海油富岛二期合成氨装置试车总结课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,摘要：对海油富岛二期合成氨装置工艺和设备特点做了较 为全面的介绍，并对装置从,2003,年,5,月,26,日快锅点火，,9,月,1,日化工投料，直至,9,月,30,日出合格合成氨的整个试车过程进行全面总结。,关键词：原料气、过量空气、深冷净化、关键设备、试车,中海石油富岛二期合成氨装置（,45,万吨,/,年）采用凯洛格,-,布朗路特公司（简称,KBR,）组合合成氨工艺技术。其核心工艺为,KBR,深冷净化工艺，它是由著名深冷净化工艺特点与著名凯洛格设备设计的组合。,第1页/共43页,摘要：对海油富岛二期合成氨装置工艺和设备特点做了较 为全面,1,1,工艺特点,1.1,原料气弹性大,KBR,深冷净化工艺能够处理原料气含高浓度二氧化碳和氮气的工艺，而且原料气不必预先脱除二氧化碳。因此，设备和维修成本下降，装置的开车时间缩短。中海石油富岛二期合成氨装置原料天然气来自于东方,11,海上气田，原料天然气中含有高浓度二氧化碳（,20.7%,）和氮气（,16.8%,）。采用,KBR,深冷净化工艺，二段转化炉加入,68%,过量工艺空气优化该原料天然气，这个空气量在降低一段转化炉负荷和原料气组份变化的弹性之间达到最优化。,第2页/共43页,1 工艺特点1.1 原料气弹性大第2页/共43页,2,原料气组份变化对装置能力的影响见表一。从表一数据表明了,KBR,深冷净化工艺技术的优点。由于原料气组份、一段转化炉工况和工艺空气量的变化，通过深冷净化器的调整仍然能够保持合成氨装置的生产能力。即使在极端情况下（,B,和,C,）装置生产能力也高于传统装置。,设计,基准（设计）,方案,A,方案,B,方案,C,方案,D,方案,E,方案,F,CO,2,变化,20.7,中点,+5%,中点,_5%,中点,+7%,中点,+10%,中点,+15%,中点,_7%,中点,_10%,中点,_15%,N,2,变化,16.8,中点,+2%,中点,_2%,中点,+4%,中点,+7%,中点,+12%,中点,_4%,中点,_7%,中点,_12%,净化器工艺,（能力）,100,100,100,100,80-85,65-70,100,100,100,传统工艺,（能力）,100,100,100,100,75-80,55-60,100,90-95,85-90,第3页/共43页,原料气组份变化对装置能力的影响见表一。从表一数据表明了KBR,3,1.2,温和的一段转化和过量空气的二段转化,KBR,合成氨工艺在转化工序的一段转化炉采用低水碳比（,2.7,）和较低的转化温度（,754,），一段转化炉（,101-B,）的热负荷大大降低，炉管数和烧嘴也大大减少。大部分负荷被转移到二段转化炉。在二段炉加入过量,68%,的工艺空气，利用空气中的氧气发生燃烧放出热量以提供转化反应所需的热量，将一段转化炉出口残余的甲烷由,22.02%,继续转化至,2.13%,。由于转化部分的温度比传统流程降低，而二段转化炉与传统流程相比又加入过量的空气，因此转化后的工艺气比传统流程中多的甲烷和氮气在深冷净化工序脱除，脱除后尾气返回到一段炉中作为燃料。此设计降低了转化炉投资成本，且延长转化炉管及催化剂的使用寿命。,第4页/共43页,1.2 温和的一段转化和过量空气的二段转化第4页/,4,1.3,深冷净化装置,深冷净化装置是,KBR,合成氨工艺的核心，为了防止,CO,2,与,H,2,O,在冷箱中低温冻结堵塞管道，在冷箱前设置了分子筛干燥系统，先将,CO,2,与,H,2,O,脱除；其余工艺气中所有的甲烷、微量,CO,和,60%,氩气与过剩的氮气一起在冷箱脱除，脱除后尾气返回到一段炉中作为燃料。从深冷装置出来的合成气氢,/,氮比为,3:1,，且所有微量的水和碳氧化物完全被脱除，延长合成催化剂使用寿命。由于新鲜气氢氮气纯度高，惰气含量极低（,AR0.25%,），提高了合成反应的合成率，降低了空速，节省合成气压缩机循环功和冰机冷冻功，从而降低了吨氨能耗。深冷净化能够使合成氨装置前后端独立稳定操作。首先，它允许二段转化炉操作独立设定合成回路的氢,/,氮，第二，它能有效地补偿前系统的任何问题。例如,CO,和,CO,2,的泄漏量高于设计值时，,CO,和,CO,2,将在甲烷化炉内转化为甲烷且所有甲烷将在深冷净化器中被脱除。合成回路的操作不受影响。传统合成氨工艺是无法达到本装置操作弹性的。,第5页/共43页,1.3,5,1.4,有效的,KBR,合成回路,由于新鲜气中不含有合成催化剂的毒物,碳氧化物和水分。所以新鲜气可直接导入循环气，通过热交换后进入合成塔。此工艺流程有几个优点,:,（,1,）冷冻负荷低于其它流程。其他流程由于新鲜气中含有水分，先与合成塔出口气体混合，然后通过一系列氨冷器冷却后再返回到合成塔入口，冷冻负荷增加；（,2,）由于不含氨的新鲜气与循环气混合致使合成塔入口氨含量降低，合成塔的能力增加；（,3,）新鲜气中低的惰气含量使循环气循环量减少，节省合成气压缩机和冰机功率。合成回路设计同样结合了高压废热锅炉，除了有效回收热量，废热锅炉还起到稳定合成回路操作的作用，合成氨装置生产的改变仅反应在蒸汽产量的变化而不影响合成塔温度的分布。,KBR,合成流程中采用卧式三床合成塔和组合式氨冷器，降低了催化剂床层阻力，减少投资。,第6页/共43页,1.4 有效的KB,6,1.5,燃气轮机与一段炉结合的工艺,由于,KBR,工艺流程在二段转化炉加入过量,68%,的空气，因此空压机功率增加，若用蒸汽透平驱动工艺空气压缩机，系统蒸汽不能平衡，势必增加一台,100T/H,中压快装锅炉，而用燃气轮机驱动工艺空气压缩机则不会引起这个问题。虽然燃气轮机本身而言它的效率并不高（,25%,），但是燃气轮机的乏气（压力温度,535,、氧含量,1517%,）全部作为一段炉的燃烧空气，热量被全部利用，这样燃气轮机与一段炉联合操作所需燃气量的总和比传统流程减少,20%,以上，装置总能耗降低,5.2%,左右。燃气轮机所需空气是经过两级过滤的。传统流程一段炉燃烧空气一般直接从大气中进入炉膛，转化炉管壁结垢严重，影响传热和炉管寿命，而采用燃气轮机乏气的转化炉管壁非常干净。一段炉烧嘴火焰稳定，辐射段、对流段温度易于调节控制。,第7页/共43页,1.5 燃气轮机与一段炉结合的工艺第7页/共,7,1.6,低能耗的,MDEA,脱碳工艺,CO,2,脱除系统采用,BASF,公司节能的,aMDEA03,工艺，,MDEA,是一种叔胺，溶液稳定性好，不降解，挥发性小；对碳刚设备基本无腐蚀。,MDEA,溶液兼有化学吸收剂和物理吸收剂的特点，它与,CO,2,反应生成一种不稳定的碳酸盐，比较容易再生，与其他吸收液相比，,MDEA,在降压时单位溶液所释放出的,CO,2,量最多。因此，,MDEA,做为吸收液，可降低再生热耗，节省动力消耗，开工时不需钝化，缩短开工时间；另一方面，,MDEA,吸收,CO,2,后的富液通过两级降压闪蒸（,0.87MPa,和,0.06MPa,）和加热再生后，,CO,2,纯度达到,99.83%,，更适合二氧化碳气提尿素工艺。,第8页/共43页,1.6 低能耗的MDEA,8,2.,关键设备,2.1,一段转化炉,一段转化炉是,KBR,顶烧炉设计，它包括辐射段和对流段。辐射室垂直安装了,192,根装有催化剂的竖琴管。烟道气在底部离开辐射段进入对流段，烟道气在对流段经过混合原料气预热盘管、高压蒸汽过热盘管（两组）、工艺空气预热盘管（两组）、原料气天然气预热盘管、锅炉给水预热盘管后烟道气（,170,）,由引风机烟囱排放。燃气轮机乏气作为一段炉燃烧空气和对流段盘管温度调节是,KBR,一段转化炉的低能耗设计。转化炉所需工艺热负荷仅仅是传统装置的,60%,。转化炉与燃气轮机的联合操作，无论采取何种方式，都能提供足够的氧气使转化炉顶有序开车，既是燃气透平跳车也不会导致转化炉完全停车，转化炉烧嘴在低负荷保持燃烧（,5%,），尽快重新开车。一段转化炉顶部使用小热量释放、低,NOX,烧嘴，正常操作是天然气和低热值工艺废气或其它任何组合。同一烧嘴采用天然气时能够达到,100%,的能力。,第9页/共43页,2.关键设备 2.1 一段转化炉第9页/共43页,9,2.2,二段炉,二段炉是,KBR,专利设备，主要特点,:,（,1,）带有水夹套双层耐火衬里，耐火衬里为 金属壳体温度提供了保证；,（,2,）采用空气,/,工艺气混合器，以提供均匀的分配和良好混合。避免火焰直接影响催化剂床层；,（,3,）在二段炉上部有,2.85,米的圆锥以使气体在催化剂上部均匀分布。其它部分与传统二段炉无区别。,第10页/共43页,2.2 二段炉第,10,2.3,氨合成塔（,105D,）,氨合成塔是单台卧式压力容器。有三个绝热床，内部冷却的合成塔，在合成塔壳内有可移动的催化剂筐，与催化剂筐一起集合的还有两个内部换热器（,122C1/C2,），在圆锥催化剂筐和高压壳侧之间是一个环形空间，是用来壳体冷却气体通道。,121 C,预热后的合成气约有,60%,经,HV1044,（主气流）通过外壳,/,催化剂筐之间的环隙进入,122C1,的管侧，另一股冷却气经,122C2,管侧与第二床层出口气换热后也进入,122C1,的管侧，两股气流在,122C1,混合与第一床层出口气换热后进入第一床层入口，冷激线（,HV1025,）直接加到第一床层入口将入口温度控制在,379,。离开第一床层,490,的合成气进入床层底部和催化剂筐壁之间，进到,122C1,内部换热器的壳侧，经冷却到进入第二催化剂床层，从第二床层出来的合成气通过,122C2,冷却后进入第三床层。此设计具有较高的转化率（,15.52%,）和较低的压力降（,0.25MPa,）。,第11页/共43页,2.3 氨合成,11,2.4,组合式氨冷器,组合式氨冷器代替了三个换热器和两个闪蒸槽。合成塔出口气体通过中心管环隙流动，而循环气通过中心管内管流动，冷却氨在不同温度和压力下壳侧的两室蒸发，因此合成塔出口气体有两种介质即循环气和氨冷冻剂同时冷却。此设计减少了昂贵的高压管道和管件和系统阻力降。,第12页/共43页,2.4 组合式氨冷器第1,12,3,中海石油富岛二期合成氨装置试车总结,3.1,催化剂装填与还原,合成氨装置所有催化剂及分子筛（共计,622m3,）由催化剂装填专业公司（上海阳申）承包，从,2003,年,6,月,8,日开始装填，于,8,月,12,日装填结束。催化剂装填各项指标均达到,KBR,规范和催化剂厂商要求。特别是一段炉催化剂装填后转化管阻力（最大偏差,1.5%,）及合成塔催化剂装填密度远高于,KBR,规范和催化剂厂商要求。,第13页/共43页,3 中海石油富岛二期合成氨装置试车总结 3.1 催化剂,13,3.1.1,低变催化剂还原及并入系统,低变催化剂选用南化集团催化剂厂,B-206,型催化剂，该催化剂是采用铜氨络合技术制成，主要成份是氧化铜,37.5%,，氧化锌和三氧化二铝，堆比重,1.50.1kg/l,，比表面积,1.5m/g,，还原后铜晶,76A,。,104-D2,装填重量,102300kg,，装填体积,70.6m,，装填堆比重,1.449 kg/l,。,8,月,15,日,9:00,启动氮循环升压机,173J,进行低变炉氮气循环升温，以,10C/h,升温至,120 C,，,8,月,16,日,5:00,衡温,4,小时结束，由于在,120C,前升温衡温阶段低变催化剂脱除物理水仅为,160 kg,，根据催化剂厂商服务指导人员意见,10C/h,升温至,150 C,衡温至氮循环升压机,173-J,停车，耗时,49,小时。该阶段中氮循环流量保持,17700600kg/h,，空速,200,小时,，压力,1.5kg/cm2,，共计出水,1000kg,。,第14页/共43页,3.1.1 低变催化剂还原及并入系统,14,由于氮循环升压机,173-J,在试车过程中不能满足工艺要求，,8,月,19,日,13:30,启动原料气