1、Chtuvafly 大合成氨工藝技術目前，國內合成氨最大的單系列裝置規模為50萬噸/年,一套大裝置固定資產投資相比兩套小裝置可以節約30%,如以天然氣或煤為原料生產30萬噸/年合成氨，最終生產尿素52萬噸/年項目為例兩套小裝置估算投資50億,一套大裝置50萬噸/年合成氨投資為35億，化工裝置的規模效益還是比較明顯的。典型先進的大合成氨工藝技術主要以TOPSOE-托普索、CASALE-卡薩利、KBR-Kellogg凱洛格等技術為代表。卡薩利氨合成塔內件采用軸徑向，而托普索氨合成塔內件采用徑向，兩者都是三床兩換熱。相比較兩者的能耗差不太多，卡薩利需購買專有塔內件，托普索需購買專有催化劑，且催化劑用

2、量過剩50%，卡薩利工藝較好（多用于原裝置改造），價格上占著很大優勢，在國內市場份額大，30萬噸左右的規模大部分采用卡薩利；50萬噸規模的托普索和KBR占比較大，特別是KBR，雖然能耗有點大，但近年大項目多采用此技術。一、國內應用情況：托普索：云南沾化5080、云南云維50萬噸、塔里木石化45萬噸；KBR：福島二期50、中石油塔里木大化肥45萬噸、大慶石化66萬噸、重慶建峰4580、江蘇靈谷4580；卡薩利：呼倫貝爾金新5080、貴州開陽、河南晉開。國內工程設計院以成都化八院、合肥化三院業績為主流。化八院做的氣頭項目都是大型項目，并且采用國外的技術、設備。化三院以國外二手關鍵設備位基礎，整合設

3、計出國內首套煤頭大化肥裝置。二、大合成氨技術特點：1、TOPSOE-托普索技術（煤、天然氣）托普索的工藝特點：100%徑向流通過催化劑床層，全塔壓降低至2.5kg/cm2左右；徑向流穿過所有床層，催化劑利用率高；氣體間通過床間換熱器換熱，沒有激冷裝置，避免稀釋轉化氣；氨凈值很高，超過18%;專利隔柵式塔內件，氣體分布均勻，機械強度高，壽命超過20年;專有觸媒筐頂部設計，不會因后期催化劑下沉造成氣體短路現象;合成塔溫度控制方便，操作穩定，彈性大；在整個合成塔回路設計上的經驗豐富，系統優化好，總體能耗低。托普索一般推薦使用自己的催化劑（第一爐）。其催化劑特點是性能優異且壽命長，而且同一家提供技術和

4、催化劑，不會出現有疑問后技術服務相互推諉的情況，也很受客戶歡迎，但因價格偏高在國內受到不少詬病。TOPSOE-托普索兩塔三廢鍋氨合成（簡稱S-250系統）流程示意圖：水冷糖串腎珥茂產品港氮去離壓冋收H舁啟SHPd輕P丨圖上注有溫度和壓力等操作參數的具體數值。托普索S-250系統由無下部換熱的S-100型塔和S-50塔串聯組成。該系統還包括:廢鍋和鍋爐給水回收廢熱；合成塔進出氣換熱器,水冷器，氨冷器和冷交換器，氨分離器及新鮮氣氨冷器等。2、CASALE-卡薩利技術（煤、天然氣）卡薩利全球的業績主要是靠舊塔改造，只針對塔內件，不對整個合成回路進行改動，所以在裝個裝置的優化方面經驗少些。卡薩利在上海

5、有合作的工程公司，價格便宜些，而且客戶對催化劑有更大的選擇權，所以，在中國還是比較成功的。卡薩利氨合成塔內件應該是分為A型和B型，都是三床層，只是換熱方式不一樣，A型是床間之間換熱和冷激混合使用，B型是三床層兩換熱。CASALE-卡薩利軸徑向氨合成工藝流程示意圖:卡薩里合放4&工藝it轂99來自循環壓縮機的原料氣進入熱交換器民3；被來自鍋爐給水預熱器E-2的氣體加熱至1802401，進入合成塔E-1,在催劑作用下進行反應，出口處氨含量為19%22%（體積）。出合成塔的合成氣，溫度為400450C,經廢鍋E-1和鍋爐給水預熱器E-2回收熱量，產生10MPa高壓蒸氣（每Chtuvafly #Cht

6、uvafly生產It氨可產It以上高壓蒸氣）。由E-2流出的合成氣進入換熱器E-3的殼程，被管程的循環氣冷卻，再送往水冷器E-4,部分氨被冷凝下來，氣-液合成氣混合物進入換熱器E-5,被來自氨分離器Y-1的冷循環氣冷卻，然后進入兩級氨冷器E-6，E-7，在E-7中，液氨在-10下蒸發，將氣-液合成氣混合物冷卻冷凝至0C，采用兩級氨冷的目的是為了降低氨壓縮的能耗。液氨在氨分離器Y-1中被分離，氣-液合成氣混合物變成冷循環氣，它經E-5升溫至30C后進入循環壓縮機。液氨經減壓后送往氨庫或生產裝置，弛放氣由E-5出口引出送往氫回收裝置，用低溫冷凍法或膜分離法進行分離，回收其中的氫。合成塔為疊合式催化

7、劑床的立式合成塔，第1催化劑床內氣體基本上以軸向方式流動，第2床內是以徑向流動，能成功地獲得低壓降。塔內操作壓力14.78MPa，進（出）塔氣體溫度182（422）C，氨凈值14%。卡薩里技術已在中國10多個中型合成氨廠應用，操作實踐表明，該技術具有催化劑和熱能利用率高，節能效果好，操作、安裝、維修簡單、安全可靠等優點。3、KBR-Kellogg凱洛格技術（煤、天然氣）KBR技術，設備數量最少，合成回KBR煤制合成氨工藝Chtuvafly #Chtuvafly路壓降最低（0.8MPa），在線率最高（平Chtuvafly #ChtuvaflyChtuvafly #Chtuvafly均97.5%）

8、，而且沒有專有設備和專有催化劑。煤制合成氨優點如右圖示：KBR-Kellogg日產千噸合成氨裝置原料的靈活性適用于講源最豐富的煤-適用丁成本晟低的煤適用于離灰煤Chtuvafly #ChtuvaflyChtuvafly Chtuvafly中合成塔反應后的氫、氮、氨等混合氣體，在合成氣壓縮機（103-J）循環筒氣化爐可靠性較低的操作訃廃無內件6Q多年成功的FCC經驗-*:-二4較低的投資成本_Jtw/L,?.l_tLX.J*序號名稱單位消耗定額(噸氨消耗)Topsoe工藝KBR工藝原料天然氣Nm3664.9782.8天一段爐燃料Nm3290.466.41然快鍋燃料Nm334.215.4氣燃氣透平

9、天然氣Nm3140.6天然氣總計Nm3989.51005.22電kWh71.2310.299段與新鮮氣混合后，經過水冷和氨冷，在進入合成塔塔前進行氨的分離，即塔前分氨。許多裝置經過增產節能改造后，氨生產能力由原來的1000t/d增加到1150t/d左右，要再增加氨產量，合成系統和冷凍系統是制約負荷和消耗的瓶頸之一。氨合成示意圖：KBR氨合成回路弘來自ASU*H,N=30出來自PSA合成氣圧細機(2fi)f氮掙凍壓SHF三、TOPSOE-托普索和KBR-Ke1、工藝裝置規模155GOkPa（天然氣）gg,凱洛格序號裝置名稱產品名稱氨無水液氨BFWt/h62.500合成尿*(E尿素_大顆粒尿素昭顆

10、粒尿素合成毎2、合成氨裝置消耗定額X、設計生t/1500402640產規模d104t/a80冷卻水組合氮冷3冷卻水t208.61524脫鹽水t5.344.8025中壓蒸汽（輸出）t-1.815-1.9496低壓蒸汽（輸出）t-0.008-0.3747冷凝液（輸出）t-2.24-1.7343、尿素裝置消耗定額（噸大顆粒尿素消耗）項目序號名稱單位噸產品消耗量Topsoe工藝KBR工藝1液氨(100%NH)3kg5685682CO(100%CO)22kg7347443冷卻水（T=9.6C）m363.9102.684電kWh58.7555中壓蒸汽2.37MPa(g)，320kg738.56至藝蒸汽4.

11、55MPa(g),387。Ckg9557蒸汽冷凝液kg-334.7-2718工藝冷凝液kg-318.3-2689透平冷凝液輸出kg-69110甲醛溶液37%（wt）kg12.1512.154、KBR技術應用實例云天化公司改造總結：在實施裝置第3次增產改造過程中，針對合成系統和冷凍系統的制約，充分利用現有設備、管道，降低投資，采用將合成氨分氨工藝由塔前分氨改為塔后分氨的措施，成功解決了合成系統和冷凍系統這2個瓶頸，實現了氨產量由1150t/d增產到1500t/d的改造目的。云天化合成氨裝置1500t/d增產改造從2000年啟動，計劃氨產量從1150t/d增加到1500t/d,增產30%。改造前，

12、合成氨裝置存在許多影響裝置高負荷運行的瓶頸問題，其中合成系統壓力高和冷凍系統105-J負荷高是增產改造必需解決的2個問題。在改造的基礎設計中，氨產量增加30%,進入合成系統的新鮮氣和103-J出口循環氣量均大幅度增加，冷凍系統負荷也增加較多，合成系統和冷凍系統均需要改造，如果合成系統眾多高壓設備更換成能力更大的以及冷凍系統也相應改造，投資將是巨大的。在進行投入產出的方案比較中，設計承包商KBR公司提出將合成系統氨分離工藝由原來的合成塔塔前分氨工藝改為塔后分氨工藝，在氨產量達到日產1500t/d的工況下，103-J入口的新鮮氣量同等增加30%,而103-J高壓缸出口循環氣量只比改造前略有增加，同

13、時取消了改造前的弛放氣氨冷器125-C。這樣，冷凍系統負荷與改造前大體相當，不需進行改造即可達到1500t/d氨分離所需的冷量，從而實現了會成系統大部分高壓設備不改和冷凍系統不改造的目的,節約大量投資。2合成塔塔前分氨工藝及特點1）工藝描述。進入合成系統的新鮮氣進103刁低壓缸，壓縮后氣體依次經過3個換熱器（136-C、116-C、129-C）,進入分離罐（105-F）分離出水分，氣體進入高壓缸，在高壓缸的最后一級葉輪與合成回路來的循環氣匯合，經壓縮后進入合成回路。103-J高壓缸出來的循環氣進入2臺并聯的水冷器（12-CA124-CB），出來后分成兩路，一路經過兩級氨冷器（117-C118-

14、C），另一路經合成塔進氣/循環氣換熱器（120-C）冷卻后，兩路混合進入第3級氨冷器（119-C）冷卻到-23，氣氨大部分液化下來,在高壓液氨分離罐（106-F）內分離，液氨減壓過人冷凍系統，氣體則先經過120-C與先前的一路循環氣換熱，然后又進入合成塔進出口換熱器（121-C），預熱到120C左右，進入合成塔。合成氨反應后的混合氣體，經合成塔塔頂內部換熱器（122-C）換熱后，首先經過2個串聯的鍋爐給水換熱器（123C、123-C1）加熱鍋爐給水，又在121-C與進塔氣體換熱，氣體被冷卻后，大部分返回到103-J高壓缸循環段，與新鮮氣混合，完成整個合成回路的循環。另外一小部分經過弛放氣氨冷器

15、（125-C）被液氮冷卻，在吹出氣分離罐（108-F紛離液氨后，液氮進入氨貯槽（107-F），氣體則進入普里森系統回收氫氣和氨，或者送入一段爐做燃料。2）特點。經過合成塔反應后的混合氣體，反應生成的氨末被分離，含有H2、N2、NH3和少量精氣的混合氣體經換熱后進入103-J循環段，103-J的循環氣體量大，功耗高。103-J出口循環氣中含有的微量水分和隨循環氣帶出的少量103-J密封油，經過三級氨冷后，溫度降到-23C，在106-F內得到有效分離，從而避免了氣體中帶有油和水分進入合成塔，使wiki催化劑/wiki中毒，有效保護了合成塔催化劑。3合成塔塔后分氨工藝及特點1）工藝描述。塔后分氨工藝

16、為了避免合成塔催化劑水汽中毒和降低能耗，在103-J高、低壓缸之間增加了一套分子篩干燥器系統，吸附合成氣中的水和CO2，將氣體中的水分降到0.1mg/L以下。這樣，103-J出口循環氣可以直接進入合成塔。該分子篩系統包括2個分子篩干燥容器，2個過濾器及一套再生系統一個運行，一個再生。被分子篩干燥器吸附了水和COZ的合成氣，進人103-J高壓缸，然后在循環段與合成回路返回的循環氣混合，壓縮到設計壓力，出來后進入新安裝的油過濾器，分離氣體中夾帶的微量密封油，然后經過121-C，預熱后進入改造后的托普索S-200型合成塔。從合成塔出來反應后的合成氣體，串聯進入新增的鍋爐給水換熱器（123-CA）和（

17、123-C1），冷卻后進入121-C殼側，再并聯經過2個增大了換熱面積的水冷卻器（124-CA/CB）,冷卻到35,出來后分兩部分，一部分經過120-C殼側，另一部分串聯經過117-C和118-C，兩股氣體在119-C前匯合進入119一C。119-C出來混合循環氣，被冷卻到-23，進入106-F，液氨被分離下來通過液位調節閥LC-13，減壓后進入冷凍系統。氣體則從106-F上部出來，進入120-C管側被預熱，然后返回103-J循環段，完成整個循環。改造后取消了原來的弛放氣抽出氣氨冷器（125-C）和吹出氣分離器（108-F）。改造后的弛放氣從120-C到103-J循環段的循環氣體中抽出，進入弛

18、放氣系統或普里森氫回收系統，在循環氣進入120-C前設一旁路，用來調節弛放氣溫度。2）特點。經合成塔反應后的混合氣，經過三級氨冷，將大部分氨分離下來后，返回103-J循環段的循環氣體要減少，103-J所需的壓縮功減少。弛放氣的抽出更簡單，只需在120-C和103-J循環段之間引出一股氣體，用增加的120-C旁路調節弛放氣溫度。取消塔前分氨工藝中的125-C和108-F。4塔前分氫和堵后分氨工藝特點的比較1）塔后分氨工藝與塔前分氨工藝相比。返回103-J循環段的循環氣體量低10%以上,103-J所需，的耗功減少，節約能耗。2）塔后分氨工藝在103-J高低壓缸之間增加了分子篩干燥系統，脫除氣體中含

19、有的微量水分和碳氧化物，將合成氣體露點降到一40以下，避免了循環氣體在103-J高壓缸循環段和三級氨冷器中生成甲按結晶，保護了設備。3）塔后分氨工藝的開車比塔前分氨工藝更方便，103-J開車前就可以將冷凍系統三級閃蒸槽（110-F、111-F、112-F）建立正常液位，而木必像塔前分氨工藝那樣，要等到合成塔升溫到熱點溫度（300D時才能建立111-F、112-F液位，合成塔暖塔時也不需要開注氨泵（120-J）向合成氣中注氨。4）塔前分氨工藝中，合成氨反應后的合成氣經過三級氨冷，將溫度降到一23C，在106-F中將液氨分離后再進入合成塔，隨循環氣帶出的103-J密封油，在106-F中被有效分離下

20、來，避免了油被帶入合成塔，較好地保護了合成塔催化劑。而塔后分氨工藝中，出口循環氣經過油過濾器，與121-C換熱后，直接進入合成塔，氣體中夾帶的103-J密封油比塔前分氨工藝容易帶入合成塔，造成合成塔上部催化劑中毒，若遇103-J漏油或油過濾器失效更甚。5改造內容氨合成塔塔后分氨工藝的實施，是與氨產量增加1500t/d結合起來進行的，改造的主要內容有：1）103-J高低壓缸之間增加了2套分子篩干燥系統和1套再生系統。2）103-J高壓缸出口增加了1個油過濾器（169-F）。3）增加了103-J高壓缸防喘振水冷器（134-C）。4）124-CA/CB改為更大換熱面積的換熱器。5）取消原來的125-C和108-F。6）取消原來的鍋爐給水換熱器（123-C）,改為新的123-CA,在123-CA和原有的123-C1鍋爐水之間增設調溫和聯鎖旁路系統。7）103-J因增產的需要改造高低壓缸轉子及內件。8）合成塔因增產的需要由原來的卡薩利四層軸徑向塔改為托普索S-200型兩層兩換熱徑向塔。9）部分管道、閥