内容发布更新时间 : 2024/12/26 21:01:05星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
~10.0Mpa，使动力更省，设备制造容易。各国氨合成研究的另一个问题是如何改进氨合成效率、提高氨净值，降低合成回路阻力降，开发有轴径向塔、径向塔，分子筛干燥净化合成气等节能技术，如TopsΦe公司的TopsΦe-200、TopsΦe-250、卡萨利氨合成以及凯洛格公司、英国化学公司等开发的技术等。
国内氨合成技术近年来也有了很大发展，南化集团研究院、南京国昌化工科技有限公司开发的GC型高压、低压氨合成工艺、NC型合成塔，湖南安淳科技公司开发的ШJ冷激型、ШJ轴径向合成塔技术等。
氨合成塔是氨合成系统的关键设备，直接影响着氨合成系统的循环机功耗、冷量消耗、冷却水消耗及新鲜气的消耗。本工程选用GC-R301Y型φ1800三轴一径催化剂自卸结构。 4.4.1.2.5压缩机的选择
原料气/合成气压缩机是合成氨装置的关键设备，该机组的效率和运转稳定性直接影响了合成氨的产量和企业的经济效益。
压缩机的选型与装置的规模、合成回路压力密切相关。中国中小型合成氨企业一般采用常压气化，低压净化，中压精制，高压合成，回路多，压缩比大，且净化前气体杂质多，因此多采用往复式压缩机。大型合成氨装置采用的是加压气化，中压合成，合成回路少，压缩比小，通常采用离心式压缩机。相对于往复式压缩机来讲，离心式压缩机具有处理气量大，运行平稳，振动小，易损件少，正常连续运行时间长，可采用蒸汽透平直接驱动，热效率高，运行费用低，气缸内无需润滑油，气体不会污染等诸多优势，因此，国外大型合成氨生产装置均采用单轴或多轴式离心机。
本工程为中型装置，原料气净化前气体中的粉尘及焦油含量高，且段间需要引出，因此原料气压缩机宜采用电动往复压缩机。经过净化后净化气洁净，因此合成气压缩机及循环机采用离心式压缩机，可采用蒸汽透平直接驱动，通过调节汽轮机的蒸汽量来调节转速，能够方便调节压缩机的流量。 4.4.1.2.6氢回收技术
回收合成放空气中的氢再返回合成氨系统，用以提高产量或降低消耗。氢回收的方法目前常用的有变压吸附法、膜分离法和深冷分离法。变压吸附法的特点是产品纯度高，回收率亦较高，操作费用低，缺点是阀门切换频繁，因而对阀门的性能、自控水平及可靠性要求较高。
膜分离法及中空纤维分离技术的特点是投资省、操作费用低，产品回收率与变压吸附法相当，但产品纯度不如变压吸附高。
深冷分离法是根据混合气体中各组分冷凝液化温度的差异而将混合气体冷却到一定的温度，使冷凝温度高于此温度的气体液化而达到分离的目的，该法特点是回收率高，但投资大。
三种方法中国均有实例，西南化工研究院研制的变压吸附及中科院大连物化所开发的膜分离技术，均已在中国广泛使用，深冷分离装置在中国也能生产，但只有用于小型厂的例子，三种比较见下表： 方法 项目 产品纯度% 产品氢回收率% 操作压力MPa 投资年回收率 占地 操作费用 消耗 操作可靠性 变压吸附 98~99.99 70~85 0.8~2.8 ~1.4 较小 较低 可靠 深冷分离 90~99 90~96 2.5~1.0 ~2.8 较小 较高 少量蒸汽 可靠 膜分离 80~95 65~85 P入/P出=2.5~10 P入-进口压力 P出-渗透压力 ~1 最小 较低 可靠
从上面分析可以看出，变压吸附及膜分离均可作为选择的方案，从节约投资、
操作运行可靠及节省用地考虑，本工程选择膜分离方案，因回收氢返回合成氨系统，氢纯度没有苛刻要求。 4.4.1.2.7空分技术
空分技术目前中国已工业化的制氧技术有深冷法和变压吸附法。
深冷法是利用深度冷冻原理液化空气，使空气中氧、氮等不同沸点的组分，通过精馏塔进行精馏，分离制取氧气、氮气。该技术经过近100年的发展、完善，以达到很高的技术水平。中国深冷制氧装置能力最大可达到40000m3/h，其制氧电耗也已降到0.5kwh/m3以下，技术成熟。
变压吸附法是利用分子筛吸附剂吸附空气中的氮，通过改变操作压力，实现空气分离。该方法主要应用于小型空分装置。
对于本工程如此大的氧、氮耗量，只能采用深冷法空分装置。
4.4.1.2.8甲醇精馏
目前国内外的甲醇工业装置，粗甲醇精制均采用精馏的方法。普遍采用的工艺主要是两塔流程(单效)和三塔流程(双效)，二者精馏过程的机理是一致的，主要区别在于主精馏塔的设置和能量综合利用。
（1）两塔流程
双塔流程是目前最为普遍采用的粗甲醇精制方式，第一塔为预精馏塔，第二塔为主精馏塔，两塔再沸器均用低压蒸汽作为热源。
预精馏塔用于分离轻组分和溶解性气体(H2、CO和CO2等)，主精馏塔用于除去重组分，同时得到精甲醇产品。含水和高沸点组分的粗甲醇从塔中部进入，高级醇从加料板以下侧线引出，含微量甲醇的水从塔底排出，产品精甲醇从近塔顶处取出。
（2）三塔流程
三塔流程目前也被广泛采用，尤其是在大型装置中具有较强的竞争力。与双塔流程的区别在于采用了两个主精馏塔，第一主精馏塔加压操作，第二主精馏塔常压操作，利用加压塔的塔顶气体的冷凝热作为常压塔的塔底再沸器的热源，不仅节省了加热蒸汽，而且也节省了冷却用水，有效地利用了能量。
预精馏塔的操作与两塔流程类似，来自预塔塔底的甲醇－水混合液，经过加压泵送入第一加压主精馏塔，其再沸器用低压蒸汽加热，塔顶气体引入第二常压主精馏塔再沸器，气体冷凝热作为第二塔之热源。第一主精馏塔底排出的甲醇－水混合液利用压差进入第二主精馏塔，脱除水和重组分杂质。高级醇由塔侧线引出，塔底废水含0.5%左右的甲醇，产品精甲醇部分采自第一主精馏塔的塔顶冷凝液，部分采自第二主精馏塔的塔顶冷凝液。
根据分析的结果可以看出，甲醇精馏工序的两种基本流程中，其工艺指标基本相当，三塔流程由于采用双效精馏，而降低了冷却水和蒸汽的消耗，设备投资较高且操作控制复杂；两塔流程采用单效精馏，冷却水和蒸汽的消耗较高，设备投资低且操作控制简单。
本可研推荐三塔精馏流程。 4.4.1.2.9氨回收
由于合成放空气及氨贮槽驰放气中均含有氨，不能外排，提氢也需先经洗
氨后才能进入变压吸附装置，为了使膜分离系统的操作压力有较宽的选择余地，本项目将放空气及贮槽驰放气分别进行回收。合成放空气由脱盐水洗氨得到稀氨水，贮槽驰放气主要是含氨及较少量的氢，设等压回收塔回收氨，即由提氢洗氨得到稀氨水由泵加压后送往等压回收塔，继续吸收驰放气中所含的氨，使氨水浓度达到14~18%左右，送尿素解吸系统。 4.4.1.2.10氨贮存
液氨贮存有常压和低压0.4MPa；中压2.0~2.5MPa三种型式。
常压贮存液氨温度较低为-33℃，贮罐需用耐低温钢材，适于大型氨贮存。需要设置冷冻保安系统。
低压液氨贮存，为考虑到环境及安全因素，也需要设置冷冻保安系统。同时，需设置氨输送泵，将液氨回压到2.2MPa，才能达到本工程尿素装置的需求。
中压液氨贮存，不需冷冻保温系统及氨输送泵，但压力贮罐造价相对高一些。因此本设计，推荐中压液氨贮存。
为考虑尿素装置检修，确保合成氨装置的正常生产，确定存贮量约为合成氨装置2天的生产量。
选用1000m3中压贮存罐2台。 4.4.1.2.11甲醇贮存
设四台储存量为400m3的甲醇储罐，其中一台用来储存粗甲醇，可储存四天；三台用来储存精甲醇，可储存十二天。 4.4.1.2.12火炬
考虑到装置的正常生产与非正常情况如开停车、事故排放等情况，本工程设置两台高塔式火炬系统。正常生产排放使用的火炬称为总火炬，用于将正常生产排放的可燃气体，另一台非正常情况使用的火炬称为事故火炬，用于开停车、事故排放等非正常的工况的放空。
火炬气经收集后经水封罐、汽液分离器后送至火炬头燃烧，火炬设有点火装置、长明灯、分子封及自控系统，保证火炬安全燃烧。
综上所述，本工程合成氨装置推荐的工艺技术方案为：SES气化，2.0万Nm3/h空分装置（外压缩）；湿式氧化法脱硫；变压吸附预脱碳；耐硫全低温变换；湿
式氧化法变换气脱硫；变压吸附脱碳；精脱硫；醇烃化精制；22.0MPa氨合成。
合成氨装置工艺技术综合评价 序号 项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 技术先进性 技术适用性 技术可靠性 技术安全性 技术进展前景 产品质量水平 技术对产品质量保证程度 技术对原料的适应程度 工艺流程的合理性 工艺符合清洁生产的程度 工艺技术的可得性 工艺技术能耗水平 产品竞争力 降低成本的可能性 存在的问题及改进方向 评 价 国内先进技术 在国内应用广泛并不断创新 技术成熟，操作数据齐备 涉及危险因素较少，易实施安全生产管理 在气化系统、合成系统、原料结构方面取得新的进展 达到国家标准 随着技术水平提高，对增加产量和提高质量是有保障的 原料为烟煤，技术对原料的适应性广 已代表国内合成氨厂家的最优化水平 已代表国内合成氨厂家的最高水平 工艺技术国内均可实现，少量设备引进。 可代表国内先进水平 项目实施后可降低氨原料的成本，产品竞争力大幅增强 本项目建设的一个重要原则是降低成本，节能降耗减排 原料煤的质量、供应的长期性和稳定性需进一步确认，炉渣如何综合利用是下一步要解决的问题。
4.4.2尿素工艺技术方案的选择
目前，中国的中型尿素装置采用的生产工艺有：水溶液全循环法、中压联尿法、二氧化碳气提法、氨气提法。
水溶液全循环法：此法是中国大多数中小型尿素厂生产所采用的方法，生产工艺成熟，操作方便可靠，机泵和非标设备均国产化，其特点是合成塔内转化率较高，未反应物采用三段减压分解，动力消耗较大，尾气压力、温度均较低，爆炸的危险性小。
二氧化碳气提法：自70年代开始，中国先后引进十几套二氧化碳气提法尿素生产装置，多为大型装置，其特点是工艺流程短，合成压力低，动力消耗少，但操作条件苛刻，腐蚀较为严重，尾气有燃爆危险，操作弹性小，改进CO2气提法，原料气增加了脱硫脱氢装置，减轻了腐蚀，降低了爆炸危险，同时，一次性投资也较大。目前中国大中型尿素装置大多采用二氧化碳气提法工艺。
中压联尿法：此法适用于以天然气为原料的合成氨厂，其特点是热利用好，分解率高，取消了低压分解，简化了流程，由于甲铵温度较高，HO2/CO2较低。甲铵泵的腐蚀较严重，泵的材料要求苛刻。