年產(chǎn)10萬(wàn)噸氨合成及甲烷化工藝技術(shù)

龔傳艮

摘要：降低合成氨成本、適應(yīng)環(huán)境要求、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保可持續(xù)發(fā)展已是化肥企業(yè)的主要課題。而在合成氨原料氣精制工藝多種多樣，原料氣中CO+CO2含量低于0.1%可選擇甲烷化凈化工藝，凈化度高、運(yùn)行能耗低、操作簡(jiǎn)單、投資省。

關(guān)鍵詞：氨合成;甲烷化;凈化7

1工藝技術(shù)設(shè)計(jì)方案

某公司利用LNG和甲醇裝置尾氣配空分送來(lái)的氮?dú)饣旌?，設(shè)計(jì)10萬(wàn)噸/年氨合成裝置，設(shè)計(jì)壓力22MPa。LNG及甲醇裝置尾氣含CO、CO2，氨合成原料氣進(jìn)口配套甲烷化凈化裝置。

設(shè)計(jì)思路的主要有：①甲烷化自身反應(yīng)熱量低，需提溫，可采用過(guò)熱蒸汽提溫，也可用塔內(nèi)電加熱爐提溫的手段，本設(shè)計(jì)采用電加熱爐提溫方式;②采用“甲烷化工藝”將原料氣里的CO+CO2+O2～600ppm轉(zhuǎn)化成甲烷和水，甲烷化出口CO+CO2+O2≤lOppm。

2工藝設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)參數(shù)

裝置的生產(chǎn)能力：10萬(wàn)t/aNH3;運(yùn)行時(shí)間：8000h/a;壓力：操作壓力為18-2IMPaG，設(shè)計(jì)壓力為22.OMPaG;操作彈性：50-110%。

2.2原料氣規(guī)格

2.3產(chǎn)品規(guī)格

①產(chǎn)品液氨：2.OMPaG，-14℃，12.5t/h。產(chǎn)品液氨至少滿GB/T536-2017優(yōu)等品的要求，其中氨含量≥99.9%（wL）、殘留物含量≤0.1%（w L）;②副產(chǎn)品：飽和蒸汽：3.8MPaG.249℃。

2.4工藝原理

2.4.1甲烷化

甲烷化是在催化劑存在下CO、CO2與H2反應(yīng)生成甲烷的一種方法。通過(guò)甲烷化法可將原料氣中的碳氧化物總含量脫除到lOppm以下，以達(dá)到對(duì)氨合成原料氣精制的目的。

2.4.2氨合成

氨的合成是整個(gè)合成氨流程中的核心部分。氨合成過(guò)程屬于氣固催化反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)是在較高壓力下進(jìn)行。由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10-25%，為了提高氫氮?dú)獾睦寐?，通常將未反?yīng)徹底的氫氮?dú)庥醚h(huán)機(jī)增壓，再次循環(huán)反應(yīng)。

2.5工藝流程

2.5.1甲烷化流程說(shuō)明

原料氣進(jìn)入油分離器后進(jìn)入熱交換器換熱，溫度升到220℃后進(jìn)入烷化塔反應(yīng)，將氣體中的CO+CO2、O2轉(zhuǎn)化為CH4和H2O，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入熱交換器管程換熱到800C進(jìn)水冷器、烷化氨冷器，溫度降至-8℃后進(jìn)入水分離器分離水，分離后的氣體去氨合成系統(tǒng)。

2.5.2氨合成流程說(shuō)明

來(lái)自循環(huán)機(jī)油分離器的氣體進(jìn)入熱交換器，換熱至180℃后人合成塔，反應(yīng)后320-350℃的出塔進(jìn)入廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽，廢熱鍋爐出口220℃氣體進(jìn)入熱交換器加熱人塔氣體。熱交換器出口80 0C氣體進(jìn)入水冷器，溫度降低至37℃進(jìn)入經(jīng)過(guò)冷交上部換器，溫度降至200C進(jìn)入下部分離段分離液氨，分離后的工藝氣體，再依次進(jìn)入一級(jí)氨冷器、二級(jí)氨冷器冷至-8℃與甲烷化過(guò)來(lái)的補(bǔ)充氣匯合進(jìn)入氨分離器進(jìn)行二次分氨，氨冷器產(chǎn)生的氣氨送至冷凍工段，分離后的氣體進(jìn)入冷交換器回收冷量后，進(jìn)入循環(huán)段進(jìn)行下一輪循環(huán)。冷交分離的液氨、氨分離器分離的液氨減壓2.OMPaG后送入液氨閃蒸槽。塔后放空氣、液氨閃蒸槽閃蒸氣進(jìn)入氨吸收塔同收氨水，尾氣去火炬或者燃料爐。

2.6主要設(shè)備說(shuō)明

2.6.1甲烷化塔

甲烷化系統(tǒng)的作用是將原料氣中，-0.065%的CO+CO2+O2進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，使烷化系統(tǒng)出口工藝氣中的CO+CO2+O2≤IOppm，以達(dá)到深度凈化的目的。甲烷化系統(tǒng)主要沒(méi)備是烷化塔，選取GC-R102Y的一軸二徑結(jié)構(gòu)。催化劑：7m3。

2.6.2氨合成塔

合成塔塔徑、高度、催化劑量及結(jié)構(gòu)形式的確定：通過(guò)GC-Reactor軟件確定反應(yīng)器規(guī)格、催化劑量如下：①合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)：二軸二徑帶下部換熱器的合成塔自卸結(jié)構(gòu);②合成塔內(nèi)件規(guī)格：Φ1600mm、H凈空=16000mm;③催化劑：18.5 m3。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Φ1600合成塔結(jié)構(gòu)及其塔內(nèi)流程。氨合成塔內(nèi)件由兩個(gè)軸向?qū)雍蛢蓚€(gè)徑向?qū)哟呋瘎┛鸺耙粋€(gè)下部換熱器組成。通過(guò)調(diào)節(jié)合成塔入塔工藝氣溫度及f0一3流量，從而保證氨合成反應(yīng)處于較佳的工作狀態(tài)。fo調(diào)節(jié)零米溫度;f1調(diào)節(jié)第二軸向?qū)舆M(jìn)口溫度;f2調(diào)節(jié)第一徑向?qū)舆M(jìn)口溫度;f3調(diào)節(jié)第二徑向?qū)舆M(jìn)口溫度;出一、二軸向?qū)拥臍怏w進(jìn)入第一徑向?qū)訌耐庀騼?nèi)走向集氣筒與f3混合，出第一徑向?qū)拥臍怏w從內(nèi)向外走向進(jìn)入下部換熱器的管內(nèi)預(yù)熱人塔氣后溫度降至320-350℃出塔。

3設(shè)計(jì)性能保證

設(shè)計(jì)條件滿足的情況下，本設(shè)計(jì)保證下列數(shù)據(jù)：①合成氨產(chǎn)量300噸/天;②副產(chǎn)飽和蒸汽壓力3.8MPaG，副產(chǎn)蒸汽量≥0.85;③甲烷化后CO+CO2+O2≤lOppm;④質(zhì)量指標(biāo)：達(dá)到GB/T536-2017優(yōu)等品指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴喜法，晁廣欽，董發(fā)功，于會(huì)奇.高壓甲烷化工藝在合成氨廠的應(yīng)用[J]，河南化工，2001（8）：22-22.