專利名稱：一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合成氨領域，本發(fā)明涉及一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝。
背景技術：
在工業(yè)上用氫氮氣合成氨的化學過程需要在高溫、高壓和催化劑的作用下才能進行，其反應式為
是一種可逆的化學反應，而作為目標的正反應為總體積縮小的放熱反應。因此，從化學平衡角度考慮，采用低溫、高壓工藝為好；從反應速率和催化劑活性角度考慮，采用高溫、高壓工藝為好；而從壓縮功耗和循環(huán)功耗角度考慮，壓力越低，則因合成后體積縮小而引起壓縮功耗也越小，但也因此使單程轉化率降低，循環(huán)功耗上升。從氣液平衡角度考慮，高壓有利提高產品氨的分離效率，降低冷凍功耗。
合成氨的反應熱約324.7×104kj/ton，絕大部分可通過副產蒸汽加以回收，但是低于80～100℃的余熱只能通過循環(huán)水或風冷進行冷卻處理，需消耗動力，因此，降低這一溫度和這一溫度下氣體流量(循環(huán)量)是節(jié)能的有效手段。
目前國內外大型合成氨工業(yè)廣泛采用的是10～15Mpa中低壓力下的單塔或多塔合成工藝，而國內絕大部分中小型合成氨廠采用的是25～32Mpa高壓下的單塔合成工藝，根據(jù)上述原理，這兩種壓力條件下的工藝在效率和能耗方面都存在缺陷單純的9～16Mpa中低壓力合成工藝，對催化劑低溫活性及原料氣中的惰性氣體含量有嚴格的要求，管道、設備及循環(huán)量相對較大，產品氨分離效率低，冷凍功耗大；單純的25～32Mpa高壓下合成工藝，壓縮功耗損失大，對設備要求高，特別是這種壓力下的單塔合成工藝，轉化率、熱回收率較低。兩種方法分別的熱回收率最高只能達到合成氨反應熱的82％。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，提高合成氨的合成效率及余熱回收效率，使氨合成過程及副產蒸汽量達到最佳化，降低生產成本。
本發(fā)明的目的是通過下列技術措施來實現(xiàn)的
一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，該工藝采用單組或多組氨合成塔，每組氨合成塔含有1～3個氨合成塔，且氨合成塔總數(shù)不少于2個，在每個氨合成塔后均設有廢鍋回收余熱，氨合成塔在一種或多種壓力下進行氨合成，每組氨合成塔使用壓力一致。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中每組氨合成塔中多個氨合成塔采用串聯(lián)方式連接。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中氨合成時的多種壓力為二種，且第二級壓力高于第一級壓力。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中第一級壓力為9～16Mpa，第二級壓力為18～32Mpa。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中第一級壓力與第二級壓力之間采用壓縮機增壓。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中在一種壓力下進行氨合成時，其壓力為9～16Mpa或18～32Mpa。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中采用二種壓力進行合成氨生產時，在第一級壓力下通過1個或多個串聯(lián)的氨合成塔進行氨合成反應，每個氨合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體經換熱、冷卻、分離，分離后的部分或全部氣體增壓至第二級壓力，進行第二級氨合成；采用部分合成氣體增壓進入第二級氨合成反應時，未增壓的合成氣體采用循環(huán)方式重復上述過程；進行第二級氨合成時，通過1個或多個串聯(lián)的氨合成塔進行氨合成反應，每個氨合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體換熱、冷卻、分離，分離后的合成氣體采用循環(huán)方式進行第二級氨合成反應，馳放氣可排空、送氫回收或返回第一級氨合成。
所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其中采用一種壓力進行合成氨生產時，用2個或多個氨合成塔串聯(lián)進行氨合成反應，每個合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體換熱、冷卻、分離，分離后的合成氣體采用循環(huán)方式進行氨合成反應，馳放氣可排空或送氫回收。
以下結合說明書附圖對本發(fā)明進行詳細的描述1、以二種壓力下的方案為例9～16Mpa合成氨原料氣，經換熱器1加熱后，進入合成塔1，反應后的氣體經廢鍋1回收余熱后，進入合成塔2繼續(xù)反應，出塔后的氣體經廢鍋2回收余熱(也可以沒有合成塔2、廢鍋2)，經換熱器1換熱后，進入冷卻分離裝置1，進行冷卻、分離，在此分離出氨，剩余的氣體一部分循環(huán)(經廢循環(huán)機1)，另一部分送壓縮機壓縮至18～32Mpa，進入高壓回路(剩余的氣體也可以不循環(huán)而全部送壓縮機壓縮)。經換熱器2加熱后，進入合成塔3，反應后的氣體經廢鍋3回收余熱后，進入合成塔4繼續(xù)反應，出塔后的氣體經廢鍋4回收余熱(也可以沒有合成塔4、廢鍋4)，經換熱器2換熱后，進入冷卻分離裝置2，進行冷卻、分離，在此分離出氨，剩余的氣體大部分循環(huán)(經廢循環(huán)機2)，少部作為馳放氣可排空、送氫回收或返回第一級氨合成。
2、對于單一壓力下的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，比上述過程簡單，但合成效率和余熱回收率比上述過程有所降低，綜合能耗有所上升合成氨原料氣，經換熱器1(或2)加熱后，進入合成塔1(或3)，反應后的氣體經廢鍋1(或3)回收余熱后，進入合成塔2(或4)繼續(xù)反應，出塔后的氣體經廢鍋2(或4)回收余熱，經換熱器1(或2)換熱后，進冷卻分離裝置1(或2)，進行冷卻、分離，在此分離出氨，剩余的氣體一部分循環(huán)(經廢循環(huán)機1或2)，大部作為馳放氣可排空或送氫回收。
本發(fā)明的優(yōu)點1.本發(fā)明提出的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，可以提高合成及余熱回收效率、使氨合成過程及副產蒸汽量達到最佳化，蒸汽產量可從傳統(tǒng)裝置的0.8t/tNH3提高0.9-1.3t/tNH3(以1.3Mpa蒸汽為計算基準)，降低設備投資和綜合能耗，節(jié)約生產成本。
2.可以將整個合成氨工藝安排在兩種或多種不同優(yōu)勢的壓力下進行，有效減少因合成后體積縮小而引起壓縮功耗，提高單程轉化率，減少循環(huán)功耗和冷凍功耗。
3.對于現(xiàn)有合成氨廠的傳統(tǒng)工藝，在現(xiàn)有高壓回路中的壓縮機和循環(huán)機能力下，用相對低50％的投資，能使總生產能力提高30-70％，4.對于采用本發(fā)明多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝的全新設計裝置，設備總投資比傳統(tǒng)設計低約20％，裝置運行總能耗低于目前國外引進的同等規(guī)模大型裝置。
5、本發(fā)明特別適用于合成氨廠在現(xiàn)有裝置能力下的增產節(jié)能改造或全新設計。


圖1是本發(fā)明2種壓力4塔4廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝流程圖。
具體實施例方式
以下通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不限制本發(fā)明。
以下實施例中未明確提及的操作過程可參考發(fā)明內容部分之“以下結合說明書附圖對本發(fā)明進行詳細的描述”所列舉的二種壓力或單一壓力的內容。實施例中列舉的設備編號均按照圖1所標示處理。
實施例1在15Mpa壓力下建一套有兩臺1800氨合成塔(合成塔1和2)串聯(lián)生產裝置，每個合成塔后均設置廢鍋(即廢鍋1和2)回收余熱，然后進行換熱、逐級冷卻、分離，合成氣體采用小循環(huán)量循環(huán)方式(經廢循環(huán)機1)進行氨合成反應，日生產能力為600噸，副產4.0Mpa蒸汽0.8噸/噸氨。部分氣體經壓縮機加壓至28Mpa，進入高壓合成系統(tǒng)，經換熱器2換熱后的合成氣進入1500合成塔3，出塔后的氣體溫度達350℃，氨含量17％，進入廢鍋3回收余熱，增產4.0Mpa蒸汽約0.5噸/噸氨，然后進行換熱、逐級冷卻、分離，合成氣體采用小循環(huán)量循環(huán)方式(經廢循環(huán)機2)進行高壓氨合成反應，日產氨能力為400噸，合計日生產能力達1000噸，副產蒸汽總量達1.3噸/噸氨，總投資及能耗低于目前國外引進的大型裝置。
實施例2操作壓力為25Mpa高壓合成系統(tǒng)，單一1800氨合成塔(合成塔3)，日生產能力為520噸，副產1.3Mpa蒸汽0.8噸/噸氨，增加一臺1600低阻力氨合成塔(合成塔4)與之串聯(lián)生產。合成氣從第一個塔(合成塔3)出來時溫度304℃，氨含量13.36％，進第一個廢鍋(廢鍋3)，副產1.3Mpa蒸汽約0.8噸/噸氨，溫度降至192℃，進新增的第二個塔(合成塔4)，反應后氣體出塔溫度達245℃，氨含量增至17.38％，進第二個廢鍋(廢鍋4)，副產1.3Mpa蒸汽約0.3-0.4噸/噸氨，由于氨轉化率提高，在維持系統(tǒng)阻力不變(即循環(huán)氣量不增加的前提下)，生產能力提高30％，達到日產氨690噸，副產蒸汽總量即達1.2噸/噸氨。
實施例3操作壓力為25Mpa高壓合成系統(tǒng)，單一1800氨合成塔(合成塔3)，日生產能力為520噸，副產1.3Mpa蒸汽0.8噸/噸氨，在12Mpa壓力下增加一臺1200低阻力氨合成塔(合成塔1)及配套設備與之串聯(lián)生產。合成氣先進入12Mpa壓力級系統(tǒng)，經換熱器1換熱后的合成氣進入1200合成塔(合成塔1)，出塔后的氣體溫度達350℃，氨含量14％，進第一個廢鍋(廢鍋1)，增產1.3Mpa蒸汽約0.4噸/噸氨，然后進行換熱、逐級冷卻、分離，合成氣體一次性通過，日產氨能力為220噸，剩余的氣體經增壓至25Mpa，進高壓合成系統(tǒng)，在維持系統(tǒng)壓縮機能力不變的條件下，生產能力提高40％，達到日產氨740噸，副產蒸汽總量達1.2噸/噸氨。
實施例4以25Mpa高壓合成系統(tǒng)1800氨合成塔(合成塔3)為基礎，在12Mpa壓力下增加一臺1200低阻力氨合成塔(合成塔1)及配套設備(含廢鍋1、換熱器、冷卻分離設備、循環(huán)設備等)，在25Mpa高壓合成系統(tǒng)中增加一臺1600低阻力氨合成塔(合成塔4)及廢鍋4，此套設計可使生產能力提高70％，達到日產氨910噸，副產蒸汽總量即達1.3噸/噸氨。噸氨總能耗比單一的25Mpa 1800氨合成塔高壓合成系統(tǒng)有所降低。
權利要求
1.一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于該工藝采用單組或多組氨合成塔，每組氨合成塔含有1～3個氨合成塔，且氨合成塔總數(shù)不少于2個，在每個氨合成塔后均設有廢鍋回收余熱，氨合成塔在一種或多種壓力下進行氨合成，每組氨合成塔使用壓力一致。
2.根據(jù)權利要求1所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于每組氨合成塔中多個氨合成塔采用串聯(lián)方式連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于氨合成時的多種壓力為二種，且第二級壓力高于第一級壓力。
4.根據(jù)權利要求3所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于第一級壓力為9～16Mpa，第二級壓力為18～32Mpa。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于第一級壓力與第二級壓力之間采用壓縮機增壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于在一種壓力下進行氨合成時，其壓力為9～16Mpa或18～32Mpa。
7.根據(jù)權利要求1所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于采用二種壓力進行合成氨生產時，在第一級壓力下通過1個或多個串聯(lián)的氨合成塔進行氨合成反應，每個氨合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體經換熱、冷卻、分離，分離后的部分或全部氣體增壓至第二級壓力，進行第二級氨合成；采用部分合成氣體增壓進入第二級氨合成反應時，未增壓的合成氣體采用循環(huán)方式重復上述過程；第二級氨合成時，通過1個或多個串聯(lián)的氨合成塔進行氨合成反應，每個氨合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體換熱、冷卻、分離，分離后的合成氣體采用循環(huán)方式進行第二級氨合成反應，馳放氣可排空、送氫回收或返回第一級氨合成。
8.根據(jù)權利要求1所述的多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝，其特征在于采用一種壓力進行合成氨生產時，用2個或多個氨合成塔串聯(lián)進行氨合成反應，每個合成塔后均設置廢鍋回收余熱，合成氣體換熱、冷卻、分離，分離后的合成氣體采用循環(huán)方式進行氨合成反應，馳放氣可排空或送氫回收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多塔多廢鍋氨和蒸汽聯(lián)產工藝。該工藝采用單組或多組氨合成塔，每組氨合成塔含有1～3個氨合成塔，且氨合成塔總數(shù)不少于2個，在每個氨合成塔后均設有廢鍋回收余熱，氨合成塔在一種或多種壓力下進行氨合成，每組氨合成塔使用壓力一致。該工藝可提高合成氨合成效率及余熱回收效率、使氨合成過程及副產蒸汽量達到最佳化，降低設備投資和綜合能耗，節(jié)約生產成本，特別適用于合成氨廠在現(xiàn)有裝置能力下的增產節(jié)能改造或全新設計。
文檔編號C01C1/04GK1837048SQ200610039239
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者呂仲明, 鄭曉松 申請人:呂仲明