适应原料气的合成氨工艺改造

汪坤钰 苏建梅

(1. 新煤化工设计院(上海)有限公司;2. 中石化宁波工程有限公司兰州分公司)

适应原料气的合成氨工艺改造

汪坤钰*1苏建梅2

(1. 新煤化工设计院(上海)有限公司;2. 中石化宁波工程有限公司兰州分公司)

主要介绍了针对某化肥厂原料气的改变而进行的合成氨生产工艺的适应性改造过程。

合成氨 天然气 压缩机 预热器 工艺改造

某化肥装置以天然气为原料，采用布朗天然气制氨技术生产合成氨，于1997年建成投产，原料天然气由某油田输往该公司末站的天然气管道供给，进入化肥装置界区的参数为压力0.78MPa(G)、温度35℃，经过分液、过滤和原料气压缩机压缩之后以压力3.80MPa(G)、温度160℃原料气进入一段转化炉。由原某油田供给的天然气现已不能满足化肥厂生产的需要。随着西气东输及其二线建设的投用，决定改由西气东输二线分输站供气。

西气东输二线天然气自某分输站输送到终点某供气支线末站，在末站内经过滤、调压与计量后向化肥厂输送，天然气进入化肥装置界区的压力为4.00MPa(G)、温度5℃。此时原料天然气的压力提高而温度更低，不能满足下一工序的要求。为此，需对该生产工艺进行适应性改造。

1 原料气物性及其组成

替换的原料气为来自西气东输二线的天然气，它的物性指标如下：

分子量 17.5

标准密度 0.78kg/m3

实际密度 34.60kg/m3

低热值 36.4MJ/Nm3

原料天然气组成成分见表1(摩尔分数)。

表1 原料天然气组成成分

2 关键设备

2.1 分液罐

开车初期，来自界区外的原料天然气含有极少量水分，设置原料气分液罐可对原料天然气中的水分进行分离，同时在原料气分液罐的天然气进料口的上部设置了防冲挡板和丝网除沫器。根据原料天然气的组分，原料气分液罐为裙座支承的立式容器，材料选用Q245R。

2.2 过滤器

开车初期，来自界区外的原料天然气含有极少量杂质，所以选用原料气过滤器——多层不锈钢烧结网滤芯SJFM-II型精细过滤器，其滤件采用五层不锈钢烧结网滤材，具有过滤能力大、过滤精度高、压损小和工艺过程稳定可靠的特点，尤其是该滤件特别优异的清洗再生功能，因而成为最好的可清洗过滤器，从而能够确保过滤系统实现长周期连续运行的目的。

2.3 预热器

根据现有公用工程参数，选择加热天然气的热媒为中压蒸汽，其工作参数是压力3.70MPa(G)、温度365℃，而原料天然气的工作参数是压力4.00MPa(G)、温度5℃。考虑到天然气的介质特性是中度危害、爆炸危险介质，且设备设计压力为4.40MPa，同时为了保证装置长周期安全平稳生产，如果原料天然气走壳程，壳程需要选用不锈钢0Cr18Ni9，这时管程也需要选用不锈钢0Cr18Ni9，综合以上因素考虑，更为了节省投资，决定原料天然气预热器的天然气走管程，中压蒸汽走壳程，管程选用不锈钢0Cr18Ni9，壳程选用Q345R。另外，鉴于管程和壳程介质温差较大，根据换热器选型经验，换热器应该选择U形管式、鞍座支承。

3 合成氨工艺的改造

原有的合成氨生产工艺流程如图1所示。从化肥装置界外来的压力0.78MPa(G)、温度35℃天然气，首先经原料气分离罐(V-4)把原料天然气中的液滴分离出来，再经原料气过滤器(F-13)过滤除净杂质等，而后进入原料气压缩机(C-4)，将原料天然气增至压力3.80MPa(G)、温度160℃时进入一段转化炉(H-1)。

图1 改造前合成氨工艺流程简图

改造前，0.78MPa(G)、35℃的原料天然气需要通过原料气压缩机(C-4)增压后进入一段转化炉(H-1)，这就需消耗3.80MPa(G)的中压蒸汽，此时原料气压缩机(C-4)的单项能耗见表2，生产每吨合成氨时原料气压缩机(C-4)的总能耗值为1 590.720MJ。

表2 原料气压缩机(C-4)能耗值

本项目是合成氨装置原料天然气进界区压力提高后的适应性改造。在保持合成氨装置和尿素装置生产能力不变的情况下，充分利用天然气上游较高的压力，经处理后使天然气直接进入主生产装置，从而可停用增压用的原料气压缩机(C-4)，有效降低装置的能耗，提高化肥装置的经济效益。

改造后工艺流程如图2所示。

图2 改造后合成氨工艺流程简图

由图2可知，从界区外新引入的原料天然气操作压力4.00MPa(G)、操作温度5℃，经原料气分液罐(V-2511)与原料气过滤器(F-2511)进行气液分离与过滤净化处理，处理后的原料气进入原料天然气预热器(E-2511)进行加热，用中压蒸汽将原料气加热至160℃，经压力调节阀(PV-2515)稳压到3.80MPa(G)后，送往原有原料气压缩机(C-4)的出口管道(DN200)；通过温度调节阀(TV-2511)调节中压蒸汽的温度来控制经原料天然气预热器(E-2511)预热后的原料气温度。同时，从原料天然气预热器(E-2511)进出口管线上分别抽取冷、热两股原料气进行混合，使用两组截止阀分别进行调节：第一路原料气混合到70℃左右，经过压力调节阀(PV-2513)减压到1.30MPa(G)后接入管道(DN100)，送往燃气透平(CGT-1)入口，作为燃气透平的燃料气；第二路原料气混合到37℃左右，经过调节阀(PV-2514)减压到0.35MPa(G)后接入管道(DN150)，作为燃料气送往一段转化炉(H-1)和合成塔开工加热炉(H-2)。在操作过程中若出现前系统压力波动、后系统停车及检修泄压等情况，原料气经过原料天然气预热器(E-2511)加热后，通过调节阀(PV-2512)减压后排往装置内火炬管网。

项目改造前后，生产上原料天然气的用量没有变化，而能耗发生变化。改造后，进界区的原料天然气压力高，无需增压，只新增了原料天然气预热器(E-2511)，耗用的中压蒸汽 (表3)绕过原料气压缩机(C-4)直接进入一段转化炉(H-1)，这样就可停开原有的原料气压缩机(C-4)。

表3 预热器(E-2511)能耗值

由表3可知：生产每吨合成氨时原料天然气预热器(E-2511)的总能耗值为376.736MJ。改造项目实施后，生产每吨合成氨时的能耗可降低1 213.984MJ。

4 结束语

本项目的实施在以天然气为原料的石化企业具有一定的普遍性。20世纪80年代建成的化肥装置，原料气大多采用油田天然气。随着西气东输及其二线建设的投用，各分气站的天然气管网的压力是7.0～9.0MPa(G)，如果原设计天然气压缩机是单级离心压缩机(出口压力3.80MPa)，就可以停用天然气压缩机，把新天然气接入天然气压缩机出口管道即可；如果原设计天然气离心压缩机是两级压缩的，就需要改为单级离心压缩机，同样也可节能降耗。

*汪坤钰，男，1980年5月生，工程师。上海市，200233。

TQ113.25+1

B

0254-6094(2016)04-0545-03

2015-09-18)