工业合成氨工艺技术手册.ppt
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1、合成氨装置流程介绍,化肥一部,技术概况,中海石油天野化工是年产30万吨合成氨,52万吨尿素联产20万吨甲醇的大型化工企业,原设计合成氨装置空分采用林德精馏工艺,气化采用Shell渣油部分氧化法,原料气净化采用LVRGI两步法低温甲醇洗和液氮洗工艺,合成采用凯洛格卧式合成塔,全部工艺设计由日本东洋公司承担完成,1996年11月投产,投产后经九年多的摸索总结,工艺操作逐渐成熟,但随着国际油价的不断上涨,油头合成氨的成本越来越高,已失去市场竞争力,国内油头合成氨装置纷纷改成了煤头或气头。2005年3月天野化工对合成氨装置实施了原料路线由渣油向天然气的改造,并于2005年10月改造完毕,和原工艺比较,
2、主要将气化炉烧嘴由五环四通道改成四环三通道,冷却方式由夹套式改成盘管式,净化低温甲醇洗部分增加了真空系统,投产至今运行平稳,改造比较成功。,合成氨装置总述,空分装置,空分装置,空分简介一、岗位任务二、工艺原理流程简介(空气的预冷与净化、精馏、膨胀制冷、氮压机及氮气用户、仪表空气获得)事故处理(膨胀透平的跳车,液氧泵的跳车,防主冷中总烃超标),空分简介,一、岗位任务1、生产6.6MPa的高压氧气供天燃气气化2、生产0.65MPa低压氮气,供分子筛再生后去CO2汽提塔作气提气,另外还供装置的置换、密封、触媒保护等。3、生产3.4MPa氮气经减压到2.1MPa去尿素车间。4、生产5.2MPa的高压氮
3、气送氮洗工号,供氮洗配氮及GB102,还供变换、合成工号的开车用氮。5、取出装置的液氮到液氮储罐,供事故用氮,另外一部分液氮到液氮洗工号不冷用。6、生产0.7MPa仪表空气、工厂空气,供全厂使用,空分简介,二、工艺原理1、空气的组成 空气主要有氧、氮组成,在气态下,均匀混合在一起,还含有微量的氩、氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件的不同空气中含有少量CO2、水蒸气以及乙炔等碳氢化合物。2、分离的原理 以空气为原料,先将空气液化,然后利用各组分沸点的不同将其分离,将空气液化,必须将空气温度降到临界温度-140.7以下才能实现。在标准状态下氧气的沸点-183,氮气的沸点-193,相差进13故采
4、用精馏方法将氧、氮分离成纯组分。,空分简介,3、低温的获得(1)回收氧、氮产品冷量 空分后,产品氧和氮在低温下(-180-190)排出的,它们带有大量的冷量,因此被加的空气就是通过换热器回收这些冷量来获得低温。(2)减少辐射的损失 空分装置的操作温度与环境温度之间有相当大的差异,因此设备必须布置在尽可能小的空间内,以减少换热面积,还要对设备进行保温(用珠光砂)以减少传热系数。,空分简介,(3)制取冷量由于换热器和保温材料的效果都是非理想的,即换热器存在热端温差,设备保温后仍存在辐射损失,固在生产过程中必须补充冷量来弥补这些损失,另外装置在热开车时,也必须得到大量冷量,采用普通相变制冷不能使空气
5、达到液化温度,必须采用深度制冷方法。全低压空分装置获得低温方法有两种:即不对外做功的节流膨胀(等焓过程)即对外做功的绝热膨胀(等熵过程),前者是通过节流阀实现的,后者是通过膨胀机中实现的。4、空气精馏由于空气中的氧、氮沸点的不同,用精馏方法将其分离,分离出氧、氮是空分的主要产品。,空气的预冷与净化,P2467E2422,P2466循环水,循环水,E3117E3119,E2416,A2626A,A2626A,冷热交换,GB004,T3211,E3616氮气,A2626AB,E3117A-D,E3119A-D,T3211,T3211,T3316,A2626AB,E2417,精馏,E3119E311
6、7,E3616,E3616,E3117,氮气,500#液氮洗,液氮储罐,P3568AB,E3316,E3216,T3211,T3212,膨胀制冷,天然气气化,放空,GB004,GB004,GB004,T3211,T3212,P3568AB,氮气,C3461,X3471,E3421,E3616 A-D,低压氮,E3119,氮压机及氮气用户,E3616E3119,尿素,膨胀透平,空分,氮洗,放空,FA109FA117,放空,低压氮用户,脱碳,氮洗,工厂空气、仪表空气,C0101AB,C451,I-GB101,V451,D0101AB,D451AB,V452,大气,大气,GB001,工厂空气,仪表空
7、气,中压氮气,高压氮气,事故处理及注意事项,膨胀透平跳车防液氧泵及氮压机跳车 膨胀透平是空分冷量来源的重要途径,是空分重要设备之一,因此膨胀透平的跳车处理由为重要,并且在日常操作中必须做到精细化巡检和精细化操作。处理原因:由于膨胀透平跳车后,E3616少了一股热气流,不及时调整会使氧气温度TA3925低于-10,引起P3568AB跳车。同时大量氮气退回氮压机,不及时放空就会导致氮压机跳车。防范措施:当遇到膨胀透平跳车时,1、开氮压机FA053放空保证P057在;2、两分钟内关HC3930至小于10%,减少进E3616冷量,保证氧气温度不低于-10,同时全开TC3966保证氮压机入口压力。3、密
8、切关注T3925-10,及各换热器热端温差。,事故处理及注意事项,单台液氧泵跳车如何防止氮压机跳车 液氧泵的作用是给气化提供高压液氧,经换热成高压气氧,液氧泵的运行情况关系着气化负荷以及长周期运行的关键。处理原因:一台液氧泵跳车时,如果FC3925与HC3637和HC3547不投串级,另一台就不会自动加负荷,气化炉就会因氧流量低跳车。防范措施:1、FC53925与HC3637和HC3547串级不能摘.2、FC53925PID参数不能随意改动。(P=40、I=110、D=0)3、一台液氧泵跳车后确认另一台自动加负荷。,事故处理及注意事项,防主冷液空中总烃、乙炔含量超标 在上塔主冷中氧气含量在98
9、%,下塔液空中氧气含量在39%。正常生产中微量乙炔、甲烷就混合在主冷液空中,根据负荷及液位的高低不同乙炔、甲烷的含量也会发生变化。处理原因:主冷器中乙炔、总烃超标,易发生爆炸。防范措施:1、主冷液位大于90%。2、每天中化分析一次主冷液空中的甲烷及乙炔含量。3、正常情况下,主冷及液空中乙炔含量应小于0.01PPm,若大于0.01PPm而小于0.1PPm时,应加大制冷量,适当排放部分液氧,如果超过0.1PPM要立即停车排液。4、总烃含量应控制在100PPm以下,高于100PPm应加大制冷量适当排液,若大于250PPm时要停车排液。,气化装置,气化装置任务及原理,一、气化任务 本岗位是以天然气为原
10、料与氧气、蒸汽通过共环式烧嘴雾化后在气化炉内约1350、6.0MPa高温、高压下进行部分氧化反应制取以CO+H2=95.5%为主要成分的工艺气给合成氨提供原料气,并同时进行热量回收,付产10MPa、315饱和蒸汽和进行原料气降温和洗涤,以脱除原料气中所含碳黑和部分有害气体。,气化装置任务及原理,二、反应原理与工艺原理1、反应原理 将天然气、氧气、蒸汽通过共环式烧嘴雾化后,在气化炉内12001350高温下部分氧化反应制取CO、H2,甲烷部分氧化反应为:CH4+2O2=CO2+2H2O+Q(1)CH4+H2O=2CO+3H2 Q(2)CH4+CO2=2CO+2H2 Q(3)反应(1)为燃烧反应,其
11、反应的时间尺度毫秒级,在数十毫秒内即可以完成。反应(2)快于(3)但只要温度维持在1200-1350 左右,它们在1-2秒内即可完成。总之,在气化反应条件下,反应速度是很快的,而过程的控制步骤是混合过程。,气化装置任务及原理,2、工艺原理1)、烧嘴功能(1)促进天然气与氧气混合。(2)与炉体匹配形成适宜流畅,进行形成适宜的温度分布,达到保护烧嘴和炉顶耐火砖的双重目的。2)、气化炉操作弹性 烧嘴最低操作负荷为70%,最高操作负荷为110%,固气化炉负荷范围为70%110%。但低负荷下不宜长时间操作,否则会因烧嘴喷口速度太低而影响烧嘴寿命。在工艺条件许可的情况下负荷可以大于110%但最高不能超过1
12、20%。,气化装置任务及原理,3)、气化操作条件(1)温度 气化炉出口温度设计值为1250,出于对于废锅安全的考虑气化炉出口温度不应高于1350,出于后续工段对气化炉出口CH4含量的要求,气化炉出口温度最低不低于950。气化炉出口温度主要受的影响,设计氧天然气比为0.6588,氧天然气比每升高0.01,气化炉出口温度升高20-30。(2)压力 气化炉的操作压力主要取决于后续工序的要求,设计压力为6.1MPa。,气化装置任务及原理,(3)汽/气比 蒸汽主要起保护烧嘴的作用,汽/气比为0.06Kg/Nm3.在保持气化炉操作温度不变的前提下,增加汽气比有利于气化炉出口甲烷含量,但氧气耗量相应增加。因
13、此从节氧角度讲汽气比不宜太高。(4)氧/气比 设计氧/天燃气比为0.6588,氧/天燃气比每升高0.01,气化炉出口温度升高20-30。氧/天燃气的选择应有一个最佳值,对容积大,平均停留时间长的气化炉,相应可以在较低的温度下操作随,天燃气组成不同,氧/天燃气比在0.660.68之间为宜。,气化装置任务及原理,三、安全保护系统 为确保气化炉在开车、停车和正常操作过程的安全可靠。每台气化炉都有一套联锁安全保护系统。这套系统是由可编逻辑控制器(PLC)组成,监控编入系统的阀位、压力、流量、液位等等参数。从而确保气化炉安全,可靠的运行和开停车。根据气化炉处于不同阶段,状态下进行不同等级的安全保护,分为
14、四部分:1、手动模式;2、自动开车模式;3、操作模式;4、停车模式。,三物料流程,DC101AB,DC101AB,DC101AB,T230,T244,P7.0MPa,P7.0MPa,T250,天燃气压缩机,空分装置,蒸汽管网,放空,放空,放空,放空,放空,放空,放空,EB102AB,E02201AB,气化炉与废锅,蒸汽,氧气,天燃气,GA104AB,T02201,DC101AB,EC101AB,废锅排放,E02202AB,锅炉水,氮气,放空,过热炉,EA101AB,喉管,火管,拱顶,拱顶温度分布图共52个点,炉膛内共有 8 个温度点,氮气供置 换吹 扫气 密,1350,原料气降温洗涤,EA10
15、1AB,E02202AB,S02201AB,FA101AB,FA102AB,锅炉水,锅炉水,GA103AB,FA105AB,放空,EA102,工艺水,工艺水,DA101塔,净化工序,放空,FA102AB,EA104,EA103,T42,T45,T59,FA101AB,循环水,循环水,洗涤水,污水处理,脱盐水,工艺水,GA103AB,EA102,DA101,水 系 统,GA106AB,EA112,EA110,FA102AB,循环水,循环水,污水处理,FA105AB,放空去火炬,循环水,EA109,GA112AB,污水处理,废气去火炬,0.4MPa蒸汽,污水处理,烧 嘴 结 构,氧气,天然气,蒸气
16、,烧 嘴 结 构,氧气,天然气,蒸气,烧冷水,上,烧冷水,回,事故预案,一、防止DC101A/B停车后进氧或进天然气。现象1、进天然气后炉温下降(不进氧)。2、进氧(不进天然 气)炉温上升。如系统 封闭PIC103A/B压力上升。防范措施:停车后关闭XV02201A/B后截止阀,15分钟后确认FCV02201A/B关。关闭100二楼氧入工段大阀及旁路阀;确认UV104A/B(关),UV107A/B(开),MOV105A/B(关),MOV108A/B(开)开位。如出现停车后氧阀均未切换则中控停液氧泵。,事故预案,二、防止气化炉超温爆炸 现象:中控气化炉壁温、炉膛温度声光报警,温度升高,现场测炉壁
17、温温度上升,超过300。防范措施:1、每半小时中控记录一次气化炉拱顶温度和喉管温度。2、温度点报警时必须确认真假。3、炉膛大于1400,壁温大于350或每小时上涨速率达 60,作停车处理。,事故预案,三、防气化炉烧嘴盘管泄漏,炉内高温气体外漏 现象:FA115A/B流量波动;TIA02208A/B温度上升;烧嘴冷却水罐顶取样分析则含有可燃气。防范措施:1、控制烧嘴上水流量FA114A/B为132T/h,PIAS022094.0MPaG,且保持稳定。2、炉膛温度大于900,保证烧嘴通道有相应的冷却介质通过。3、控制烧嘴回水温度在95。4、停电时保证高位槽有水。,净化装置,净化装置,净化简介一、岗
18、位任务二、工艺原理流程简介(低温甲醇洗,一氧化碳的变换,液氮洗。)事故处理(CO2压缩机跳车防甲醇循环中断跑甲醇,400#CO2超标导致500#换热器堵塞。),净化简介,一、岗位任务1、200#、400#岗位任务 通过低温甲醇洗将工艺气中的硫化物,二氧化碳脱除干净。给尿素装置输送合格的CO2产品。2、300#岗位任务 利用CO转化成C02的反应,除掉对氨合成催化剂有毒的CO气体,使出变换工艺气中CO含量降到3.2。利用转化反应进一步为合成氨制取氢气。3、500#岗位任务 用分子筛吸附器将400#净化气中微量的C02、CH3OH全部吸附掉。脱除净化气中的CO2、Ar、CH4,使出工号的合成气中C
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