ICI_AMV低能耗合成氨工艺在海南天然气化肥厂的应用.docx
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ICI2AM V 低 能 耗 合 成 氨 工 艺 在海 南 天 然 气 化 肥 厂 的 应 用李维春( 海 南 富 岛 化 工 有 限 公 司 ,海 南 东 方 ,572600)摘要 介绍同是用 ICI2AMV 低能耗合成氨工艺 建 厂 ,海 南 天 然 气 化 肥 厂 独 到 之 处 对 生 产 中 发 生 的 问题 进行原因分析 ,提出解决的办 法 ,使 生 产 处 于 高 负 荷 稳 定 运 行 之 中 最 后 对 ICI2AMV 工 艺 作 一 简 单 的 评 价 关键词 特点 问题 解决办法 评价海南天然气化肥厂 (简称海天化 ) 是以天然气为 原料 ,用 IC I2AMV 工艺建成的日产 1000 t 氨的大型化肥厂 ,生产流程见图 1 海天化于 1994 年 12 月 28 日动工建设 ,1996图 1 海南天然气化肥厂合成氨工艺流程图年 10 月 25 日 出 氨 ,历 时 22 个 月 建 成 投 产 ,原 始开 车后生 产 很 快 转 入 正 常 运 行 1997 年 7 月 10～ 12 日进行 了 3 天 的 装 置 性 能 考 核 , 产 量 、 质 量 和 能 耗 均 达 到 了 设 计 要 求 , 产 量 分 别 为 1010 ,1024 ,1031 t ,平均 1022 t ,能耗见表 1 。
目前世界上用 AMV 工艺 建 成 的 大 型 氨 厂 有3 个 ,虽然都采用 AMV 工 艺 ,然 而 海 天 化 更 具 有 先进性和可靠性 ,其特点分述如下 111 工艺方面(1) 燃气 轮 机 与 锅 炉 的 匹 配 整 个 装 置 只 有1 台燃气轮机废热锅炉 ,其 有 3 个 烧 嘴 ,燃 气 轮 机 不开车 时 只 能 点 1 # 、 3 # 两 个 烧 嘴 ,另 一 个 只 有 燃 气 轮机 开 车 时 才 能 使 用 此 废 锅 有 两 种 运 行 方 式 ,其一是 “T E G”方式 ,即用燃气轮机的乏气作燃 烧 空气 ;其二是 “FD F”方式 ,以 送 风 机 吸 大 气 作 燃表 1 性能考核的吨氨能耗 GJ项 目 天 然 气 电 脱 盐 水 冷 却 水 输 出 中 压 蒸 汽 合 计能 耗 34174 0139 0108 0150 - 6115 29156自 1996 年 底 至 现 在 整 个 装 置 处 于 92 %～100 %的负荷 ,稳定长周期运行之中 收 稿 日 期 :1997 - 10 - 24 1 海天化 AM V 工艺的特点李 维 春 1 ICI2AMV 低 能 耗 合 成 氨 工 艺 在 海 南 天 然 气 化 肥 厂 的 应 用第 4 期 257烧空气 “, T E G”和 “FD F”可以自动切换 。
全 厂的高压 蒸 汽 由 两 个 汽 包 提 供 ,一 是 燃 气 轮机废锅汽包 ,另一个是二段炉 、 高变炉和合成塔 后的 3 台 废 热 锅 炉 公 用 的 一 个 汽 包 , 产 的 均 是1215 M Pa 、 513 ℃ 的高 压 过 热 蒸 汽 ,输 入 同 一 高 压管网供应合成氨和尿素两套装置生产之用 海 天化 用 的 天 然 气 压 力 为 215 M Pa , 加 上 燃气 轮机的轴流 式 压 缩 机 由 电 机 驱 动 ,装 置 开 车 灵 活 2) 配置了氮气循环升温系统 ,对检修后的开 车 带来很多方 便 ,当 原 始 开 车 或 催 化 剂 更 换 后 进 行升温还原时更是如此 3) Benfield 脱 碳 系 统 采 用 四 级 喷 射 闪 蒸 ,不 设蒸 汽 压 缩 机 ; 用 空 分 114 M Pa 高 压 氮 来 满 足 脱 碳开车时溶液循环的静压要求 112 设备选型主 要设备选 型 如 下 : ① 一 段 转 化 炉 采 用 侧 烧 炉 ,反应管温度控制十分方便 ; ② 燃气轮机为意大 利新比隆公司制造的 P GT210 型 ,机 型 成 熟 、 热 效 率 高 、 空气中 的 NOx 含 量 可 用 喷 射 蒸 汽 来 减 少 ;③ 双 壁 式 液 氨 贮 罐 生 产 的 冷 氨 以 - 3214 ℃, 一 个 大气压 (绝压 ) 贮存 。
共设置 2 个 2500 t 贮罐 因 海 南地处热带 ,为 防 止 冷 损 失 过 大 而 采 用 了 双 壁 式贮罐 ,壁间充填 膨 胀 珍 珠 岩 ,充 N2 维 持 微 正 压(约 012 k Pa) 防止湿空气进入 ,达到保冷效果 113 仪表及自控系统 海 天化的仪 表 及 自 动 控 制 系 统 实 现 了 90 年代 水 平 ,在 整 个 合 成 氨 系 统 具 体 表 现 为 ① 在 线 分 析 : 全 系 统 有 22 个 气 体 组 分 在 线 分 析 ,节 约 定 员 ,减 轻 劳 动 强 度 并 能 及 时 、 准 确 地 提 供 分 析 结果 ② 五 大 自 动 调 节 系 统 : 一 段 炉 带 碳 原 子 校 正 的水碳比自动调节 ;一段炉出口温度自动调节 ;氢 氮 比自动调节 ; 氨 合 成 塔 催 化 剂 床 层 温 度 自 动 调 节以及蒸汽发生量自动调节 这些措施为稳定生 产 、 增 加 产 量 、 降 低 消 耗 、 防 止 误 操 作 提 供 了 可 靠 的 保 证 ③ 选 用 先 进 的 控 制 系 统 : 海 天 化 的 集 散型控制采用了 日 本 横 河 最 新 产 品 Cent um2CS 型 ; 为了使大机 组 运 行 可 靠 、 配 置 了 TDM 自 诊 断 系 统 ;为 了 单 元 的 优 化 操 作 ,设 置 了 DCS 与 上 位 计 算 机之间的通 讯 ,今 后 可 以 实 现 合 成 塔 最 适 宜 曲 线的操作等 。
氨生产装置投产后的第 1 年即 1997 年 ,共生 产合成氨 2714 万 t ,为 设 计 能 力 的 9113 % 投 产初期能达到如此高的产量 ,实属不易 AMV 工 艺 的 3 个 特 征 均 得 益 于 ICI7421 氨 催 化 剂 优 良 的 特 性 二 段 炉 加 过 量 20 %工 艺 空 气 , 势 必 造 成 新 鲜 气 中 H2/ N2 低 于 通 常 采 用 的 3/ 1 ,为 此 要 求 在 低 H2/ N2 气 氛 中 具 有 高 活 性 的 催 化 剂 , 使 氨 的 合 成 连 续 稳 定进行 , ICI7421 具有这一性能 AMV 工 艺 弛 放 气 深 冷 回 收 氢 的 装 置 ,气 源 取 于 循 环 压 缩 机 的 出 口 ,回 收 的 氢 气 进 入 其 入 口 ,实 现 等 压 回 收 的 过 程 弛 放 气 的 氢 回 收 配 置 很 有 特 色 ,一 旦 氢 回 收 深 冷 系 统 发 生 故 障 ,循 环 气 中 H2/ N2 低 于 指 标 ,氨 生 产 仍 可 进 行 ,但 要 减 产 约 10 %2 存 在 的 问 题 及 解 决 的 方 法在 生 产 过 程 中 发 现 AMV 工 艺 也 存 在 一 些 不 足 之 处 ,主 要 分 述 如 下 。
211 燃 气 轮 机 的 应 用 燃 气 轮 机 引 入 化 肥 生 产 装 置 时 间 不 长 ,便 充 分显 示 出 它 的 优 越 性 ,每 吨 合 成 氨 可 节 约 211 GJ 的 能 源 由 于 乏 气 废 热 的 利 用 ,燃 气 轮 机 的 综 合 循 环 效 率 可 达 85 %以 上 但 是 也 有 不 成 熟 的 一 面 ,1997年 全 年 燃 气 轮 机 跳 车 6 次 ,占 全 装 置 跳 车 总 数 的40 % 分 析 其 跳 车 的 原 因 除 仪 表 配 件 损 坏 和 操 作 没 有 经 验 而 外 ,直 接 因 设 备 问 题 造 成 的 跳 车 次 数 还 没 有 随 着 仪 表 易 损 件 的 更 换 和 操 作 水 平 的 提 高 ,即使 在 炎 热 的 夏 季气温达 38 ℃ 以上燃气轮机仍能 稳 定 运 行 由 于 所选 P GT210 型 燃 气 轮 机 功 率 偏 紧 , 工 艺 空 气 压 缩 机 在 夏 季 只 能 满 足 工 艺 空 气 量 的92 %～ 93 % ,乏 气 温 度 按 图 2 控 制 在 允 许 范 围 内 ,燃 气 轮 机 稳 定 运 行 ,没 有 什 么 问 题 。
图 2 燃 气 轮 机 乏 气 允 许 控 制 范 围P GT210 功 率 不 足 的 问 题 曾 做 过 多 次 研 究 ,除 上 面 所 说 选 型 功 率 偏 低 外 ,也 有 在 生 产 过 程 中 机 械 磨 损 造 成 燃 气 轮 机 和 工 艺 空 气 压 缩 机 的 效 率 下 降 ,258 大 氮 肥 1998 年 第 21 卷前 者 输 出 功 率 减 少 ,后 者 要 求 轴 功 率 增 加 ,一 正 一负 ,扩 大 了 功 率 的 不 足 当 燃 气 轮 机 和 工 艺 空 气 压 缩 机 运 行 6000 h 后 测 试 出 不 足 的 功 率 数 据 为 :燃 气 轮 机 因 轴 流 压 缩 机 壳 体 下 半 部 赃 ,没 有 清 洁 ,损 失150 kW ;燃 气 轮 机 磨损损失 功 率 428 kW ;工 艺 空 气 压 缩 机 叶 轮 生 锈 多 用 功 率 530 kW ; 合 计 不 足 功 率1081 kW提 高 燃 气 轮 机 功 率 有 2 种 手 段 :一 是 大 修 时 处 理 上 述 存 在 的 缺 陷 ;二 是 燃 气 轮 机 的 功 率 与 大 气 温度 的 高 低 有 着 十分密切的关系 ,假 设 气 温 15 ℃ 时 ,功 率 为 100 % ; 大 气 温 度 升 至 25 ℃ 时 其 功 率 只 有9215 % ,因 而 降 低 入 口 空 气 的 温 度 来 提 高 燃 气 轮 机 的 输 出 功 率 是 一 个 较 为 稳 妥 的 办 法 。
212 二 段 炉 工 艺 空 气 加 入 量 对 下 游 工 艺 条 件 的 影响AMV 工 艺 其 中 的 一 个 特 点 是 在 二 段 炉 补 入 过 量 20 %的 空 气 ,从 而 达 到 减 轻 一 段 炉 的 负 荷 和 满 足 下 游 合 成 低 H2/ N2 的要求 由 于 燃 气 轮 机 功 率 在 夏 季 难 于 满 足 补 入 工 艺 空 气 量 的 要 求 ,从 而 引 起 后 面 工 序 工 艺 条 件 的 变 化 ,列 于 表 2 表 2 二 段 炉 加 入 空 气 量 不 足 引 起 工 艺 条 件 的 变 化温 度 超 温 ,见 表 3 带 3 的 温 度 值 ,设 计 为 580 ℃ ,实际 为 591 ℃ (最 高 达 610 ℃ ) ,超 出 指 标 11 ℃ 表 3 一 段 炉 对 流 段 各 盘 管 温 度 和 烟 气 温 度 ℃盘 管 设 计 温 度 盘 管 实 际 温 度 烟 气 温 度对 流 段 预 热 器 名 称入 口 出 口 入 口 出 口 设 计 实 际162 160296 270404421 44015550 52215664 604953 8862291736912303114951648112591 3高 压 锅 炉 给 水 预 热 器天 然 气 预 热 器 燃 料 气 预 热 器工 艺 空 气 预 热 器高 压 蒸 汽 过 热 器 工 艺 气 蒸 汽 预 热 器120120120140484360221370300500516580 31311444611。
