江苏灵谷化工股份有限公司 卢根荣 周迅 一、新建Φ1800合成氨系统和选用GC型轴径向氨塔的理由 我公司在2003年前，合成氨生产能力为18万吨，尿素年生产规模为30万吨。合成车间有一套φ1000mm氨合成系统，一套φ1200mm轴径向氨合成塔系统。 由于公司下属的子公司姜堰化肥公司合成氨规模需要扩大，公司决定将φ1000mm合成氨系统全部拆迁到姜堰公司,满足其合成氨生产能力提高的要求，同时为了扩大公司自身的合成氨基地生产规模，进一步降低合成系统压力，降低能耗和合成氨生产成本，提高公司产品在市场的竞争力，满足公司将来进一步发展的需要，2002年12月公司研究决定:新建一套Φ1800合成氨系统，加上原有的一套Φ1200合成氨系统，使公司本地化的合成氨年生产能力达到30万吨，尿素年生产规模达到52万吨 以上。 由于当时Φ1800合成氨系统的设备国产化，尤其Φ1800氨塔内件在国产化设计制造上还是空白，在国内还没有使用先例，所以公司在Φ1800新合成系统的设计方面，在合成塔内件的选型方面，非常重视。经过多方调研、考察、论证，最后通过筛选比较国产化的几种氨塔类型特点，一致认为南京国昌化工科技有限公司（以下简称国昌公司）GC型轴径向氨塔内件是今后大直径氨塔低能耗运行的发展方向，能满足本公司生产扩大的需要，且此内件技术先进、成熟可靠、阻力小、结构简单、操作性能稳定、催化剂装填多、生产能力弹性大等优点，决定委托国昌公司进行Φ1800新合成系统的全部设计，同时选用该公司开发的GC型Φ1800三轴一径氨内件和附属设备内件。整个工程从设计、设备选型、定货施工、安装开车历时一年时间，于今年三月份一次开车成功。通过二个多月的生产运行，操作稳定，各项运行指标均达到或超过了设计要求。 二、氨内件结构的特点和塔内流程 1、 结构特点 （1）国昌公司开发的GC型Φ1800三轴一径氨内件，采用的结构形式是绝热反应式，催化剂床层分为四段，前三段为轴向层，第四段为径向层，其轴向层冷激采用菱形分布器结构，径向层采用鱼鳞筒式径向流结构。 （2）各层冷激分布器是埋于催化剂床层中，但各层间不完全分开，留有二道经过精心设计的环隙，环隙的作用是让催化剂顺利通过，解决了一般冷激内件装卸催化剂十分困难的问题。 （3）前三段采用轴向结构增加了塔的操作稳定牲，提高了塔的抗干扰能力。下段采用径向结构，使气体通过鱼鳞筒环隙后是辐射状进入催化层，气流的路径大大缩短，纵然使用小颗粒催化剂，其内件的阻力仍然较低。 （4）塔内件各床层出口温度通过设置在冷激管线上的阀门进行调节，使反应后的气体与冷激气充分混合，可控制各触媒床层温度在规定的热点温度指标范围内。 （5）内件采用多层组合结构，分布器可方便地装入吊出。在内件的设计上，充分考虑到触媒能够自卸，因此在传统内件设计的基础上，将塔底付线改到从塔顶直接进入，将塔底作为触媒自卸口，内件下部在结构上设计成自卸形式，装卸触媒极为方便，减轻了劳动强度及吊装设备负荷。 2、合成塔内件流程 循环机油分来的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，反应后经第一菱形分布器冷激降温进入第二轴向层反应,同样再冷激进入第三轴向层反应，反应后通过冷激自外向里进入径向层反应，反应后的气体进入径向层中间的列管换热器管内与管间二入气体换热后出塔，出塔气进入废锅。 三、Φ1800合成系统工艺流程和特点 1、合成系统工艺流程 进合成塔约占总气量30%的一入气冷却塔壁后，从塔一次出口出来的气体分成二股，一股为冷激气送至塔顶调节控制第四段触媒层温度，另一股气体和约占总气量70%的气体合并混合后进入热交冷气入口，通过管间与管内气体换热后进入合成塔二次入口。在合成塔二进管线上设计了三股冷激气，三股从塔顶分别进入第一段和第二段及第三段的进口分布器，调节控制各段触媒层温度。二次入口气体进入合成塔触媒层反应后从二次出口出塔，出合成塔的气体进入废锅，从废锅出来的气体进入循环加热器热气入口，换热后的气体进入水冷器，出水冷器的气体进入冷交管外进一步降低温度并分离冷凝的液氨后，再进入氨冷器，气体中的氨进一步得到冷凝，出氨冷的气体进入氨分离器分离掉液氨后，进入冷交的冷气入口，被冷交的热气体加热后进入循环机，在冷交的冷气出口管上设置了塔后放空，循环机出口气体进入油分离器分离掉油水后，送入合成塔实现系统循环。新鲜气通过补充气的氨冷器降温后，进入油分离器分离掉油水杂质，直接补充到氨分离器的进口。 2、Φ1800合成系统工艺流程示意图（见下图） 3、工艺流程特点 （1）油分来的总入塔气分成两路，一路气体（约占总气量30%）作为合成塔一入气沿塔壁自上而下一次出塔后，与合成塔一进一出间的近路管来的另一路气体（约占入塔总气量的70%）合并后，进入塔外热交管程，换热后的气体进入合成塔二进。其目的能保护合成塔外壳不超温，回收了塔壁的热损，同时分流后的气体在进入塔外热交时温度较低，这样能较好地提高塔外热交冷热端的传热推动力，提高热交的换热效果，使塔外热交的热气出口温度下降，则降低了水冷负荷和冷却水的消耗。 （2）在该流程中，将水冷却器出口气体中被冷凝的液氨和进入冷交管外的气体冷凝下来的液氨一并在冷交中分离掉，分离液氨后的气体再进入氨冷器。这种工艺设计可大大降低氨冷器的负荷和减轻了氨分的分离负担，提高了氨分的分离效果，同时降低了系统阻力。 （3）塔后放空设置在冷交的冷气出口处，此处气体中惰性气体含量为流程中最高处，因此放空气中CH4含量高，氨含量最低，放空气量小，吨氨耗补充气量少，氨损失小。 （4）流程中将循环机设置在合成塔的进口管路上，使循环机压缩时产生的温升不仅不消耗冷冻量，而且还能提高进合成塔的气体温度，回收了循环机的压缩热，对合成塔反应热平衡有利，同时使合成反应处于系统压力最高处，有利于氨的合成反应。 四、Φ1800合成系统的设计参数（见表1） 五、合成系统设备选定情况（见表2 ） 六、催化剂的装填情况 Φ1800氨内件使用的催化剂是南化公司催化剂厂生产的A110－1型，设计装填量是87.24t，实际装填量是88.7t，超计划1.48t，说明该内件触媒装填量大和触媒装填的比较实。触媒装填规格是以2.2～3.3、3.3～4.7小颗粒为主，具体装填情况见表3： １．轴径向氨内件升温还原的原则和特点 在南化催化剂厂和国昌公司技术指导下，整个升温还原过程采取“分段还原”法，各段触媒层温度通过各菱形分布器的冷激气，灵活方便地调节控制各层温度在规定的指标内。每段升温还原出水均错开进行，上段触媒还原主期结束，下段触媒进入还原初期，这样能保证水汽浓度在指标内，同时能避免上段触媒大量出水，下段触媒出现反复氧化的现象，从而保证了还原后的触媒具有较高活性。各层触媒依次经过升温期、还原初期、还原主期、还原末期四个阶段，整个升温还原过程按照“三高四低”（即高空速、高氢、高电炉功率和低水汽浓度、低温、低氨冷温度、低压力）的原则进行。 第一轴向层触媒升温还原是整个触媒还原好坏的前提和关键，所以尽可能在低温低压下多出水，并要使该段触媒层最低还原温度达到490℃以上，保证该段触媒尽快还原彻底和还原后有较高活性。径向层还原时充分利用轴向层已还原好的触媒反应热，并适当提高系统压力，加大循环量，缩小平面温差，使径向层底部最低温度达到485℃以上，确保合成塔最下层的触媒能得到充分出水和还原彻底。 2．升温还原进程 Φ1800合成塔于三月二十一日开始启动电炉，进行触媒升温还原，到三月二十九日上午八点触媒还原出水结束，整个升温还原历时195小时，之后逐步降温转入轻负荷运行。 3．升温还原中出现的问题 （1）升温还原所用的补充气是利用老系统正常生产的补充气，既要维持老系统正常生产，又要保证新合成系统升温还原，因此补充气的氢含量在70～75%，循环氢在65～70%。 （2）由于使用的2000kW直挂式电加热器，在国产化上是第一台大功率电炉，可控硅调压器安装上存在经验不足，电炉使用中有时出现三相不平衡，造成电炉跳闸4次，影响升温还原8小时左右。 （3）电炉小盖上的电极杆压紧螺毋垫片出现2次漏气着火，停电炉灭火和紧小盖螺母，影响升温还原10小时左右。 （4）透平机出现故障，造成循环量小，影响还原6小时左右。 4.热电偶的规格、各测温点长度尺寸(见表4) 八、运行情况 自Φ1800合成系统轻负荷运行结束后，我公司将Φ1000合成系统全部停用，并整体拆除搬迁到子公司的江堰化肥公司使用。今年四月份开始使用Φ1800和Φ1200两套合成氨系统，由于前工序生产规模没有扩大，两套合成氨系统运行负荷较轻。五月份，公司又把Φ1200合成系统的生产负荷逐渐减小，增加Φ1800合成系统生产负荷。Φ1800合成系统生产负荷的增加分三个阶段来实施，第一阶段在今年五月中旬达到50%左右，第二阶段在五月下旬达到72%左右，第三阶段在今年10月达到满负荷。 目前Φ1800合成系统运行的基本结果是：补充气量为5.1×104Nm3/h，开二台CT620循环机，入塔总气量为23.7×104Nm3/h，入塔气氢含量为61%左右，甲烷含量为20.5%左右，进口氨含量为2.6%左右，出口氨含量为12.5%左右，日产合成氨430吨左右，入塔压力为20.3MPa，系统压差≤1.4 MPa，合成塔内件压差<0.5 MPa（二进二出），触媒层同平面温差小于15℃。详细运行情况见表5：
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