合成-01-JR型氨合成塔内件十二年运行经验总结

论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司 1 JR 型氨合成塔内件十二年运行经验总结 刘金成、李印昌、陈会来 河北省·石家庄正元塔器设备有限公司 摘 要：介绍了 JR 型氨合成塔内件的应用情况，体现出催化剂利用率高、生产能力大、结构合理、无冷 管效应、调节手段多、操作控制方便、阻力小、使用寿命长的特点。 关键词：JR 型氨合成塔内件、氨合成、应用、循环经济 1993 年石家庄正元塔器设备有限公司制造的首台 JR型氨合成塔内件在河北省藁城化肥厂开车使用成 功。十五年来 JR 型氨合成塔内件在全国 200 多家化肥生产企业得到了应用，该内件的特点是催化剂使用 寿命长、更换催化剂容易，合成氨生产能力大。经过对使用厂家的调查，催化剂可连续使用 5 年以上，在 催化剂活性减弱时可在不吊出内件的情况下进行分段更换，从而大大缩短了停车检修的时间，节约了成本。 由于各个化肥企业的工艺条件和操作水平不同，其内件及催化剂的使用寿命也有一定的差别。现就石家庄 正元化肥有限公司 JR 型φ1000 短塔内件十二年的运行情况进行总结，供各位同行参考。 1 概况 石家庄正元化肥有限公司目前合成氨、甲醇生产能力 20 万吨/年。原φ800 氨合成塔内件使用过程中 系统压力高于 30MPa，放空量大、能耗高、塔温不好控制，1996 年 7 月更换为φ1000 短塔及石家庄正元 塔器设备有限公司生产的 JRφ1000 氨合成塔内件，系统其它部分保留原φ800 配置，于当年 8 月投入运 行，投运后连续生产 4 年未更换过催化剂，后因一段催化剂活性降低更换两次，内件自投入生产至今已连 续运行 12 年，累计生产合成氨 70 余万吨，吨催化剂已生产合成氨已超过 3.0 万吨，目前仍在高效运行， 为企业创造了较好的经济效益。 2 内件结构特点 JRφ1000 氨合成塔内件的催化剂分为四段，一、二段采用冷激方式，冷热气体直接混合换热，三、 四段催化剂段间采用列管换热器移走反应热，换热器可以整体吊出。 氨合成塔内气体流向：主线气经塔前预热器预热至 100～120℃、含氨 2%～3%的入塔气通过主线从塔 顶入塔，经内件与外筒的环隙下行，同时保证外筒壁温度不超过 180℃，然后进入下部换热器进一步预热， 再通过下中心管进入中部换热器加热至 360～400℃，经上中心管进一段催化剂入口。另外三股气体分别 经三条副线入塔，可分别调节零米温度及各段催化剂的温度。其中上部换热器换热后的热气体通过上升管 返回一段入口，与来自中心管的主气流混合后一并进入一段催化剂，再逐次通过一、二段催化剂、上部换 热器、三段催化剂、中部换热器、四段催化剂，最后通过下部热交换器后出塔，出塔气含氨 15%～17%、 温度 280～320℃。JR 内件独特的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 决定了其如下特点： 1）各段催化剂均采用绝热反应，彻底消除了冷管效应。 2）流动阻力较低，考虑到外筒及企业的实际情况，催化剂床层内采用轴向流动，塔阻力可控制在 0.5～ 0.8MPa 以下。 论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司 2 3）根据用户的工艺特点，全面优化催化剂的分配，并充分考虑现有催化剂的特性，高、低温催化剂 搭配使用，扬长避短，以减少催化剂的投资，并获得优越的反应性能。同时，在国内小氮肥行业率先实行 催化剂的分层还原，保证了催化剂的高活性。 4）各段催化剂分层装填，因床层内无冷管，催化剂装填均匀，无“架桥”现象，气体不易偏流。卸 催化剂可吊出内件从上口倒出，亦可用真空吸引。真空吸引时，不必吊装内件及重装底部密封填料，大大 减少维修工作量。 5）避免了冷激型内件带来的冲淡氨含量、催化剂利用率低的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，也不会造成全塔催化剂的同时中 毒。因为，从催化剂反应的机理可以知道，非常少量的毒物即可使催化剂中毒失去活性，但失去反应活性 的催化剂对毒物仍有较强的结合作用，气体逐次通过各段催化剂，即使上部催化剂中毒，也可以作为“脱 毒剂”或“过滤层”来保护下部催化剂少受毒物侵害，这就是段间换热式内件催化剂寿命较长的原因。 6）各段催化剂温度均有副线可供调节，温度调节自如，在还原时可根据不同阶段和不同催化剂对温 度的要求进行分段、分层还原，保证还原彻底。生产中，则可根据催化剂的活性及生产条件的变化把温度 调整到适宜的范围，从而避免某些内件加不上循环量或压不住温度的问题。 7）由于内件换热 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 独特（下部和中部换热器串联换热）及较高换热效率，JR 内件中部和下部换热 面积总和比一般冷激和冷管式内件底部换热器面积还要小，占据空间小，保证 JR 内件催化剂容积大，在 国内各种内件中名列前茅，不存在某些内件生产厂家宣传的间接换热式内件催化剂容积小的问题。 8）内件结构简单可靠，热应力小，加工质量容易保证，使用寿命长。同时，由于无冷管及上部催化 剂对下部催化剂的保护作用，在一段催化剂失活后，可用预还原催化剂更换，不必更换其它段催化剂，可 成倍提高催化剂的利用率，减少催化剂及开车费用。 图 2 合成工段工艺流程 表 1 合成系统设备一览表 名称 规格型号 数量 名称 规格型号 数量 氨合成塔内件 φ1000 1 台 冷交 F=216m2 1 台 催化剂体积 V=5.96m3 循环气加热器 F=327m2 1 台 废热锅炉 F=80m2 1 台 油分 φ800 1 台 氨冷器 F=220m2 1 台 电加热器 710kW 1 台 氨分 φ800 1 台 循环机 2.6m3/min 3 台 水冷排 F=193m2 1 台 软水加热器 F=120m2 1 台 3 氨合成系统工艺流程及设备情况 石家庄正元化肥有限公司合成工段工艺流程如图 2 所示。氨合成塔出口气进入废热锅炉，产生 1.0MPa 左右的蒸汽供造气用汽，气体进软水加热器降至 190℃进塔前预热器，软水加热器的热水来自变换工段， 经加热后送饱和塔。气体再经塔前预热器温度降至 50℃进冷排，出冷排气体温度 34℃，经冷交进一步降 油分 塔前预热器 合成塔 废锅 冷排 冷交 氨冷 软水加 氨分 循环机 新鲜气 论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司 3 温并分离出液氨，气体再进氨冷器冷却至-8℃进氨分离器，分离出液氨后进循环机，循环机出口气体经油 分后进塔前预热器，被预热后进氨合成塔进行下一个循环，放空位置在冷交分离氨后，补气位置在氨冷前。 合成系统主要设备如表 1。 4 催化剂装填和温度点布置 该塔装填的是 YACA、A110-2、A301、A106 型合成氨催化剂，全塔共装填催化剂 17700kg，装填情况 见表 2。氨合成塔催化床测温点的布置原则上是既能反映催化剂床内的气体反应情况，又能反映气流分布 情况，全塔测温点分布情况见表 3。 表 2 氨合成塔催化剂装填情况 一段 二段 三段 四段 型号 规格 重量 kg 型号 规格 重量 kg 型号 规格 重量 kg 型号 规格 重量 kg YNCA 6.7～9.4 200 YNCA 4.7～6.7 1700 A301 4.7～6.7 1900 A301 4.7～6.7 5500 YNCA 3.3～4.7 1200 A110-2 4.7～6.7 1500 A110-2 4.7～6.7 1700 A301 6.7～9.4 300 A110-2 4.7～6.7 1200 A106 4.7～6.7 550 A106 4.7～6.7 550 YNCA 4.7～6.7 700 A106 6.7～9.4 200 A106 6.7～9.4 200 表 3 氨合成塔催化床测温点布置情况 测温点 1 2 3 4 5 6 距氨合成塔大盖上平面高度 mm 1168 1568 2018 2768 3318 4318 测温点 7 8 9 10 11 12 距氨合成塔大盖上平面高度 mm 5318 6028 7078 8128 8718 10845 表 4 催化剂升温还原 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 阶段 时间 h 累计时间 h 热点温度 ℃ 升温速率 ℃/h 系统压力 MPa 氨冷温度 ℃ H2含量 % 水汽浓度 g/Nm3 升温 18 380 50 60 常温～-5 70 ＜2.0 还原初期 10 18 430 5～7 60 -15 75～80 ＜2.0 还原主期 80 98 480 1～2 75 -20 80 ＜2.0 还原末期 20 108 ＜500 1～2 90 -20 75 ＜0.2 降温 8 116 460 5 120 -15 65 ＜0.2 轻负荷 24 140 460±5 220 5 升温还原情况 根据催化剂装填情况和 JR 型氨合成塔内件的结构特点，制定了该塔催化剂升温还原方案见表 4，在 催化剂升温还原过程中掌握的原则如下： 1）微量≤25ppm 方可导气升温，在升温还原阶段微量控制在≤25ppm，超过 25ppm 严禁导气，倒压缩 机时高压段管路一定置换合格气体方能导气。 2）升温速率始终掌握以水汽浓度不超指标为依据。 3）升温开始 14 小时之内将电加热器功率开到满负荷。 4）升温到 350℃开始作水汽浓度 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，半小时一次连续测试，不能间断。 论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司 4 5）整个还原过程要尽可能降低氨冷温度，坚持规定指标，确保一段还原之催化剂活性。 6）升温一开始就要采取二台循环机（2Dz5.5-2.6/285-320）满量送气，并视还原进程恰到好处地增 开第三台 2Dz5.5-2.6/285-320 的循环机。 7）升温开始前 2 小时向废热锅炉倒充蒸汽预热废热锅炉，逐步将废热锅炉蒸汽压力提至 1.3MPa，有 利于升温还原。 8）还原期间出的活化水要准确计量，并要准确无误地分析活化水中氨的浓度。 9）一段催化剂 1、2、3 点温度均要达到 475℃连续保持 16 小时，以达到上段催化剂的还原彻底。 6 生产使用情况 石家庄正元化肥有限公司自 1997 年 8 月使用 JR 型内件以来，生产使用情况一直很好，设备刚投运时 16 机正常生产，随着企业技改产量增加现在开 22 机正常生产，合成系统压力 27.5MPa，合成氨最高日产 为 230 吨。自投入运行后连续生产 4 年未更换过催化剂，其活性很好、内件运行稳定。随着使用时间的延 长，由于气体质量及系统夹带的极少量油雾等长期的积累，一段催化剂活性下降，于是采用部分更换催化 剂法于 2000 年 5 月更换一段催化剂一次，更换催化剂重量 1.6 吨，2003 年 5 月更换一段及少量二段催化 剂一次，更换催化剂 2.1 吨，而内件装填催化剂总量为 17.7 吨，更换部分仅占全部催化剂的十分之一， 内件自投入生产至今，其三、四段催化剂已连续运行 12 年，累计生产合成氨 70 余万吨，吨催化剂已生产 合成氨已超过 3.0 万吨，目前仍在高效运行，为企业创造了较好的经济效益。 JR 型氨合成塔内件的操作主要指标见表 5。2003 年、2004 年 1～3 月生产情况见表 6，月产合成氨达 6500 吨。 表 5 氨合成塔操作主要指标 指标 控制范围 指标 控制范围 一段热点温度（℃） 480±3 循环 CH4（%） 12～14 二段热点温度（℃） 480±3 循环 H2（%） 60±2 三段热点温度（℃） 475±3 塔出口含氨（%） ≥14.71 四段热点温度（℃） 450±3 塔进口含氨（%） ≤2.5 操作压力（MPa） 27.5 循环机运行台数（台） 3 氨冷温度（℃） ≤-5 表 6 2003 年、2004 年 1～3 月生产情况表 年份 开机台数 合成氨产量(t) 白煤耗(t/tNH3) 烟煤耗(t/tNH3) 2003 20 63226.76 1.213 0.281 2004 年 1～3 月 22 19470.49 1.115 0.302 7 JR 型氨合成塔内件优点及使用中应注意的问题 JR 氨合成塔型内件及催化剂在石家庄正元化肥有限公司十二年的长周期运行，是由该内件的绝热段 间换热结构所决定的，实践证明该内件的突出优点有如下： 1）催化剂装填量多，生产能力大。尽管采用的是段间间接换热结构，但由于设计合理，塔容积利用 率高，催化剂总容积可达到国内相同尺寸内件中最大的容积。 2）催化剂层温度分布合理，氨净值高。由于采用绝热反应和间接换热，可控制较低的零米温度，使 操作线更接近最适宜温度曲线，同时克服了“冷管效应”和冷激式内件冷气直接进入高温气体中降温而导 论文部分 2009年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司 5 致平衡氨浓度下降，给氨合成带来不利影响的弊病，可以更充分发挥催化剂的活性，扩大温升和提高氨净 值。 3）催化剂使用寿命长。由于采用绝热反应，催化剂层无冷管冷却，克服了冷管型内件热点下移快的 弊病，在一段上部部分催化剂中毒失活的情况下仍可维持正常生产。由于采用间接换热，克服了冷激式内 件易造成一点催化剂中毒，全塔催化剂同时中毒的弊病，提高了催化剂利用系数和使用寿命。 4）催化剂升温还原方便、可靠。由于采用绝热段间换热，更适催化剂的分段还原，克服了冷管效应 及催化剂还原期间反复氧化的现象，还原比较彻底。进塔气体温度高，充分利用下部带出热量与进口气体 换热提高进气温度，促使上部反应提高反应热，塔内热损失少，解决了还原中需用到电加热提温和功率不 足等问题。 5）设计、结构合理，采用绝热段间换热无冷管结构，无活动部件，简单、实用、可靠，彻底解决了 冷管拉裂现象的发生。 6）调节手段多，温度易控制，操作方便、稳定、可靠。催化剂层装填不同型号的催化剂，各催化剂 温度都有调节手段，冷激气可来源于不同温度的热、冷副线气体，也可通过阀门任意混配成不同温度，根 据催化剂使用前、后期和特殊情况下对温度的不同要求，利用副线阀进行有效的调节和控制，平面温差小、 易于控制。 7）阻力小，循环机和系统负荷轻。由于催化剂层无冷管，所以气体流通面积大，路径短，且进塔气 体采用分流入塔一进一出的方式，因此塔内件阻力很小，循环系统能耗明显降低。 8）短期停车（3～4 小时）不需升温，稍加电炉即可加量生产，大大增加了生产时间。 8 在今后推广和使用 JR 型氨合成塔中应注意的问题 1）根据企业原料含硫量、气体净化水平高低选用适合本企业情况的催化剂，以达到满意使用效果。 2）建议部分更换催化剂时采用预还原催化剂，但更换时要严密注意塔内原催化剂的保护，以防其烧 毁。 3）用户应将本企业的情况如实向设计单位说明，如合成废锅蒸汽的压力、变换的流程、操作压力以 及是碳铵还是尿素企业等，以便设计中充分考虑这些条件，设计好内件及选择合适的配套设备和流程。 9 结论 JR 型氨合成塔系统能适合我国合成氨工艺和原料的国情，它具有生产强度大，氨净值高，催化剂使 用寿命长、还原彻底，操作控制灵活、方便，节能降耗效果好的技术特点和优势，彻底解决了合成氨生产 稳定、长周期、高效、低能耗运行的关键问题。同时在热回收效率、催化剂使用寿命、投资等方面显现了 巨大的节约效益。JR 型氨合成塔系统已被中国氮肥协会作为十大高新技术在氮肥企业推广，2007 年列入 氮肥行业循环经济支撑技术之一及“十一五”节能规划中的重点节能项目，代表了合成氨的节能方向。