CN104556145A - 一种氨合成催化剂提前升温系统及升温方法 - Google Patents

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张传伟
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Abstract

本发明公开了一种氨合成催化剂提前升温系统。包括氨合成单元（2），氨合成单元（2）分别连接有前处理单元（1）和未变换气洗涤塔（3）；所述的前处理单元（1）包括CO变换装置（4），CO变换装置（4）经变换气洗涤塔（5）与分子筛（6）连接，分子筛（6）与液氮洗装置（7）连接；所述的氨合成单元（2）包括氨合成气压缩机（8），氨合成气压缩机（8）经开工加热炉（9）与氨合成装置（10）连接，氨合成装置（10）设有氨合成催化剂床层（11）。本发明大大提高了合成氨的生产效率,避免了工艺气的浪费，减少了合成氨的生产成本,效提高了工艺气的利用率。

Description

一种氨合成催化剂提前升温系统及升温方法
技术领域
本发明涉及一种升温系统及升温方法，特别是一种氨合成催化剂提前升温系统及升温方法。
背景技术
氨合成装置开车时，氨合成催化剂均要求用开工加热炉将氨合成催化剂床层温度升至催化剂活性温度以上，氨合成催化剂床层的升温采用气体精制的氨合成气（氮气与H2的混合气）作为热载体进行升温，加热的燃料气来源于氨合成气。在催化剂床温度未达到活性温度前，氨合成气只是热源载体，由于催化剂温度没有达到起活温度，并不会有合成氨反应发生。在氨合成催化剂升温期间，气体精制出口的氨合成气只能放空至火炬燃烧。目前氨合成催化剂床层升温方式主要有以下缺点：1）合成氨的开车工艺周期长，合成氨的合成效率低；2）使用氨合成气作为热载体需等待气体精制出口工艺气合格，等待期间会导致大量工艺气放空燃烧，对工艺气造成浪费，增加了合成氨的生产成本；3）开工加热炉的燃料气来源于气体精制工段制备的工艺气，该部分工艺气的生成需要经过一系列的工艺操作，延迟了开工加热炉的点燃时间，从而延长氨合成开车至出产品时间，增加生产成本高，降低了工艺气的利用率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种氨合成催化剂提前升温系统及升温方法。本发明缩短了合成氨工艺开车时间，大大提高了合成氨的生产效率；本发明避免了工艺气的浪费，减少了合成氨的生产成本；本发明有效提高了工艺气的利用率。
本发明的技术方案：一种氨合成催化剂提前升温系统，包括氨合成单元，氨合成单元分别连接有前处理单元和未变换气洗涤塔；所述的前处理单元包括CO变换装置，CO变换装置经变换气洗涤塔与分子筛连接，分子筛与液氮洗装置连接；所述的氨合成单元包括氨合成气压缩机，氨合成气压缩机经开工加热炉与氨合成装置连接，氨合成装置设有氨合成催化剂床层。
前述的氨合成催化剂提前升温系统中，所述的液氮洗装置与氨合成气压缩机连接；所述的未变换气洗涤塔与开工加热炉连接，开工加热炉与氨合成催化剂床层连接。
氨合成催化剂提前升温的方法为：启动氨合成气压缩机，待启动氨合成气压缩机启动成功后，将粗煤气经管道分别输送入未变换气洗涤塔和前处理单元的CO变换装置中；未变换洗涤塔接气后对粗煤气净化得到净化气，净化气经输送管道引入开工加热炉作为燃料气，点火对开工加热炉进行加热，此时向氨合成气压缩机中引入氮气进行压缩，压缩后的氮气通入到开工加热炉后与开工加热炉热交换成为热载体，将热载体通入到氨合成装置中，与其中的氨合成催化剂床层进行热交换，使氨合成催化剂床层升温达到氨合成催化剂的活性温度，将热交换后的氮气放空；CO变换装置接气后，使粗煤气中的CO在高温条件下与水蒸气反应得到H2和CO2，H2和CO2与粗煤气中的其他气体混合得到混合气并被引入变换气洗涤塔中，在变换气洗涤塔中通过低温甲醇洗工艺将混合气洗涤净化，即去除混合气中的H2S和CO2，净化后的混合气经分子筛和液氮洗装置完全净化，去除微量的CH4和CO等物质，完全净化后得到纯净的H2即工艺气，将工艺气与氮气混合后，引入氨合成气压缩机8压缩，将压缩后的氨合成气经开工加热炉9引入氨合成装置10，此时，氨合成催化剂床层11已达到氨合成催化剂的活性温度，氨合成装置10开始进行合成氨反应。
前述的氨合成催化剂提前升温的方法中，所述的氨合成气压缩机氨合成催化剂床层进气口的压强为0.8～1.5MPa，氨合成气压缩机的转速为6500～7200r/min。
更优地，前述的氨合成催化剂提前升温的方法中，所述的氨合成气压缩机氨合成催化剂床层进气口的压强为1.0～1.2MPa，氨合成气压缩机的转速为6800～7000r/min。
发明人在研制过程中进行了大量的实验，以下为实验研究结果果：
实验例1：对比实验
一、现有技术
17：45分,向 CO变换装置送入粗煤气;
18：53分，CO变换装置出口气体分析合格系统稳定，导气进入变换气洗涤塔通过低温甲醇洗工艺洗涤；
20：24分，系统稳定通知分析，
21：00分，分析合格，将变换气洗涤塔出口气体导进分子筛预冷；
22：36分，分子筛预冷合格 ,导气进液氮洗装置；
23:27分, 液氮洗装置出口气体分析合格，所得气体为工艺气（H2），此时通入氮气，工艺气与氮气混合即得氨合成气，将氨合成气导入氨合成气压缩机进行压缩；
23：30分，氨合成气压缩机开始启动（氨合成气压缩机的进气口压强设为2.0～2.5MPa，转速设为8000～9000r/min），开工加热炉引入燃料气（该处引入的燃料气为工艺气即H2）点火，经氨合成气压缩机压缩的氨合成气进入开工加热炉中，在开工加热炉中热交换后，作为热载体通入氨合成装置，对氨合成装置中的氨合成催化剂床层升温；
4：15分，氨合成催化剂床层稳定达到氨合成催化剂活性温度并开始氨合成反应；
4：48分，送液氨产品，停止氨合成气放空燃烧，系统开车完成。通过上述实验得：前处理单元中制备工艺气（H2）的时间从17：45分～23:27分，耗时5小时42分钟；氨合成催化剂达活性温度并制得液氨的时间为23:27分～次日4：48分，耗时5小时21分钟；即本次开车总耗时11小时3分钟。
二、本发明技术
2：10分，开始启动氨合成气压缩机（氨合成气压缩机的进气口压强设为1.0～1.2MPa，转速设为6800～7000r/min）；
3：12分，氨合成气压缩机启动成功并与合成系统建立循环；
3：28分，向 CO变换装置送入粗煤气；
3：35分，将粗煤气导至开工加热炉并点火，同时向氨合成气压缩机通入氮气，将压缩后的氮气通入开工加热炉进行热交换，热交换后的氮气作为热载体进入氨合成装置氨合成装置，对氨合成装置中的氨合成催化剂床层升温；
4：55分，将CO变换装置出口气体导入变换气洗涤塔通过低温甲醇洗工艺洗涤；
6：18分，低温甲醇洗稳定，变换气洗涤塔出口气体合格；
6：31分，将变换气洗涤塔出口气体导入分子筛，
7：25分，分子筛处理合格；
7：35分，将分子筛处理合格的气体导入液氮洗装置；
8：05分，液氮洗装置出口气体合格即为工艺气H2，将工艺气导入至氨合成气压缩机，氨合成气压缩机中的氮气与工艺气混和得氨合成气，氨合成气经开工加热炉后进入氨合成装置，此时氨合成催化剂床层的温度已达氨合成催化剂的温度，氨合成气在氨合成装置中进行合成氨反应；
8：35分，送液氨产品，停止工艺气放空，系统开车完成；
通过上述实验得：前处理单元中制备工艺气（H2）的时间从3：28分～8：05分，耗时4小时37分钟；氨合成催化剂床层从3：35分开始升温，到处理单元中制备出合格工艺气（H2）时间（8：05分）时，氨合成催化剂床层已完成升温，即制备工艺气与氨合成催化剂床层升温同步进行。
从启动氨合成气压缩机到输送液氨产品，本次开车共耗时6小时25分钟。
三、结论
通过对比实验例可得：采用本发明有效缩短了合成氨工艺的开车时间，合成氨工艺的开车时间由11小时3分钟缩短至6小时25分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用氮气作为热载体，避免了氨合成气中的工艺气放空燃烧，有效节约了工艺气的用量。
2、本发明开工加热炉使用粗煤气替代工艺气作为燃料气，使工艺气最大限度用于合成氨，提高了工艺气的有效利用率。
3、在经济效益方面：本发明通过粗煤气在前处理单元中制备工艺气（H2）与加热氨合成催化剂床层同时进行，有效缩短了合成氨工艺的开车时间（合成氨工艺的开车时间由约十一小时缩短至约六小时），大大提高了合成氨的生产效率，节省了开车费用；节约的开车费用为；
开车时煤气化以最低负荷（60%）运行，有效气量为80000Nm3/h，吨氨耗有效气量2200 Nm3/h，可生产液氨36吨/小时，液氨按3200元/吨计，则每次开车可节约开车费用为：
附图说明
图1是本发明的系统图。
附图中的标记为：1-前处理单元，2-氨合成单元，3-未变换气洗涤塔，4-CO变换装置，5- 变换气洗涤塔，6-分子筛，7-液氮洗装置，8-氨合成气压缩机，9-开工加热炉，10-氨合成装置，11-氨合成催化剂床层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种氨合成催化剂提前升温系统，构成如图1所示，包括氨合成单元2，氨合成单元2分别连接有前处理单元1和未变换气洗涤塔3；所述的前处理单元1包括CO变换装置4，CO变换装置4经变换气洗涤塔5与分子筛6连接，分子筛6与液氮洗装置7连接；所述的氨合成单元2包括氨合成气压缩机8，氨合成气压缩机8经开工加热炉9与氨合成装置10连接，氨合成装置10设有氨合成催化剂床层11。
前述的液氮洗装置7与氨合成气压缩机8连接；所述的未变换气洗涤塔3与开工加热炉9连接，开工加热炉9与氨合成催化剂床层11连接。
氨合成催化剂提前升温的方法为：启动氨合成气压缩机8，将氨合成气压缩机8的进气口压强设为1.0～1.2MPa，氨合成气压缩机8转速为6800～7000r/min，确保氨合成装置10中的压强能达到氨合成催化剂床层11的升温要求，同时确保氨合成气压缩机8能稳定运行。待启动氨合成气压缩机8启动成功后，将粗煤气经管道分别输送入未变换气洗涤塔3和前处理单元1的CO变换装置4中；未变换洗涤塔3接气后对粗煤气净化得到净化气，净化气经输送管道引入开工加热炉9作为燃料气（净化气代替氨合成气作为燃料气），点火对开工加热炉9进行加热，此时向氨合成气压缩机8中引入氮气进行压缩，压缩后的氮气通入到开工加热炉9后与开工加热炉9热交换成为热载体（氮气代替氨合成气作为热载体），将热载体通入到氨合成装置10中，与其中的氨合成催化剂床层11进行热交换，使氨合成催化剂床层11升温达到氨合成催化剂的活性温度，将热交换后的氮气放空（避免了氨合成气作为热载体时，其中的H2放空燃烧）；CO变换装置4接气后，使粗煤气中的CO在高温条件下与水蒸气反应得到H2和CO2，H2和CO2与粗煤气中的其他气体混合得到混合气并被引入变换气洗涤塔5中，在变换气洗涤塔5中通过低温甲醇洗工艺将混合气洗涤净化，即去除混合气中的H2S和CO2，净化后的混合气经分子筛6和液氮洗装置7完全净化，去除微量的CH4和CO等物质，完全净化后得到纯净的H2即工艺气，将工艺气与氮气混合后，引入氨合成气压缩机8压缩，将压缩后的氨合成气经开工加热炉9引入氨合成装置10，此时，氨合成催化剂床层11已达到氨合成催化剂的活性温度，氨合成装置10开始进行合成氨反应。

Claims (5)

1. 一种氨合成催化剂提前升温系统，其特征在于：该系统构成包括氨合成单元（2），氨合成单元（2）分别连接有前处理单元（1）和未变换气洗涤塔（3）；所述的前处理单元（1）包括CO变换装置（4），CO变换装置（4）经变换气洗涤塔（5）与分子筛（6）连接，分子筛（6）与液氮洗装置（7）连接；所述的氨合成单元（2）包括氨合成气压缩机（8），氨合成气压缩机（8）经开工加热炉（9）与氨合成装置（10）连接，氨合成装置（10）设有氨合成催化剂床层（11）。
2.根据权利要求1所述的氨合成催化剂提前升温系统，其特征在于：所述的液氮洗装置（7）与氨合成气压缩机（8）连接；所述的未变换气洗涤塔（3）与开工加热炉（9）连接，开工加热炉（9）与氨合成催化剂床层（11）连接。
3.一种氨合成催化剂提前升温的方法，其特征在于：启动氨合成气压缩机（8），待氨合成气压缩机（8）启动成功后，将粗煤气经管道分别输送入未变换气洗涤塔（3）和前处理单元（1）的CO变换装置（4）中；未变换洗涤塔（3）接气后对粗煤气净化得到净化气，净化气经输送管道引入开工加热炉（9）作为燃料气，点火对开工加热炉（9）进行加热，此时向氨合成气压缩机（8）中引入氮气进行压缩，压缩后的氮气通入到开工加热炉（9）后与开工加热炉（9）热交换成为热载体，将热载体通入到氨合成装置（10）中，与其中的氨合成催化剂床层（11）进行热交换，使氨合成催化剂床层（11）升温达到氨合成催化剂的活性温度，将热交换后的氮气放空；CO变换装置（4）接气后，使粗煤气中的CO在高温条件下与水蒸气反应得到H2和CO2，H2和CO2与粗煤气中的其他气体混合得到混合气并被引入变换气洗涤塔（5）中，在变换气洗涤塔（5）中通过低温甲醇洗工艺将混合气洗涤净化，即去除混合气中的H2S和CO2，净化后的混合气经分子筛（6）和液氮洗装置（7）完全净化，去除微量的CH4和CO等物质，完全净化后得到纯净的H2即工艺气，将工艺气与氮气混合后，引入氨合成气压缩机8压缩，将压缩后的氨合成气经开工加热炉9引入氨合成装置10，此时，氨合成催化剂床层11已达到氨合成催化剂的活性温度，氨合成装置10开始进行合成氨反应。
4.根据权利要求3所述的氨合成催化剂提前升温的方法，其特征在于：所述的氨合成气压缩机（8）进气口的压强为0.8～1.5MPa，氨合成气压缩机（8）的转速为6500～7200r/min。
5.根据权利要求4所述的氨合成催化剂提前升温的方法，其特征在于：所述的氨合成气压缩机（8）进气口的压强为1.0～1.2MPa，氨合成气压缩机（8）的转速为6800～7000r/min。
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