合成氨技术
专家园地
前言
氨合成是合成氨生产最后一道工序，制造的粗原料气经过变换、脱硫、脱碳、精制得到H2/N2为3的精炼气，合成为氨，它的重要性在于：第一，要把精炼气最大限度转变为氨并使之成为产品，也就是说要使吨氨精炼气消耗最小；第二，要使吨氨能耗最低，就是要求系统压力低，循环量小，阻力小，冷冻量消耗小，反应热利用率高等；第三，建设一定规模的氨合成装置，投资要少。做为设计者这三大问题必须全面考虑，并不是都能满足，但最终要达到一个目标，总体经济效益最好。二米ⅢJD氨合成系统，正是综合考虑上述原则之后，设计制造的系统，已经投入了三套，即河南心连心化工有限公司、山东华鲁恒升德州化肥厂、山东明水化肥厂投运一年左右，其中山东华鲁恒升是在15MPa下运行，情况良好。
1 ⅢJDФ2000氨合成塔结构
ⅢJDФ2000氨合成塔，包括三层四段(如图一)：第一层设置为一个绝热反应段，第二层包括两段(内圈为绝热段，外圈为内冷段)，第三层为绝热段。
反应气在塔内的流程是：未反应气在塔外热交被预热220℃左右，进入塔内中间换热器，被继续加热至360℃～380℃，进入第一催化床层“0”米，来自冷管的未反应混合后轴向经一层进行绝热反应，反应后温度上升至480℃左右，经集气盒在盒内与从塔外来的冷气混合气冷激降温，进入第二层中心集气管，然后径向经过第二层内圈催化床，进行第二次绝热反应，反应后热气径向进入第二层外圈催化床，边反应边被管内冷气冷却，反应后气体进入内件径向环隙，进入第三层，径向横扫第三层，进行绝热反应，完成反应后的气体温度升高，氨含量增加，进入第三层中间换热器管间，由上而下，被管内未反应冷气冷却至340℃～350℃出塔。约30%～40%温度为200℃未反应冷气进入冷管束被第二层的外圈床层热反应气加热至380℃，进入第一床层“0”米，与从第三层中间热交来的380℃左右未反应气混合进入第一层反应。
本四段塔为一个轴向段，三个径向段，且轴向段占床层总高度10%～15%，因此本塔阻力小。
2 系统流程
从合成塔(1)出来反应热气，氨含量14%～15%，温度380℃，经蒸汽过热器，降温至360℃，经蒸汽发生器，产生2.5MPa饱和蒸汽后，温度降220℃～230℃，进塔外热交，进入软水加热器降温至60℃左右，进水冷，降温至40℃，经冷交(6)，氨含量降至4.43%，一氨冷(7)、二氨冷(8)降温至-11℃左右，进分离器(9)分离液氨后，氨含量为2.76%，进循环机(10)、油分(11)与补入新鲜气混合物，氨含量降至2%。混合气分两股：20%进入合成塔环隙，80%进塔外热交被加热至230℃～240℃左右之后，又分两股，一股进塔内第三层中间换热器，另一股在塔顶与从环隙出气体混合后进塔内冷管束。两股进入中间换热器和冷管束的未反应气分别加热至370℃～380℃，在“0”米混合后，进入催化床层反应。
流程特点：
1、未反应进塔温度高，反应气出塔温度高，分别240℃和380℃；出塔气体反应热多级利用，并产生中压(2.5MPa～3.9MPa)过热蒸汽(300℃～360℃)，即出塔经过蒸汽过热器、蒸汽加热器、软水加热器，利用出塔气体热量将软水逐级加热最后产生过热蒸汽。
2、采用两级氨冷：一级氨冷冷至3℃，二级氨冷降温至-11℃，氨含量可降2.76%，两级氨冷比只采用一级氨冷，节约冷冻量40%以上。
3、补气在氨冷之后：使进塔氨含量稀释至2%，即系统只降温至-11℃就可使进塔氨含降至2%，对氨合成反应有利。
4、放空点设置在循环机进口点，此处惰气浓度最高，系统中氨都已分离，氨含量最低，放空气量少，放空气中带走氨少。
5、设置20%未反应冷气经过内外筒环隙，使外筒处低温工况运行。
6、未反应气三股分流进塔L：20%从环隙，30%不经环隙，混合后形成50%进冷管，另外50%进塔内热交，系统阻力小。
3 应用
山东华鲁恒升ⅢJDФ2000氨合成系统，于2006年11月25日投入运行，设计能力为200kt/a，已经超过设计能力运行8个月，情况很好。
1、精炼气配置及能力ⅢJDФ2000氨合成系统原设计的原料气(精炼气)系铜洗工艺，实际运行时是以低压甲醇脱碳，液氮洗精制原料气，经增压机，补入氨合成系统，小时氨产量为28.27t/h，日产量678.48t/h，折年产量20.35万吨/年。运行压力14.9MPa，即在15MPa压力下运行，生产能力超过设计能力，达200kt/a。
2、运行参数
催化床层：零米温度358℃、热点温度470℃、最底点温度439℃。
系统温度：出塔温度356℃、主气进塔温度222℃、过热器出口温度343℃、废锅出口温度232℃、热交出口温度145℃。
系统压力：补气进14.7MPa、循环机进14.7MPa、循环机出15.9MPa、系统压差1.2MPa、塔进15.8MPa、塔出15.5MPa、塔压差0.3MPa，废锅出15.4MPa、水冷出15.4MPa，过热蒸汽2.3MPa。
4 结论
ⅢJDФ2000氨合成塔及系统，是一种三层四段或五段反应器，径向段占85%的轴径向塔，系统是副产过热压蒸汽，双氨冷节能流程设计有较多创新思维，运行效果很好，实际能力达到20万吨氨/年以上，系统压力低：为15MPa，阻力小：系统1.2Mpaq，塔阻力小0.3MPa,副产有用的高位过热蒸汽。实际流程中，少设置了—个软水加热器，至进水冷热气温度高，应补设软水加热器以降低水冷负荷。
ⅢJDФ2000氨合成系统可以推广应用于低压氨合成系统。
