300kt合成氨装置变换工艺的设计与实践

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1、300kt/a合成氨装置变换工艺的设计与实践刘冰口(1.安徽理工大学化工学院，淮南，232001；2.安徽淮化集团有限公司，淮南，232038)摘要本文简述300kt/a合成氨装置变换工序工艺流程的设置和关键设备的选型。对主要工艺参数的设计进行了验算；对热能的1。1收利用进行了评述；对催化剂的选型，硫化和装罝的试运行进行了介绍。认为变换工序采用中低低流程是合理的，技术处于国内先进。针对传统轴向流变换炉存在的不足，推荐使川新型的轴-径向流结构变换炉。关键词工艺变换炉催化剂1.引言安徽淮化集团有限公司300kt/a合成氨装置技改工程中，空分

2、采用林德公司分子筛前置净化，氮气增压膨胀循环，全精馏无氢制氩，氧泵内压缩工艺流程；气化采用西北化工研宂院多元料浆加压气化冷激工艺流程；变换采用中低低三段变换工艺流程，选用耐硫宽温钴钼系列催化剂；净化采用屮国寰球工程公司低温甲醇洗脱硫脱碳，液氮洗精制工艺流程；硫M收采用荷兰荷丰公司超级克劳斯工艺流程，氨合成采用瑞士卡萨里制氨公司低压合成回路塔内件。整个工艺流程示意见图1N2(6.2MPa)空分1O2(8.2MPa)[煤g化(6.5MI＞a)—►变低温甲醇《^~＞液氮洗一＞压缩(14.5MPa)—►氨合成

3、丄►硫回收一►硫磺氨图1合成氨全工

4、艺流程示意图在该流程中，变换工序就是将煤气中的一氧化碳最大限度地转变为氢气，在力合成氨制取原料气的同时，减少一氧化碳对合成触媒的毒害。因此，变换工序的工艺流程没计、工艺指标的确定，和催化剂的选用等是变换工艺设计的关键所在；另一方而，变换过程屮大黛热能的合理利用，也是变换工艺设计的重要內容。本文拟对变换工艺的设计和实践做初步的阐述。2.变换工艺的没计2.1工艺流程的设计变换工艺流程主要由屮串低工艺流程，屮低低工艺流程，全低变工艺流程，每个装罝采用何种工艺流程，主要根据原料气中的一氧化碳含量，硫化絚含量(包括有机硫)及最终产品來决定。本装置

5、从气化工序送來的煤气主要成分为：CO：45%,H2：33.5%,CO2：20.6%,H2S+COS:0.17%。为了实现岛温提岛反应速度，低温提岛转化率的基木原则，采用与液氮洗精制流程匹配，要求变换气中一氧化碳含量＜0.6%。我们选择中低低工艺流程，流程中设置3台变换炉，均为轴向流结构，选用耐硫宽温钴钼系列催化剂，3台变换炉触媒的填装量分为56m3,33m3和35m变换工序的工艺流程示意见阁2粗煤1——►g—水分离器——►煤气加热器——►煤气过滤器——►第一变换炉—►:加無器——>4.0MPa废锅第二变换炉—►1#l.OMPa废锅——

6、►第三变换炉——►2#l.OMPa废锅——►锅炉给水加热器—►第二水分离器——►冷凝液加热器►第三水分离器►脱盐水加热器►变换气水冷器►第四水分离器_►去低温中醇洗脱硫脱碳工序图2变换工序工艺流程示意图2.2工艺参数的设计值与验算2.2.1各变换炉工艺参数的设计值进变换工段的煤气参数为：压力：6.27MPa(A),温度：243.5°C,流fi:106400Nm3/h(干基)258780Nm3/h(湿基)。各变换炉设计参数见表1。表1各变换炉参数没计值项目第一变换炉第二变换炉第三变换炉干基湿基干基湿基干基湿基?co45.0618.525.

7、673.21.070.63组co220.628.4842.1923.8144.7026.38成h233.4913.7751.5429.0953.6531.66gH2S+COS0.170.070.1200.120h2o58.8943.5640.99汽/气比1.4320.7720.694进口温度(°C)275(初期)310(末期)265248山口温度(°C)417（初期）454(末期)289250出口co含量5.671.070.602.2.2工艺参数的验算现以第一变换炉平衡温度，平衡温距，CO平衡浓度的验算为例。Kp=23.81*29.09

8、/3.2*43.56=4.9689logKp=1914/T-1.782将Kp值代入上式；T=499.25°CTc=499.25-454=45.25°C式中：Kp—平衡常数；T一平衡温度，°C;Te—平衡温距，°C;求454°C时CO平衡转化率X*由logK=1914/(454+273.15)-1.782解得KX7.079由反应前的物料浓度，平衡转化率，平衡关系式：(8.48+18.52*X*)(13.77+18.52*X>(18.52-18.52*X*)(58.98-18.52*X*)=7.079解得X*=0.8687CO平衡浓度为：Y

9、*=[（45.06-45.06*0.8687）/（100+45.06*0.8687）]*100%=4.25%式中：K一平衡常数；X*—平衡转化率；Y*—CO平衡浓度；同样，根据设计参数，可算得第二，第三变挽