CN1837048A - 一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺 - Google Patents

一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺。该工艺采用单组或多组氨合成塔，每组氨合成塔含有1～3个氨合成塔，且氨合成塔总数不少于2个，在每个氨合成塔后均设有废锅回收余热，氨合成塔在一种或多种压力下进行氨合成，每组氨合成塔使用压力一致。该工艺可提高合成氨合成效率及余热回收效率、使氨合成过程及副产蒸汽量达到最佳化，降低设备投资和综合能耗，节约生产成本，特别适用于合成氨厂在现有装置能力下的增产节能改造或全新设计。

Description

一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺
技术领域
本发明属于合成氨领域，本发明涉及一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺。
背景技术
在工业上用氢氮气合成氨的化学过程需要在高温、高压和催化剂的作用下才能进行，其反应式为：
是一种可逆的化学反应，而作为目标的正反应为总体积缩小的放热反应。因此，从化学平衡角度考虑，采用低温、高压工艺为好；从反应速率和催化剂活性角度考虑，采用高温、高压工艺为好；而从压缩功耗和循环功耗角度考虑，压力越低，则因合成后体积缩小而引起压缩功耗也越小，但也因此使单程转化率降低，循环功耗上升。从气液平衡角度考虑，高压有利提高产品氨的分离效率，降低冷冻功耗。
合成氨的反应热约324.7×104kj/ton，绝大部分可通过副产蒸汽加以回收，但是低于80～100℃的余热只能通过循环水或风冷进行冷却处理，需消耗动力，因此，降低这一温度和这一温度下气体流量(循环量)是节能的有效手段。
目前国内外大型合成氨工业广泛采用的是10～15Mpa中低压力下的单塔或多塔合成工艺，而国内绝大部分中小型合成氨厂采用的是25～32Mpa高压下的单塔合成工艺，根据上述原理，这两种压力条件下的工艺在效率和能耗方面都存在缺陷：单纯的9～16Mpa中低压力合成工艺，对催化剂低温活性及原料气中的惰性气体含量有严格的要求，管道、设备及循环量相对较大，产品氨分离效率低，冷冻功耗大；单纯的25～32Mpa高压下合成工艺，压缩功耗损失大，对设备要求高，特别是这种压力下的单塔合成工艺，转化率、热回收率较低。两种方法分别的热回收率最高只能达到合成氨反应热的82％。
发明内容
本发明的目的是提供一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，提高合成氨的合成效率及余热回收效率，使氨合成过程及副产蒸汽量达到最佳化，降低生产成本。
本发明的目的是通过下列技术措施来实现的：
一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，该工艺采用单组或多组氨合成塔，每组氨合成塔含有1～3个氨合成塔，且氨合成塔总数不少于2个，在每个氨合成塔后均设有废锅回收余热，氨合成塔在一种或多种压力下进行氨合成，每组氨合成塔使用压力一致。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中每组氨合成塔中多个氨合成塔采用串联方式连接。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中氨合成时的多种压力为二种，且第二级压力高于第一级压力。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中第一级压力为9～16Mpa，第二级压力为18～32Mpa。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中第一级压力与第二级压力之间采用压缩机增压。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中在一种压力下进行氨合成时，其压力为9～16Mpa或18～32Mpa。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中采用二种压力进行合成氨生产时，在第一级压力下通过1个或多个串联的氨合成塔进行氨合成反应，每个氨合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体经换热、冷却、分离，分离后的部分或全部气体增压至第二级压力，进行第二级氨合成；采用部分合成气体增压进入第二级氨合成反应时，未增压的合成气体采用循环方式重复上述过程；进行第二级氨合成时，通过1个或多个串联的氨合成塔进行氨合成反应，每个氨合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体换热、冷却、分离，分离后的合成气体采用循环方式进行第二级氨合成反应，驰放气可排空、送氢回收或返回第一级氨合成。
所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其中采用一种压力进行合成氨生产时，用2个或多个氨合成塔串联进行氨合成反应，每个合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体换热、冷却、分离，分离后的合成气体采用循环方式进行氨合成反应，驰放气可排空或送氢回收。
以下结合说明书附图对本发明进行详细的描述：
1、以二种压力下的方案为例：
9～16Mpa合成氨原料气，经换热器1加热后，进入合成塔1，反应后的气体经废锅1回收余热后，进入合成塔2继续反应，出塔后的气体经废锅2回收余热(也可以没有合成塔2、废锅2)，经换热器1换热后，进入冷却分离装置1，进行冷却、分离，在此分离出氨，剩余的气体一部分循环(经废循环机1)，另一部分送压缩机压缩至18～32Mpa，进入高压回路(剩余的气体也可以不循环而全部送压缩机压缩)。经换热器2加热后，进入合成塔3，反应后的气体经废锅3回收余热后，进入合成塔4继续反应，出塔后的气体经废锅4回收余热(也可以没有合成塔4、废锅4)，经换热器2换热后，进入冷却分离装置2，进行冷却、分离，在此分离出氨，剩余的气体大部分循环(经废循环机2)，少部作为驰放气可排空、送氢回收或返回第一级氨合成。
2、对于单一压力下的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，比上述过程简单，但合成效率和余热回收率比上述过程有所降低，综合能耗有所上升：合成氨原料气，经换热器1(或2)加热后，进入合成塔1(或3)，反应后的气体经废锅1(或3)回收余热后，进入合成塔2(或4)继续反应，出塔后的气体经废锅2(或4)回收余热，经换热器1(或2)换热后，进冷却分离装置1(或2)，进行冷却、分离，在此分离出氨，剩余的气体一部分循环(经废循环机1或2)，大部作为驰放气可排空或送氢回收。
本发明的优点：
1.本发明提出的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，可以提高合成及余热回收效率、使氨合成过程及副产蒸汽量达到最佳化，蒸汽产量可从传统装置的0.8t/tNH3提高0.9-1.3t/tNH3(以1.3Mpa蒸汽为计算基准)，降低设备投资和综合能耗，节约生产成本。
2.可以将整个合成氨工艺安排在两种或多种不同优势的压力下进行，有效减少因合成后体积缩小而引起压缩功耗，提高单程转化率，减少循环功耗和冷冻功耗。
3.对于现有合成氨厂的传统工艺，在现有高压回路中的压缩机和循环机能力下，用相对低50％的投资，能使总生产能力提高30-70％，
4.对于采用本发明多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺的全新设计装置，设备总投资比传统设计低约20％，装置运行总能耗低于目前国外引进的同等规模大型装置。
5、本发明特别适用于合成氨厂在现有装置能力下的增产节能改造或全新设计。
附图说明
图1是本发明2种压力4塔4废锅氨和蒸汽联产工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。
以下实施例中未明确提及的操作过程可参考发明内容部分之“以下结合说明书附图对本发明进行详细的描述”所列举的二种压力或单一压力的内容。实施例中列举的设备编号均按照图1所标示处理。
实施例1
在15Mpa压力下建一套有两台∅1800氨合成塔(合成塔1和2)串联生产装置，每个合成塔后均设置废锅(即废锅1和2)回收余热，然后进行换热、逐级冷却、分离，合成气体采用小循环量循环方式(经废循环机1)进行氨合成反应，日生产能力为600吨，副产4.0Mpa蒸汽0.8吨/吨氨。部分气体经压缩机加压至28Mpa，进入高压合成系统，经换热器2换热后的合成气进入∅1500合成塔3，出塔后的气体温度达350℃，氨含量17％，进入废锅3回收余热，增产4.0Mpa蒸汽约0.5吨/吨氨，然后进行换热、逐级冷却、分离，合成气体采用小循环量循环方式(经废循环机2)进行高压氨合成反应，日产氨能力为400吨，合计日生产能力达1000吨，副产蒸汽总量达1.3吨/吨氨，总投资及能耗低于目前国外引进的大型装置。
实施例2
操作压力为25Mpa高压合成系统，单一∅1800氨合成塔(合成塔3)，日生产能力为520吨，副产1.3Mpa蒸汽0.8吨/吨氨，增加一台∅1600低阻力氨合成塔(合成塔4)与之串联生产。合成气从第一个塔(合成塔3)出来时温度304℃，氨含量13.36％，进第一个废锅(废锅3)，副产1.3Mpa蒸汽约0.8吨/吨氨，温度降至192℃，进新增的第二个塔(合成塔4)，反应后气体出塔温度达245℃，氨含量增至17.38％，进第二个废锅(废锅4)，副产1.3Mpa蒸汽约0.3-0.4吨/吨氨，由于氨转化率提高，在维持系统阻力不变(即循环气量不增加的前提下)，生产能力提高30％，达到日产氨690吨，副产蒸汽总量即达1.2吨/吨氨。
实施例3
操作压力为25Mpa高压合成系统，单一∅1800氨合成塔(合成塔3)，日生产能力为520吨，副产1.3Mpa蒸汽0.8吨/吨氨，在12Mpa压力下增加一台∅1200低阻力氨合成塔(合成塔1)及配套设备与之串联生产。合成气先进入12Mpa压力级系统，经换热器1换热后的合成气进入∅1200合成塔(合成塔1)，出塔后的气体温度达350℃，氨含量14％，进第一个废锅(废锅1)，增产1.3Mpa蒸汽约0.4吨/吨氨，然后进行换热、逐级冷却、分离，合成气体一次性通过，日产氨能力为220吨，剩余的气体经增压至25Mpa，进高压合成系统，在维持系统压缩机能力不变的条件下，生产能力提高40％，达到日产氨740吨，副产蒸汽总量达1.2吨/吨氨。
实施例4
以25Mpa高压合成系统∅1800氨合成塔(合成塔3)为基础，在12Mpa压力下增加一台∅1200低阻力氨合成塔(合成塔1)及配套设备(含废锅1、换热器、冷却分离设备、循环设备等)，在25Mpa高压合成系统中增加一台∅1600低阻力氨合成塔(合成塔4)及废锅4，此套设计可使生产能力提高70％，达到日产氨910吨，副产蒸汽总量即达1.3吨/吨氨。吨氨总能耗比单一的25Mpa ∅1800氨合成塔高压合成系统有所降低。

Claims (8)

1、一种多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于该工艺采用单组或多组氨合成塔，每组氨合成塔含有1～3个氨合成塔，且氨合成塔总数不少于2个，在每个氨合成塔后均设有废锅回收余热，氨合成塔在一种或多种压力下进行氨合成，每组氨合成塔使用压力一致。
2、根据权利要求1所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于每组氨合成塔中多个氨合成塔采用串联方式连接。
3、根据权利要求1所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于氨合成时的多种压力为二种，且第二级压力高于第一级压力。
4、根据权利要求3所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于第一级压力为9～16Mpa，第二级压力为18～32Mpa。
5、根据权利要求3或4所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于第一级压力与第二级压力之间采用压缩机增压。
6、根据权利要求1所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于在一种压力下进行氨合成时，其压力为9～16Mpa或18～32Mpa。
7、根据权利要求1所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于采用二种压力进行合成氨生产时，在第一级压力下通过1个或多个串联的氨合成塔进行氨合成反应，每个氨合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体经换热、冷却、分离，分离后的部分或全部气体增压至第二级压力，进行第二级氨合成；采用部分合成气体增压进入第二级氨合成反应时，未增压的合成气体采用循环方式重复上述过程；
第二级氨合成时，通过1个或多个串联的氨合成塔进行氨合成反应，每个氨合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体换热、冷却、分离，分离后的合成气体采用循环方式进行第二级氨合成反应，驰放气可排空、送氢回收或返回第一级氨合成。
8、根据权利要求1所述的多塔多废锅氨和蒸汽联产工艺，其特征在于采用一种压力进行合成氨生产时，用2个或多个氨合成塔串联进行氨合成反应，每个合成塔后均设置废锅回收余热，合成气体换热、冷却、分离，分离后的合成气体采用循环方式进行氨合成反应，驰放气可排空或送氢回收。
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