1、Chtuvafly 大合成氨工藝技術(shù)目前，國(guó)內(nèi)合成氨最大的單系列裝置規(guī)模為50萬(wàn)噸/年,一套大裝置固定資產(chǎn)投資相比兩套小裝置可以節(jié)約30%,如以天然氣或煤為原料生產(chǎn)30萬(wàn)噸/年合成氨，最終生產(chǎn)尿素52萬(wàn)噸/年項(xiàng)目為例兩套小裝置估算投資50億,一套大裝置50萬(wàn)噸/年合成氨投資為35億，化工裝置的規(guī)模效益還是比較明顯的。典型先進(jìn)的大合成氨工藝技術(shù)主要以TOPSOE-托普索、CASALE-卡薩利、KBR-Kellogg凱洛格等技術(shù)為代表。卡薩利氨合成塔內(nèi)件采用軸徑向，而托普索氨合成塔內(nèi)件采用徑向，兩者都是三床兩換熱。相比較兩者的能耗差不太多，卡薩利需購(gòu)買專有塔內(nèi)件，托普索需購(gòu)買專有催化劑，且催化劑用

2、量過(guò)剩50%，卡薩利工藝較好（多用于原裝置改造），價(jià)格上占著很大優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額大，30萬(wàn)噸左右的規(guī)模大部分采用卡薩利；50萬(wàn)噸規(guī)模的托普索和KBR占比較大，特別是KBR，雖然能耗有點(diǎn)大，但近年大項(xiàng)目多采用此技術(shù)。一、國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況：托普索：云南沾化5080、云南云維50萬(wàn)噸、塔里木石化45萬(wàn)噸；KBR：福島二期50、中石油塔里木大化肥45萬(wàn)噸、大慶石化66萬(wàn)噸、重慶建峰4580、江蘇靈谷4580；卡薩利：呼倫貝爾金新5080、貴州開(kāi)陽(yáng)、河南晉開(kāi)。國(guó)內(nèi)工程設(shè)計(jì)院以成都化八院、合肥化三院業(yè)績(jī)?yōu)橹髁?。化八院做的氣頭項(xiàng)目都是大型項(xiàng)目，并且采用國(guó)外的技術(shù)、設(shè)備?；阂試?guó)外二手關(guān)鍵設(shè)備位基礎(chǔ)，整合設(shè)

3、計(jì)出國(guó)內(nèi)首套煤頭大化肥裝置。二、大合成氨技術(shù)特點(diǎn)：1、TOPSOE-托普索技術(shù)（煤、天然氣）托普索的工藝特點(diǎn)：100%徑向流通過(guò)催化劑床層，全塔壓降低至2.5kg/cm2左右；徑向流穿過(guò)所有床層，催化劑利用率高；氣體間通過(guò)床間換熱器換熱，沒(méi)有激冷裝置，避免稀釋轉(zhuǎn)化氣；氨凈值很高，超過(guò)18%;專利隔柵式塔內(nèi)件，氣體分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，壽命超過(guò)20年;專有觸媒筐頂部設(shè)計(jì)，不會(huì)因后期催化劑下沉造成氣體短路現(xiàn)象;合成塔溫度控制方便，操作穩(wěn)定，彈性大；在整個(gè)合成塔回路設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)豐富，系統(tǒng)優(yōu)化好，總體能耗低。托普索一般推薦使用自己的催化劑（第一爐）。其催化劑特點(diǎn)是性能優(yōu)異且壽命長(zhǎng)，而且同一家提供技術(shù)和

4、催化劑，不會(huì)出現(xiàn)有疑問(wèn)后技術(shù)服務(wù)相互推諉的情況，也很受客戶歡迎，但因價(jià)格偏高在國(guó)內(nèi)受到不少詬病。TOPSOE-托普索兩塔三廢鍋氨合成（簡(jiǎn)稱S-250系統(tǒng)）流程示意圖：水冷糖串腎珥茂產(chǎn)品港氮去離壓冋收H舁啟SHPd輕P丨圖上注有溫度和壓力等操作參數(shù)的具體數(shù)值。托普索S-250系統(tǒng)由無(wú)下部換熱的S-100型塔和S-50塔串聯(lián)組成。該系統(tǒng)還包括:廢鍋和鍋爐給水回收廢熱；合成塔進(jìn)出氣換熱器,水冷器，氨冷器和冷交換器，氨分離器及新鮮氣氨冷器等。2、CASALE-卡薩利技術(shù)（煤、天然氣）卡薩利全球的業(yè)績(jī)主要是靠舊塔改造，只針對(duì)塔內(nèi)件，不對(duì)整個(gè)合成回路進(jìn)行改動(dòng)，所以在裝個(gè)裝置的優(yōu)化方面經(jīng)驗(yàn)少些?？ㄋ_利在上海

5、有合作的工程公司，價(jià)格便宜些，而且客戶對(duì)催化劑有更大的選擇權(quán)，所以，在中國(guó)還是比較成功的?？ㄋ_利氨合成塔內(nèi)件應(yīng)該是分為A型和B型，都是三床層，只是換熱方式不一樣，A型是床間之間換熱和冷激混合使用，B型是三床層兩換熱。CASALE-卡薩利軸徑向氨合成工藝流程示意圖:卡薩里合放4&工藝it轂99來(lái)自循環(huán)壓縮機(jī)的原料氣進(jìn)入熱交換器民3；被來(lái)自鍋爐給水預(yù)熱器E-2的氣體加熱至1802401，進(jìn)入合成塔E-1,在催劑作用下進(jìn)行反應(yīng)，出口處氨含量為19%22%（體積）。出合成塔的合成氣，溫度為400450C,經(jīng)廢鍋E-1和鍋爐給水預(yù)熱器E-2回收熱量，產(chǎn)生10MPa高壓蒸氣（每Chtuvafly #Cht

6、uvafly生產(chǎn)It氨可產(chǎn)It以上高壓蒸氣）。由E-2流出的合成氣進(jìn)入換熱器E-3的殼程，被管程的循環(huán)氣冷卻，再送往水冷器E-4,部分氨被冷凝下來(lái)，氣-液合成氣混合物進(jìn)入換熱器E-5,被來(lái)自氨分離器Y-1的冷循環(huán)氣冷卻，然后進(jìn)入兩級(jí)氨冷器E-6，E-7，在E-7中，液氨在-10下蒸發(fā)，將氣-液合成氣混合物冷卻冷凝至0C，采用兩級(jí)氨冷的目的是為了降低氨壓縮的能耗。液氨在氨分離器Y-1中被分離，氣-液合成氣混合物變成冷循環(huán)氣，它經(jīng)E-5升溫至30C后進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)。液氨經(jīng)減壓后送往氨庫(kù)或生產(chǎn)裝置，弛放氣由E-5出口引出送往氫回收裝置，用低溫冷凍法或膜分離法進(jìn)行分離，回收其中的氫。合成塔為疊合式催化

7、劑床的立式合成塔，第1催化劑床內(nèi)氣體基本上以軸向方式流動(dòng)，第2床內(nèi)是以徑向流動(dòng)，能成功地獲得低壓降。塔內(nèi)操作壓力14.78MPa，進(jìn)（出）塔氣體溫度182（422）C，氨凈值14%。卡薩里技術(shù)已在中國(guó)10多個(gè)中型合成氨廠應(yīng)用，操作實(shí)踐表明，該技術(shù)具有催化劑和熱能利用率高，節(jié)能效果好，操作、安裝、維修簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。3、KBR-Kellogg凱洛格技術(shù)（煤、天然氣）KBR技術(shù)，設(shè)備數(shù)量最少，合成回KBR煤制合成氨工藝Chtuvafly #Chtuvafly路壓降最低（0.8MPa），在線率最高（平Chtuvafly #ChtuvaflyChtuvafly #Chtuvafly均97.5%）

8、，而且沒(méi)有專有設(shè)備和專有催化劑。煤制合成氨優(yōu)點(diǎn)如右圖示：KBR-Kellogg日產(chǎn)千噸合成氨裝置原料的靈活性適用于講源最豐富的煤-適用丁成本晟低的煤適用于離灰煤Chtuvafly #ChtuvaflyChtuvafly Chtuvafly中合成塔反應(yīng)后的氫、氮、氨等混合氣體，在合成氣壓縮機(jī)（103-J）循環(huán)筒氣化爐可靠性較低的操作訃廃無(wú)內(nèi)件6Q多年成功的FCC經(jīng)驗(yàn)-*:-二4較低的投資成本_Jtw/L,?.l_tLX.J*序號(hào)名稱單位消耗定額(噸氨消耗)Topsoe工藝KBR工藝原料天然氣Nm3664.9782.8天一段爐燃料Nm3290.466.41然快鍋燃料Nm334.215.4氣燃?xì)馔钙?/p>

9、天然氣Nm3140.6天然氣總計(jì)Nm3989.51005.22電kWh71.2310.299段與新鮮氣混合后，經(jīng)過(guò)水冷和氨冷，在進(jìn)入合成塔塔前進(jìn)行氨的分離，即塔前分氨。許多裝置經(jīng)過(guò)增產(chǎn)節(jié)能改造后，氨生產(chǎn)能力由原來(lái)的1000t/d增加到1150t/d左右，要再增加氨產(chǎn)量，合成系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)是制約負(fù)荷和消耗的瓶頸之一。氨合成示意圖：KBR氨合成回路弘來(lái)自ASU*H,N=30出來(lái)自PSA合成氣圧細(xì)機(jī)(2fi)f氮掙凍壓SHF三、TOPSOE-托普索和KBR-Ke1、工藝裝置規(guī)模155GOkPa（天然氣）gg,凱洛格序號(hào)裝置名稱產(chǎn)品名稱氨無(wú)水液氨BFWt/h62.500合成尿*(E尿素_大顆粒尿素昭顆

10、粒尿素合成毎2、合成氨裝置消耗定額X、設(shè)計(jì)生t/1500402640產(chǎn)規(guī)模d104t/a80冷卻水組合氮冷3冷卻水t208.61524脫鹽水t5.344.8025中壓蒸汽（輸出）t-1.815-1.9496低壓蒸汽（輸出）t-0.008-0.3747冷凝液（輸出）t-2.24-1.7343、尿素裝置消耗定額（噸大顆粒尿素消耗）項(xiàng)目序號(hào)名稱單位噸產(chǎn)品消耗量Topsoe工藝KBR工藝1液氨(100%NH)3kg5685682CO(100%CO)22kg7347443冷卻水（T=9.6C）m363.9102.684電kWh58.7555中壓蒸汽2.37MPa(g)，320kg738.56至藝蒸汽4.

11、55MPa(g),387。Ckg9557蒸汽冷凝液kg-334.7-2718工藝?yán)淠簁g-318.3-2689透平冷凝液輸出kg-69110甲醛溶液37%（wt）kg12.1512.154、KBR技術(shù)應(yīng)用實(shí)例云天化公司改造總結(jié)：在實(shí)施裝置第3次增產(chǎn)改造過(guò)程中，針對(duì)合成系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)的制約，充分利用現(xiàn)有設(shè)備、管道，降低投資，采用將合成氨分氨工藝由塔前分氨改為塔后分氨的措施，成功解決了合成系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)這2個(gè)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了氨產(chǎn)量由1150t/d增產(chǎn)到1500t/d的改造目的。云天化合成氨裝置1500t/d增產(chǎn)改造從2000年啟動(dòng)，計(jì)劃氨產(chǎn)量從1150t/d增加到1500t/d,增產(chǎn)30%。改造前，

12、合成氨裝置存在許多影響裝置高負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，其中合成系統(tǒng)壓力高和冷凍系統(tǒng)105-J負(fù)荷高是增產(chǎn)改造必需解決的2個(gè)問(wèn)題。在改造的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，氨產(chǎn)量增加30%,進(jìn)入合成系統(tǒng)的新鮮氣和103-J出口循環(huán)氣量均大幅度增加，冷凍系統(tǒng)負(fù)荷也增加較多，合成系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)均需要改造，如果合成系統(tǒng)眾多高壓設(shè)備更換成能力更大的以及冷凍系統(tǒng)也相應(yīng)改造，投資將是巨大的。在進(jìn)行投入產(chǎn)出的方案比較中，設(shè)計(jì)承包商KBR公司提出將合成系統(tǒng)氨分離工藝由原來(lái)的合成塔塔前分氨工藝改為塔后分氨工藝，在氨產(chǎn)量達(dá)到日產(chǎn)1500t/d的工況下，103-J入口的新鮮氣量同等增加30%,而103-J高壓缸出口循環(huán)氣量只比改造前略有增加，同

13、時(shí)取消了改造前的弛放氣氨冷器125-C。這樣，冷凍系統(tǒng)負(fù)荷與改造前大體相當(dāng)，不需進(jìn)行改造即可達(dá)到1500t/d氨分離所需的冷量，從而實(shí)現(xiàn)了會(huì)成系統(tǒng)大部分高壓設(shè)備不改和冷凍系統(tǒng)不改造的目的,節(jié)約大量投資。2合成塔塔前分氨工藝及特點(diǎn)1）工藝描述。進(jìn)入合成系統(tǒng)的新鮮氣進(jìn)103刁低壓缸，壓縮后氣體依次經(jīng)過(guò)3個(gè)換熱器（136-C、116-C、129-C）,進(jìn)入分離罐（105-F）分離出水分，氣體進(jìn)入高壓缸，在高壓缸的最后一級(jí)葉輪與合成回路來(lái)的循環(huán)氣匯合，經(jīng)壓縮后進(jìn)入合成回路。103-J高壓缸出來(lái)的循環(huán)氣進(jìn)入2臺(tái)并聯(lián)的水冷器（12-CA124-CB），出來(lái)后分成兩路，一路經(jīng)過(guò)兩級(jí)氨冷器（117-C118-

14、C），另一路經(jīng)合成塔進(jìn)氣/循環(huán)氣換熱器（120-C）冷卻后，兩路混合進(jìn)入第3級(jí)氨冷器（119-C）冷卻到-23，氣氨大部分液化下來(lái),在高壓液氨分離罐（106-F）內(nèi)分離，液氨減壓過(guò)人冷凍系統(tǒng)，氣體則先經(jīng)過(guò)120-C與先前的一路循環(huán)氣換熱，然后又進(jìn)入合成塔進(jìn)出口換熱器（121-C），預(yù)熱到120C左右，進(jìn)入合成塔。合成氨反應(yīng)后的混合氣體，經(jīng)合成塔塔頂內(nèi)部換熱器（122-C）換熱后，首先經(jīng)過(guò)2個(gè)串聯(lián)的鍋爐給水換熱器（123C、123-C1）加熱鍋爐給水，又在121-C與進(jìn)塔氣體換熱，氣體被冷卻后，大部分返回到103-J高壓缸循環(huán)段，與新鮮氣混合，完成整個(gè)合成回路的循環(huán)。另外一小部分經(jīng)過(guò)弛放氣氨冷器

15、（125-C）被液氮冷卻，在吹出氣分離罐（108-F紛離液氨后，液氮進(jìn)入氨貯槽（107-F），氣體則進(jìn)入普里森系統(tǒng)回收氫氣和氨，或者送入一段爐做燃料。2）特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)合成塔反應(yīng)后的混合氣體，反應(yīng)生成的氨末被分離，含有H2、N2、NH3和少量精氣的混合氣體經(jīng)換熱后進(jìn)入103-J循環(huán)段，103-J的循環(huán)氣體量大，功耗高。103-J出口循環(huán)氣中含有的微量水分和隨循環(huán)氣帶出的少量103-J密封油，經(jīng)過(guò)三級(jí)氨冷后，溫度降到-23C，在106-F內(nèi)得到有效分離，從而避免了氣體中帶有油和水分進(jìn)入合成塔，使wiki催化劑/wiki中毒，有效保護(hù)了合成塔催化劑。3合成塔塔后分氨工藝及特點(diǎn)1）工藝描述。塔后分氨工藝

16、為了避免合成塔催化劑水汽中毒和降低能耗，在103-J高、低壓缸之間增加了一套分子篩干燥器系統(tǒng)，吸附合成氣中的水和CO2，將氣體中的水分降到0.1mg/L以下。這樣，103-J出口循環(huán)氣可以直接進(jìn)入合成塔。該分子篩系統(tǒng)包括2個(gè)分子篩干燥容器，2個(gè)過(guò)濾器及一套再生系統(tǒng)一個(gè)運(yùn)行，一個(gè)再生。被分子篩干燥器吸附了水和COZ的合成氣，進(jìn)人103-J高壓缸，然后在循環(huán)段與合成回路返回的循環(huán)氣混合，壓縮到設(shè)計(jì)壓力，出來(lái)后進(jìn)入新安裝的油過(guò)濾器，分離氣體中夾帶的微量密封油，然后經(jīng)過(guò)121-C，預(yù)熱后進(jìn)入改造后的托普索S-200型合成塔。從合成塔出來(lái)反應(yīng)后的合成氣體，串聯(lián)進(jìn)入新增的鍋爐給水換熱器（123-CA）和（

17、123-C1），冷卻后進(jìn)入121-C殼側(cè)，再并聯(lián)經(jīng)過(guò)2個(gè)增大了換熱面積的水冷卻器（124-CA/CB）,冷卻到35,出來(lái)后分兩部分，一部分經(jīng)過(guò)120-C殼側(cè)，另一部分串聯(lián)經(jīng)過(guò)117-C和118-C，兩股氣體在119-C前匯合進(jìn)入119一C。119-C出來(lái)混合循環(huán)氣，被冷卻到-23，進(jìn)入106-F，液氨被分離下來(lái)通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥LC-13，減壓后進(jìn)入冷凍系統(tǒng)。氣體則從106-F上部出來(lái)，進(jìn)入120-C管側(cè)被預(yù)熱，然后返回103-J循環(huán)段，完成整個(gè)循環(huán)。改造后取消了原來(lái)的弛放氣抽出氣氨冷器（125-C）和吹出氣分離器（108-F）。改造后的弛放氣從120-C到103-J循環(huán)段的循環(huán)氣體中抽出，進(jìn)入弛

18、放氣系統(tǒng)或普里森氫回收系統(tǒng)，在循環(huán)氣進(jìn)入120-C前設(shè)一旁路，用來(lái)調(diào)節(jié)弛放氣溫度。2）特點(diǎn)。經(jīng)合成塔反應(yīng)后的混合氣，經(jīng)過(guò)三級(jí)氨冷，將大部分氨分離下來(lái)后，返回103-J循環(huán)段的循環(huán)氣體要減少，103-J所需的壓縮功減少。弛放氣的抽出更簡(jiǎn)單，只需在120-C和103-J循環(huán)段之間引出一股氣體，用增加的120-C旁路調(diào)節(jié)弛放氣溫度。取消塔前分氨工藝中的125-C和108-F。4塔前分氫和堵后分氨工藝特點(diǎn)的比較1）塔后分氨工藝與塔前分氨工藝相比。返回103-J循環(huán)段的循環(huán)氣體量低10%以上,103-J所需，的耗功減少，節(jié)約能耗。2）塔后分氨工藝在103-J高低壓缸之間增加了分子篩干燥系統(tǒng)，脫除氣體中含

19、有的微量水分和碳氧化物，將合成氣體露點(diǎn)降到一40以下，避免了循環(huán)氣體在103-J高壓缸循環(huán)段和三級(jí)氨冷器中生成甲按結(jié)晶，保護(hù)了設(shè)備。3）塔后分氨工藝的開(kāi)車比塔前分氨工藝更方便，103-J開(kāi)車前就可以將冷凍系統(tǒng)三級(jí)閃蒸槽（110-F、111-F、112-F）建立正常液位，而木必像塔前分氨工藝那樣，要等到合成塔升溫到熱點(diǎn)溫度（300D時(shí)才能建立111-F、112-F液位，合成塔暖塔時(shí)也不需要開(kāi)注氨泵（120-J）向合成氣中注氨。4）塔前分氨工藝中，合成氨反應(yīng)后的合成氣經(jīng)過(guò)三級(jí)氨冷，將溫度降到一23C，在106-F中將液氨分離后再進(jìn)入合成塔，隨循環(huán)氣帶出的103-J密封油，在106-F中被有效分離下

20、來(lái)，避免了油被帶入合成塔，較好地保護(hù)了合成塔催化劑。而塔后分氨工藝中，出口循環(huán)氣經(jīng)過(guò)油過(guò)濾器，與121-C換熱后，直接進(jìn)入合成塔，氣體中夾帶的103-J密封油比塔前分氨工藝容易帶入合成塔，造成合成塔上部催化劑中毒，若遇103-J漏油或油過(guò)濾器失效更甚。5改造內(nèi)容氨合成塔塔后分氨工藝的實(shí)施，是與氨產(chǎn)量增加1500t/d結(jié)合起來(lái)進(jìn)行的，改造的主要內(nèi)容有：1）103-J高低壓缸之間增加了2套分子篩干燥系統(tǒng)和1套再生系統(tǒng)。2）103-J高壓缸出口增加了1個(gè)油過(guò)濾器（169-F）。3）增加了103-J高壓缸防喘振水冷器（134-C）。4）124-CA/CB改為更大換熱面積的換熱器。5）取消原來(lái)的125-C和108-F。6）取消原來(lái)的鍋爐給水換熱器（123-C）,改為新的123-CA,在123-CA和原有的123-C1鍋爐水之間增設(shè)調(diào)溫和聯(lián)鎖旁路系統(tǒng)。7）103-J因增產(chǎn)的需要改造高低壓缸轉(zhuǎn)子及內(nèi)件。8）合成塔因增產(chǎn)的需要由原來(lái)的卡薩利四層軸徑向塔改為托普索S-200型兩層兩換熱徑向塔。9）部分管道、閥