GC型φ1800三轴一径氨合成塔的设计及运行总结

GC型φ1800三轴一径氨合成塔的设计及运行总结

1概述

江苏灵谷化工有限公司总部原有合成氨系统两套，一套为老合成系统(φ1000合成系列)，规模为年产8万吨合成氨(于1998年10月份投产)，简称老系统；另一套为新合成系统(φ1200合成系列)，规模为年产12万吨合成氨(2002年4月投产)，简称新系统。两套系统生产能力为20万吨合成氨。老系统(φ1000合成)设备陈旧、管路复杂、系统阻力大，尤其是触媒已严重老化(设计寿命为3年，实际已使用了5年半)，严重影响了生产力，也不利于安全与节能。为进一步增加市场竞争能力，为取得经济效益的最大化和发展空间，实现我公司的战略要求，公司于2003年10月份决定在合成工段再扩建一套18万吨合成氨系统(即φ1800合成)。同时将拆除下来的φ1000合成塔、高压管道及附属设备等移至姜堰重组公司，配套了姜堰重组公司扩能技改工程。公司领导和有关技术人员经过各方调研和细致分析、论证后，确定南京国昌公司作为设计、制造“GC型φ1800三轴一径合成塔内件及系统配套设备”单位。合成塔外筒制造，选定由上海化机厂制作；所有高压管件均选定浙江工业大学设计、生产、制造，并交送现场安装；安装单位选定江苏省工业设备安装公司。

φ1800合成系统终于在2004年3月29日一次开车投运成功。投运至今已有5个多月，从运行情况及各项技经数据显示，基本达到了设计的预期效果，为本公司的健康发展奠定了基础。

2合成系统设计：

2.1设计参数及技术特性：

合成系统压力25-28Mpa

入塔气量295600Nm3／h

新鲜气量72000Nm3／h

冷却水温度34℃

气氨总管压力0.2Mpa

氨产量25TNH3／h

合成塔阻力≤0.8Mpa

系统压差≤2.0Mpa

2.2工艺流程选择：

由透平循环机出口油分来的气体分为两股，一股约占入塔总气量30％的气体通过塔主阀送至塔上部沿合成塔环隙自上而下，约升至86℃出塔后再分为两股，一股作为冷激气直接送至塔顶作为控制径向段触媒层温度。另外还有一股与约占总气量70％的气体合并，进入加热器通过加热至180℃后的气体又分为两股，一股直接从合成塔底部入塔，通过下部换热器管层与两次出塔气换热，温度升至380℃-400℃由合成塔中心管引入触媒层。另一股作为冷激气通过f0、f1、f2调节阀分别控制塔内上面一、二、三层触媒层温度，经反应后的气体通过合成塔下部换热器壳层与两次进塔气(管程)换热后出塔，出合成塔后气体约340℃进入废热锅炉，从废热锅炉出来的气体温度约223℃进入循环换热器热气入口，换热后温度约87℃-95℃的气体进入水冷器，经冷却后的气体温度约37℃进入冷交换器管外。由水冷器、冷交中冷凝的液氨在此分离(约分离掉70％的液氨)，分离后的气体再进入氨冷器，气体中氨进一步得到冷凝，然后出来的气液温度约－3℃-－5℃进入氨分离器，冷凝后的液氨进一步得到分离，然后出来后的气体进入冷交换热器冷气入口，出冷交

的冷气体温度约27℃-30℃，部份放空外再进入透平循环机，然后进入油分，最后进入合成塔实现系统循环。同时新鲜气通过补充气油分分离油水后再进入补充气氨冷器，然后再经过二级油分进一步净化气体，出来后的气体直接补到氨分离器进口。流程简图如下图所示。

2.3内件的选型：

我公司原属小氮肥企业，合成氨规模小，使用过的合成塔内件(从φ500塔到φ1000塔)均为冷管型，塔阻力大、系统压力高、吨氨电耗高、放空量大，受冷管效应影响，催化剂利用率低、使用周期短，而且生产能力低。随着公司规模不断扩大，冷管型内件已不能适应我厂需求，唯有轴径向塔才适合我厂发展需要，于2002年4月份成功投运了由南京国昌公司公司制造的NC型φ1200一轴二径氨合成塔。时隔1年半，为使公司规模进一步扩大，增加市场竞争能力，公司老总决定把合成氨规模做强做大，上φ1800合成塔，一次到位，达到中氮水平。当时，φ1800合成塔(32MPa设计)全国为最大，只有山东东平化肥厂在上φ1800合成系统，但内件型号不同。因此公司领导组织技术人员到中氮企业和山东部分同行业考查，根据考查结果，公司技术人员一致认为南京国昌化工科技有限公司研制的GC型φ1800三轴一径氨合成塔具有如下优点：2.3.1塔阻力小。轴向冷激层采用菱形分布器结构，径向层采用鱼鳞筒式径向流结构。径向结构使气流通过鱼鳞筒环隙后是辐射状进入催化剂层，气流的路径大大缩短，纵然使用小颗粒触媒其压降也仍然很小，最大程度降低了床层阻力。其阻力一般在0.3-0.6Mpa，有效降低了透平循环机的功耗(相对活塞式循环机来说，吨氨可节电约20KWh)。

2.3.2氨净值高。径向层装填高活性小粒度(2.2-3.3mm)催化剂，占全部催化剂装填量的33％，合成率比一般装填大颗粒催化剂的合成塔要高约20％。各床层出口温度通过设置在冷激管线上阀门进行调节，使反应后的气体与冷激气充分混合，同时稀释了反应后气体中的氨含量，使反应更加有利，提高了出口气体中的氨含量，因此氨净值要高1-2％。

2.3.3生产能力大。由于催化剂装填量大、合成率高、阻力小，可通过大气量，生产能力比一般塔型提高15-30％，或在同等产量情况下系统压力要低4Mpa左右。

2.3.4触媒利用率高。由于该GC型塔无冷管结构，避免了冷管效应，提高了催化剂利用率和内件运行的可靠性，即使在催化剂使用后期，也不会因冷管造成热点下移过快。

2.3.5操作稳定。控制床层温度手段多，四层催化剂床层都有冷激调节器控制，可有效地控制催化剂温度在许可范围内，并使其在最佳温度范围内反应。

2.3.6触媒装卸方便。内件采用多层组合结构，分布器可方便地装入吊出。在内件的设计上，充分考虑到触媒能够自卸，因此在传统内件设计的基础上，将塔底付线改为由塔顶直接进入，将原塔底付线入口改为二次气体主线入口，内件下部在结构上设计成自卸形式，装卸触媒极为方便，减轻了劳动强度及吊装设备

负荷。

2.3.7机械结构简单。内件取消冷管，采用菱形分布器及鱼磷筒式气体分布器，使气流分布均匀、流动通畅、阻力减小；并使其焊缝数量大大减少，既便于制造、又方便安装，使实际运行稳定性得以提高。2.4合成系统主要设备选型：

3催化剂的装填及升温还原：

3.1催化剂的装填：

所用催化剂全部为南化催化剂厂生产的A110型高温高活性催化剂，总装填量为87.4吨，径向段

2.2-

3.3mm小颗粒催化剂装填为28.8吨，占整个催化剂装填量的33％。

3.2测温点的分布：

内件采用4组热电偶18个测温点(L1组：T1-T4；L2组：T5-T8；L3组：T9-T12；L4组：T13-18)，4