低压氨合成技术在我公司的应用
张宝珠，常荣芳，张本峰，龚普勤，莫 佩
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡453731）
［摘 要］15 MPa低压氨合成技术是由湖南安淳高新技术有限公司开发、河南心连心化肥有限公司参与研究的新一代氨合成技术，将目前国外较为先进的氨合成设计理念融入到了设计中，其中，氨合成塔内件借鉴卡萨利氨合成技术的设计理念，采用最新的准全径向结构。运行实践表明，低压氨合成系统运行压力低（12.6 MPa）、运行阻力低（约0.95 MPa），降低了氢氮气压缩机和循环机的能耗，提高了合成氨的品质，2套240 kt/a装置日产合成氨达1 650 t左右，经济效益显著。
［关键词］低压氨合成技术；准全径向结构；两级闪蒸；氨-氨换热器；电耗；效益
［中图分类号］ TQ 113.26+6.3［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2016）
0 引 言
氨合成工艺的发展趋势是合成压力逐步降低，目前国外装置氨合成压力已降到10 MPa左右，而我国大部分装置氨合成压力还在30 MPa，由于合成压力高，吨氨能耗较国外技术要高50%左右。我公司为实现总成本领先战略，在尿素生产原料结构调整项目工艺路线选择中，经过多次论证，最终决定采用先进的多喷嘴对置式水煤浆煤气化技术、低温甲醇洗技术、液氮洗技术、15 MPa低压氨合成技术和CO2汽提尿素工艺技术。该套装置是我公司尿素生产工艺技术的一次全面升级。
在氨合成工艺的选择上，考虑到生产系统采用了洁净煤气化技术，合成气中几乎不含CH4，氨合成反应将是剧烈的，故决定选择低压氨合成工艺。采用低压合成技术可以在保证良好的氨合成反应前提下，促成氢氮气压缩机出口压力及循环机出口压力降低，从而大大降低压缩机电耗。以下就低压氨合成工艺的技术特点及应用情况进行介绍。
1 技术内容及技术创新
1.1 技术内容
本套15 MPa低压氨合成装置于2011年在原料结构调整项目新址上开始筹建，前期方案经过多次论证，决定按2套240 kt/a产能设计。工艺技术采用国内氨合成技术的升级版，由专利设备厂家——湖南安淳高新技术有限公司主导设计，我公司参与研究，将目前国外较为先进的氨合成设计理念融入到本设计中，如：氨合成塔内件的结构形式采用准全径向结构；系统采用两级液氨闪蒸槽，以确保尿素系统原料氨中杂质含量满足需要；考虑合成系统冷氨与冷冻系统热氨的换热，合理平衡整个尿素系统的能量利用，以降低系统的能耗；同时考虑将合成放空气进入火炬系统燃烧处理，避免对环境造成污染。
1.2 技术的创新性及先进性
（1）不再设置高的合成塔框架，使得关键设备及内件的吊装由以往利用框架吊装改为大吨位吊车吊装。
（2）2套系统补气入口均设置切断阀，以便紧急情况下可对系统进行切断，并且设置了联锁，确保了系统的安全。
（3）传统的固定床造气工艺，合成新鲜气中有少量的CH4，CH4在合成系统中不参与反应，其积累对合成反应不利，因此合成系统运行压力一般较高（一般在16 MPa以上）。而本套合成装置的新鲜气中几乎不含CH4，合成塔内件采用新开发的准全径向结构，运行压力低（12.6 MPa左右)，合成塔运行阻力降至0.6 MPa，系统阻力降至1.0 MPa左右，大大降低了氢氮气压缩机和循环机的电耗。
（4）系统采用与内件设计及对这种纯N2、H2气体有针对性的活性温度低且高温（500 ℃）下依然有很好活性的DNCA及TA201-2氨合成催化剂。
（5）工艺设计中，增设了两级液氨闪蒸分离设备。高压氨分出来的产品液氨增加两级闪蒸分离，即中压闪蒸槽闪蒸（5.0 MPa）+液氨中间槽闪蒸（2.1 MPa），一方面可通过中压闪蒸分离回收部分液氨中溶解的氮氢气，这部分有效气体直接回到高压氢氮气压缩机入口，既回收了部分有效气体，又节省了电耗；另一方面通过中压闪蒸槽闪蒸（5.0 MPa）+液氨中间槽闪蒸（2.1 MPa）两级闪蒸，深度分离液氨中溶解的氮氢气及其他杂质，使得送往尿素工序的液氨品质符合CO2汽提尿素工艺的要求（要求原料氨中NH3含量≥99.81%、H2含量≤0.007%、N2含量≤0.083%、水分≤0.1%、油≤5×10-6）。这种设计上的创新与优化使得系统综合节能效果更佳。
（6）在系统设计中，为合理利用能量，在合成系统中增设了氨-氨换热器，这样既可使冷冻系统入液氨闪蒸罐的液氨温度降低，节约液氨闪蒸气冷量，又可使合成系统液氨中间槽出口液氨（约5 ℃）得到预热（预热后温度17 ℃）后再送往尿素工序，节约尿素系统液氨预热消耗的蒸汽量。
（7）以往的合成氨装置，生产出现异常波动时，合成放空气直排至大气中，不仅造成环境污染，而且泄放的噪音对周围居民造成一定的影响。本套装置中，合成放空气一般情况下均送至火炬系统燃烧处理，保证了清洁生产。
2 装置运行情况
15 MPa低压氨合成装置于2013年11月投运，正常生产过程中系统部分工艺控制指标见表1。
低压氨合成系统投运以来，合成塔压力控制在11.9 MPa，系统压差控制在0.993 MPa左右，合成塔阻力在0.54 MPa左右；而以往的合成氨系统合成塔压力一般在17.5 MPa左右，系统压差1.4 MPa左右，合成塔阻力在0.65 MPa左右。可以看出，低压氨合成技术在系统压力及压差等方面更具先进性和优越性。
更多内容详见《中氮肥》2016年第1期