ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔

概述

湖南安淳高新技术有限公司（以下简称安淳公司）从上世纪80年代起，在分析了国际国内氨合成塔内件优缺点的基础上，独创了ⅢJ型氨合成塔内件，取得了国家专利，是国内数种氨合成塔内件中唯一经原化工部鉴定的内件，鉴定结论是，该内件为国内首创，主要技术指标取得突破性进展，达到国际先进水平。安淳公司不断创新、不断进取，随后又推出了ⅢJ99型氨合成内件，包含3个新的国家专利技术。ⅢJ型、ⅢJ99型氨合成内件经由φ800、φ1000到φ1200；后又开发了ⅢJD2000型φ1400、φ1600、φ1800、φ2000氨合成内件。单塔年产氨能力由20 kt（φ600塔）发展到180 kt、200 kt。近几年开发的ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔，在技术上又有较大的提升；单塔生产能力日均达850～910 t，受到了用户的青睐。

2 ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔的设计思想

为实现单系统生产能力规模化和进一步降低能耗，安淳公司在ⅢJD2000型-φ1800、φ2000氨合成内件的基础上，引入新的理念，设计了ⅢJD2000型-φ2200氨合成内件，具体如下。

（1）充分发挥第一绝热层的作用。进入零米未反应气氨含量低，距离反应平衡很远，反应速度很快，尽量在开始反应的第一层多产氨，使第一层之氨净值达到8％～9％，即第一绝热层温升110～133 ℃。具体措施如下。

①增加第一绝热层的高度，第一绝热层设计高度2.5～3.1 m。

②降低零米温度，提高热点温度。进第一绝热层零米点的循环气，氨含量最低（约2.16％），温度低（370～380 ℃），离反应平衡点最远；如零米温度为380 ℃，将第一绝热层反应终点温度设计为490～513 ℃，则第一绝热层的氨含量增加8％～9％（氨净值），即第一绝热层完成氨合成反应的50％。

（2）第一层绝热反应后的热气体，不再采取冷激，而是用塔内换热器间接冷却后再进入第二层，这样更有利于氨合成反应温度接近最适宜温度曲线。

（3）冷管束（段间冷却器）的气体出口设在催化剂床层表面，使进塔气体100％地通过第一层催化剂，有利于降低零米温度，提高氨净值。

（4）分流气占到近50％，使通过中心管和换热器的气体由原来的65％～70％减少至50％，降低塔阻力。

（5）提高出塔温度。设计最高出塔温度为380 ℃，产生3.0～4.0 MPa过热蒸汽，使回收蒸汽的利用价值更高。

（6）大幅度提高出塔氨含量。

3 ⅢJD2000型-φ2200氨合成塔的结构特点

（1）塔结构为三层四段，两径一轴。径向段占床层高的70％～80％；第一层为轴向绝热段，为了使第一层反应温度不致超高，在第一层中部设一个冷气调温器；第二层包含径向绝热段和径向间冷段；第三层为径向绝热段。

（2）冷管束的气体出口在催化剂床层表面，使进塔气体100％地通过第一层催化剂，提高第一层催化剂的利用率。

（3）第一层绝热反应后的热气体被塔内换热器间接冷却后再进入第二层径向绝热段和径向内冷段，这样更有利于氨合成反应温度接近最适宜温度曲线。

（4）采用分流工艺。

（5）结构简单，催化剂可自卸。

ⅢJD2000型-φ2200氨合成内件结构示意见图1。

图1 ⅢJD2000型-φ2200氨合成内件结构示意图

4 ⅢJD2000型-φ2200氨合成工艺流程

4.1 塔内气体流程

气体分两股进塔。一股约45%的气体直接进入冷管束（段间冷却器）。这股气体由两部分组成：一是由循环机出口油分来的约30%的冷气，由合成塔下部环隙进入，在塔顶引出；二是塔外热交换器加热的、约15%

的气体。两部分气体在塔顶汇合引进冷管束，冷管束出来的气体进入催化床层表面（零米冷激气和第一绝热层冷气调温器的冷气约占5％）。

另一股约50%、由塔外热交换器加热的循环气，进入塔内下部换热器管内，与出塔气体换热以后，进入上部换热器管内，与在上绝热段反应后出混合分布器Ⅰ的气体换热后，从换热器与中心管之间的环隙向下进入中心管，经中心管进入催化剂床层表面与冷管束出来的气体汇合，在第一绝热层反应；反应气体在第一层中部冷气调温器中与从塔外引入的少量冷气混合后，继续反应；出第一绝热层的气体进入气体混合分布器Ⅰ，再进入塔内上部换热器管间，与进塔气体换热后，从上部换热器的外壳出去，进入第二层。气体由圆心向圆周方向经过径向绝热段，径向通过段间冷却器。从中部径向筐即第二层出来的气体，受支架套筒的作用，沿径向筐与内筒的环隙向下，在内外筒环隙间接降温10～15 ℃，进入第三层。气体由圆周方向径向通过下绝热层流向径向筐中心的换热器，从换热器外壳进入塔内下部换热器管间，由上折流而下，与进塔气体换热，温度降到约380 ℃出塔。

4.2 系统流程

出合成塔的气体直接进入废锅，产生3.0～4.0 MPa的蒸汽，出废锅的气体进入热交换器，温度降至70 ℃左右进入水冷器；出水冷器的气体温度降到35 ℃以下，进入冷交管间冷却分离氨后，温度降到16 ℃以下进入一级氨冷器，经一级氨冷冷却至－5 ℃，再经二级氨冷冷却到－10～－12 ℃，进入氨分离器分离氨后进冷交管内，冷却管间的热气体，本身温度提高到25 ℃左右出冷交，与新鲜气汇合后进循环机，开始新一轮循环。

ⅢJD2000型-φ2200氨合成系统流程示意见图2，流程设计特点如下。

（1）充分利用反应热，反应气出塔温度高，出塔气温度约380 ℃，可产生3.0～4.0 MPa的中压蒸汽。

（2）加大热交面积，将进塔未反应气预热至200～240 ℃，省去一个软水加热器，简化流程，减少系统阻力。

（3）设两级氨冷，一级氨冷冷至－5℃，二级冷至－10～－12 ℃，在22 MPa 压力下，氨含量降至2.2％以下，进塔氨含量低，且节约冷冻量。

（4）进水冷器气体温度低，节约冷却水。

（5）补气补在冷交冷气出口、循环机进口，以降低补气压力，节约压缩机电耗，节省冷冻量。循环机设在塔前，循环机出口压力处于系统压力最高点。

（6）放空点设在冷交冷气出口、补气接点以前，此处氨含量最低，惰气浓度高，可节约冷冻量，没有放掉新鲜气。