Aspen Plus模拟分析补气位置对氨合成塔
入口气氨含量的影响
马 辉，江 超，乔 洁
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）
［摘 要］ 结合240 kt/a合成氨装置的实际生产数据，利用Aspen Plus对现有工艺进行流程模拟，认为在传统中压氨合成回路中，补气位置（氨分之前）设置不合理，导致氨合成塔入口气氨含量高，调整补气位置（氨分之后）后，再进行流程模拟，发现可使氨合成塔入口气氨含量下降0.54%。
［关键词］ 氨合成回路；氨分离器；入口气氨含量；流程模拟；Aspen Plus；补气位置调整
［中图分类号］ TQ 113.26+6.6 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0017-02
1 概 述
河南心连心化肥有限公司二分公司二期240 kt/a合成氨装置整体工艺路线大致为：固定床制气→栲胶法脱硫→低温绝热变换→变压吸附脱碳→低压联醇→醇烃化气体精制→中压氨合成。
中压氨合成回路流程框图如图1。氨合成塔出口气经废锅、热交回收热量后，经水冷、冷交（冷交设备结构上部为换热器，下部为旋流分离装置）降温，达到露点的大部分液氨在冷交下部分离出来，气体去氨冷继续降温，降温后的未反应气和醇烃化系统来的补气（新鲜气）混合，混合后的气体在氨分进一步进行气液分离，出氨分的气体作为新一轮的进塔循环气。
图1 氨合成回路流程框图
由于前工序采用的是醇烃化精制工艺，为防止精制后气体中的烃化物和水带入循环机和合成塔，因此将补气位置设置在氨分之前，通过氨分进一步净化入合成界区的补气。但这样的设计是否会降低氨分离器的分离效果，进而影响合成塔入口气氨含量？以下笔者将借助流程模拟软件Aspen Plus模拟和分析补气位置设在氨分前与氨分后合成塔入口气氨含量的差别。
2 现有工艺的分析
任意抽取1 a中正常生产时8个时刻的生产数据（见表1），可以看出，从氨冷出来的低温循环气温度为-15～-8 ℃、压力为16～17 MPa，主要成分为N2、H2、CH4、NH3、Ar，这股气约占混合后气体总量的80%；高温补气温度为5～8 ℃、压力为16～17 MPa，主要成分为N2、H2、CH4、Ar，这股气约占混合后气体总量的20%。实际生产中，由于两股气体混合处到氨分这段管道长度很短，因此该处未设置温度检测点，但从氨分出口混合气的温度来看，混合气体的温度有时比氨冷出口温度高些，有时低些。由此初步判断：这两股气体混合时，低温循环气中的部分液氨发生了相变，由于不同时刻生产条件的差异，液氨汽化的量不同，进而导致混合气体温度与混合之前相比有时高些有时低些。
表1 正常生产时氨合成系统运行数据
|
项 目 |
氨冷出口气 |
入界区补气 |
氨分出口气 | |||
|
温度/℃ |
压力/MPa |
温度/℃ |
压力/MPa |
温度/℃ |
压力/MPa | |
|
时刻1 |
-8.8 |
16.47 |
6.8 |
16.51 |
-7.8 |
16.45 |
|
时刻2 |
-10.1 |
16.53 |
6.6 |
16.54 |
-8.7 |
16.48 |
|
时刻3 |
-9.1 |
16.76 |
6.7 |
16.81 |
-9.5 |
16.70 |
|
时刻4 |
-10.7 |
16.88 |
6.4 |
16.78 |
-10.5 |
16.72 |
|
时刻5 |
-9.6 |
16.78 |
6.3 |
16.80 |
-10.1 |
16.74 |
|
时刻6 |
-9.3 |
16.66 |
5.8 |
16.72 |
-9.5 |
16.52 |
|
时刻7 |
-8.2 |
16.92 |
6.1 |
16.88 |
-8.5 |
16.86 |
|
时刻8 |
-10.5 |
16.73 |
6.4 |
16.76 |
-9.9 |
16.68 |
3 现有流程模拟
为进一步验证上述判断，借助流程模拟软件Aspen Plus对合成回路中这部分流程进行模拟。
3.1 物性方法
氨合成回路所含物料为N2、H2、CH4、NH3和少量Ar，压力较高，因此宜采用适用于高压烃应用的状态方程，本文采用更适用于高压低温系统基于NRTL方程的ELENRTL方法［1］。
更多内容详见《中氮肥》2017年第2期