第36卷第2期化肥工業(yè)2009年4月.氨合成系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展謝定中(湖南安淳高新技術(shù)有限公司長(zhǎng)沙410015)摘要闞述了MJD2000, wJD3000和IJDS型氨合成塔內(nèi)件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及其特點(diǎn)。IJD 型系列塔已在多家氟肥企業(yè)的裝置新建或改造中采用,單塔生產(chǎn)能力和系統(tǒng)節(jié)能降耗效果均較突出,并介紹了配套開(kāi)發(fā)的XA209型氨合成催化劑的性能。關(guān)鍵詞IJD合成塔 氨合成 技術(shù)進(jìn)展Advances in Technology for Ammonia Synthesis SystemsXie Dingzhong(Hunan Anchun Advanced Technology Co., Ld. Changsha 410015)Abstract The desien idea and characlresis of Type M JD2000. JD3000 and IJDS ammoniasynthesis reactor internals and systems are deseribed. The Type MJD reactor series have been adoptedby several nitrogenous fertilizer enterprises for newly built units or revamp, and the single reactor ca-pacity and the resuls of energs: saving and decrease in consumption of the sytems are outstanding. Theperformance of Type XA209 ammonia synthesis catalyt is also given, and it is developed to form acomplete set.Keywords皿JD reactor ammonia synthesis technological advances湖南安淳高新技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)安淳公司)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)氨合成系統(tǒng)已有十多年的歷史，先后開(kāi)發(fā)出MJ和血JD型氨合成塔,單塔合成氨中混合暴I生產(chǎn)能力20~ 180 kVa,使用效果都很好。J冷管絕熱型氨合成塔塔徑小,合成氨生產(chǎn)能力20 ~110 kU/a,采用全軸向或一徑多軸。皿JD2000型氨合成塔包括中400, 中600, φ1800, φ2 000換熱番和φ2 200 mm5個(gè)系列,在技術(shù)上有較大提升,使用效果比較突出。目前湖南安淳公司正在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)WJDS型節(jié)能氨合成系統(tǒng)系列。該系統(tǒng)具有節(jié)能效果顯著、單系統(tǒng)生產(chǎn)能力大設(shè)計(jì)思路新穎、合成塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)c圉1 JD 氨合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圉1皿JD2000氨合成系統(tǒng)的特點(diǎn)為徑向絕熱段。以φ1 600和φ1 800 mm氨合成塔為例.詳(2)氨合成塔內(nèi)氣體流程特點(diǎn)是采用分流工細(xì)介紹氨合成塔及M JD2000氨臺(tái)成系統(tǒng)的特點(diǎn)。藝，中國(guó)煤化工內(nèi)換熱器加熱(1)氨合成塔(圖1)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:由I個(gè)冷至36應(yīng);另外30%管束構(gòu)成的5段反應(yīng)器.其中一、二段為軸向絕熱THC.NMH青束，加熱后段.三段為徑向絕熱段.四段為徑向冷管段.五段進(jìn)入一、二段間作為-段反向熱氣的冷卻氣采4.第36卷第2期化肥工業(yè)2009年4月用分流工藝后,阻力小,冷管段傳熱溫差大，冷管-5 C ,水冷進(jìn)口溫度70-80 C ,運(yùn)行平穩(wěn)。面積小,大大提高了容積系數(shù)。MJD2000 φ2 000 mm系統(tǒng)已于2006年8月(3)冷管束為同一平面內(nèi)外環(huán)冷管束,冷氣在河南心連心有限公司投運(yùn),運(yùn)行效果很好。氨.由上至下進(jìn)人內(nèi)環(huán)管,然后分成兩股,一股先向下合成塔凈空高18 m,催化劑容積33.5 m' ;其結(jié)構(gòu)再向上,另一股先向上再向下,匯合于外環(huán)管,再為3層,第1層為軸向絕熱層,第2層為徑向間冷由上升管導(dǎo)人一、二段間。這種冷管束結(jié)構(gòu)新穎，層,第3層為徑向絕熱層。適合徑向催化反應(yīng)床。因內(nèi)、外環(huán)管在催化床.3 JD3000 氨合成塔內(nèi)件及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(軸向)中間,有利于冷管的伸縮,比上、下環(huán)冷管特點(diǎn)束更穩(wěn)定可靠。(4)反應(yīng)后熱氣的塔內(nèi)換熱器布置在中心,為實(shí)現(xiàn)單系統(tǒng)規(guī)模化和大幅降低能耗,在上為瘦長(zhǎng)型,換熱管加工成橫紋管,大大提高了傳熱述塔型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了切JD3000 φ2 200和系數(shù),減少了傳熱而積,增加了塔容積利用系數(shù):φ2 400 mm氨合成系統(tǒng)。其總的設(shè)計(jì)思想是:降(5)氨合成塔催化床(高度)中80% ~ 85%低零米層溫度.提高熱點(diǎn)溫度和二進(jìn)溫度,降低進(jìn)是徑向筐,阻力小。塔氨含量,大幅提高出塔氨含量;提高出塔溫度,(6)氨合成系統(tǒng)配臥式單氨冷器,其上部配提高回收蒸汽壓力;簡(jiǎn)化合成塔結(jié)構(gòu)。有高位臥式閃蒸槽,使氨冷效率大大提高。(1)合成塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)MJD3000二合-氨合成塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。2 IJD2000 φ1 600和中1 800 mm氨合預(yù)熱未反庵氣成系統(tǒng)使用效果第1套MJD2000 φl(shuí) 600 mm氨合成系統(tǒng)于2000年在岳陽(yáng)化肥廠投人使用,隨后河北邯鋼化肥廠,河南心連心、駐馬店,山西晉城二化,江蘇張家港,福建三明，山西晉豐聞喜先后采用。以山西lW天脊晉城化工股份有限公司為例，系統(tǒng)運(yùn)行情況為:開(kāi)6臺(tái)6MD32-180/320和2臺(tái)6M16-57/320高壓機(jī);開(kāi)8.0和1.8 m'/min循環(huán)機(jī)各2臺(tái);合成氨產(chǎn)量640 Vd;循環(huán)氣中含CH,體積分?jǐn)?shù)為21% ~ 23% .系統(tǒng)壓力為28.5 MPa;二進(jìn)溫度為165 C ,零米層溫度400 C ,熱點(diǎn)溫度465 C,二出溫度300 C ,熱交出(水冷進(jìn))溫度60 C;系統(tǒng)壓差1.20 MPa,合成塔壓差0. 36 MPa。反成氣-IJD2000 φ1 800 mm系統(tǒng)已在山東瑞星、德預(yù)鵝*反氣齊龍(兩套)、江蘇新沂恒盛華昌、山西高平晉豐圍2 JD300 二合一氨合成塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖等企業(yè)投入使用。該系統(tǒng)有兩種型號(hào),一種凈空①氨合成塔為三層四段、三徑一軸結(jié)構(gòu),徑高為16 m,催化劑裝填量25.4 m' ;另-種凈空高向段占床高70%。第1層為軸向絕熱段,第2層為18 m,催化劑裝填量28.4 m'(山西高平晉豐)。包括徑向間冷段和絕熱段,第3層為徑向絕熱段。以山東德齊龍化工集團(tuán)為例，系統(tǒng)運(yùn)行情況如下:②進(jìn)塔未反應(yīng)氣預(yù)熱至240 C左右,出塔熱當(dāng)循環(huán)氣中CH,體積分?jǐn)?shù)為21% ~22%時(shí).氨產(chǎn)氣溫度為420 C。量為580 -600 Vd,系統(tǒng)壓力23 ~25 MPa,零米層8冷管束換執(zhí)器與隔板從項(xiàng)部往下分別安溫度390 -400 C ,出塔溫度300~310 C.開(kāi)3臺(tái)中國(guó)煤化工.也可設(shè)計(jì)成平8 m//min循環(huán)機(jī),系統(tǒng)壓差1.2 MPa,合成塔壓差頂HCNMHG0.3 -0.4 MPa,同平面溫度差2 ~4 C.氨冷溫度④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.催化劑自卸.臺(tái)成塔阻力0.2-5第36卷第2期化肥工業(yè)2009年4月0.3 MPao(2)工藝流程⑤合成塔高徑比8~9。IJD3000氨合成系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖3。230鯴分|臺(tái)峪廢鍋袖分精煉氣圖3 M JD3000氨合成系統(tǒng)工藝流程反應(yīng)后出塔氣體(含氨體積分?jǐn)?shù)16% ~體積分?jǐn)?shù)17.0% ,空速低(5977.89 h");18% ,溫度420 C)依次經(jīng)廢鍋(副產(chǎn)壓力3.5~⑦采用高鈷(含氧化鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%以上)、3.9 MPa蒸汽,溫度降為約275 C)、熱交(70 C稀土元素和多種助劑組成的高活性、低壓.寬溫型左右)、水冷(40 C左右)冷交,溫度降至16 C左氨合成催化劑,起始零米層溫度340 ~350 C,熱右后分離冷凝氨;氣體再經(jīng)-級(jí)氨冷( -5 C).二點(diǎn)溫度500 C左右。級(jí)氨冷( -23 C)分離冷凝氨后,進(jìn)冷交管內(nèi),被4 IJDS氨合成系統(tǒng)加熱至25 ~28 C送至循環(huán)機(jī);出循環(huán)機(jī)的氣體與通過(guò)補(bǔ)氣油分補(bǔ)人的新鮮氣混合(含氨體積分?jǐn)?shù)HIJDS氨合成系統(tǒng)是在皿JD3000的基礎(chǔ)上1.8% ~2.0% )后分兩股進(jìn)塔:一股(占總氣量體又提升了一大步,其氨合成流程見(jiàn)圖4。積分?jǐn)?shù)15% ~20% )進(jìn)環(huán)隙;另- -股(占總氣量體IJDS氨合成系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):積分?jǐn)?shù)80% ~85%)送熱交,加熱至240 C后再(1)采用雙塔雙鍋、塔鍋一體,即合成塔與廢分成兩股,一股(占總氣量體積分?jǐn)?shù)30% ~35% )鍋連成一體;對(duì)材質(zhì)要求不高,免除了熱應(yīng)力很大與出環(huán)隙的未反應(yīng)氣混合,從塔頂進(jìn)中層熱交加的連接管道,節(jié)省了占地面積。熱,然后進(jìn)第1絕熱段,其余(占總氣量體積分?jǐn)?shù)(2)第1合成塔只有1個(gè)絕熱反應(yīng)層,零米50%)進(jìn)下層內(nèi)熱交加熱;所有氣體均被加熱至層溫度330 ~360 C ,絕熱反應(yīng)后的溫度為490 ~380 C后依次進(jìn)入第I ,第2和第3催化劑床層反500 C .氨凈值9.6% ~11. 0% (體積分?jǐn)?shù)),塔容應(yīng),反應(yīng)后氣體出塔。積小,塔體簡(jiǎn)單。(3)流程特點(diǎn)(3)第2合成塔基本上為絕熱反應(yīng),容積大，①回收余熱,副產(chǎn)3.5~3.9 MPa飽和蒸汽;催化劑裝填量多(占總裝填量的80% ),最終氨凈②兩級(jí)氨冷,第1級(jí)降溫至-5 C ,第2級(jí)降值18% ~ 19% (體積分?jǐn)?shù))。溫至-15 C;(4)噸氨廢鍋副產(chǎn)3.9 MPa飽和蒸汽1 t左右。③循環(huán)機(jī)設(shè)置在塔前;(5)適用于單系統(tǒng)大型化裝置,其高壓筒體④放空設(shè)置在循環(huán)機(jī)前,此處氨含量最低，直徑相對(duì)于單塔直徑小,加工制造.運(yùn)輸、安裝相甲烷含量最高.且冷量已被回收;補(bǔ)氣設(shè)置在循環(huán)中國(guó)煤化工機(jī)后,可充分發(fā)揮循環(huán)機(jī)能力;⑤進(jìn)水冷溫度70 C .節(jié)約冷卻水用量;5TYHCNMHG⑥進(jìn)塔氣含氨體積分?jǐn)?shù)1.8% .出塔氣含氨為適應(yīng)用JD3000及田JDS內(nèi)件設(shè)計(jì)氨凈值第36卷第2期化肥工業(yè)2009年4月3.9MPr包釁氣I蒸精. NH2.09%2度銅《體積分?jǐn)?shù))校」>」二分分oNH,10.6%NH,19.0%or/冷校(體積分?jǐn)?shù))圖4 IJDS 氨合成系統(tǒng)工藝流程圖高要求,配套研制了低溫、寬溫、小粒度XA209型(2) IJD2000型系列基本特點(diǎn)為:冷管絕熱氨合成催化劑。該催化劑是在XA201型氨合成型,冷管為同平面內(nèi)外環(huán)上下并流型,適于徑向冷催化劑的基礎(chǔ)上,通過(guò)提高鈷含量、加入稀土元素管段反應(yīng);塔徑大,生產(chǎn)能力大(120 ~220 kVa);和氧化鋯,并對(duì)其它組分進(jìn)行了調(diào)整?；钚詸z測(cè)兩軸三徑,阻力小;塔下?lián)Q熱器為細(xì)長(zhǎng)形,傳熱系結(jié)果表明,在15 MPa以及30 000 h-'的條件下，數(shù)大。330 C時(shí)出口氨體積分?jǐn)?shù)6. 6% ,415 C時(shí)出口氨(3) IJD3000型系列基本特點(diǎn)為:間冷絕熱體積分?jǐn)?shù)16. 8% ;催化劑在580 C耐熱20 h再降型,- -軸三徑;第4段反應(yīng)后熱氣在塔外廢鍋冷溫至415 C,出口氨體積分?jǐn)?shù)為16. 2% ;正常運(yùn)卻,產(chǎn)生中壓或次中壓蒸汽;塔體與廢鍋二合一,行時(shí),零米層溫度可控制在330 ~360 C ,熱點(diǎn)溫節(jié)約約40m大管徑、高溫抗氫腐蝕管道;采用兩度490 ~500 C。級(jí)氨冷,進(jìn)塔氣含氨體積分?jǐn)?shù)1.8% ~2.2%,二進(jìn)溫度240 C ,二出溫度400 C以上;生產(chǎn)能力更6結(jié)語(yǔ)大(200 ~ 250 kVa) ,運(yùn)行壓力20 ~22 MPa,阻力湖南安淳高新技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造更小。的氨合成塔及系統(tǒng)分為MJ(中600, φ800, φ 000(4) M JDS型基本特點(diǎn)為:雙塔雙鍋,塔鍋一以及φl(shuí) 200 mm),皿JD2000(中1 400,中1 600,體;適用于大型化裝置,單系統(tǒng)生產(chǎn)能力可以達(dá)到φ1800和φ2000mm)以及JD3000(φ2200和300 kUa;更節(jié)能,噸氨副產(chǎn)中壓蒸汽I ;氨凈值φ 400 mm), M JDS型系列4個(gè)技術(shù)層次。高,阻力小,循環(huán)量小;比HJD型系列有更大的進(jìn)(1)皿J型系列基本特點(diǎn)為:冷管絕熱型,全步。軸向或- -徑 多軸.阻力較大;塔徑小,生產(chǎn)能力小.(5)可JD3000型和皿JDS型配XA209型催化(20~110 kVa);塔下部換熱器為鼓型.換熱氣體劑時(shí),運(yùn)行效果更好。流速小,傳熱系數(shù)小。(收稿日期2009-01-20)000001100000000000.0.0000000000000000000000000限責(zé)任公司與遼寧北臺(tái)鋼鐵(集團(tuán))有限公司合黑龍江省鶴崗市建設(shè)煤化工項(xiàng)目作建設(shè)的鶴崗新華煤化工項(xiàng)目,于2008年7月黑龍江省鶴崗市擁有年產(chǎn)煤炭21 000 kt以11日在龍煤礦業(yè)集團(tuán)簽約。該項(xiàng)目總投資額為上的鶴礦集團(tuán)8大煤礦和70余個(gè)地方小煤礦,黑60中國(guó)煤化工成氨.1 040 k尿龍江省鶴崗市原煤具有低磷、低硫、低灰的特點(diǎn)，MYHCNMH G責(zé)任公司 成都為發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)提供了豐富的煤炭資源:由黑610301汪家銘)龍江省鶴崗市人民政府.黑龍江龍煤礦業(yè)集團(tuán)有7