氨合成塔内件改造运行总结

氨合成塔内件改造运行总结

徐严伟 ， 王攀 ， 樊安静 ， 宋仁委

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡453731)

摘要：介绍了DN2500氨合成塔内件改造运行情况，改造后塔压差(含热交)、系统压差均有明显下降，分别达到0.46、1.11 MPa，氨净值有所提高。正常工况下工艺对比显示，改造后节能降耗效果明显，达到了预期的目的。

关键词：氨合成塔 ； 内件改造 ； 运行情况

中图分类号：TQ050.7文献标识码：B

收稿日期：2014-12-30

作者简介：徐严伟(1984-)，男，助理工程师，从事化工设计及合成工艺的研究，电话：13598698756。

0前言

河南心连心化肥有限公司“24·40”项目(24万t/a合成氨，40万t/a尿素)；氨合成工段DN2500氨合成塔已运行五年，2012年对合成塔内件进行过改造，虽有效果，但是合成塔压差(含热交)仍在上限0.99 MPa运行(指标<1.0 MPa)，因此合成塔阻力还存在较大的问题[1]。2014年7月公司对氨合成塔内件进行降阻改造，成功投运且运行节能降阻效果明显。

1氨合成系统能耗来源分析

1.1　直接能源消耗

在氨合成系统中氮氢循环压缩机是主要的直接能耗来源，系统压力的高低、塔压差的大小等都直接影响着氨合成系统能耗的高低。

1.2　间接能源消耗

在氨合成辅助系统中，冰机、氮氢压缩机等是系统的间接能耗来源。从能耗来源上分析循环机、氮氢压缩机都是由压力决定了其能耗的高低，因此在内件改造时选取降低系统压力、氨合成塔阻力及提高氨净值为主攻方向。

2系统流程

经过DN2500合成塔内三个催化剂床反应后的合成出口气体(温度445 ℃)，通过合成塔下部换热器换热降温后(温度320 ℃)经管线进入合成系统废热锅炉，移出部分合成反应热后的气体(温度约200 ℃)进入塔外的热交换器管程中，与壳程的未反应气体进行换热后，从热交换器管程的下部出来，这时的反应气温度85 ℃，再进入软水加热器后，进入合成水冷却器，这时合成循环气的温度降至20 ℃，进入到冷交换器的壳程继续冷却，经过壳程冷却后的气体温度16 ℃，进入到下部冷交换器分氨段进行液氨的初级分离，分氨后气体再进入氨冷器进行进一步冷却，冷却后的气体出来后在管线中补入合成新鲜气，补入新鲜气后合成气(温度-5 ℃)后进入第二级氨分离器中进一步分离液氨，气体中氨含量为2.5%，氨分离器后气体再进入冷交换器管程与壳程气换热后(温度22 ℃)，进入循环机系统。循环机增压后经油分进入热交壳程加热后进入合成塔，这样就构成一个氨合成循环系统。

3内件构成及流程简述

3.1　改造前内件介绍

3.1.1内件构成

氨合成内件由一个直形异径的冷管束、一个气体混合分布器和一个分气筒组成，把触媒床分成一轴两径，三个绝热段，一个内冷段，采用分流工艺，床层上下直通，触媒可以自卸。

3.1.2塔内流程

含氨2%未反应气分股进塔。一股25%～30%未反应冷气，由合成塔下部环隙进入，由上而下，在塔顶引出，汇合塔外热交换器加热的10%～15%的热气，再进冷管束。在冷管加热后，直接由上升管进入催化剂床层“零米”。另一股65%～70%的气体经由塔外热交换器加热至175～190 ℃，其中50%～60%进塔内下部换热器管内，与出塔气体换热后进上部换热器的管内，与出混合分布器气体换热，加热至370 ℃，从换热器与中心管之间的环隙向下翻进中心管，经中心管进入催化剂床“零米”，与冷管束出来的未反应气体混合，进入上绝热层反应。反应后气体经由混合分布器进入塔内上换热器间冷却，进入第二层径向绝热反应，在径向进入内冷层反应，进入塔内换热器间，被管内冷气冷却至350 ℃出塔[1]。

3.2　改造后内件构成

3.2.1内件构成

氨合成内件是一个由三个换热器组成的一个三床式、准全径向、分体式床间换热型氨合成反应器。其由催化剂筐体、换热器、触媒筐盖、软管等部件组成。

3.2.2塔内件流程简述

进入合成塔反应的气体分为五股，气体采用可以调节不同的温度和流量的方式进入合成塔各部位：第一股气体为下换热器入口气，它来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(温度185 ℃)，通过置于合成塔下部的换热器壳程，与合成塔的反应后出口气(进入下部换热器的管程气)进行换热后，该气的流量占总入塔气流量的40%～50%，温度升至370 ℃进入合成塔的“零米”。第二股气体为上换热器入口气，它同样来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(温度185 ℃)，这股气体流量占总入塔气流量的30%～40%，通过第一床出口换热器管程(本气体通过置于换热器中的下降管进入)，气体与合成塔一床反应后的气体进行换热后，将温度升高至370 ℃进入合成塔的“零米”。第三股气体为中换热器入口气，它同样来自合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(温度185 ℃)，这股气体流量占总入塔气流量的10%～20%。通过第二反应床的出口换热器管程(本气体通过置于触媒层中的下降管进入)，气体与合成塔二床反应后的气体进行换热后，将温度升高至370 ℃进入合成塔的“零米”。第四股气体为第一催化剂床中部调温冷激气，它同样来自合成塔外经过油分离器处理后的循环气(温度30 ℃)通过下降管进入第一床中部盘管中，用它来冷激一床中部的反应气，达到调节一段合成塔温度的作用，在催化剂使用前期，此冷激气量较大，随着第一床催化剂的活性下降，本冷激气逐渐关小，直到完全关闭。第五股气体为“零米冷激”气，该气体也来源于合成塔外的热交换器壳程加热后的循环气(温度185 ℃)，它是通过合成塔顶部的副线口直接进入触媒床层的“零米”，达到调节床层“零米”温度的目的。

合成塔中部有一中心管，在中心管中设置了一个电炉，只有上部换热器的气体是不经过中心管的，它是直接由上换热器管程进入“零米”，其余两股气体均进入中心管直上“零米”层。

经过三组换热器加热后未反应气至“零米”汇合后，分别经过第一床的轴向段、第一床径向段、上部换热器的壳程、第二床径向段、中部换热器壳程、第三床径向段、下部换热器管程、再出合成塔，这时，合成塔出口温度330 ℃，气体出塔后直接进入废锅。出废锅后气体再进入热交换器回收热量，再进入冷却、分离系统。

4改造前后工艺对比

由于合成塔三个反应床层的气体进入方向均为径向向心入气方式，运用了分气和收气装置，提高了气体分布效率，较科学地控制了阻力降。且每个反应床层出口降温方式均采用设置于中部的床间换热器来间接降温，降温气均为未反应气，几乎100%的未反应气均进入了合成塔的“零米”层，提高了整个合成塔的出口气体氨含量。改造前后正常工艺对比表见表1，产量对比见表2，吨氨电耗见表3。

表1　改造前后正常工艺对比表

表2　改造前后产量对比表

单耗对比废锅产气量增加34 t/班，合成氨产量平均每班增加28 t。

表3　改造前后吨氨电耗对比表

经过本次改造后，可以看出氨合成系统压力降低1.0 MPa，塔压差降低0.53 MPa，系统压差降低0.61 MPa，合成塔出口温度上升35 ℃，氨净值提高1.5%。

合成循环机单耗由于系统压差的降低和总氨产量增加电耗降低11.3 kW·h，冰机吨氨电耗上升5.3 kW·h是由于尿素和低压甲醇使用溴化锂冷水加上大气温度上升原因造成电耗升高，总氨吨电耗由原来的980 kW·h降至940 kW·h左右。

5目前存在问题

第一轴向层温度偏低：第一轴向层温度只有通过加减循环量来控制，分流气体量不能提高第一轴向层温度。第一轴向层温度偏低无法增加循环量主要原因有两个：一是为了保证出塔温度达到设计值，第一床层换热器设计过小，造成塔内反应热带相对增多；二是截流孔板开孔较小，主进气无法通过更多的气体进入换热器，影响循环量的增加，该种情况还要具体核算后以改造优化。

6结束语

目前，从系统能耗及氨净值上分析，本次氨合成内件改造是成功的，但是在运行情况上看还是有一定的优化空间，在后续优化上将对循环氢进行进行实验性运行分析得出最佳反应数据，以优化工艺数据，配合生产长周期、稳定、高效运行。

参考文献：

[1]闫江涛，马瑞芳，乔小斌. ⅢJD-2000Φ2500氨合成塔及合成塔运行系统总结[J].河南化工，2011，28(14)：42-44.

中国化学家获“世界杰出女科学家奖”

联合国教科文组织日前发布消息说，包括中国科学技术大学谢毅教授在内的5位女科学家获得2015年度“世界杰出女科学家奖”。

教科文组织的消息说，谢毅教授凭借其在无机化学领域的杰出贡献而获得表彰。“她的工作致力于降低污染，提高能源利用效率，对未来大有裨益。谢毅教授致力于保护地球的事业，并坚持不懈为应对环境挑战寻找具有创新性和智能性的解决方案”。

谢毅是第四位获得“世界杰出女科学家奖”的中国女科学家，在她之前的获奖者是中国科学院院士李方华教授(2003年)、中国香港科技大学教授叶玉如(2004年)以及中国香港大学教授任咏华(2011年)。

“世界杰出女科学家奖”由联合国教科文组织和法国欧莱雅集团联合设立，每年从全球各大洲遴选出5位为科学进步做出卓越贡献的女性，旨在公开表彰女科学家的杰出成就，并为其科研事业提供支持。1999年诺贝尔化学奖获得者艾哈迈德·泽维尔担任本年度评委会主席。

2015年获奖的另外四位女科学家分别是摩洛哥穆罕默德五世大学拉贾·沙尔卡维·莫斯利教授，英国牛津大学卡罗尔·罗宾逊教授，巴西南里奥格兰德联邦大学泰莎·斯托尔基·贝格曼教授和加拿大多伦多大学莫莉·S·肖伊切特教授。

颁奖典礼将于3月18日在巴黎索邦大学举行。

“世界杰出女科学家奖”创立于1998年，最初评选领域只限于生命科学领域。从2003年起，评选领域扩展至基础科学领域，奖金也增至每位获奖者10万美元。