节能型全径向串塔新工艺应用总结 - 南京国昌化工科技有限公司.docx

节能型全径向串塔新工艺应用总结节能型全径向串塔新工艺应用总结张成胜山东瑞星化工有限公司 邮编: 2715092004 年 2 月山东瑞星化工有限公司投产了一套当时全国小氮肥企业最大的一套 φ1800 氨合成装置，合成氨最高产量 520t/d2005 年初公司根据国内的化肥市场情况及企业的现状，提出对氨合成装置进行节能增产改造，一方面要提高合成氨产能，另一方面要保证改造的效果，以最小的投资获得最大的经济效益为此，公司对 φ1800 氨合成装置节能增产方案采取可行性研究经过与国内外氨合成领域的专利商详细交流，公司决定采用串塔工艺对 φ1800 氨合成系统进行改造，从而进一步提高合成率来实现增产和降耗的目的通过对氨合成塔内件结构特点、氨合成系统工程设计能力的全面调研比较后，公司最终选择采用南京国昌化工科技有限公司开发的节能型全径向串塔氨合成工艺技术对 φ1800 氨合成系统进行增产节能改造，即在原有的废热锅炉后、热交换器前串入一台 GC 型 φ1800 全径向氨合成塔及一台废热锅炉，并且由国昌公司完成该项目的工程设计1 1 设计条件设计条件公司的串塔氨合成项目的设计合成氨产量能够达到 165t/d，系统阻力增加值不大于0.6MPa，反应器采取国昌公司开发的 GC—R002Y 型合成塔，新增的 2#废热锅炉（φ2200/2600、F=218m2）与原有的 1#废热锅炉结构基本相同。

原系统的运行数据及串塔系统的设计参数详见表 1、表 2、表 3表 1 新鲜气、1#合成塔出塔气组成项目H2N2CH4+ArNH3新鲜气74～7524～25～10.001#合成塔出塔气53.217.4626.2813.36表 2 φ1800 氨合成塔运行数据记录温度℃一进一出二进二出压力 MPa阻力 MPa循环量 NM3/h氨产量 t/d备注3317617929924.70.3282000405.5正常运行25.9176177304.525.750.54300000520最高运行表 3 串塔系统工艺设计保证值生产能力 t/d入塔压力 MPa入塔气量 NM3/h塔阻力 MPa系统阻力增加值 MPa催化剂层同平面温差 ℃≥16525.08～271400≤0.35≤0.6≤152 2 串塔工艺流程串塔工艺流程合成循环气经循环机加压至 25～26MPa 后进入 1#氨合成塔进行氨合成反应，反应后的热气体（304.5℃）进入 1#废换副产 1.1～1.3MPa 中压饱和蒸汽1#废锅出口气体（195℃）进入新增的 2#氨合成塔，经合成塔下部换热器预热后进入催化剂床层反应，反应后的热气经塔内换热器换热后出塔（245℃）进入新增的 2#废锅换热，温度降至 195℃左右，同时副产 1.1～1.3MPa饱和蒸汽。

2#废热锅炉出口合成气进入热交换器、水冷器、冷交换器、氨分离器等换热分离设备，分离出产品氨后，循环气重新返回循环压缩机加压，然后进入下一轮循环（见图 1） 图 1 串塔工艺流程简图3 3 GCGC——R002YR002Y 型氨合成塔型氨合成塔3.13.1 氨合成塔结构氨合成塔结构2#氨合成塔是 结构，由高压外筒和内件组成，其中内件采取国昌公司设计制造的 GC—R002Y 型全径向结构，它由一个催化剂筐与下部换热器构成（见图 2） 全径向催化剂床层由两层径向段组成，目的使气体多次折流，气固相得到更好的接触，有利于氨合成反应的进行；同时选用低温高活性温区宽的小粒度催化剂，从而提高了催化剂的活性系数，有利于提高氨净值下部换热器为常规的列管式结构，简单、安全、可靠GC—R002Y 型氨合成塔采用全径向和南京国昌特有的鱼鳞板结构，气体分布均匀，催化剂床层阻力低3.23.2 合成塔气体流程合成塔气体流程循环机出口的部分工艺气从 2#合成塔上部（一进）入塔，沿外筒与内件的环隙自上而下流动，冷却塔壁后，气体由塔底（一出）出塔去换交换器 图 2 GC—R002 氨合成塔来自 1#废锅的合成气由 2#合成塔底部（二进）入塔，经下部换热器壳程加热至 380～395℃，与塔底副线气汇合后沿中心管上升至催化剂零米层，然后通过径向气体分布器进入第一径向催化剂床层进行氨合成反应，反应后的气体集中到中心集气套管并向下流至第二径向层的分气管，再自里向外流过第二径向催化剂床层反应，反应后的热气体（430～450℃）经下部换热器管程与壳程的冷气体换热，温度降至 245℃左右出塔进入 2#废锅回收热量。

3.33.3 合成塔技术参数合成塔技术参数 表 4 GC－R002Y 型 φ1800 氨合成塔主要技术参数塔型GC—R002Y 二径催化剂自卸结构塔径 mmφ1800塔净空高 mm18000催化剂装填量 m324生产能力 tNH3/d≥165内件运行阻力 MPa≤0.35塔内电加热器功率 kW15004 4 催化剂的装填、升温还原催化剂的装填、升温还原4.14.1 催化剂的选型催化剂的选型经过国昌公司的计算及催化剂厂家的推荐，公司经过细致研究最终选用小颗粒预还原低温型氨合成催化剂 AC-H，其还原速度是 A110-1 的 1.6 倍，活性高于 A110-1 催化剂预还原催化剂能够保证整个床层催化剂的还原质量，从而保证在串塔工艺条件下氨合成反应能更好地进行催化剂全部采取 φ2.2～3.3mm 小颗粒，小颗粒催化剂减少了气体内扩散的阻滞作用，提高了催化剂内表面的利用率，并且小颗粒催化剂易还原，节省了催化剂的还原时间。

4.24.2 催化剂的装填催化剂的装填GC－R002Y 型 φ1800 氨合成塔是全径向流结构，催化剂的装填必须均匀，以免气体在催化剂床层分布不均匀，给生产带来不好的影响AC-H 预还原型氨合成催化剂装填时不宜过筛，以免损坏催化剂表面的氧化膜；同时要避免阴雨天气装填催化剂，以免催化剂受潮发热甚至发生催化剂烧毁事故装填过程中一定要注意催化剂的装填密度和均匀度，一般情况下采取振动棒对催化剂进行振动以保证催化剂的装填效果2#氨合成塔共装填催化剂 53.5t，堆密度为2.25kg/L4.34.3 催化剂的升温还原催化剂的升温还原4.3.14.3.1 升温还原方案升温还原方案2#氨合成塔预还原催化剂还原时间短，理论总出水量仅 1.5t 左右，还原过程中产生的水基本不影响液氨产品的质量；同时 2#合成塔是串塔，生成的水随液氨一起冷却分离下来，不影响1#合成塔的正常生产为了尽可能不影响系统的正常生产，经南京国昌、催化剂厂、公司三方认真研究和论证，2#塔催化剂的升温还原采用“1#合成塔降压生产、2#合成塔同步还原”的技术方案，在还原过程中 1#合成塔的操作温度保持正常，系统压力定为 15.0MPa，并且根据具体情况进行适当调整。

4.3.24.3.2 升温还原情况升温还原情况2006 年 4 月 8 日改造后的氨合成系统首次开车，待系统运行稳定后，开始对 2#合成塔催化剂进行升温还原4 月 10 日 2#合成塔开始送电（催化剂床层温度 180℃左右，系统压力17.0MPa） ，8 小时后 2#合成塔催化剂床层温度升至 240℃，分析水汽浓度为 0.40g/Nm3，随后催化剂床层温度按照正常的升温还原速率升至 410℃，在此过程中，床层温度控制平稳，水汽浓度控制在指标范围内，实际出水量是理论出水量的 95%左右为了将催化剂床层温度提高到 480℃，保证催化剂的还原质量，通过调整系统压力，减少入塔气量，提高电炉功率及 1#废热锅炉蒸汽压力等措施，最终使上层催化剂床层温度提高到 490℃左右，下层催化剂床层温度达到 480℃以上并保持 6 小时，催化剂还原结束后转入轻负荷生产在 2#合成塔催化剂升温还原过程中，1#合成塔低负荷运行，还原时间总计 65 小时5 5 运行情况运行情况φ1800 氨合成系统采用国昌公司的串塔新工艺技术改造后，合成氨产量大幅提高根据公司 2006 年 5 月 25 日报表可知：入塔气量 356900Nm3/h 的情况下，氨产量达到 751t/d，其中 1#合成塔氨产量 545t/d，2#合成塔氨产量 206t/d，2#合成塔使总产量提高了 37.8%，增产十分明显。

表 5 φ1800 氨合成串塔工艺系统参数一、2#合成塔设计值与运行值序号项 目单位设计值运行值对比情况1系统新鲜气流量Nm3/h6350088000流量增加 38.6%21#合成塔入塔气体流量Nm3/h300000356900流量提高 18.97%32#合成塔入塔气体流量Nm3/h271400325589流量提高 19.96%42#合成塔二进/二出压力MPa25.08/24.7329.5/29.352#合成塔压差MPa≤0.350.26系统增加的压差MPa≤0.600.3NH3mol%13.3612.3372#合成 塔入塔气CH4mol%19.2318.282#合成塔出口氨含量%17.3816.3592#合成塔氨净值%≥34.02102#合成塔氨产量t/d≥165206氨产量比设计值提高 24.85%112#合成塔二进/二出温度℃194/245197/23812催化剂床层进/出口温度℃380/429381/43113催化剂床层同柱面温差℃≤159降低了 6℃142#废锅蒸汽产量t/tNH30.3～0.4- 二、系统改造前、后的运行参数序号项 目单位改造前改造后对比情况1全系统压差MPa1.2～1.51.0～1.22合成氨产量t/d520751氨产量增加 44.42%3新鲜气消耗Nm3/tNH329302812新鲜气消耗下降 4.02%4循环气量Nm3/tNH3109158593吨氨循环气量下降 21.27%通过表 5 可知：山东瑞星采用南京国昌公司的节能型全径向串塔新工艺技术对 φ1800 氨合成系统改造后，合成氨产量大幅增加，系统能耗大幅降低，各项指标均达到或优于设计值。

采取串塔工艺技术后，由于系统氨净值的提高，在相同产量的情况下塔出口的气体流量减少，因此在氨产量提高的情况下，塔后的热交换器、氨冷凝器等设备的负荷无明显变化，能够保证正常生产的需求工厂的实际生产表明，冰机和循环机的吨氨消耗功率下降了 30%左右，节能效果非常明显6 6 结论结论南京国昌公司的节能型全径向串塔新工艺技术在我公司的应用非常成功，具有投资省、建设周期短、吨氨能耗低等特点，适用于我国大、中、小型氨厂的改造，具体如下：（1）国昌公司开发的 GC—R002Y 型氨合成塔内件结构简单、安装方便、运行可靠且塔阻力低，能够满足串塔工艺的特殊要求，不仅使氨合成系统阻力增加较小，而且由于采用独特的不等径分布小孔、径向流鱼鳞板等气体分布技术，使气体分布均匀，催化剂充分利用，提高了系统的氨净值GC—R002Y 型氨合成塔同柱面温差仅为 9℃，达到了国外最先进的大型氨合成塔同柱面温差 8℃的参数指标2）系统氨净值高，合成氨增产幅度大，吨氨能耗低根据山东瑞星公司提供的报表，系统在正常运行情况下氨净值提高 3~5%，合成氨产量提高 35%以上，氨合成系统吨氨电耗降低 30%左右3）系统阻力低系统改造后增加了一台氨合成塔和一台废锅，相同工况条件下设备的增加会导致系统阻力有所增加，但是通过采取全径向氨合成塔结构及系统的优化组合，系统的阻力反而降低。

如山东瑞星公司的氨合成装置，原始设计的入塔气量在 271400Nm3/h 的情况下，2#合成塔的阻力 0.35MPa，但在实际运行中，2#合成塔的气量达到 325589Nm3/h 时，其阻力仅为0.2MPa，2#废热锅炉进出口压差为 0.1MPa原先系统阻力为。