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陽(yáng)煤集團(tuán)和順化工有限公司“18·30”項(xiàng)目由陽(yáng)煤集團(tuán)和吉林隆源農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料集團(tuán)有限公司、和順銀河化工有限公司共同出資建設(shè)，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)180 kt合成氨、30 kt甲醇、300 kt尿素。項(xiàng)目主要采用變壓吸附制氧、富氧連續(xù)氣化、濕法催化氧化脫硫、耐硫全低變、變壓吸附脫碳、醇烷化、JR大型氨合成、二氧化碳汽提法尿素工藝。項(xiàng)目醇烷化、氨合成工藝設(shè)計(jì)和內(nèi)件生產(chǎn)由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司、石家莊正元塔器有限公司提供，氨合成采用JR型2400一軸三徑氨合成塔內(nèi)件，選用上虞催化劑有限責(zé)任公司生產(chǎn)的A301型氨合成催化劑工藝流程采用一進(jìn)一出提溫型流程，采用雙廢鍋、雙冷交、雙水冷（配溴化鋰制冷機(jī)組），節(jié)能效果更加明顯。2012年8月22日投入生產(chǎn)使用，現(xiàn)對(duì)合成氨系統(tǒng)的開車運(yùn)行情況總結(jié)如下。

1.1  工藝流程

來(lái)自甲烷化工段的19.8 MPa左右的新鮮氣，經(jīng)過新鮮氣水冷器降溫后進(jìn)入水分離器分離水和油，與從冷交換器Ⅰ出來(lái)的熱氣混合后進(jìn)入氨冷凝器，經(jīng)氨冷凝器降溫到－10～－7℃，進(jìn)入氨分離器分離氨。氣體從氨分離器出來(lái)后依次進(jìn)入冷交換器Ⅰ和冷交換器Ⅱ換熱，溫度升至25～28 ℃，進(jìn)入循環(huán)機(jī)提壓至20.5 MPa后進(jìn)入油分離器，然后進(jìn)入塔前預(yù)熱器提溫到120～140 ℃，進(jìn)入合成塔反應(yīng)。自合成塔出來(lái)的300～330 ℃合成氣，進(jìn)入廢熱回收器Ⅰ生產(chǎn)2.5 MPa蒸汽，溫度降至235 ℃左右后進(jìn)入廢熱回收器Ⅱ生產(chǎn)0.4 MPa低壓蒸汽（部分用于溴化鋰制冷機(jī)組），溫度降到165 ℃左右后進(jìn)入塔前預(yù)熱器與入塔氣換熱。經(jīng)換熱后溫度降至50～70 ℃的合成氣進(jìn)入水冷卻器Ⅰ，溫度降至40 ℃以下后進(jìn)入冷交換器Ⅱ進(jìn)一步降溫，然后進(jìn)入水冷卻器Ⅱ（冷水由溴化鋰制機(jī)組提供），溫度降到7～8 ℃以下后進(jìn)入冷交換器Ⅰ，換熱后在分離部分分離出液氨，分氨后的合成氣與新鮮氣混合，進(jìn)入下一循環(huán)。

放空氣位置在冷交換器Ⅰ之后，放空氣去氫回收裝置回收氨氣和氫氣。氨冷凝器所需的液氨來(lái)自冷凍站。

1.2  工藝技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用合成塔與廢熱回收器直連結(jié)構(gòu)，既節(jié)省了投資，又增強(qiáng)了運(yùn)行安全性。

（2）采用雙冷交、雙水冷工藝：水冷進(jìn)口溫度低于60 ℃，氨合成反應(yīng)熱利用率高達(dá)85%以上，同時(shí)大大降低了循環(huán)水負(fù)荷。

（3）采用雙廢鍋流程生產(chǎn)不同品位的蒸汽：1^#廢熱回收器產(chǎn)生1.3～2.5 MPa中壓蒸汽；2^#廢熱回收器副產(chǎn)0.4 MPa低壓蒸汽用于溴化鋰制冷機(jī)組，多余的蒸汽可入低壓蒸汽管網(wǎng)。

（4）利用溴化鋰制冷技術(shù)：將2臺(tái)廢鍋回收的低壓蒸汽轉(zhuǎn)化為低溫水，用于循環(huán)反應(yīng)氣體中氨的冷凝。余熱回收產(chǎn)生的低品位蒸汽用于溴化鋰制冷機(jī)組產(chǎn)生低溫水，用于部分冷凝氨，大幅度減低了冰機(jī)負(fù)荷，節(jié)省了電耗。

（5）1^#水冷卻器后設(shè)置2^#冷交換器逐級(jí)回收冷量，提高了冷量回收效果。

生產(chǎn)能力  750 t/d

    系統(tǒng)壓力  ≤ 22.0 MPa

系統(tǒng)壓差  ≤2.0 MPa

    合成塔壁溫  ≤180 ℃

合成塔進(jìn)口氣  120～140 ℃

合成塔出口氣  300～330 ℃

氨冷卻器出口溫度  -7～-10 ℃

合成塔進(jìn)口氨含量  ≤3.25%

合成塔出口氨含量  13.25%～14.25%

循環(huán)氣惰性氣體含量  14%～18%

氨合成系統(tǒng)主要設(shè)備規(guī)格見表1。

4.1  技術(shù)參數(shù)

氨合成塔塔徑φ2 400 mm，塔凈空高20 134 mm，四段（一軸三徑）催化劑筐共裝填A(yù)301型氨合成催化劑51.89 m³，計(jì)149500kg，設(shè)計(jì)氨產(chǎn)能為750t/d，合成塔壓差＜0.6 MPa，氨凈值10%～12%。5.2 氨合成塔內(nèi)件流程簡(jiǎn)述

4.2  內(nèi)件流程

氣體在塔前預(yù)熱器預(yù)熱至120～140 ℃，由主線從塔頂入塔，經(jīng)內(nèi)外筒間的環(huán)隙下行，進(jìn)入底部換熱器管間，與四段反應(yīng)氣換熱后，經(jīng)中部換熱器下管箱進(jìn)入中部換熱器管內(nèi)，與三段反應(yīng)氣換熱，溫度升至370～400 ℃，經(jīng)中心管進(jìn)入一段催化劑床層。另外有4股氣體分別經(jīng)4條副線入塔：四段副線氣在底部換熱器出口與從底部換熱器來(lái)的主線氣混合，以調(diào)節(jié)四段溫度；三段副線氣進(jìn)入二、三段間換熱器的上部換熱管內(nèi)，以冷卻二段出口氣體，調(diào)節(jié)三段入口溫度，此股氣體被加熱后，在上部換熱器上管箱內(nèi)與上部換熱器中心管出口的主氣流混合；二段副線氣直接進(jìn)入一段下部集氣盒，與一段反應(yīng)氣混合，調(diào)節(jié)二段入口氣體溫度；一段副線氣與一段中心管氣體混合，以調(diào)節(jié)零米溫度。一段反應(yīng)氣溫度在480 ℃左右，經(jīng)二段副線氣冷激降溫后進(jìn)入二段催化劑床反應(yīng)；一段反應(yīng)氣溫度在475 ℃左右，經(jīng)二、三段段間換熱器與入塔副線氣換熱降溫后進(jìn)入三段催化劑床反應(yīng)；三段反應(yīng)氣溫度在465 ℃左右，經(jīng)三、四段間的中間換熱器與入塔主氣流換熱后降溫后進(jìn)入四段催化劑床反應(yīng)；三段反應(yīng)氣溫度在440 ℃左右，經(jīng)下部換熱器與入塔主氣流換熱，溫度降至300～340 ℃，含氨14%～16%的反應(yīng)氣出合成塔。

4.3  技術(shù)特點(diǎn)

（1）阻力小。四段催化劑筐采用一軸三徑，床層高度低，且床層內(nèi)無(wú)冷管，氣體流通面積大，路徑短，因此阻力很小。

（2）氨凈值高，空速小，產(chǎn)量高。采用絕熱反應(yīng)，段間以間接換熱為主，不存在冷管型塔“冷管效應(yīng)”，也沒有冷激型內(nèi)件由于冷激造成的低氨凈值，使催化層溫度分布更加合理，催化劑利用系數(shù)更高，同等空速時(shí)的單程轉(zhuǎn)化率更高，同等產(chǎn)量時(shí)的空速更小，可比其他內(nèi)件氨凈值高1%～2%。

（3）運(yùn)行可靠。充分考慮了各部位的熱脹冷縮，可能存在熱脹冷縮的部分均設(shè)置了膨脹節(jié)，或采用填料密封，或采用金屬軟管連接。

（4）催化劑實(shí)現(xiàn)自卸�？紤]了大型塔的特點(diǎn)，設(shè)置了全塔催化劑自卸結(jié)構(gòu)。

（5）催化劑使用壽命長(zhǎng)。由于采用多段絕熱間接換熱，幾乎全部氣體經(jīng)過零米，對(duì)下部催化劑起到保護(hù)作用，在上部催化劑部分中毒失效的情況下仍可維持正常生產(chǎn)；催化層內(nèi)無(wú)冷管，避免了冷管型塔熱點(diǎn)下移快的現(xiàn)象，也不存在全冷激型塔全塔中毒。催化劑可部分更換，節(jié)約催化劑費(fèi)用，縮短停車時(shí)間。

（6）調(diào)節(jié)靈活。各床層溫度均有單獨(dú)副線調(diào)節(jié)，可靈活調(diào)節(jié)各段溫度。

5  氨合成催化劑裝填及還原情況

 5.1   催化劑裝填情況 （全塔A301型氨合成催化劑）：         

 5.2   升溫還原情況說(shuō)明：

    催化劑升溫還原采用塔外燃燒爐供熱，前期控制系統(tǒng)壓力3.5MPa,兩臺(tái)18 m³/min 循環(huán)機(jī)，水汽濃度2-3g/m³，同平面溫差≤10℃，觸媒0米溫度≥490℃達(dá)到10小時(shí)以上。后期提壓至11.0MPa，三臺(tái)18 m³/min循環(huán)機(jī)滿量，底部溫度≥470℃連續(xù)20小時(shí)，水汽濃度≤0.2 g/m³連續(xù)8小時(shí)，還原徹底，合計(jì)還原時(shí)間200小時(shí)。

 

6.1  輕負(fù)荷運(yùn)行情況

2012年8月5日開始催化劑還原，8月22日還原結(jié)束（其中處理管道停止180小時(shí)），進(jìn)入輕負(fù)荷生產(chǎn)。由于部分造氣爐沒有竣工，未全部并入系統(tǒng)，供氣量只能滿足3臺(tái)340 m³/min的壓縮機(jī)運(yùn)行，還有新系統(tǒng)、新工藝、新員工的協(xié)調(diào)問題，造氣氫氮比控制有待優(yōu)化，氨合成系統(tǒng)高壓管道振動(dòng)無(wú)法開3臺(tái)循環(huán)機(jī)，只能開2臺(tái)18 m³/min循環(huán)機(jī)，系統(tǒng)近路全部關(guān)死，循環(huán)機(jī)近路全部關(guān)死，循環(huán)機(jī)入口壓力15.52 MPa，出口壓力15.91 MPa，系統(tǒng)壓差0.39 MPa，合成塔入口壓力15.87 MPa，出口壓力15.63 MPa，合成塔壓差0.24 MPa。

合成塔主線全開，一段副線開40%，二段副線全關(guān)，三段副線開30%，四段副線開10%。 合成塔入口溫度148 ℃，出口溫度274 ℃，1^#水冷入口溫度49.2 ℃，氨冷入口溫度0.8 ℃，出口溫度 -9.3 ℃；系統(tǒng)放空氣CH₄含量19%（不含Ar）；合成塔入口氨含量2.95%，出口氨合成11.6%。（溫度分布見附圖

5.2  滿負(fù)荷運(yùn)情況

2013年5月3日開5臺(tái)340 m³/min的壓縮機(jī)運(yùn)行，合成系統(tǒng)循環(huán)機(jī)進(jìn)口壓力16.47 MPa，出口壓力17.72 MPa；合成塔進(jìn)口壓力17.63 MPa，出口壓力17.60 MPa；合成塔進(jìn)口溫度136.4 ℃，出口溫度278.9 ℃，氨冷溫度-9.8 ℃，一段催化劑層溫度475℃，二段催化劑層溫度470 ℃，三段催化劑層溫度470 ℃，四段催化劑層溫度460 ℃；合成塔進(jìn)口氨含量2.63%，出口氨12.87%。5月3、4、5、6、7日液氨產(chǎn)量分別為688.97 t、679.23 t、635.68 t、728.71 t、683.9 t。噸氨耗白煤1.18 t，煙煤57.4 kg，耗電1 326.23 kW·h。

陽(yáng)煤集團(tuán)和順化工氨合成系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，A301催化劑具有高活性、低溫活性好、極易還原等特點(diǎn)，JR型DN2400氨合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，產(chǎn)量高，反應(yīng)熱回收利用合理充分，運(yùn)行安全可靠，節(jié)煤、節(jié)電、副產(chǎn)蒸汽效果明顯，合成氨產(chǎn)量及各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。