合成氨工艺设计总流程和压缩机

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1、合成氨工艺总流程本装置以中原油田天然气为原料，采用传统流程的一二段烃类水蒸 气转化，上下变，脱碳及甲烷化法。1、原料气压缩和脱硫来自界区，压力2.25巴绝温度30C，含总硫的天然 气，经别离器（01-F001别离掉所带油水后，进入原料气压缩机（01-K001）, 经四段压缩至52.5巴绝温度114C。出原料气压缩机的气体与来自 合成压缩机07-K001的少量合成气相集合，控制含2-5%f，作为予脱硫钻-钼加氢转化用。一二段烃类水蒸汽转化是在镍催化剂上进展，硫及其化合物对镍催 化剂毒害极大，要求进入转化的原料气中含硫量在以下，因此转化前必须脱硫。经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管03-B002

2、E04加热至370C,于钻-钼加氢反响器01-R001中反响，将有机硫转化为无机硫。 然后在氧化锌脱硫槽01-R002A/B里硫被脱除，控制含硫小于。2、转化经脱硫的原料气与来自工艺冷凝液汽提塔05-C003的水蒸汽和 来自冰机的蒸汽透平09-MT01或发电机蒸汽透平85-MT01的背压 蒸汽，按比例调节进展混合，控制水碳比为2.75左右、温度在372C。此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管03-B002E01A和03-B002E01B换热，在两盘管间还设置喷雾温度调节器03-B002E08 用它来调节出盘管03-B002E01B的混合气加热至580C。此混合气从 转化炉管顶部进入

3、，在镍催化剂作用下进展转化反响。出一段炉的转化 气压力43.5巴、温度804C，含16.3%CHl。含CH4I6.3%的一段转化气自二段炉03-R001底部进入，经中心 管至炉顶，与来自空压机02-K001，压缩至45巴，途径加热盘管03-B002E03加热至500C的工艺空气相混合，于炉中上部空间进展燃 烧反响，反响后气体温升至1250C左右。此高温气体相继流经炉中催化 剂床层，继续进展转化反响。出二段炉的转化气工艺气，温度983C左右，剩余甲烷含量0.9% 以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷却器03E001使之产生328C、125巴的高压蒸汽。出03-E001温度588C的工艺气继

4、续入 高压蒸汽过热器03-E002，喷雾温度调节器03-E005，控制其出转化 工序的工艺气温度为370C左右。经预热后的锅炉给水注入汽包03-D001，汽包与工艺气冷却器 03-E001、废热锅炉04-E001和辅助锅炉相连通，设计为自然循环。 自汽包输出的高压蒸汽，依次流经高压蒸汽过热器03-E0023(03-B003E01) 和(03-B002E02将蒸汽过热至535C,再分别送入冰机和发电机的蒸汽透 平作动力。3、变换CO变换采取上下变流程。370C的转化工艺气，自高温变换炉顶部进入，于铁 -铬系催化剂条件下 进展反响，温升到444C, CO含量降至3.87%。高变气由炉底出来，入 废

5、热锅炉04-E001，回收热量产生高压蒸汽，高变气被冷却至 375C,继入锅炉给水预热器04-E002，降温至204C，而后入低温变换炉。低变是在铜-锌-铝系催化剂条件下进展反响，反响后气体温升至 236C, CO含量为0.36%。低变气在锅炉给水预热器04-E003中换热， 冷却至176C，此温度下已有水蒸汽冷凝。为便于低变催化剂的升温复原，还专设置一套氮循环系统。4、脱碳CO2脱除，采用节能型的苯菲尔脱碳流程。为回收低变气中的热能，含 CO217%左右的低变气依次流经气体冷却器05-E001，再沸器05-E002及脱盐水预热器05-E009而得以产生 低压蒸汽，发生汽提蒸汽和加热了脱盐水。

6、低变气冷却至95C左右，自吸收塔05-C001下部进入，与塔顶喷淋下来的吸收液贫液逆流接 触。经下塔吸收后的气体中CO2含量降至0.4%，再经上塔吸收，从塔顶 逸出的脱碳气，温度70C, CO2含量却为0.1%。而后经别离器05-F002 回收随气体带出的溶液。吸收塔底流出的富液，经水力透平05-MT01送至解吸塔05-C002 顶部，溶液减压闪蒸出局部水蒸气和二氧化碳，然后向下流经解吸塔填 料，此时溶液与再沸器05-E002及闪蒸槽05-D002返回的蒸汽逆 流接触，实现汽提，到达再生目的。解吸塔顶部压力控制为1.52巴绝时，塔底溶液温度为118C左右。 解吸塔底流出的溶液，入闪蒸槽05-D

7、002，经五级闪蒸压力降至 0.89 巴绝，此时溶液温度为100C左右。闪蒸释放出的蒸汽由蒸汽喷射器05-A001,05-A002,05-A003,05-A004和蒸汽压缩机05-K001注回解吸塔。为节省蒸汽压缩机功耗，在最后一级闪蒸溶液用锅炉给水做适当加 执八、 再生好的溶液，经贫液泵05-P001A/B送出，分两路送入吸收塔：一 路为大致25%的溶液量，经热水加热器05E010A/B，将溶液冷却至70C 入上塔；另一路那么将其与75%的溶液量，不经冷却器直接送入下塔。且溶液泵05-P001A/B与水力透平05-MT01是在同一轴上， 由此水力透平所回收的能量可以补偿溶液泵轴功率的40%。

8、脱碳系统中，自别离器05-F001别离出来的工艺冷凝液，经冷凝液预 热器05-E008，被冷却至98C。由冷凝液泵05-P006A/B送经冷凝 液预热器05-E011A/B丨被加热后入汽提塔05-C003,与来自冰机蒸 汽透平09-MT01丨或发电机蒸汽透平85-MT01的背压蒸汽与塔中逆 流接触，进展汽提。使用水蒸汽量每小时15吨。塔顶逸出的汽提蒸汽其 中包括转化、变换的付产物甲醇、乙醇、氨等送往转化工序。从解吸塔顶1.52巴、94C排出的 CO2气，入脱盐水预热器05-E004A/B、水冷却器05-E007A/B换热，冷却至 40C。此 CO2气冷凝液于05-F003和05-F005别离器

9、中将冷凝液别离下来，用泵05-P002A/B将少量冷凝液分别送入解吸塔顶的洗涤塔板、闪蒸槽的 洗涤料盘作洗涤水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液经05-E008预热至120C，送回05-E001作为锅炉给水用。别离器别 离出的CO2气，送尿素装置CO2气压缩机的吸入端。5、甲烷化脱碳气中含 0.1%CQ、0.44%CO,是远远超过对合成气中CO+CO2的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO和CO2。 70C的脱碳气，在换热器06-E001中被加热至 300C，入甲烷化炉06-R001，反响放热，温升至336C左右。此热气在换热器06-E001 中被冷却至100C。继入水冷器06-E00

10、3中，冷却至40C,气中含CO+ CO?,成为合格的N2战混合气，即新鲜气。6、合成气的压缩及氨合成氮与氢在铁催化剂条件下合成氨，当压力 98.24巴、440C时，平衡 氨含量为17.92%。因此，大量未参与合成的 N2. H2应循环使用。同时， 为降低合成氨能耗，采用了径向合成塔和两级氨冷。甲烷后的工艺气新鲜气，在38.3巴、40C下，经别离器07-F001 别离水份，入离心式合成气压缩机07-K001，经一段压缩至65.4巴、 112C，此时少量气体送脱硫，用于钻-钼加氢，大量气体经中间冷却器07-E002和别离器07-F002冷却别离后，入合成气压缩机高压缸， 压缩至101.95巴、10

11、0C。为保证催化剂不受毒害，出高压缸的新鲜气进 入第一氨冷器08-E005，冷却器至5C此时新鲜气的水蒸汽和 CO2气被 冷凝，于别离器07-F003中别离掉。自07-F003逸出的新鲜气与08-E005出口的回路气在管路中集合，由于回路气中局部液氨的汽化， 使集合后的循环气降温至0.9C，继入第二氨冷器08-E006，降温至- 10C,在该温度下大局部气氨冷凝。 随之物流入氨别离器08-F001，别 离下来的液氨入氨闪蒸槽08-D001，闪蒸后的液氨，用泵(08-P001A/B) 送往尿素装置或球罐储存，从08-F001分理出的冷气，经冷热交换器08-E004回收冷量，而后入07-K001循

12、环段进展压缩，以补充回路压降的损失。出循环段的气体105.8巴、32C经热交换器08-E002, 温升至239C左右，入合成塔08-R001105巴、239C、含4.12%NH3的循环气，流经三床层的径向合成塔， 在铁催化剂上进展合成反响。出塔气压力为101巴、414C、含16.36%NH3, 入废热锅炉08-E001回收热量，产生127巴、329C的高压蒸汽。合成 气被冷却至275C,继入08-E002、 08-E003 08-E004换热器换热， 合成气温度分别降至53C、38C、23C，而后入第一氨冷器08-E005。 出第一氨冷器的回路气与新鲜气相集合为循环气。这样形成的一个循环 过程

13、，称之“合成回路。因新鲜气中含惰气CH4+A门1.86%在不断循环过程中惰气的含量 会积累增多，影响氨的生成。为此，出07-K001循环段的气体需要放 空一局部，以控制循环气中惰气含量。此放空气送往氨回收装置。7、冷冻 来自第二氨冷器08-E006的气氨-15C、2.36巴来自第一氨冷器（08-E005及气体冷却器10-E004的气氨05C、4.38巴,分别进入氨压缩机又称冰机09-K001一段的吸入侧，经一段压缩的出口气 氨86C、9.34巴,入中间冷却器09-E005冷却后与从氨闪蒸槽09-D001来的气氨相集合，于 42C、9.08巴压力下进入09-K001的二段吸入侧，压缩至16.6巴

14、、100C，经水冷器09-E002A/B冷却冷 凝，气氨液化为液氨，入氨受槽09-D002冰机由蒸汽透平09-MT01 驱动。氨受槽09-D002中的液氨，温度较高，可称为热氨。此热氨流 经换热器09-E003A/B氨闪蒸槽09-D001及产品氨加热器09-E004 与来自闪蒸槽08-D001的冷氨进展热交换，使之冷却、减压降温，重 新作为冷冻剂送往氨冷器08-E005、 08-E006和气冷器10-E004 使用。冷氨用泵08-P001A/B提压至22.6巴、20C送往尿素装置。& 氨回收氨合成回路的放空气及氨闪蒸槽08-D001的闪蒸汽驰放气 中氨需要回收。此流程采用水吸收，氨水再蒸馏的方

15、法。氨合成回路来的放空气，入吸收塔10-C001底部，与塔顶喷洒 下的净化水作逆流吸收。吸收后，气体中还含氨0.02%,继入气体冷却器10-E004，用氨冷将气体中残氨冷凝回收，处理过的气体主要去氢回 收。但去氢回收的气体量由 CO2 - NH3比来决定，过剩气体送燃气轮机 或一段转化炉的燃料系统。闪蒸槽08-D001来的驰放气，入吸收塔10-C003底部，用净 化水吸收，出吸收塔气体中含氨 0.1%送 一段炉燃料系统。吸收塔10-C001底流出的氨水，浓度为15%摩尔，经换热器 10-E001A/B/C加热后，参加汽提塔10-C002的两填料段之间。以 此同时，从吸收塔10-C003底流出的

16、氨水，用泵10-P002A/B也同 样参加汽提塔两填料段之间。汽提塔在加料口的上部为精馏段，下部为提馏段。汽提蒸汽由再沸 器10-E005提供，再沸器用中压蒸汽加热。汽提塔顶设有冷凝器10-E003，从塔顶蒸出的气氨，在冷凝器中 冷却冷凝为液氨，局部液氨做回流液，其余液氨送闪蒸槽08-D001， 未冷凝汽送惰气冷却器09-E001。汽提塔底流出的氨水浓度为0.11%摩尔，经换热器 10-E001A/B/C和水冷器10-E002A/B冷却后，分别返回吸收塔 10-C003和用泵10-P001A/B送回吸收塔10-C001作吸收剂，如 此循环使用。9、氢回收经氨回收后的气体，按NH3- CO2平衡

17、的要求量入吸附器 11-R001A/B，将气中的NH3、HO2、CO?彻底去除，而后入冷箱 11-E001，冷却降温使局部N2及CH4冷凝液化，形成富氢气，于别离 器11-F001中别离。别离出的富氢气入07-K001循环段。别离出的 液体经减压阀减压，自由膨胀而降温，冷气返回冷箱与入气相换热，来 降低入气温度。出冷箱尾气，局部去再生气预热器11-E002，被加热后入吸附器11-R001A/B将分子筛再生，再生气送燃料系统；其余局部尾气那么 直接送燃料系统。10、氨贮存有两个球形氨罐，每个贮氨量 2500吨。液氨在4.8巴、3C条件下 贮存。其流程设置正常操作时：氨合成装置正常运行，产品液氨直

18、接送往尿素装置。这时没有产 品氨送入氨罐。只因外界的热传入球罐，使少量的液氨蒸发为气氨。此 时将这些少量的气氨经压力控制系统PIC送冷冻装置。气氨经氨压缩机压缩，冷凝器09-E002A/B冷凝，再返回球罐。气体压缩制氨装置对气体的输送、压缩和制冷过程，共设置了四台离心式压 缩机。即原料气压缩机01-K001空气压缩机02-K001合成气压 缩机07-K001和氨气压缩机09-K001这四台离心式压缩机除空压 机由燃气轮机驱动外，其他均为汽轮机所驱动。1 原料气压缩机01-K001对大型化、单系列日产1000吨氨的装置，原料气流量大，压缩比又 较低的条件下，宜采用离心式压缩机。加之界区送来天然气

19、气压低，进 吸入端压力仅只2.25巴，因此，选用了 2MCL528-2BCL358型双缸四段离 心式压缩机，它由NK32/36型蒸汽透平所驱动。正常生产时，入压缩机原料气原料气流量为 23261Kg/h，经三段压 缩后其中1402Kg/h送燃气轮机，其余21859Kg/h入四段压缩至5206巴 后入一段转化炉。2. 空气压缩机02-K001二段转化炉所需工艺空气，燃气轮机所需燃烧空气和全厂的仪表空 气等均有空气压缩机供应，因不同用处所需空气的压力、流量等参数的 各异，选用了 2MCL805+3MCL457型离心式压缩机。该机由 MS3002型 燃气轮机02-MT01驱动，在开工操作和极限操作工

20、况时，为保证燃气 轮机工作状态的效率，还配置有由中压蒸汽驱动的背压汽轮机作为辅机。 同时为保证燃气轮机所使用空气的质量，配置有全自动的脉冲净化过滤 器02-MT01-FOV和空气入口消音器02-K001-D001流程图No.13. 合成气压缩机07-K001为实现氨合成回路的要求及本装置入合成气压缩机的进入压力为38巴，最终排出压力为105.8巴这一压缩比小而段数少的特征， 选用了双缸 三段的BCL407-2BCL407型离心式压缩机，最后一段为循环段，新鲜气 与回路气在缸外混合。该机由汽轮机07-MT01驱动。流程图No.5。经甲烷化冷却器06-E003冷却后的合格 2、战混合气，即合成 气

21、，其中含水分0.19%。在38巴40入07-K001一段，压缩至65.4 巴，温度112C。出一段合成气约45.4Kmol/h的气量送脱硫钻-钼加氢反 响使用，其余气量经中间冷却器07-E002和别离器07-F002冷却别 离水分后入二段压缩。出二段气压力为 101.95巴、100C，气中还存有极 少量的水蒸汽及CO2 ,这些含氧化合物不仅是催化剂的毒物，且易产生 结晶，堵塞管道，危害设备。为了确保平安生产，必须去除极少量的水 汽及CO2，因此，出二段的合成气依次经水冷器07-E003和氨冷器08-E005降温至5C,此时水蒸汽及CO2几乎全部冷凝，入07-F003 将其别离。出别离器的合成气

22、与回路气集合后循环入三段循环段，经 循环段压缩至105.8巴，32C。4. 氨气压缩机09-K001又称冰机据本装置为两级氨冷的冷冻循环，选用了 2MCL528/1单缸两段离心 式压缩机，由HG32/20背压冷凝式蒸汽透平09-MT01所驱动。01-K001-P01/P02 润滑/密封油泵02-MT01-P02辅助润滑油泵02-MT01-P0403-P001A/B05-P001A/B05-MT0105-P002A/B05-P003A/B05-P00505-P006A/B07-K001-P01/P0207-K001-P03/P0407-P001A/B07-U003-P01/P02调节油泵冷凝水泵溶液泵主泵增压泵水力透平冷凝水泵过滤泵废液泵冷凝液泵润滑油泵密封油泵冷凝液泵润滑油泵润滑/密封油泵洗涤泵NH3泵锅炉给水泵液氨泵09-K001-P01/P0210-P001A/B08-P001A/B82-P001A/B/C81-P001A/B尿素装置P-101A/B咼压氨泵P-102A/B高压碳铵泵P-103A/B中压碳铵液泵P-105A/B氨升压泵P-106A/B尿素溶液泵P-108A/B熔融尿素泵高压冲洗泵P-110A/B蒸汽冷凝液冲洗泵P-113A/B蒸汽冷凝液泵P-114A/B解吸塔给料泵P-115A/B水解器给料泵P-117A/B冷凝液抽提泵P-118A/B润滑油泵