1、合成氨工艺总流程本装置以中原油田天然气为原料，采用传统流程的一二段烃类水蒸气转化，高低变，脱碳及甲烷化法。1、 原料气压缩和脱硫来自界区，压力 2.25 巴（绝） 、温度 30，含总硫 50p.p.m 的天然气，经分离器(01-F001)分离掉所带油水后，进入原料气压缩机(01-K001),经四段压缩至 52.5 巴（绝） 、温度 114。出原料气压缩机的气体与来自合成压缩机（07-K001）的少量合成气相汇合，控制含 2-5%H2，作为予脱硫钴-钼加氢转化用。一二段烃类水蒸汽转化是在镍催化剂上进行，硫及其化合物对镍催化剂毒害极大，要求进入转化的原料气中含硫量在 0.1p.p.m 以下，因此转
2、化前必须脱硫。经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管（03-B002E04）加热至370，于钴- 钼加氢反应器（01-R001）中反应，将有机硫转化为无机硫。然后在氧化锌脱硫槽（01-R002A/B）里硫被脱除，控制含硫小于0.1p.p.m。2、 转化经脱硫的原料气与来自工艺冷凝液汽提塔（05-C003）的水蒸汽和来自冰机的蒸汽透平（09-MT01）或发电机蒸汽透平（85-MT01 ）的背压蒸汽，按比例调节进行混合，控制水碳比为 2.75 左右、温度在 372。此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管（03-B002E01A ）和（03-B002E01B）换热，在两盘管间还设置喷雾温度调
3、节器（03-B002E08）用它来调节出盘管（03-B002E01B）的混合气加热至 580。此混合气从转化炉管顶部进入，在镍催化剂作用下进行转化反应。出一段炉的转化气压力 43.5 巴、温度 804，含 16.3%CH4。含 CH416.3%的一段转化气自二段炉（03-R001）底部进入，经中心管至炉顶，与来自空压机（02-K001） ，压缩至 45 巴，途径加热盘管（03-B002E03）加热至 500的工艺空气相混合，于炉中上部空间进行燃烧反应，反应后气体温升至 1250左右。此高温气体相继流经炉中催化剂床层，继续进行转化反应。出二段炉的转化气（工艺气） ，温度 983左右，残余甲烷含量
4、0.9%以下。为回收此高温工艺气的热量，入工艺气冷却器（03E001）使之产生 328、125 巴的高压蒸汽。出（03-E001）温度 588的工艺气继续入高压蒸汽过热器（03-E002）,喷雾温度调节器（03-E005 ）,控制其出转化工序的工艺气温度为 370左右。经预热后的锅炉给水注入汽包（03-D001）,汽包与工艺气冷却器（03-E001） 、废热锅炉（ 04-E001）和辅助锅炉相连通，设计为自然循环。自汽包输出的高压蒸汽，依次流经高压蒸汽过热器（03-E002）(03-B003E01)和(03-B002E02), 将蒸汽过热至 535，再分别送入冰机和发电机的蒸汽透平作动力。3、
5、 变换CO 变换采取高低变流程。370的转化工艺气，自高温变换炉顶部进入，于铁-铬系催化剂条件下进行反应，温升到 444，CO 含量降至 3.87%。高变气由炉底出来，入废热锅炉（04-E001） ，回收热量产生高压蒸汽，高变气被冷却至 375，继入锅炉给水预热器（04-E002）,降温至 204，而后入低温变换炉。低变是在铜-锌-铝系催化剂条件下进行反应，反应后气体温升至236，CO 含量为 0.36%。低变气在锅炉给水预热器（04-E003 ）中换热，冷却至 176，此温度下已有水蒸汽冷凝。为便于低变催化剂的升温还原，还专设置一套氮循环系统。4、 脱碳CO2 脱除，采用节能型的苯菲尔脱碳流
6、程。为回收低变气中的热能，含 CO217%左右的低变气依次流经气体冷却器（05-E001 ）,再沸器（ 05-E002）及脱盐水预热器（ 05-E009）而得以产生低压蒸汽，发生汽提蒸汽和加热了脱盐水。低变气冷却至95左右，自吸收塔（05-C001）下部进入，与塔顶喷淋下来的吸收液（贫液）逆流接触。经下塔吸收后的气体中 CO2 含量降至 0.4%，再经上塔吸收，从塔顶逸出的脱碳气，温度 70，CO 2 含量却为 0.1%。而后经分离器（05-F002）回收随气体带出的溶液。吸收塔底流出的富液，经水力透平（05-MT01）送至解吸塔（05-C002）顶部，溶液减压闪蒸出部分水蒸气和二氧化碳，然后
7、向下流经解吸塔填料，此时溶液与再沸器（05-E002）及闪蒸槽（05-D002）返回的蒸汽逆流接触，实现汽提，达到再生目的。解吸塔顶部压力控制为 1.52 巴（绝）时，塔底溶液温度为 118左右。解吸塔底流出的溶液，入闪蒸槽（05-D002）,经五级闪蒸压力降至 0.89 巴（绝） ，此时溶液温度为 100左右。闪蒸释放出的蒸汽由蒸汽喷射器（05-A001,05-A002,05-A003,05-A004）和蒸汽压缩机（05-K001）注回解吸塔。为节省蒸汽压缩机功耗，在最后一级闪蒸溶液用锅炉给水做适当加热。再生好的溶液，经贫液泵（05-P001A/B）送出，分两路送入吸收塔：一路为大致 25%
8、的溶液量，经热水加热器（05E010A/B） ，将溶液冷却至 70入上塔；另一路则将其与 75%的溶液量，不经冷却器直接送入下塔。且溶液泵（05-P001A/B ）与水力透平（05-MT01）是在同一轴上，由此水力透平所回收的能量可以补偿溶液泵轴功率的 40%。脱碳系统中，自分离器（05-F001）分离出来的工艺冷凝液，经冷凝液预热器（05-E008） ，被冷却至 98。由冷凝液泵（05-P006A/B）送经冷凝液预热器（05-E011A/B）被加热后入汽提塔（05-C003） ，与来自冰机蒸汽透平（09-MT01）或发电机蒸汽透平（85-MT01 ）的背压蒸汽与塔中逆流接触，进行汽提。使用水
9、蒸汽量每小时 15 吨。塔顶逸出的汽提蒸汽（其中包括转化、变换的付产物甲醇、乙醇、氨等）送往转化工序。从解吸塔顶（1.52 巴、94）排出的 CO2 气，入脱盐水预热器（05-E004A/B） 、水冷却器（05-E007A/B）换热，冷却至 40。此 CO2气冷凝液于（05-F003）和（05-F005）分离器中将冷凝液分离下来，用泵（05-P002A/B）将少量冷凝液分别送入解吸塔顶的洗涤塔板、闪蒸槽的洗涤料盘作洗涤水和溶液泵、水力透平的清洗液。而其余冷凝液经（05-E008）预热至 120，送回（05-E001）作为锅炉给水用。分离器分离出的 CO2 气，送尿素装置 CO2 气压缩机的吸入
10、端。5、 甲烷化脱碳气中含 0.1%CO2、0.44%CO，是远远超过对合成气中（CO+ CO2） 10p.p.m 的要求，为此采用甲烷化法除去少量的 CO 和 CO2。70的脱碳气，在换热器（06-E001）中被加热至 300，入甲烷化炉（06-R001）,反应放热，温升至 336左右。此热气在换热器（06-E001）中被冷却至 100。继入水冷器（06-E003）中，冷却至 40，气中含（CO+ CO 2）10p.p.m，成为合格的 N2 . H2 混合气，即新鲜气。6、 合成气的压缩及氨合成氮与氢在铁催化剂条件下合成氨，当压力 98.24 巴、440时，平衡氨含量为 17.92%。因此，
11、大量未参与合成的 N2 . H2 应循环使用。同时，为降低合成氨能耗，采用了径向合成塔和两级氨冷。甲烷后的工艺气（新鲜气） ，在 38.3 巴、40下，经分离器（07-F001）分离水份，入离心式合成气压缩机（07-K001） ，经一段压缩至65.4 巴、112，此时少量气体送脱硫，用于钴-钼加氢，大量气体经中间冷却器（07-E002 ）和分离器（ 07-F002）冷却分离后，入合成气压缩机高压缸，压缩至 101.95 巴、100。为保证催化剂不受毒害，出高压缸的新鲜气进入第一氨冷器（08-E005）,冷却器至 5此时新鲜气的水蒸汽和 CO2 气被冷凝，于分离器（07-F003）中分离掉。自（
12、07-F003）逸出的新鲜气与（08-E005）出口的回路气在管路中汇合，由于回路气中部分液氨的汽化，使汇合后的循环气降温至 0.9，继入第二氨冷器（08-E006） ，降温至 10，在该温度下大部分气氨冷凝。随之物流入氨分离器（08-F001） ，分离下来的液氨入氨闪蒸槽（08-D001）,闪蒸后的液氨，用泵(08-P001A/B)送往尿素装置或球罐储存，从（08-F001 ）分理出的冷气，经冷热交换器（08-E004）回收冷量，而后入（07-K001）循环段进行压缩，以补充回路压降的损失。出循环段的气体（105.8 巴、32） ，经热交换器（08-E002）,温升至 239左右，入合成塔（
13、08-R001） 。105 巴、239、含 4.12%NH3 的循环气，流经三床层的径向合成塔，在铁催化剂上进行合成反应。出塔气压力为 101 巴、414、含16.36%NH3，入废热锅炉（08-E001）回收热量，产生 127 巴、329的高压蒸汽。合成气被冷却至 275，继入（08-E002） 、 （08-E003 ） 、 （08-E004）换热器换热，合成气温度分别降至 53、38、23，而后入第一氨冷器（08-E005） 。出第一氨冷器的回路气与新鲜气相汇合为循环气。这样形成的一个循环过程，称之“合成回路” 。因新鲜气中含惰气（CH 4+Ar）1.86%,在不断循环过程中惰气的含量会积
14、累增多，影响氨的生成。为此，出（07-K001）循环段的气体需要放空一部分，以控制循环气中惰气含量。此放空气送往氨回收装置。7、 冷冻来自第二氨冷器（08-E006）的气氨（15、2.36 巴）来自第一氨冷器(08-E005) 及气体冷却器（10-E004）的气氨（0.5、4.38 巴） ，分别进入氨压缩机又称冰机（09-K001）一段的吸入侧，经一段压缩的出口气氨（86、9.34 巴） ，入中间冷却器（09-E005）冷却后与从氨闪蒸槽（09-D001）来的气氨相汇合，于 42、9.08 巴压力下进入（09-K001）的二段吸入侧，压缩至 16.6 巴、100，经水冷器（09-E002A/B
15、）冷却冷凝，气氨液化为液氨，入氨受槽（09-D002 ） 。冰机由蒸汽透平（09-MT01）驱动。氨受槽（09-D002）中的液氨，温度较高，可称为热氨。此热氨流经换热器（09-E003A/B） 、氨闪蒸槽（09-D001）及产品氨加热器（09-E004）与来自闪蒸槽（08-D001）的冷氨进行热交换，使之冷却、减压降温，重新作为冷冻剂送往氨冷器（08-E005） 、 （08-E006 ）和气冷器（10-E004）使用。冷氨用泵（08-P001A/B）提压至 22.6 巴、20送往尿素装置。8、 氨回收氨合成回路的放空气及氨闪蒸槽（08-D001）的闪蒸汽（驰放气）中氨需要回收。此流程采用水吸
16、收，氨水再蒸馏的方法。氨合成回路来的放空气，入吸收塔（10-C001）底部，与塔顶喷洒下的净化水作逆流吸收。吸收后，气体中还含氨 0.02%，继入气体冷却器（10-E004 ）,用氨冷将气体中残氨冷凝回收，处理过的气体主要去氢回收。但去氢回收的气体量由 CO2NH 3 比来决定，过剩气体送燃气轮机或一段转化炉的燃料系统。闪蒸槽（08-D001）来的驰放气，入吸收塔（10-C003）底部，用净化水吸收，出吸收塔气体中含氨 0.1%送一段炉燃料系统。吸收塔（10-C001）底流出的氨水，浓度为 15%（摩尔） ，经换热器（10-E001A/B/C）加热后 ,加入汽提塔（10-C002）的两填料段之
17、间。以此同时，从吸收塔（10-C003）底流出的氨水，用泵（10-P002A/B）也同样加入汽提塔两填料段之间。汽提塔在加料口的上部为精馏段，下部为提馏段。汽提蒸汽由再沸器（10-E005 ）提供，再沸器用中压蒸汽加热。汽提塔顶设有冷凝器（10-E003） ，从塔顶蒸出的气氨，在冷凝器中冷却冷凝为液氨，部分液氨做回流液，其余液氨送闪蒸槽（08-D001） ，未冷凝汽送惰气冷却器（09-E001） 。汽提塔底流出的氨水浓度为 0.11%（摩尔） ，经换热器（10-E001A/B/C）和水冷器（10-E002A/B）冷却后，分别返回吸收塔（10-C003）和用泵（10-P001A/B）送回吸收塔（
18、10-C001）作吸收剂，如此循环使用。9、 氢回收经氨回收后的气体，按 NH3CO 2 平衡的要求量入吸附器（11-R001A/B） ,将气中的 NH3 、HO 2 、CO 2 彻底清除，而后入冷箱（11-E001） ,冷却降温使部分 N2 及 CH4 冷凝液化，形成富氢气，于分离器（11-F001）中分离。分离出的富氢气入（07-K001）循环段。分离出的液体经减压阀减压，自由膨胀而降温，冷气返回冷箱与入气相换热，来降低入气温度。出冷箱尾气，部分去再生气预热器（11-E002）,被加热后入吸附器（11-R001A/B）将分子筛再生，再生气送燃料系统；其余部分尾气则直接送燃料系统。10、 氨
19、贮存有两个球形氨罐，每个贮氨量 2500 吨。液氨在 4.8 巴、3条件下贮存。其流程设置正常操作时：氨合成装置正常运行，产品液氨直接送往尿素装置。这时没有产品氨送入氨罐。只因外界的热传入球罐，使少量的液氨蒸发为气氨。此时将这些少量的气氨经压力控制系统（PIC）送冷冻装置。气氨经氨压缩机压缩，冷凝器（09-E002A/B）冷凝，再返回球罐。气体压缩制氨装置对气体的输送、压缩和制冷过程，共设置了四台离心式压缩机。即原料气压缩机（01-K001） 、空气压缩机（02-K001） 、合成气压缩机（07-K001 ）和氨气压缩机（09-K001） 。这四台离心式压缩机除空压机由燃气轮机驱动外，其他均为
20、汽轮机所驱动。1.原料气压缩机（01-K001）对大型化、单系列日产 1000 吨氨的装置，原料气流量大，压缩比又较低的条件下，宜采用离心式压缩机。加之界区送来天然气气压低，进吸入端压力仅只 2.25 巴，因此，选用了 2MCL528-2BCL358 型双缸四段离心式压缩机，它由 NK32/36 型蒸汽透平所驱动。正常生产时，入压缩机原料气原料气流量为 23261Kg/h，经三段压缩后其中 1402Kg/h 送燃气轮机，其余 21859Kg/h 入四段压缩至 5206 巴后入一段转化炉。2.空气压缩机（02-K001）二段转化炉所需工艺空气，燃气轮机所需燃烧空气和全厂的仪表空气等均有空气压缩机
21、供给，因不同用处所需空气的压力、流量等参数的各异，选用了 2MCL805+3MCL457 型离心式压缩机。该机由 MS3002型燃气轮机（02-MT01）驱动，在开工操作和极限操作工况时，为保证燃气轮机工作状态的效率，还配置有由中压蒸汽驱动的背压汽轮机作为辅机。同时为保证燃气轮机所使用空气的质量，配置有全自动的脉冲净化过滤器（02-MT01-FOV）和空气入口消音器（02-K001-D001 ） 。流程图 No.13.合成气压缩机（07-K001）为实现氨合成回路的要求及本装置入合成气压缩机的进入压力为38 巴，最终排出压力为 105.8 巴这一压缩比小而段数少的特征，选用了双缸三段的 BCL
22、407-2BCL407 型离心式压缩机，最后一段为循环段，新鲜气与回路气在缸外混合。该机由汽轮机（07-MT01）驱动。流程图No.5。经甲烷化冷却器（06-E003）冷却后的合格 N2、H 2 混合气，即合成气，其中含水分 0.19%。在 38 巴 40入（ 07-K001）一段，压缩至 65.4巴，温度 112。出一段合成气约 45.4Kmol/h 的气量送脱硫钴- 钼加氢反应使用，其余气量经中间冷却器（07-E002 ）和分离器（07-F002）冷却分离水分后入二段压缩。出二段气压力为 101.95 巴、100，气中还存有极少量的水蒸汽及 CO2 ，这些含氧化合物不仅是催化剂的毒物，且易
23、产生结晶，堵塞管道，危害设备。为了确保安全生产，必须清除极少量的水汽及 CO2 ，因此，出二段的合成气依次经水冷器（07-E003）和氨冷器（08-E005 ） ,降温至 5，此时水蒸汽及 CO2 几乎全部冷凝，入（07-F003）将其分离。出分离器的合成气与回路气汇合后循环入三段（循环段） ，经循环段压缩至 105.8 巴，32。4.氨气压缩机（09-K001）又称冰机据本装置为两级氨冷的冷冻循环，选用了 2MCL528/1 单缸两段离心式压缩机，由 HG32/20 背压冷凝式蒸汽透平（09-MT01 ）所驱动。01-K001-P01/P02 润滑/密封油泵02-MT01-P02 辅助润滑油
24、泵02-MT01-P04 调节油泵03-P001A/B 冷凝水泵05-P001A/B 溶液泵（主泵）增压泵05-MT01 水力透平05-P002A/B 冷凝水泵05-P003A/B 过滤泵05-P005 废液泵05-P006A/B 冷凝液泵07-K001-P01/P02 润滑油泵07-K001-P03/P04 密封油泵07-P001A/B 冷凝液泵07-U003-P01/P02 润滑油泵09-K001-P01/P02 润滑/密封油泵10-P001A/B 洗涤泵08-P001A/B NH3 泵82-P001A/B/C 锅炉给水泵81-P001A/B 液氨泵尿素装置P-101A/B 高压氨泵P-102A/B 高压碳铵泵P-103A/B 中压碳铵液泵P-105A/B 氨升压泵P-106A/B 尿素溶液泵P-108A/B 熔融尿素泵P-110A/B 蒸汽冷凝液冲洗泵 高压冲洗泵P-113A/B 蒸汽冷凝液泵P-114A/B 解吸塔给料泵P-115A/B 水解器给料泵P-117A/B 冷凝液抽提泵P-118A/B 润滑油泵
