1设计方案
浙江巨化公司2012年新上20万t醇氨项目，采用水煤浆制气、全低变、PSA脱碳、中压联醇、26．0MPa等压醇烷化净化、氨合成新工艺等专利技术(专利号:ZL200410014826．X)于2013年7月投产，运行效果良好。本设计工艺简介:中压联醇来的原料气加压到～18MPa进入甲醇化、甲烷化系统，甲醇化系统将CO、CO2转化成CH3OH和H2O，再进入甲烷化系统将少量的CO、CO2转化成CH4和H2O，把气体中的CO、CO2含量降低到1．0×10－5以下，进入氨合成系统。流程框图见图1。图1系统流程框图本项目高压甲醇主要以净化为主，甲醇化进口CO+CO2在1．9%～2．2%，满足高压醇化反应器能够自热，甲烷化采用氨合成塔二出热气提温，不需高压过热蒸汽，醇烷化工序正常生产均不开启循环机运行。
2工艺设计基础
2．1装置规模及设计条件
2．1．1装置规模本装置醇氨总产量:20万t。醇烷化:操作压力≤23．0MPa，设计压力为26．0MPa，醇以净化为主。氨合成:操作压力≤23．0MPa，设计压力为26．0MPa。合成氨正常生产能力:450t/d，操作弹性:30%～110%，工作时间8000h/a。2．1．2原料气参数醇化原料气组分及合成运行参数见表1、2。压力:≥23．0MPa(G);温度:～40℃;气量:～57010Nm3/h。2．1．3产品规格2．1．3．1粗甲醇压力:0．45MPa，温度:40．0℃，粗甲醇通过精馏后，精甲醇产品至少满足GB338－2004一等品的要求。2．1．3．2产品液氨压力:～2．5MPa(G)，温度:～15．0℃，产品液氨至少满足GB536－1988优等品的要求，见表3。2．1．4催化剂规格目前国内成熟和先进的催化剂均适合并已成功应用于南京国昌化工有限公司设计的GC型高中低压甲醇塔、甲烷化塔、氨合成塔内件中。
2．2工艺原理
甲醇化系统是将原料气中的CO、CO2与H2在15～26．0MPa压力和210～250℃的温度下，利用铜基催化剂合成甲醇，达到净化工艺气的目的［3］。
2．3工艺流程说明
(1)甲醇化工艺流程:压缩来～18MPa的新鲜气分三路:第一路作为醇化塔的冷激气，以此调节反应器各床层的温度;第二路进入醇化塔内件与筒体之间的环隙，以此冷却塔壁;第三路作为主线气，与第二路的工艺气汇合后进入热交换器。换热后的气体进入醇化塔下部换热器，温度升至～210℃进入催化剂床层反应，反应后的气体出塔后进入热交换器，降温到～80℃进入水冷器，水冷后的工艺气进入甲醇分离器，醇分后的气体去洗醇塔，洗涤气体夹带的少量甲醇，洗涤后的气体去甲烷化系统。见图2。
2．4主要物料
利用化工模拟软件(ASPENPLUS)，对三个系统进行物。
2．5主要工艺设备确定
2．5．1甲醇化塔高压醇化系统进口气体中CO+CO2含量在～2．2%的情况下，进甲烷化系统工艺气中CO+CO2的含量需要满足≤9．0×10－4的要求。综合考虑上述因素，拟选取GC－Ｒ202YZ的二轴二径催化剂自卸结构，主要技术参数见表5。2．5．2甲烷化塔烷化系统的作用是将醇化出口工艺气中≤9．0×10－4的CO、CO2进行甲烷化反应，使烷化系统出口工艺气中的CO+CO2≤1．0×10－5，以达到深度净化的目的。烷化系统主要设备拟选取GC－Ｒ102Y的一轴二径催化剂自卸结构，主要技术参数见表6。2．5．3氨合成塔及主要设备2．5．3．1合成塔塔径、高度、催化剂量及结构形式的确定通过国昌Ｒeactor软件确定反应器规格、催化剂量如下:①合成塔内件结构:二轴二径带下部换热器的合成塔自卸结构;②合成塔内件规格:φ1800mm、H净空=18000mm;③催化剂装填～29．87m3催化剂就能满足设计要求。2．5．3．2氨合成塔结构特点及说明氨合成塔由高压外筒和内件组成(内件结构型式见图5)。氨合成塔内件由二个轴向和二个径向层催化剂筐及层间换热器和下部换热器组成，下部换热器设置在催化剂筐出口，径向流气体经分布器和径向流气体集气器组成。通过调节合成塔入塔工艺气温度及流量，从而保证氨合成反应处于较佳的工作状态。c口作为合成塔的的主气进口从塔底进入，与合成塔出口反应气体换热加热到360～380℃后进入零米床层进行氨合成反应，f0作为调节气体进催化零米床温度的手段，在合成塔上部进入，与二进气(主气)的混合进入零米床层;一床层反应至480～495℃，与f1冷激气混合温度降至390～410℃后进入二段床层，反应至470～480℃，经层间换热器与管外的f2冷激气热交换后温度降至390～400℃后由外向内沿径向方向进入三催化床进行氨合成反应，出三床层的440～450℃气体与f3冷气换热降温至380～390℃进入四催化床反应至430～440℃，由内向外沿径向方向进入下部换热器管内与管外进塔主气(冷气)换热，降温至360～380℃出合成塔进入废热锅炉，产中压蒸汽。f1、f2、f3的分别作为合成塔二、三、四床层的进气温度调节冷气进口从合成塔上部进塔，此方案中a口作为外筒的保护气入口，从合成塔下部入塔，自下而上通过合成塔内件与外筒环隙自b口出塔，从而使氨塔下部锻件和球封头的材料要求不是很高。2．5．4主要设备主要设备见表8。(4)氨合成塔采用二轴二径向结构，触媒床层运行阻力低0．45MPa，系统阻力小于1．0MPa，大大降低了氨合成系统能耗。(5)合成废锅气体出口端设锅炉水预热器，104℃锅炉水与出口热气换热，降低了合成废锅出气温度，余热回收量大，副产蒸汽汽量≥0．85t蒸汽/t氨。(6)氨合成热交换器冷气端采用特殊设计:合成环隙出口约80℃气体由专用管道送入换热器内，保证冷端温差，保证进水冷器温度在80℃以下，全系统热平衡好，运行节能。
3结论
2013年7月投产后，系统运行结果如下:醇化系统工作压力17．51MPa，系统压差0．11MPa，出甲醇净化气中的CO+CO2≤8．5×10－4;甲烷系统工作压力17．40MPa，系统压差0．08MPa，出甲醇净化气中的CO+CO2≤5．0×10－6;氨合成系统工作压力17．96MPa，塔压差0．39MPa，系统压差0．76MPa，进水冷74℃。经72h运行考查，醇烷化氨合成三系统运行压差低、反应器温度稳定、系统气电水消耗低于设计值，在较低负荷下也能取得比设计中更好的节能效果。
作者：唐玖平 龚传艮 吴晔 单位：南京国昌化工工程设计有限公司
