大學(xué)舉行。

“世界杰出女科學(xué)家獎(jiǎng)”創(chuàng)立于1998年，最初評(píng)選領(lǐng)域只限于生命科學(xué)領(lǐng)域。從2003年起，評(píng)選領(lǐng)域擴(kuò)展至基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，獎(jiǎng)金也增至每位獲獎(jiǎng)?wù)?0萬美元。