氨合成系统技术进展

第36卷第2期化肥工业2009年4月.氨合成系统技术进展谢定中(湖南安淳高新技术有限公司长沙410015)摘要阚述了MJD2000, wJD3000和IJDS型氨合成塔内件及系统的设计思想及其特点。IJD 型系列塔已在多家氟肥企业的装置新建或改造中采用,单塔生产能力和系统节能降耗效果均较突出,并介绍了配套开发的XA209型氨合成催化剂的性能。关键词IJD合成塔 氨合成 技术进展Advances in Technology for Ammonia Synthesis SystemsXie Dingzhong(Hunan Anchun Advanced Technology Co., Ld. Changsha 410015)Abstract The desien idea and characlresis of Type M JD2000. JD3000 and IJDS ammoniasynthesis reactor internals and systems are deseribed. The Type MJD reactor series have been adoptedby several nitrogenous fertilizer enterprises for newly built units or revamp, and the single reactor ca-pacity and the resuls of energs: saving and decrease in consumption of the sytems are outstanding. Theperformance of Type XA209 ammonia synthesis catalyt is also given, and it is developed to form acomplete set.Keywords皿JD reactor ammonia synthesis technological advances湖南安淳高新技术有限公司(以下简称安淳公司)开发设计氨合成系统已有十多年的历史，先后开发出MJ和血JD型氨合成塔,单塔合成氨中混合暴I生产能力20~ 180 kVa,使用效果都很好。J冷管绝热型氨合成塔塔径小,合成氨生产能力20 ~110 kU/a,采用全轴向或一径多轴。皿JD2000型氨合成塔包括中400, 中600, φ1800, φ2 000换热番和φ2 200 mm5个系列,在技术上有较大提升,使用效果比较突出。目前湖南安淳公司正在开发设计WJDS型节能氨合成系统系列。该系统具有节能效果显著、单系统生产能力大设计思路新颖、合成塔结构简单可靠等特点c圉1 JD 氨合成塔内件结构简圉1皿JD2000氨合成系统的特点为径向绝热段。以φ1 600和φ1 800 mm氨合成塔为例.详(2)氨合成塔内气体流程特点是采用分流工细介绍氨合成塔及M JD2000氨台成系统的特点。艺，中国煤化工内换热器加热(1)氨合成塔(图1)的结构特点是:由I个冷至36应;另外30%管束构成的5段反应器.其中一、二段为轴向绝热THC.NMH青束，加热后段.三段为径向绝热段.四段为径向冷管段.五段进入一、二段间作为-段反向热气的冷却气采4.第36卷第2期化肥工业2009年4月用分流工艺后,阻力小,冷管段传热温差大，冷管-5 C ,水冷进口温度70-80 C ,运行平稳。面积小,大大提高了容积系数。MJD2000 φ2 000 mm系统已于2006年8月(3)冷管束为同一平面内外环冷管束,冷气在河南心连心有限公司投运,运行效果很好。氨.由上至下进人内环管,然后分成两股,一股先向下合成塔净空高18 m,催化剂容积33.5 m' ;其结构再向上,另一股先向上再向下,汇合于外环管,再为3层,第1层为轴向绝热层,第2层为径向间冷由上升管导人一、二段间。这种冷管束结构新颖，层,第3层为径向绝热层。适合径向催化反应床。因内、外环管在催化床.3 JD3000 氨合成塔内件及系统的设计(轴向)中间,有利于冷管的伸缩,比上、下环冷管特点束更稳定可靠。(4)反应后热气的塔内换热器布置在中心,为实现单系统规模化和大幅降低能耗,在上为瘦长型,换热管加工成横纹管,大大提高了传热述塔型的基础上设计开发了切JD3000 φ2 200和系数,减少了传热而积,增加了塔容积利用系数:φ2 400 mm氨合成系统。其总的设计思想是:降(5)氨合成塔催化床(高度)中80% ~ 85%低零米层温度.提高热点温度和二进温度,降低进是径向筐,阻力小。塔氨含量,大幅提高出塔氨含量;提高出塔温度,(6)氨合成系统配卧式单氨冷器,其上部配提高回收蒸汽压力;简化合成塔结构。有高位卧式闪蒸槽,使氨冷效率大大提高。(1)合成塔结构特点MJD3000二合-氨合成塔结构简图见图2。2 IJD2000 φ1 600和中1 800 mm氨合预热未反庵气成系统使用效果第1套MJD2000 φl 600 mm氨合成系统于2000年在岳阳化肥厂投人使用,随后河北邯钢化肥厂,河南心连心、驻马店,山西晋城二化,江苏张家港,福建三明，山西晋丰闻喜先后采用。以山西lW天脊晋城化工股份有限公司为例，系统运行情况为:开6台6MD32-180/320和2台6M16-57/320高压机;开8.0和1.8 m'/min循环机各2台;合成氨产量640 Vd;循环气中含CH,体积分数为21% ~ 23% .系统压力为28.5 MPa;二进温度为165 C ,零米层温度400 C ,热点温度465 C,二出温度300 C ,热交出(水冷进)温度60 C;系统压差1.20 MPa,合成塔压差0. 36 MPa。反成气-IJD2000 φ1 800 mm系统已在山东瑞星、德预鹅*反气齐龙(两套)、江苏新沂恒盛华昌、山西高平晋丰围2 JD300 二合一氨合成塔结构简图等企业投入使用。该系统有两种型号,一种净空①氨合成塔为三层四段、三径一轴结构,径高为16 m,催化剂装填量25.4 m' ;另-种净空高向段占床高70%。第1层为轴向绝热段,第2层为18 m,催化剂装填量28.4 m'(山西高平晋丰)。包括径向间冷段和绝热段,第3层为径向绝热段。以山东德齐龙化工集团为例，系统运行情况如下:②进塔未反应气预热至240 C左右,出塔热当循环气中CH,体积分数为21% ~22%时.氨产气温度为420 C。量为580 -600 Vd,系统压力23 ~25 MPa,零米层8冷管束换执器与隔板从项部往下分别安温度390 -400 C ,出塔温度300~310 C.开3台中国煤化工.也可设计成平8 m//min循环机,系统压差1.2 MPa,合成塔压差顶HCNMHG0.3 -0.4 MPa,同平面温度差2 ~4 C.氨冷温度④结构简单.催化剂自卸.台成塔阻力0.2-5第36卷第2期化肥工业2009年4月0.3 MPao(2)工艺流程⑤合成塔高径比8~9。IJD3000氨合成系统工艺流程见图3。230鯴分|台峪废锅袖分精炼气图3 M JD3000氨合成系统工艺流程反应后出塔气体(含氨体积分数16% ~体积分数17.0% ,空速低(5977.89 h");18% ,温度420 C)依次经废锅(副产压力3.5~⑦采用高钴(含氧化钴质量分数2%以上)、3.9 MPa蒸汽,温度降为约275 C)、热交(70 C稀土元素和多种助剂组成的高活性、低压.宽温型左右)、水冷(40 C左右)冷交,温度降至16 C左氨合成催化剂,起始零米层温度340 ~350 C,热右后分离冷凝氨;气体再经-级氨冷( -5 C).二点温度500 C左右。级氨冷( -23 C)分离冷凝氨后,进冷交管内,被4 IJDS氨合成系统加热至25 ~28 C送至循环机;出循环机的气体与通过补气油分补人的新鲜气混合(含氨体积分数HIJDS氨合成系统是在皿JD3000的基础上1.8% ~2.0% )后分两股进塔:一股(占总气量体又提升了一大步,其氨合成流程见图4。积分数15% ~20% )进环隙;另- -股(占总气量体IJDS氨合成系统具有如下特点:积分数80% ~85%)送热交,加热至240 C后再(1)采用双塔双锅、塔锅一体,即合成塔与废分成两股,一股(占总气量体积分数30% ~35% )锅连成一体;对材质要求不高,免除了热应力很大与出环隙的未反应气混合,从塔顶进中层热交加的连接管道,节省了占地面积。热,然后进第1绝热段,其余(占总气量体积分数(2)第1合成塔只有1个绝热反应层,零米50%)进下层内热交加热;所有气体均被加热至层温度330 ~360 C ,绝热反应后的温度为490 ~380 C后依次进入第I ,第2和第3催化剂床层反500 C .氨净值9.6% ~11. 0% (体积分数),塔容应,反应后气体出塔。积小,塔体简单。(3)流程特点(3)第2合成塔基本上为绝热反应,容积大，①回收余热,副产3.5~3.9 MPa饱和蒸汽;催化剂装填量多(占总装填量的80% ),最终氨净②两级氨冷,第1级降温至-5 C ,第2级降值18% ~ 19% (体积分数)。温至-15 C;(4)吨氨废锅副产3.9 MPa饱和蒸汽1 t左右。③循环机设置在塔前;(5)适用于单系统大型化装置,其高压筒体④放空设置在循环机前,此处氨含量最低，直径相对于单塔直径小,加工制造.运输、安装相甲烷含量最高.且冷量已被回收;补气设置在循环中国煤化工机后,可充分发挥循环机能力;⑤进水冷温度70 C .节约冷却水用量;5TYHCNMHG⑥进塔气含氨体积分数1.8% .出塔气含氨为适应用JD3000及田JDS内件设计氨净值第36卷第2期化肥工业2009年4月3.9MPr包衅气I蒸精. NH2.09%2度铜《体积分数)校」>」二分分oNH,10.6%NH,19.0%or/冷校(体积分数)图4 IJDS 氨合成系统工艺流程图高要求,配套研制了低温、宽温、小粒度XA209型(2) IJD2000型系列基本特点为:冷管绝热氨合成催化剂。该催化剂是在XA201型氨合成型,冷管为同平面内外环上下并流型,适于径向冷催化剂的基础上,通过提高钴含量、加入稀土元素管段反应;塔径大,生产能力大(120 ~220 kVa);和氧化锆,并对其它组分进行了调整。活性检测两轴三径,阻力小;塔下换热器为细长形,传热系结果表明,在15 MPa以及30 000 h-'的条件下，数大。330 C时出口氨体积分数6. 6% ,415 C时出口氨(3) IJD3000型系列基本特点为:间冷绝热体积分数16. 8% ;催化剂在580 C耐热20 h再降型,- -轴三径;第4段反应后热气在塔外废锅冷温至415 C,出口氨体积分数为16. 2% ;正常运却,产生中压或次中压蒸汽;塔体与废锅二合一,行时,零米层温度可控制在330 ~360 C ,热点温节约约40m大管径、高温抗氢腐蚀管道;采用两度490 ~500 C。级氨冷,进塔气含氨体积分数1.8% ~2.2%,二进温度240 C ,二出温度400 C以上;生产能力更6结语大(200 ~ 250 kVa) ,运行压力20 ~22 MPa,阻力湖南安淳高新技术有限公司开发、设计制造更小。的氨合成塔及系统分为MJ(中600, φ800, φ 000(4) M JDS型基本特点为:双塔双锅,塔锅一以及φl 200 mm),皿JD2000(中1 400,中1 600,体;适用于大型化装置,单系统生产能力可以达到φ1800和φ2000mm)以及JD3000(φ2200和300 kUa;更节能,吨氨副产中压蒸汽I ;氨净值φ 400 mm), M JDS型系列4个技术层次。高,阻力小,循环量小;比HJD型系列有更大的进(1)皿J型系列基本特点为:冷管绝热型,全步。轴向或- -径 多轴.阻力较大;塔径小,生产能力小.(5)可JD3000型和皿JDS型配XA209型催化(20~110 kVa);塔下部换热器为鼓型.换热气体剂时,运行效果更好。流速小,传热系数小。(收稿日期2009-01-20)000001100000000000.0.0000000000000000000000000限责任公司与辽宁北台钢铁(集团)有限公司合黑龙江省鹤岗市建设煤化工项目作建设的鹤岗新华煤化工项目,于2008年7月黑龙江省鹤岗市拥有年产煤炭21 000 kt以11日在龙煤矿业集团签约。该项目总投资额为上的鹤矿集团8大煤矿和70余个地方小煤矿,黑60中国煤化工成氨.1 040 k尿龙江省鹤岗市原煤具有低磷、低硫、低灰的特点，MYHCNMH G责任公司 成都为发展煤化工产业提供了丰富的煤炭资源:由黑610301汪家铭)龙江省鹤岗市人民政府.黑龙江龙煤矿业集团有7