氨合成系统双塔并联改造运行总结

吴树华

（重庆禾丰化工股份有限公司，重庆 江津 402260）

竞博集团陕西城化股份有限公司是以煤为原料生产尿素、碳铵、甲醇的中型企业。公司主要产品生产能力为合成氨100kt／a、尿素160kt／a、碳铵30kt／a、甲醇6 000t／a。

2004年底因合成塔内件问题，购置了一台南京天界三塔节能装备有限公司的φ1 200mm增效塔，与原合成塔串联使用。2007年对原合成塔内件进行了处理，催化剂更换后，合成反应较好，大家认为再串一增效塔，效果不显著，更重要的是增效塔催化剂床层温度不能有效控制，于是将增效塔停止使用。

2013年5月，为提升企业的竟争力，降低生产消耗，增加了一台φ1 000mm循环机出口分离器，将增效塔重新启用，与原合成塔并联使用。在同等负荷下，合成系统压力由28.5MPa下降到25.6MPa左右，循环量从105 000m3／h增加117 000m3／h，使公司合成氨吨氨耗电大幅下降，氨产量也略有增加。

1 改造方案确定

对于一个老厂来说，通过系统性重新建设或增大设备等方式改造，当然节能降耗效果显著，但投资大，建设周期长，回收周期长，尤其在目前，受外部大环境的影响，企业资金紧张，不得不立足于实际情况进行全方位的考虑。经过大量的调研、考察、咨询，决定从现闲置的增效塔上下功夫。

经过与同类厂家比较，我们的合成系统存在压力高、阻力大、循环量加不上、放空量大、产量低、消耗高等问题，如果重新启用增效塔，相当于增大合成塔容积，肯定对存在的问题有所帮助。

但增效塔是否能用呢？如何操作？能达到什么效果？这些都要有肯定的回答，才能保证方案有效性，实施才有意义。从现场设备状况来看，该设备与其他隔离，自身严密封闭，查增效塔使用的催化剂HA202Q运行时间并不长，因此增效塔及里面的催化剂肯定能运行。但如何稳定操作呢？通过对增效塔内件的探讨，设想了多种方案，能否与原合成塔并联使用的关键在于增效塔内部催化剂温度的控制。由于增效塔催化剂床层未分段，无冷激气调节，只有一个换热器，该换热器也只是对出口气温度进行换热调控，因此对催化剂的温度控制无法得心应手，并且要充分发挥它的能力更是难上加难。针对实际工艺状况，专业人员反复调查研究和论证，请专家专门商讨和设计计算，然后从中选出最优的一种方案：φ1 200mm增效塔与原φ1 200mm塔并联使用，外部增加副线阀来控制。

2 双塔并联工艺流程

由压缩六段来的气体，经合成补充气水冷器冷却到35℃以下，与冷交出来的循环气汇合进入氨冷器列管内，被管外液氨冷却到－5℃左右，出氨冷后，从冷交底部进入，经下部分离器分离出液氨后，上升到上部换热器管间与管内氨分来气体换热，温度达到15℃左右，由塔顶出来进入循环机，经透平式和往复式循环机加压，进入油分离器（透平式气进φ1 000mm油分，往复式气进φ700mm油分）。分离掉油污后，分为两部分，一部分进入原主塔（1＃），一部分进入增效塔（2＃）。进1＃塔的气从塔顶部一进口进塔，沿内件与外筒环隙自上而下，与内件换热，温度上升到70℃，由一出口出塔。气体又分为三部分，一部分作为副线用，一部分作为第四段冷激气用，另一大部分进入塔前预热器管间与管内气体换热。换热后，气体又分为三部分，其中大部分气体从塔二进口入塔，在内件下部换热器管间与管内气体换热，进入中心管与副线来气混合，出中心管自上而下进入第一轴向段床层反应，温度升高后与二段冷激气混合降温，进入第二轴向床层反应，再与三段冷激气混合降温后，进入第三轴向床层反应，反应后气体又与四段冷激气混合降温，进入第四径向段床层反应，气体由内向外，然后进入换热器管内与管外气体换热，由塔二出口出塔，进入废锅。进2＃塔的气从塔顶进入，沿内件与外筒环隙自上而下，与内件换热，由一出口出塔，又全部进入其二进口，与出塔气换热后，和中心管来的冷气混合进入零米，经催化剂层到出口，进入废锅和1＃塔气汇合，与一水加热器来的热水换热副产蒸汽，然后进入热交管内与管间气体换热，再进软水加，加热脱盐水，并降温到70℃，进入水冷器，经水冷却到35℃，进入氨分离器，分离出液氨后，再进入冷交上部换热器管内与管外冷交换冷，温度降到10℃左右，出冷交与补充气体汇合进入氨冷器，如此反复循环，不断合成氨。冷交、氨分放出的液氨装氨槽贮存供尿素使用和自用。流程见图1。主要设备规格、型号见表1。

表1 主要设备规格型号

3 操作方法

3.1 开 车

两塔同时进行，分别用阀开度控制各自的气量，2＃塔一出气去热交的阀关，全部进二进口。

3.2 正常情况下双塔并联操作要点

（1）正常操作应做到勤调、微调，保证双塔温度的平衡。

（2）2＃塔一出二进阀全开，去热交阀全关，无特殊情况不得调节。否则会导致两塔负荷不稳定，系统波动较大，不好控制。

（3）双塔温度在保证循环量时用各塔副线阀调节。一塔副线阀调节量较大时，需注意另一塔温度的变化情况，要进行相应调节。开大一塔的副线阀，相当于关小另一塔副线阀，反之，关小一塔的副线阀，相当于开大了另一塔副线阀。如2＃塔温度略升而1＃塔略降时，只要稍开2＃塔副线阀或稍关1＃塔副线阀，即达到同时调节双塔温度的目的。

图1 合成改造后工艺流程简图

（4）1＃、2＃塔温度同时升同时降时，先调节1＃塔副线再调节2＃塔副线阀，1＃塔调节幅度大于2＃塔。

（5）岗位断电时应按断电停车程序处理，注意关闭1＃、2＃副线。

（6）如1台循环机跳闸或机械故障紧急停车，备用机不能及时启用，通知前工段适当减少负荷，用双塔副线控制温度，温度可控制在稍高于指标温度，待备机投运后逐步降低温度至指标范围。

（7）2＃塔发生温度下垮时，先关闭副线，再减小一进阀，根据情况可适时启用电炉。

（8）切换循环机的操作程序，以保持系统循环量的稳定为原则，尽量减少循环量的波动来保证双塔温度的平稳，切换循环机操作前略关小副塔副线，让2＃塔温度略升。

（9）2＃塔催化剂温度的控制。1、2点温度控制在310～330℃，3、4点温度控制在390～410℃，5、6点温度控制在480～490℃，7、8点温度控制在490～500℃，热电偶分布如图2，出口温度控制在250℃左右。

4 生产运行情况

自双塔并联投用后，合成系统压力由原来的29.0MPa降至25.9MPa，系统压差由原来的2.5MPa降至1.9MPa。合成氨的生产能力由改造前的310t／d提高到350t／d，从而使尿素产量也由450t／d提高到480t／d。

图2 2＃塔热电偶分布

5 总 结

1＃与2＃塔并联改造于2013年5月大修中进行，投入为23万元。投运后，操作稳定，且使公司的合成氨煤耗和电耗都有较大下降，尿素系统因合成氨产量的提高，不用经常调整生产负荷，产品质量明显提高（2012年一等品率为89%，2013年为100%）。因此利用此闲置设备，投入较少，又取得了较大的经济效益，为公司因尿素降价，原料涨价带来的压力起到了关键性的减轻作用。