合成氨变换工艺的选择

第27卷第1蛐

化工设计通讯

chemic出E坤neenngDes蛳comm帅Ieations

,t。j.27№i

Mar2001

2001年3月

合成氨变换工艺的选择

李建华

湖南化学[业没汁院・比沙・410007

T醢113

摘要该文介绍了合成氮变换工艺的发展概况。结合工程设计的实践经验,论述了怎样鸯理选择台成氨变换工艺。

关键词合成氯变换工艺选择

引言

相比较,节能效果显著,吨氨蒸汽消耗降至600一800妇。该工艺技改方便,只需在原中变流程中添加一涧温水加和一低变炉即可,因而该工艺在当时得以迅速普及,为氮肥企业带来了显著的经济效益。

90年代初,湖北化学所和湖北省化肥协会率先把全低变工艺用于小合成氨厂的变换技改。由于该工艺反应温度低,比中串低工艺最高反应温度下降约100℃,全部使用钴钼系低变催化剂。同一套设备,由中串低改为全低变,可显著提高生产能力,同时

通过近几十年的发展,合成氨变换工艺的技术水平得到了较大的提高,为合成氧的节能降耗作出了突出贡献。在我院承担的株化集团临氮有限责任公司年产合成氨12×1∥t变换技改工程施工图设计中,通过认真分析比较,选择采用中变段间煤气冷激中低低工艺流程。变换技改装置已于2000年12月一次开车成功,顺利投人生产运行。1

变换工艺发展概况

合成氨变换工艺发展至今,先后经历中

能耗大幅下降,汽气比可降至o.45,吨氨蒸汽消耗为200~300k异。该工艺特别适用于管理水平高、设备小又需大幅提高生产能力的厂家。该工艺曾为许多厂家用于变换技改。但该工艺的实施也使一些厂家付出了代价。由于中国特色的造气,半水煤气一般含有约o.5%的oz,氧易使钴钼系低变催化剂中毒,从而造成全低变一段低变催化剂失活:小氮肥厂的半水煤气中有少量的油污,全低变工艺操作温度较低,油污易沉积在一段催化剂上,再加上低变催化剂易结块,全

温变换、中串低、全低变及中低低4种工艺。

在80年代中期以前,变换工艺以中温变换为主,中变出口控制在3%左右,汽气比在O.8以上,能耗高,吨氨蒸汽消耗达lt。

80年代中期上海化工研究院开发了“中串低”变换工艺,并于1989年通过原化工部技术鉴定。低变出口妒(cO)可达1.5%以下,汽气比可降至06,与中温变换工艺

收稿口期:2000一l2—20

化工设计通讯

筇27卷

低变一段催化剂床层的阻力增加较快,难以表l

原有变换设备一览表

解决;由于全低变要求H!s人口含量较高,易造成饱和热水塔、主热交等设备的腐蚀,有的厂由于水质净化不彻底,含有cl,不锈钢设备也腐蚀严重.影响变换系统的稳定运行。

由于全低变工艺对原料气、水和蒸汽的质量要求较高.条件苛刻,许多合成氨厂不能达到要求。为了克服全低变工艺的缺点,中低低变换工艺应运而生。

中低低变换工艺是在吸收中串低和全低变的优点基础上,结台我国化肥企业的管理水平而发展起来的一种变换工艺。中低低工艺之所以比中串低工艺节能在于低变段间有换热,降低了低变的最终出口温度;中低低工艺比全低变操作稳定在于中变触媒起净化剂作用,保护了低变催化剂免遭厄运,而H:s进口含量只需达到中串低工艺的

水煤气、水和蒸汽的质量;半水煤气中硫化

要求即可,这样就基本解决了全低变工艺所

氢含量;变换气中co含量要求;对变换后续工段的影响;企业现有的管理水平和操作遇到的三大难题,达到稳定生产的目的;中水平。

低低工艺的能耗与全低变工艺相比,略有升临氮公司半水煤气中妒(02)达O.5%,‘p高,汽气比约为o.45~O.5,吨氨蒸汽消耗为(H:s)为40~60mg/m3(标);没有脱氧软200—300妇。

水,只有脱盐软水;变换气中妒(c0)要求达2变换工艺的选择

1.5%;原有中低低变换装置运行正常,已充分掌握中低低变换工艺装置的操作程序。综如上所述,变换工艺主要有4种:全中合考虑以上因素决定在临氮公司变换技改变、中串低、全低变和中低低。对于每一种变工程中选择中低低变换工艺。

换工艺,由于采用不同的热回收方式而使变中变段间的热回收方式最主要有3种:换工艺流程及设备结构有所不同。下面就工煤气冷激、中变炉内喷水冷激和中变炉外喷水增湿。下面结合I临氮公司实际情况对中低程设计实践经验介绍一下如何合理选择变低变换工艺的3种流程进行比较。

换工艺。

中变炉外喷水增湿与中变炉内喷水冷2000年7月我院承担了株化集团临氮激相比,需增加增湿器及其与中变炉的连接有限责任公司变换工段技改工程施工图设管道,这样就造成工程投资增加,占地面积计,设计能力为年产合成氨12×104

t。

增大。另外由于连接管道管径大(DN700),临氮公司原有5.5×104t/a中低低工操作温度高(中变炉一段出口温度达艺变换装置l套,主要设备如表l所示。

480℃)。管道热应力大,这样就给设备布置合理选择变换工艺应考虑以下因素:半

和管道布置带来固难。而临氮公司技改后的

一~————————————————————————————-—————————————————————————————————————————————————————————————————一

第j期

李建华:合成氨变换【艺的选择

19

变换装置仍布置在原界区内,占地面积十分紧张,因此炉外喷水增湿中低低工艺流程是不合适的。

中变段问煤气冷激与中变炉内喷水冷激两种中低低工艺流程各有优缺点:现比较如F:

a)节能效果:段间喷水热回收率高.直接将段问高位能转化为蒸气,增加了汽气圈1工艺流程围

气水分离器;2变换气冷却分离器;3.二水加热器;4。饱和热水塔比,降低了蒸汽消耗,节能效5一段砖却器;6=段冷却器;7一水加热器;8低变炉;

果比段间煤气冷激要好。

9.主热交换器;10中变炉:11.热水泵

l,)设备:段间喷水冷激

需在中变炉内设置蒸发层和喷头,这样与煤3

技改工程设备情况

气冷激相比中变炉的结构就更为复杂,设备高度亦需增加,煤气冷激流程有部分半水煤本着节省投资的原则,部分设备利旧

气不经过主热交,因此主热换热面积也比炉技改工程设备如表2所示。

内喷水流程要小。

裹2

设鲁一览裹

c)操作运行:煤气冷激流程操作简单,但需防止中变下段发生偏流,造成床层漏字号

i殳备名称规格型号

数量/台备注

氧,引起低变一段催化剂中毒失活,炉内喷

饱和热水塔DN2400

20000

l水冷激操作要求高,冷激水最好能用脱氧软

2中变炉DN4200x12972i3

低变炉DN4000x13920l水,喷水冷激装置既要达到所需的喷淋量,4

主热交

DNl600xll098

l叉要保证雾化好,以免中变下段催化剂粉化5一段冷却器nNJ300x6了731和结块。

6二段拎却器DNl300×6773l通过以上比较,中变炉内喷水冷激流程

7一木加热器DNl300

x8674

ll具有节能,运行费用低等优点,中变段间煤8二水加热器

DNl300x10575

9变换气狰卸分离器DN900/DNl600

气冷激流程具有操作简单、投资省等优点。

10

气水分离器

DNl600x4000l利旧

临氮公司原有变换系统采用炉内喷水ll

水封l利旧

工艺流程,因操作、水质及喷淋装置等原因12拎凝水槽DNl000x

20∞

l利旧

引起喷头堵塞、雾化不匀,甚至造成催化剂13

汽水分离器洲800x2s50

l14中变电加热器DNl200×矾52

l浸泡等事故,严重影响正常生产。后临氮公

15低变电加热嚣

DNl∞Ox7490

司改为煤气冷激工艺流程。综合考虑临氮公

16

热水泵150R一352利旧司的实际情况,决定变换技改采用中变段间竹

冷凝永泵

t00R一,7

2利旧

煤气冷激中低低工艺流程(见图1)。

20

化工设计通讯

第27卷

装置运行情况

结论

株化集团I临氮有限责任公司变换工段

合理选择合成氨变换工艺对于提高投

技改工程中低低变换工艺装置已于2000年资效益.装置稳定运行及合成节能降耗等都12月一次开车成功,顺利投产运行。受造气是非常重要的。选择合成氨变换工艺不能片等工段配套生产能力的制约,变换装置尚未面强调节能,而要注重整体经济效益。通过满负荷运行.实际通过气量为38

000m3

对多年工程设计实践经验的总结.我们认为(标)/h(相当于年产合成氨8×l0‘t的生产合理选择变换工艺应综合考虑以下影响因

能力)。主要技术指标:系统阻力为O.04素:①气质、水质和蒸汽质量;②原料气MPa,低变出口驴(c0)在1.5%以下,吨氨蒸汽消耗250kg,均达到或超过设计值。变

中H二s含量;③变换气中c0含量要求;④

换技改工程的顺利投产将给临氯公司带来

对变换后续工段的影响;⑤企业的管理水显著的经济效益。

平和操作水平。

'k-■P—-*■-。■|'k●k■P-喃t-●k-■●・■÷■P■■'■●k-●k蕾}■■。●★●*‘}—_-■t■t■‘■}■e啦t0●●k业—■‘—-*●k■}。j蕾1∞}■k。●k

来稿要求:

1)手写稿件务必请用方格稿纸书写清

武刊证词目萝

楚;请勿一稿两投;未登稿件(手稿)在作者要求之下可以退稿;来稿一经发表,当按规定付给稿酬。

《化工设计通讯》系化工设计类的、公开2)来稿必须是内容充实、准确可靠、实发行的科技期刊(请参见本刊版权页)。稿源

用性强、简洁通顺的科技文章。每篇以

来自全国各条化工战线。

3000—5000字为宜。

办刊宗旨:坚持。—个中心,两个基本凉”

3)凡3000字以上的科技文章,务必的基本路线,坚持。科学技术工作必须面向经

写出摘要(即100—200字的独立短文)和

济建设”,坚持丑岍吻特色;为科技划枷艮

列出关键词3~B个。

务,为汝者服务。

4)文中的插图要结构准确、线条清晰、主要栏目:4化工设计总结与指导。、。化字迹清楚、幅面适中,最好能提供计算机绘

工设计、技术、材料、工艺更新4、。节能降耗。、

制的图样。

。三废治理”等。

5)文中的单位,务必照用法定计量单主要读者:从事化工设计、科研、教学、位。

生产的科技人员、技术工人等。

6)请写清作者简历,包括毕业学校、职

特点:刊登文章突出剑新性、针对性、称、所从事的主要工作和研究方向及联系

实用性、科学性和效益性。

电话。

《化工设计通讯》编辑部启

合成氨变换工艺的选择

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

李建华

湖南化学工业设计院,长沙,410007

化工设计通讯

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN COMMUNICATIONS2001,27(1)2次

引证文献(2条)

1. 曾绍笔 全低变工艺的设计与应用[期刊论文]-沿海企业与科技 2009(4)2. 汪会永 4万吨/年合成氨联产甲醇生产工艺研究[学位论文]硕士 2005

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgsjtx200101010.aspx

第27卷第1蛐

化工设计通讯

chemic出E坤neenngDes蛳comm帅Ieations

,t。j.27№i

Mar2001

2001年3月

合成氨变换工艺的选择

李建华

湖南化学[业没汁院・比沙・410007

T醢113

摘要该文介绍了合成氮变换工艺的发展概况。结合工程设计的实践经验,论述了怎样鸯理选择台成氨变换工艺。

关键词合成氯变换工艺选择

引言

相比较,节能效果显著,吨氨蒸汽消耗降至600一800妇。该工艺技改方便,只需在原中变流程中添加一涧温水加和一低变炉即可,因而该工艺在当时得以迅速普及,为氮肥企业带来了显著的经济效益。

90年代初,湖北化学所和湖北省化肥协会率先把全低变工艺用于小合成氨厂的变换技改。由于该工艺反应温度低,比中串低工艺最高反应温度下降约100℃,全部使用钴钼系低变催化剂。同一套设备,由中串低改为全低变,可显著提高生产能力,同时

通过近几十年的发展,合成氨变换工艺的技术水平得到了较大的提高,为合成氧的节能降耗作出了突出贡献。在我院承担的株化集团临氮有限责任公司年产合成氨12×1∥t变换技改工程施工图设计中,通过认真分析比较,选择采用中变段间煤气冷激中低低工艺流程。变换技改装置已于2000年12月一次开车成功,顺利投人生产运行。1

变换工艺发展概况

合成氨变换工艺发展至今,先后经历中

能耗大幅下降,汽气比可降至o.45,吨氨蒸汽消耗为200~300k异。该工艺特别适用于管理水平高、设备小又需大幅提高生产能力的厂家。该工艺曾为许多厂家用于变换技改。但该工艺的实施也使一些厂家付出了代价。由于中国特色的造气,半水煤气一般含有约o.5%的oz,氧易使钴钼系低变催化剂中毒,从而造成全低变一段低变催化剂失活:小氮肥厂的半水煤气中有少量的油污,全低变工艺操作温度较低,油污易沉积在一段催化剂上,再加上低变催化剂易结块,全

温变换、中串低、全低变及中低低4种工艺。

在80年代中期以前,变换工艺以中温变换为主,中变出口控制在3%左右,汽气比在O.8以上,能耗高,吨氨蒸汽消耗达lt。

80年代中期上海化工研究院开发了“中串低”变换工艺,并于1989年通过原化工部技术鉴定。低变出口妒(cO)可达1.5%以下,汽气比可降至06,与中温变换工艺

收稿口期:2000一l2—20

化工设计通讯

筇27卷

低变一段催化剂床层的阻力增加较快,难以表l

原有变换设备一览表

解决;由于全低变要求H!s人口含量较高,易造成饱和热水塔、主热交等设备的腐蚀,有的厂由于水质净化不彻底,含有cl,不锈钢设备也腐蚀严重.影响变换系统的稳定运行。

由于全低变工艺对原料气、水和蒸汽的质量要求较高.条件苛刻,许多合成氨厂不能达到要求。为了克服全低变工艺的缺点,中低低变换工艺应运而生。

中低低变换工艺是在吸收中串低和全低变的优点基础上,结台我国化肥企业的管理水平而发展起来的一种变换工艺。中低低工艺之所以比中串低工艺节能在于低变段间有换热,降低了低变的最终出口温度;中低低工艺比全低变操作稳定在于中变触媒起净化剂作用,保护了低变催化剂免遭厄运,而H:s进口含量只需达到中串低工艺的

水煤气、水和蒸汽的质量;半水煤气中硫化

要求即可,这样就基本解决了全低变工艺所

氢含量;变换气中co含量要求;对变换后续工段的影响;企业现有的管理水平和操作遇到的三大难题,达到稳定生产的目的;中水平。

低低工艺的能耗与全低变工艺相比,略有升临氮公司半水煤气中妒(02)达O.5%,‘p高,汽气比约为o.45~O.5,吨氨蒸汽消耗为(H:s)为40~60mg/m3(标);没有脱氧软200—300妇。

水,只有脱盐软水;变换气中妒(c0)要求达2变换工艺的选择

1.5%;原有中低低变换装置运行正常,已充分掌握中低低变换工艺装置的操作程序。综如上所述,变换工艺主要有4种:全中合考虑以上因素决定在临氮公司变换技改变、中串低、全低变和中低低。对于每一种变工程中选择中低低变换工艺。

换工艺,由于采用不同的热回收方式而使变中变段间的热回收方式最主要有3种:换工艺流程及设备结构有所不同。下面就工煤气冷激、中变炉内喷水冷激和中变炉外喷水增湿。下面结合I临氮公司实际情况对中低程设计实践经验介绍一下如何合理选择变低变换工艺的3种流程进行比较。

换工艺。

中变炉外喷水增湿与中变炉内喷水冷2000年7月我院承担了株化集团临氮激相比,需增加增湿器及其与中变炉的连接有限责任公司变换工段技改工程施工图设管道,这样就造成工程投资增加,占地面积计,设计能力为年产合成氨12×104

t。

增大。另外由于连接管道管径大(DN700),临氮公司原有5.5×104t/a中低低工操作温度高(中变炉一段出口温度达艺变换装置l套,主要设备如表l所示。

480℃)。管道热应力大,这样就给设备布置合理选择变换工艺应考虑以下因素:半

和管道布置带来固难。而临氮公司技改后的

一~————————————————————————————-—————————————————————————————————————————————————————————————————一

第j期

李建华:合成氨变换【艺的选择

19

变换装置仍布置在原界区内,占地面积十分紧张,因此炉外喷水增湿中低低工艺流程是不合适的。

中变段问煤气冷激与中变炉内喷水冷激两种中低低工艺流程各有优缺点:现比较如F:

a)节能效果:段间喷水热回收率高.直接将段问高位能转化为蒸气,增加了汽气圈1工艺流程围

气水分离器;2变换气冷却分离器;3.二水加热器;4。饱和热水塔比,降低了蒸汽消耗,节能效5一段砖却器;6=段冷却器;7一水加热器;8低变炉;

果比段间煤气冷激要好。

9.主热交换器;10中变炉:11.热水泵

l,)设备:段间喷水冷激

需在中变炉内设置蒸发层和喷头,这样与煤3

技改工程设备情况

气冷激相比中变炉的结构就更为复杂,设备高度亦需增加,煤气冷激流程有部分半水煤本着节省投资的原则,部分设备利旧

气不经过主热交,因此主热换热面积也比炉技改工程设备如表2所示。

内喷水流程要小。

裹2

设鲁一览裹

c)操作运行:煤气冷激流程操作简单,但需防止中变下段发生偏流,造成床层漏字号

i殳备名称规格型号

数量/台备注

氧,引起低变一段催化剂中毒失活,炉内喷

饱和热水塔DN2400

20000

l水冷激操作要求高,冷激水最好能用脱氧软

2中变炉DN4200x12972i3

低变炉DN4000x13920l水,喷水冷激装置既要达到所需的喷淋量,4

主热交

DNl600xll098

l叉要保证雾化好,以免中变下段催化剂粉化5一段冷却器nNJ300x6了731和结块。

6二段拎却器DNl300×6773l通过以上比较,中变炉内喷水冷激流程

7一木加热器DNl300

x8674

ll具有节能,运行费用低等优点,中变段间煤8二水加热器

DNl300x10575

9变换气狰卸分离器DN900/DNl600

气冷激流程具有操作简单、投资省等优点。

10

气水分离器

DNl600x4000l利旧

临氮公司原有变换系统采用炉内喷水ll

水封l利旧

工艺流程,因操作、水质及喷淋装置等原因12拎凝水槽DNl000x

20∞

l利旧

引起喷头堵塞、雾化不匀,甚至造成催化剂13

汽水分离器洲800x2s50

l14中变电加热器DNl200×矾52

l浸泡等事故,严重影响正常生产。后临氮公

15低变电加热嚣

DNl∞Ox7490

司改为煤气冷激工艺流程。综合考虑临氮公

16

热水泵150R一352利旧司的实际情况,决定变换技改采用中变段间竹

冷凝永泵

t00R一,7

2利旧

煤气冷激中低低工艺流程(见图1)。

20

化工设计通讯

第27卷

装置运行情况

结论

株化集团I临氮有限责任公司变换工段

合理选择合成氨变换工艺对于提高投

技改工程中低低变换工艺装置已于2000年资效益.装置稳定运行及合成节能降耗等都12月一次开车成功,顺利投产运行。受造气是非常重要的。选择合成氨变换工艺不能片等工段配套生产能力的制约,变换装置尚未面强调节能,而要注重整体经济效益。通过满负荷运行.实际通过气量为38

000m3

对多年工程设计实践经验的总结.我们认为(标)/h(相当于年产合成氨8×l0‘t的生产合理选择变换工艺应综合考虑以下影响因

能力)。主要技术指标:系统阻力为O.04素:①气质、水质和蒸汽质量;②原料气MPa,低变出口驴(c0)在1.5%以下,吨氨蒸汽消耗250kg,均达到或超过设计值。变

中H二s含量;③变换气中c0含量要求;④

换技改工程的顺利投产将给临氯公司带来

对变换后续工段的影响;⑤企业的管理水显著的经济效益。

平和操作水平。

'k-■P—-*■-。■|'k●k■P-喃t-●k-■●・■÷■P■■'■●k-●k蕾}■■。●★●*‘}—_-■t■t■‘■}■e啦t0●●k业—■‘—-*●k■}。j蕾1∞}■k。●k

来稿要求:

1)手写稿件务必请用方格稿纸书写清

武刊证词目萝

楚;请勿一稿两投;未登稿件(手稿)在作者要求之下可以退稿;来稿一经发表,当按规定付给稿酬。

《化工设计通讯》系化工设计类的、公开2)来稿必须是内容充实、准确可靠、实发行的科技期刊(请参见本刊版权页)。稿源

用性强、简洁通顺的科技文章。每篇以

来自全国各条化工战线。

3000—5000字为宜。

办刊宗旨:坚持。—个中心,两个基本凉”

3)凡3000字以上的科技文章,务必的基本路线,坚持。科学技术工作必须面向经

写出摘要(即100—200字的独立短文)和

济建设”,坚持丑岍吻特色;为科技划枷艮

列出关键词3~B个。

务,为汝者服务。

4)文中的插图要结构准确、线条清晰、主要栏目:4化工设计总结与指导。、。化字迹清楚、幅面适中,最好能提供计算机绘

工设计、技术、材料、工艺更新4、。节能降耗。、

制的图样。

。三废治理”等。

5)文中的单位,务必照用法定计量单主要读者:从事化工设计、科研、教学、位。

生产的科技人员、技术工人等。

6)请写清作者简历,包括毕业学校、职

特点:刊登文章突出剑新性、针对性、称、所从事的主要工作和研究方向及联系

实用性、科学性和效益性。

电话。

《化工设计通讯》编辑部启

合成氨变换工艺的选择

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

李建华

湖南化学工业设计院,长沙,410007

化工设计通讯

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN COMMUNICATIONS2001,27(1)2次

引证文献(2条)

1. 曾绍笔 全低变工艺的设计与应用[期刊论文]-沿海企业与科技 2009(4)2. 汪会永 4万吨/年合成氨联产甲醇生产工艺研究[学位论文]硕士 2005

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgsjtx200101010.aspx


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