建峰二化合成氨装置工艺及设备特点

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摘 要：针对重庆建峰化工股份有限公司第二套大化肥项目的合成氨装置部分工艺及其设备特点进行描述，该项目日产1500t合成氨和日产2700t尿素。

关键词：天然气 合成氨 装置

重庆建峰化工股份有限公司第二套大化肥装置（简称：建峰二化），即日产1500t合成氨和日产2700t尿素，该装置生产合成氨及尿素产量在众多大型化肥厂在单套装置能力上处于领先地位，此项目原始材料为天然气，经过一系列加工以产液氨为中间产物最终经加工成小颗粒尿素产品，其合成氨装置采用的是美国KBR公司的深冷净化工艺，尿素装置采用的是荷兰Stamicarbon公司的CO2气提法与尿素颗粒造粒等技术，在高安全性、高效率、低排放、低功耗方面得以实现，目前属于领先技术。

一、工艺特点

1.优化的一段转化和过量空气的二段转化

KBR合成氨工艺处理步骤中在一段转化炉采用了较低的水碳比率（2.7）和相对较低的转变温度（712℃），这样使得一段转化炉的热负荷远远降低，绝大部分的负荷间接被转移到了二段炉，在这里多余百分之五十的工艺空气被加入到二段转化炉，其利用氧气燃烧释放热量以提供转化反应所需要的热量，这样一段炉出口的残余CH4含量从29.42%转化至1.66%，与传统工艺相比，加入过量的空气，在转化的过程气体比传统工艺多而在深冷净化过程中甲烷和氮气被脱除，之后的废气进一步被利用被送到一段炉作燃料，这种工艺设计一方面延长了一段炉中炉管和催化剂的寿命，另一方面减少了装置投资成本。

2.深冷净化装置

在KBR工艺中其一核心为深冷净化，而深冷净化又以合成氨为核心。在深冷净化中为了防止在较低温度的环境中CO和H2O在冷箱中生产干冰，从而堵塞冷箱管道，因此在冷箱系统之前增加了干燥系统——分子筛，其目的就是先将可能使冷箱堵塞的CO和H2O除去，之后再进入冷箱，这样就减少冷箱堵塞的可能，剩下的工艺气中绝大部分甲烷以及多数氩气在此被脱除，去除后的废气被送到一段转化炉作为燃料。在此出来的合成气中H：N比为3：1，且极少部分的水和碳氧化物被完全去除，这样一来变相延长了催化剂的使用周期。这里高纯度的H2与N2使得惰性气体的含量就非常低，这样一方面使得反应的合成率变相增加，另一面降低了空速，进一步的增加了合成气压缩机的功率，从而使得吨氨的能源消耗降低。

3.KBR有效的合成回路

因没有合成催化剂的毒物（碳氧化物和水分），因此对于新鲜的空气可以直接引入到合成反应器中，从而进行热交换。此过程的优点：①制冷所需的负荷相对比其它流程低，其它的工艺流程因为含有催化剂的毒物，再加上出口气与进口气先混合，这样变相增加了冷冻的负载；②在合成塔的入口惰性气体含量在新鲜气体中较少，这样使合成塔内循环量减少，从能效方面提高了103J和105J功率的使用。另外，在回路的设计上增加了高压余热回收锅炉，这样一方面增加了高压余热的回收，另一方面高压余热锅炉能在合成回路中起到缓冲的作用。 KBR选用的合成塔一方面降低了催化剂床层的阻力，另一方面降低了资金的投入。

4.能耗低的脱碳工艺

建峰二化的CO2脱除系统选用的是具有节能作用的aMDEA脱碳过程，为BASF公司专利技术，MDEA稳定性高、挥发性小的叔胺溶液，碳钢设备几乎不会被腐蚀。此溶液能与CO2反应，并且反应之后产生一种不稳定的碳酸盐，这样便于溶液的再生，同其他的吸收液相比，单位溶液所释放的量在降压过程中较多，并兼具化学和物理的吸收特性。

二、核心设备

1.一段炉

建峰二化101B是典型的顶部燃烧炉由凯洛格公司设计，其中包含辐射和对流段。其中192根竖琴管被垂直安装在辐射室中，里面装有27.1m3的催化剂，离开辐射段后到对流部分，在对流部分中，烟道气通过5组预热盘管，从引风机的烟囱排放。

2.二段转化炉

建峰二化二段炉是使用凯洛格公司传统的设计，是在顶部空气和蒸汽喷射与在一段炉来的气体混合燃烧从而提高其混合气的温度，为反应提供了所需的热量。在KBR设计中，加入过量的空气在二段炉中，释放的反应热减少了所需的热量，从而减少了一段炉的负荷。工艺气体经转化后在二段炉出口CH4、N2比含量高于传统的流程，之后经过深冷净化被除去，脱出的气体返回到一段炉作为燃料气，这种设计即减少了投资所用的成本，又增加了炉管和催化剂的使用率。

3.氨合成塔

建峰二化105D是单台卧式压力容器，其内部连同三个绝热床，该反应器壳体内有可动的催化剂筐，催化剂筐有两套热交换器（122C1/122C2）的，这样的设计一方面在转换速率方面得到提高，另一方面压降减小了。

4.组合式氨冷器

建峰二化组合式氨冷器取代了传统的3个换热器与2个闪蒸罐，反应器出口的气体通过中心管的环形空间，另外循环气体流过的是中心管的内管，在不同压力和温度下冷却氨的被蒸发，所以循环气和氨冷冻剂在反应器出口被同时冷却。这种组合式氨冷器设计一方面减少高压管材的昂贵费用，另一方面减少了系统压降。

三、结束语

建峰二化工艺、设备技术特点突出，在操作上具有一定的操作弹性、并且在冷态开车的时候能够有效地缩短其时间，另一方面在能源效率方面都得到了成功地应用且在国内大型合成氨装置中处于领先地位。

参考文献

[1]合成氨操作规程.建峰化工股份有限公司.