布朗合成氨工艺操作

原料气的压缩和脱硫

原料气以35℃，7.8barg进入界区。原料气先经过分离器和过滤器，然后进入原料气压缩机（C-4），原料气经过两端压缩、冷却和分离，最终出口压力为36.5barg。一部分原料气从压缩机的段间抽出作为燃气透平的燃料。脱碳系统来的高压闪蒸气与原料气在压缩机的一段入口混合。

原料气的脱硫分两步完成，先与合成回路来的少量循环氢混合加热到370℃，然后通过一个钴钼加氢反应器（V-5）将有机硫转化为H2S。原料气中所有的H2S在钴钼加氢反应器下游的氧化锌脱硫槽（V-6A/B）中脱除。

离开脱硫槽的原料气中硫含量的期待值小于0.2ppmv。

一段转化

脱硫后的原料气按水蒸汽与碳的比为2.7与蒸汽混合。原料与蒸气的混合气先用高温变换炉出口气预热到415℃，再在一段转化炉对流段进一步加热到550℃，然后进入一段转化炉的催化管，在镍催化剂的作用下，原料气与蒸汽反应生成氢气和碳氧化物。一段转化炉出口气的温度为695℃，压力为30barg，并含有大约30%（mol）未转化的甲烷（干基）。该出口气送至二段转化炉的顶部。

向二段炉提供空气的工艺空气压缩机由燃气透平驱动，538℃的燃气透平排出气用作一段转化炉的燃烧空气。离开一段炉辐射段的热烟道气用来将125barg蒸汽过热到520℃，并预热原料气、一段转化炉入口气、二段转化炉工艺空气和锅炉给水。

二段转化

压缩工艺空气在一段转化炉对流段预热后进入二段转化炉。在二段转化炉的上部，空气中的氧与一段转化炉出口气反应生成碳氧化物和水。

然后该气体混合物气向下通过镍转化催化剂床层。在此，上述氧化反应所放出的热量将更多的甲烷转化为氢和碳氧化物。二段转化炉出口气中甲烷含量约为1.66%（干基），出口气温度为869℃。

二段转化炉出口气在一台能同时产生125barg蒸汽的强制循环废热锅炉中冷却到388℃送往变换。

变换

冷却后的二段炉出口气通过两个并联的高温变换炉触媒床，在此一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳和氢，大约有67%的一氧化碳被转化。高变炉出口气中一氧化碳的含量约为3.6%（干基）。该气体相继与一段炉入口气及锅炉给水换热，而被冷却到204℃。

然后该气再经过两个并联的低温变换炉触媒床层，在此，残余的大部分一氧化碳转化为二氧化碳。从而使低温变换炉出口气中，残余一氧化碳的含量降为0.38%（干基）。然后该低温变换炉出口气被送到CO2脱除系统。

二氧化碳脱除

低变炉出口气相继经过四个串联的热交换器，冷却到75℃。

工艺气中冷凝下来的水在分离罐V-8中除去并送到工艺冷凝液汽提塔。

冷却后的工艺气以75℃进入CO2吸收塔（T-1/T-2），在此工艺气用MEDA溶液洗涤，MEDA溶液进入吸收塔的顶部，气体在第一吸收塔中用半贫液洗涤，大部分CO2被吸收，然后在第二吸收塔（T-2）中用再生后的冷的贫液洗涤，将离开第二吸收塔（T-2）气体中的CO2含量可降到800ppmv。

第一吸收塔（T-1）底出来的富液，先通过一个水力透平回收能量，回收的能量用来驱动一台半贫液循环泵。然后富液被进入吸收塔的原料气预热后进入第一解析塔（T-3）。在此大部分溶解的氢气闪蒸出来，从而可使在第二解析塔(T-4)中所回收的CO2纯度达到99.70%（体积）。

闪蒸气在废液洗涤器（T-9）中被少量半贫液洗涤，冷的MDEA溶液返回第一解析塔，放空气返回到原料气压缩机的一段回收氢气。

MDEA 溶液在第二解吸塔（T-4）顶部减压到0.5barg被来自贫液汽提塔顶部的蒸汽汽提。

甲烷化

从CO2吸收塔顶部出来的气体，与甲烷化出口气换热而被预热到316℃（如需要也可在甲烷化炉的开工加热炉内用125barg饱和蒸汽加热），然后该气体进入甲烷化炉，甲烷化炉出口气中残余的碳氧化物低于10ppmv（干基）。

干燥

甲烷化炉出口气首先与甲烷化炉入口气换热，冷却到93℃，然后再用冷却水冷却到37℃，最后用氨冷到4.4℃，这是为了将工艺气中绝大部分的水冷凝下来，以备干燥的工艺气。

深冷净化

干燥器出口气在深冷净化器中与净化合成气及净化装置废气换热，冷却到-129℃然后流经一个透平膨胀机，以除去能量，从而产生深冷净化所需要的冷冻量。膨胀机出口气经过换热进一步冷却，并部分冷凝使其温度降至-175℃，然后进入净化器精馏塔。膨胀机放出的能量，随控制精馏塔底部液位的需要而变化。从精馏塔底部来的液体在精馏塔顶冷凝器壳侧减压使其部分汽化，这样就使精馏塔塔顶流出的物冷却，并使精馏塔产生回流。

精馏塔塔顶冷凝器顶部的净化合成气同净化器入口气换热，而被加热到2.2℃。氢氮比为3:1.净化后的合成气仅残留有0.2%的氩。

压缩

净化合成气在一个三段式压缩机内压缩。循环气在第三段最后一级叶轮前加入到合成气中，该混合气离开压缩机时的压力为151barg。混合气经预热后直接进入氨合成塔。

氨合成

从合成气压缩机来的原料气和循环气先在合成塔进/出口气换热器（E-40A/B）中与第三合成塔出口气换热，使温度从72℃预热到306℃，然后再在E-41中与第一合成塔出口气换热，使温度从306℃加热到380℃，第一合成塔入口气含有大约3.6%的氨。

第一合成塔出口气含有大约11.9%的氨，通过与第一合成塔入口气换热并在废热锅炉中产生125barg蒸汽，其温度冷却到380℃，从第二合成塔出口气中回收的热量产生125barg 蒸汽，从第三合成塔出口气回收的热量产生125barg蒸汽并预热第一合成塔的入口气。第一合成塔和第二合成塔出口气中氨浓度分别为17%和21%，第三合成塔出口气进一步用冷却水、循环气和两极氨冷冷却到4.2℃。

在水冷器中，冷凝温度约为50℃时，氨开始冷凝。液氨产品在第一按分离器中回收，并在液氨减压罐中减压到约为36barg，再在液氨收集槽中进一步减压到14barg。第一氨分离器出来的循环气用来冷却合成塔出口气，然后返回到合成气压缩机循环段入口。

进入合成气压缩机的新鲜合成气中惰性气体总含量仅有约0.2%（mol），几乎全是氢气。

冷冻

合成塔出口其中的氨通过17℃和1.6℃两级氨冷，使气氨冷凝，从低位氨冷器出来的气氨进入冰机的第二段。出高位氨冷器的气氨进到冰机的中段，冰机也压缩甲烷化炉出口氨冷器的氨及界区外氨贮存罐闪蒸的气氨。气氨最终被压缩到14.5barg，该压缩后的气氨在用水冷却的氨冷却器冷凝后送到氨收集槽的热氨区。

在氨收集槽中，少量的不凝气通过一个填料段，用来自液氨减压罐4.2℃的液氨洗涤，然后这股不凝气用喷射器抽出并与合成回路的驰放气混合。氨收集槽中冷的液氨用作高位和低位氨冷器及甲烷化炉出口氨冷器的介质。