GC型Φ1500氨合成系统的使用总结

GC型Φ1500氨合成系统的使用总结

兖矿集团峄山化工有限公司 朱本启　陈立　王伟     我公司合成氨生产能力为20万吨/年。合成工段原运行一套φ1200mm、两套φ800mm的氨合成系统，其中φ1200mm的氨合成系统于2000年6月投产。随着前面系统的改造，生产负荷的逐渐加大，现有氨合成装置能力明显偏小，主要反映在合成压力高（31.0MPa）、漏点多、系统阻力大（2.3MPa）、惰性气体含量低（12～13%）、压缩机超电流、放空量大、造气消耗高等。     为降低系统能耗，满足将来进一步发展的需要，我公司决定新上一套氨合成系统替代原有的两套φ800mm的氨合成系统。在新合成系统的选择上经相关部门充分调查、研究、论证，决定委托南京国昌化工科技有限公司（以下简称国昌公司）进行新系统的设计工作，同时选用国昌公司开发的、技术上成熟的GC型φ1500mm一轴三径氨合成内件及附属设备内件。整个工程于2002年9月开始动工，各相关单位通力合作，经过9个月的紧张施工，于2003年6月一次开车成功，通过几个月的运行，节能效果非常明显。 一、氨合成塔内件的结构特点及系统流程 1．合成塔内件采用的是国昌公司开发的GC-R103Y型，其特点为： （1）结构形式为一轴三径，催化剂床层分为四段，第一段为轴向层，第二、三、四段为径向层，轴径向段间及各径向段间设有冷激分布器，四层催化剂的温度分别通过四股冷激气加以控制。 （2）全塔以径向层为主，2.2～3.3mm小颗粒的催化剂装填量占总催化剂量的85%，因而合成塔内件在运行中不仅阻力低，而且氨净值高。 （3）内件采用组合式结构，第一、二触媒筐可从塔顶吊入或吊出，便于内件吊装及维修，且采用催化剂自卸结构，便于催化剂的装卸。 2、塔内流程：部分冷气从塔顶一入进塔，经内、外筒环隙冷却塔壁后由一出进热交，加热后气体从二次进口入塔，经下部换热器管间换热后进中心管返回到第一轴向层反应。反应后气体在菱形分布器中与冷激气混合降温后再进第一径向层反应，气体自内向外通过催化剂，再在外集气筒内与冷激气混合进入第二径向层，气体由外向内通过催化剂，反应后的气体再与第三冷激气混合直接向下，进入第三径向层内分布器，自内向外在第三径向层反应后的气体经下部换热器管内与管外的二入气体换热后出塔，四层催化剂床层的温度分别通过四个冷激气加以调节、控制。 3、针对我公司以前合成工段在生产运行中，冷交易堵，造成系统阻力大的问题。本次合成系统我们对工艺流程作了部分改进： （1）新鲜气补充到循环气氨冷器的进口，在设计中增大循环气氨冷器的换热面积。 （2）改二级分离为一级分离，取消常规设计中冷交的分氨功能，加大氨分容积。 （3）冷交内件设计上，让冷气体走管间。这样就增强了液氨对新鲜气中油、水、CO2的洗涤、分离，既净化了气体，又有效的防止了冷交堵塞。 4、放空气的回收。因取消了冷交的分氨功能，放空气中氨含量较高。本次流程中利用闲置的旧设备作为放空气分氨系统，利用循环气氨冷出来的气氨对进入小氨冷器的补充气进行冷却，经小氨分进行分离，增加了成品氨的回收，分离氨后的气体进入提氢系统，减轻了等压回收负荷。 5、合成系统流程如图1： 6、合成内件结构简图见图2： 二、系统的设计参数 三、高压管道的安装 φ1500合成系统的高压管道采用整体工厂化预制，由浙江工业大学设备厂负责生产并安装。比原设计节约节省资金达40.5万元。在短短的一个月的时间内，保质保量的完成安装任务，确保整个系统顺利投产。 四、系统设备一览表 五、催化剂的装填 本炉催化剂采用山东临朐大祥精细化工有限公司生产的DNCA与A110-1型氨合成催化剂混装，结合DNCA的低温、低压、高活性的性能，轴向层装DNCA型催化剂，三个径向层装A110-1型催化剂，共装填45.0吨。 六、升温还原 在催化剂厂及国昌公司指导下，还原采用“分层还原”法，由相对应的冷激气灵活调节各层温度。各层催化剂依次经过升温期、还原初期、还原主期、还原末期四个阶段，还原过程按照“三高三低”（即高空速、高氢含量、高电炉功率和低水汽浓度、低温度、低氨冷温度）的原则。轴向层升温时应保证触媒零米温度提到480℃以上，尽可能在低温低压下多出水，以期轴向层触媒彻底还原；径向层还原时充分利用轴向层已还原好触媒的反应热，适当提高系统压力，尽可能加大入塔循环气量，把大量还原水汽带出来。 φ1500合成系统于2003年6月5日17：00进行置换，18：50置换合格后，整个系统升压试漏。 6月6日0：30试压结束，系统卸压，2：00系统充氨至0.5MPa，2：16系统充压、量电炉绝缘合格，2：40系统充压至5.07MPa开始送电升温。380～460℃时轴向层DNCA催化剂进入主还原期，轴向段温度达到460℃后，提轴向段温度的同时，依次提第二、三、四层温度进入主还原期，由于本次升温还原与系统生产同时进行，在还原的前60小时，循环氢控制在72～75%，后逐渐降低至68～70%，水汽浓度控制在 2.5mg/m3以下，历时150小时于6月12日8：00，最底层各点温度均达到490℃以上超过8小时，水气浓度连续4次结果小于0.1mg/m3，整个升温还原结束，电炉功率降至0，转入轻负荷运行。 七、运行情况 自φ1500合成系统投入运行后，我公司停掉两套φ800合成系统，同时对前系统进行了改造，目前氨、醇产量达到了720吨/日，其中合成氨产量为600吨，合成氨产量较改造前提高30吨/日。开φ1500和φ1200两套合成系统，各项指标都明显优于原来的合成系统，系统压力从31.4MPa下降到24MPa，循环气中惰性气体的含量提高了4～5%，在系统压力为23～24MPa,2台8.0m3/ min循环机近路及系统近路全关，入塔循环气量210000～220000 Nm3/ h的操作状态下,φ1500合成系统的循环机进出口压差仅为1.2MPa，合成塔内件压差仅0.17MPa，同平面温差小于10℃，进口氨含量～3.0%，出口氨含量～14.0%，氨产量360～380吨/日。最高产量410～460吨/日时，系统压力为27MPa，循环机进出口压差仅为1.3MPa。运行情况表附后: 八、使用情况总结 1．GC型φ1500合成系统运行平稳，投运后系统压力降低7～8 MPa，系统阻力仅有1.2MPa，压缩机电流下降10%，降低了设备的检修频率，经几个月的运行，与去年同期相比吨氨耗电平均降低120度。 2．GC型φ1500一轴三径合成内件设计合理，各床层温度易于调节，使各床层温度曲线控制在最理想状态，触媒利用率高，操作弹性大，单塔生产能力高。 3．合成内件中各分布器设计合理，制造精良，开车后各触媒层的平面温差≤10℃。 4．催化剂升温还原分层易于控制，水汽浓度平稳，还原末期顶底温差小，底层温度很容易提到490℃，保证了催化剂的还原彻底，是我公司有史以来还原最顺利、彻底的一次。 5．系统液氨采用一次分离，减小了冷交的体积，简化了冷交的结构，且氨分的分离效果很好，新鲜气经过全部液氨的洗涤使气质更好，延长催化剂的使用寿命，放空气经冷却后分离液氨回收率高。 6．φ1500合成系统的投运，解决了以往合成系统存在的诸多问题，使合成系统处于一种优化、节能状态，各项消耗大幅度下降，综合能耗达到较先进的水平，达到了改造的预期目的。由于受气量限制，该装置的能力还没有完全体现出来。相信随着能力的扩大，φ1500合成系统发挥的作用会越来越大。 附φ1500合成系统运行数据