合成冷冻操作手册 new.pdf

合成氨装置 操作手册 本文件版权为中国寰球工程公司所有，未经本公司许可不得转让或复制给第三者。 The copyright of this document is the property of CHINA HUANQIU CONTRACTING ENGINEERING CORPORATION (HQCEC), unauthorized disclosure or duplication to the third party is not permitted. 合成氨装置操作手册 第 1 页 共 22 页 第九章 合成气压缩及氨合成 1. 工艺原理 1.1 氨合成反应原理 氨的合成反应为可逆放热反应。 3 1 H2 + N2 NH3 2 2 该反应是放热反应，且反应后体积缩小，因此低温及高压有利于反应平衡向右 移动。 1.2 操作条件 1.2.1 温度 温度对合成反应的影响是两方面的，既影响化学平衡又影响化学反应的速度。 由于合成反应是放热反应，温度升高不利于氨的生成，但可使反应速度提高。为此， 在使用催化剂的初期，因催化剂的活性好，可降低操作温度；而在使用催化剂的中、 末期，可适当提高操作温度，增加反应速度来抵偿催化剂活性的衰减。 1.2.2 压力 由于氨合成反应是体积减少（摩尔数减少）的反应，氨的合成反应会随压力升 高而增加，同时，压力升高会使气体体积减少而增加了停留时间使生成氨的化学反应 更趋于平衡。因此，在较高压力下，有利于氨转化率的提高。 1.2.3 空速 当工艺气流速较高时 （合成塔内空速较高），在催化剂床层上进行合成反应时 间就较短，故出塔气中的氨浓度会比工艺气流速较低时低。然而由于在提高空速后会 有更多的气体流进反应器，带来的氨产量增加又可绰绰有余地补偿由于反应不完全 （停留时间短）导致氨浓度的降低。所以在催化剂活性下降时，常用增大空速来增加 氨产量，但此时会使合成回路中的阻力降增加，压缩机循环段的功耗增加；合成塔床 层内温度会比低空速时有所降低。通常，在催化剂活性的初期采用低空速高净值操作， 而在催化剂活性的末期采用高空速低净值操作，以确保设计的氨产量不变。 1.2.4 氢氮比 进入合成工序的新鲜气（不包括循环气）的氢氮比通常应接近 3：1。原因是氢 与氮化合生成氨是按3：1 反应的。然而实际上在合成塔内获得最大转化率的氢氮比 为 2.7~3.0：1.0，为获得合成塔进口混合原料气的最佳氢氮比，新鲜气的氢氮比可 以稍偏离3.0：1.0。 合成氨装置操作手册 第 2 页 共 22 页 1.2.5 惰气含量 当需要时（即循环气惰性气含量高时），须从循环段进口的管线上放出弛放气， 并将弛放气排至燃料气系统，用来调节循环气中氩气和其它惰气的浓度。这些惰气在 合成循环回路中的积累会导致氨合成率的降低和合成回路的压力升高，使生产能力下 降。因本工序所用新鲜气是经甲烷化工序处理的，惰性气含量较高，故需要将一部分 弛放气送氨和氢回收工序，回收的氢重新回到合成回路，回收的氨可作为产品收集， 而脱去氨和氢的弛放气则送燃料气系统，从而维持合成回路的惰性气含量。 1.2.6 进塔氨含量 进塔氨含量的选定，涉及到冷冻功耗和循环功耗，也涉及到氨合成塔和氨分离 装置投资的权衡。氨冷级数与氨合成压力有关。25~32MPa 压力下，合成为一级氨冷， 进塔氨含量在3%~4%；20Mpa 时，合成用二级氨冷，进塔氨含量2%~4%；10~15MPa 时， 合成可以使用二级或三级氨冷，前者进塔氨含量4%左右，后者进塔氨含量2%左右。 本工序合成压力为15.5MPaA，采用二级氨冷，入塔氨含量为3.01%。 1.3 合成反应操作变量调节 合成气压缩机应按制造商提供的“压缩机的性能曲线”进行操作。本工序新鲜 气的消耗量是与新鲜气的组成、工序的操作条件、催化剂活性及合成回路的处理量等 所决定的。压缩机送出的气体既补充了氨合成反应消耗的氢、氮气，又把压力降低的 循环气升压，确保了合成回路的连续运转。如果新