合成氨装置流程简介

第一节装置简介

合成氨装置设计生产能力为液氨5万吨/年（6.25t /h、150吨/天）、二氧化碳11.2万吨/年(7136Nm3/h、336吨/天)、产品氢气0.86万吨/年(11975Nm3/h、25.8吨/天)，2004年破土动工，2005年11月建成投产，建设投资3.2亿元人民币，占地面积32000m2。装置共有设备226台，其中动设备88台，静设备138台。

该装置是以天然气为制氢原料，以原厂4500Nm3/h空分装置氮气为氮源生产合成氨。主装置还包括蒸汽和发电系统，火炬系统，2000m3氨储罐等单元。装置从1000单元到1800单元主要是制氢部分由德国林德公司（Linde AG）提供基础设计，其他单元由寰球公司做基础设计。总体设计由寰球公司完成。装置进口部分有MDEA溶液、转化炉烧咀、PSA变压吸附装置（外壳国内加工）、转化炉热端集气管、转化气余热回收器、合成气余热回收器及合成塔内件，部分调节阀，其余部分全部国产。

装置原料气压缩、脱硫单元；蒸汽转化和热回收单元；一氧化碳变换单元；MDEA脱碳单元；变压吸附PSA单元，主要是制氢部分由德国林德公司提供基础设计，其他单元由寰球公司做基础设计。总体设计由寰球公司完成。装置进口部分有MDEA溶液、转化炉烧嘴、PSA变压吸附装置（外壳国内加工）、转化炉热端集气管、转化气余热回收器、合成气热回收器及合成塔内件，部分调节阀，其余部分全部国产。

一、装置特点

1．转化炉进料气的H2O/C=3.0,在此条件下装置所产H2和CO2的量，恰好可同时满足合同所要求的H2和CO2的数量。如果不要求同时满足H2和CO2的生产能力，仅要求满足H2或仅要求满足CO2一种产品的数量，此时H20/C比可以改变，最低可降为：H2O/C=2.7的条件下进行正常生产。

2．装置中的钴-钼加氢、转化、高变、低变等催化剂的充填量是按国内催化剂活性末期的操作温度、允许空速，压降等条件设计的。

3．转化炉的出口压力为：3.0MPa（G）;转化炉采用顶部烧嘴，具有数量少、便于调节、可烧含氢高的燃料气体、烟道气含NO X满足环保要求等优点。

4．为满足制氢纯度高的要求：装置中仅考虑一段蒸汽转化，没有二段炉；氢气的最终净化采用了变压吸附，被吸附的贫氢气体可做为燃料气返回燃料气系统，既保证了进合成工序的H2/N2气不含惰性气从而提高了氨净值，也使整个合成氨装置的能耗降低。

5．整个装置的工艺余热得到充分利用，即除70℃以下低变气的余热未得到利用外，其余的工艺余热按能位的高低被合理的分级利用。如能位高的用于过热高压蒸汽，其次用于副产高压蒸汽，再其次用于加热或予热锅炉给水，最后用于预热脱盐水，70℃以下则用循环水冷却。

6．MDEA脱碳工序的工艺特点：

用MDEA作溶剂脱除变换气中的CO2是以化学吸收为主，同时又兼有物理吸收的工艺。因其吸收能力大，使溶剂循环量减少，不仅节约了循环溶剂压缩功耗，还相应地缩小了相关设备与管道的尺寸，从而节约了装置的建设投资。

本装置采用的MDEA脱碳工序，选择了“三塔流程”，比其他采用“双塔流程”的化学吸收方法（如苯菲尔法）多出一个解吸塔。

解吸塔分上/下塔；其下塔称为中压解吸塔，其操作压力为：0.8MPa(A)，在此塔中可将

MDEA溶剂吸收的有效气体（如H2等）自溶剂中先解吸出来并予以回收。它不仅提高了产品CO2的纯度(达99%干基)，同时还节约了能耗。解吸塔的上塔被称为低压解吸塔，在此塔中将有部份CO2解吸出来，它与来自再生塔顶并导入低压解吸塔的CO2汇合，一起构成产品CO2，其压力为：0.2MPa(A)。由于产品CO2的压力比“两塔流程”中逸出的CO2压力高约0.1MPa，在出塔温度相等的条件下，压力的提高可减少CO2带出的水蒸汽量；加之溶剂循环量减少等因素，可使再沸器的热负荷降低。除此之外，由于CO2的排出压力提高，也减少了后系统在需用较高压力的CO2时，CO2压缩机的压缩功。再沸器的热负荷降低，CO2压缩机的压缩功减少，使合成氨的吨氨能耗降低。

由于再沸器的热负荷降低，故仅要一台用低变气提供热源的再沸器向再生塔提供热量已能满足工艺的要求；而在苯菲尔工艺中，除要一台用低变气提供热源的再沸器向再生塔提供热量外，还要增加另外一台蒸汽再沸器补充其热量的不足，可见MDEA工艺较苯菲尔工艺节能。

除MDEA工艺节能之外，MDEA溶液比苯菲尔溶液腐蚀性小。

据文献上介绍，把热钾碱工艺（即苯菲尔工艺）脱CO2改为MDEA工艺脱CO2时，其他塔设备不变，仅需增加一台解吸塔，处理能力可提高10%。这也从另一侧面说明了MDEA 工艺的优越性。

二、装置组成

本装置主要有以下几部分组成：

本装置由天然气压缩脱硫、蒸汽转化和热回收、CO变换、MDEA脱碳、变压吸附、合成气压缩、氨合成、氨冷冻、氮气压缩及脱氧、蒸汽发电系统、火炬系统、氨储罐等几部分组成。

三、原料来源

本装置用天然气来自萨喇杏油田配输管系统，原料天然气由萨南、萨中、杏九输气管线经过天然气公司甲醇厂配气站来进行供给。装置所用循环水由给排水车间第二循环水场提供，除盐水由动力车间第三除盐水站供给，氮气由原厂4500 Nm3/h空分装置供给，蒸汽由动力车间锅炉房供给，新鲜水来自全厂新鲜水管网。

(1) 主要产品：合成氨

(2) 副产品：氢气、CO2

四、装置历年来技术改造情况

自装置建成试投产以来进行了部分技术改造，截止至2008年11月份主要改造项目有：转化炉平衡锤改造、合成气机组管系振动改造、装置伴热系统改造、转化静态混合器改造、合成系统氢氮气混合器改造、更新E5114芯子材质、更新E5111材质、合成塔出口管系改造、钴钼反应器加电热器、E1414改造、工艺冷凝液回收项目等。

第二节工艺原理

一、天然气脱硫原理

氧化铁脱硫槽是全装置第一个与天然气接触的脱硫系统，主要进行粗脱硫，保证出口天然气中的达到设计要求的25PPm。氧化铁脱硫剂的组成为αFe2O3.XH2O，反应如下：

Fe（OH）3+3H2S→Fe2S3+6H2O

此反应为不可逆反应，在常温、常压下都可进行反应，并且原料气中含硫量与所脱硫接触时间成正比，因此我们在一般情况下采用串联方法。另外氧化铁脱硫剂还可脱除简单有机