两种新形式的氨合成塔中空压机的运用

　　1托普索氨合成塔和工艺探讨

　　1. 1氨合成塔简介

　　托普索合成塔有S 100， S 200， S 250和S 300等几种型式，即使同一型式的氨合成塔也有所不同。S 100和S 200属于早期的塔型，目前使用较多的为S 250和S 300型塔，其中S 250是S 200的改进塔型，在S 200型塔后串联1台绝热反应器。目前*先进的托普索氨合成塔是S 300型，为三床层内置2台层间换热器的径向氨合成塔，氨净值可达18% （体积分数，下同）左右。

　　1. 2 S 300型氨合成塔结构特点（以300 kt/a合成氨为例）S 300型氨合成塔主要参数如所示。

　　（ 1） 2台换热器分别设置在第1和第2催化剂筐内，反应后的气体通过换热器间接冷却，从而提高了每层出口的氨转化率。

　　（ 2）每个绝热床层都有1个径向流（），气体的流动都是内向的，因此可采用小颗粒催化剂（ 1. 5 3. 0 mm ），不仅保证了所装填的催化剂得到充分利用，而且可获得较高的氨转化率。

　　（ 3）催化剂内筒筒壁为合金栅（专利技术），保证气流均匀分布，防止气流直接吹催化剂。

　　1. 3氨合成回路

　　托普索氨合成工艺流程。

　　来自精制工序的新鲜合成气（ 30 ， 3. 2 MPa）经合成气压缩机压缩段加压、段间冷却后，与来自冷交换器的循环气汇合进入合成气压缩机循环段，混合气*终升压至15 M Pa出合成气压缩机。

　　压缩后合成气经热交换器预热后从下部进入合成塔，通过中心管到达上部，然后从内、外筒之间的环隙沿径向依次进入第1催化剂床层、第1换热器、第2催化剂床层、第2换热器、第3催化剂床层进行反应。出合成塔的反应气（约414 ，含氨体积分数约22% ）经高压锅炉给水预热器回收热量后进入热交换器预热合成气压缩机出口气体，再经水冷器、冷交换器、一级和二级氨冷器，*终冷却至0进入高压氨分离器分离出冷凝氨，分离氨后的循环气再经冷交换器回收冷量后进入压缩机循环段与新鲜气汇合，重复上述循环。氨分离器分离出的液氨进入氨闪蒸槽，通过减压（ 3. 2 M Pa）闪蒸出溶解的气体，闪蒸后的液氨送往冷冻工序，闪蒸出的气体送往合成气压缩机入口返回合成系统。

　　2卡萨利氨合成塔和工艺探讨

　　2. 1氨合成塔简介

　　卡萨利氨合成塔为轴径向合成塔，取消了传统的径向层催化剂密封装置，采用中心集气管，上端部分不开孔，迫使气体在顶部处于轴径向混合流动状态。卡萨利氨合成塔可分为二床层和三床层合成塔，三床层合成塔又有二段中间换热和一段冷激、一段中间换热等形式，三床层二段中间换热式合成塔出口氨体积分数可达20. 7% ，氨净值可达18% 19%.

　　2. 2三床层二段中间换热式氨合成塔结构特点（以300 kt/a合成氨为例）

　　三床层二段中间换热式氨合成塔主要参数。

　　（ 1） 2台换热器分别设置在第1和第2催化剂筐内，反应后的气体通过换热器间接冷却，从而独立控制三床层温度，另有一升温副线控制还原催化剂层进、出口结构床层进口增加桥板；进、出口设丝网，防止气体直接冲刷床层，保证气流均匀分布；可装填小颗粒催化剂提高了每层出口的氨转化率。

　　（ 2）每个绝热床层都有1个轴-径向流，大部分气体都以径向通过催化剂床层，其余气体以轴向通过催化剂的顶部床层，气体的流动方向都是向内的，这样既可采用小颗粒催化剂（ 1. 5 3. 0 mm ），又保证了所装填的催化剂得到充分利用，而且可获得较高的氨转化率。

　　（ 3）气体流向为轴-径向，取消了催化剂顶部的盖板，使气体分布均匀，整塔压力降较小。

　　（ 4）进入催化剂层5%左右的气体流向为轴向，其余大部分气体流向为径向，气体流不存在死角，充分利用了催化剂。

　　（ 5）催化剂内筒筒壁由多孔壁和金属丝网组成，形成一个气体分布墙，保证了气体分布均匀。

　　2. 3氨合成回路

　　卡萨利氨合成工艺流程。氢氮摩尔比约3： 1的精制气与来自闪蒸槽的闪蒸气混合后进合成气压缩机压缩段，压缩后的气体与循环气混合，在压缩机循环段被压缩后送入氨合成回路。压缩后的混合原料气与产品气在热交换器中换热，然后从塔顶进入氨合成塔，沿内外筒环隙向下，在绝热的高压外壳和催化剂筐之间进入，原料气在第1和第2催化剂床的2台换热器中不断被加热，换热器出口气体温度由合成塔顶部旁路控制；然后原料气直接进第1催化剂床进行氨合成反应，反应后气体在第1催化剂床内换热器中与原料气换热，出第2催化剂床气体在第2催化剂床内换热器中与原料气换热，出内换热器后的冷却气体进第3催化剂床进一步进行氨合成反应。出合成塔气体进高压废热锅炉回收反应显热并副产高压饱和蒸汽，然后依次经中压锅炉给水预热器、热交换器加热原料气、水冷器、冷交换器、一级和二级氨冷器和氨分离器，分离液氨后的气体循环返回合成气压缩机。分离出的液氨进入闪蒸槽，闪蒸出的气体送至合成气压缩机入口。

　　3结语

　　托普索S 300型合成塔和卡萨利三床层二段中间换热式合成塔具有以下特点：（ 1）内件结构简单，均为三床层合成塔，且卡萨利合成塔每个床层上部均无上盖，安装较方便。

　　（ 2）相对而言，卡萨利合成塔的催化剂利用率要相对高一些，可选用国产催化剂，催化剂的使用寿命在10年以上；托普索合成塔必须使用托普索催化剂，催化剂使用寿命可达15年以上，但价格昂贵。

　　（ 3）径向层气体的均匀分布是决定合成塔操作稳定性的内在因素。托普索合成塔采用合金栅（专利技术），卡萨利采用桥板+丝网方式（传统技术），都能满足气体分配的要求。

　　（ 4）合成塔的塔内流程是决定合成塔操作稳定的工艺因素。卡萨利合成塔主线气体走塔壁，在两段换热器前分别加入冷气体，用于控制每段催化剂的入口温度，从而实现对合成塔各床层温度的控制。托普索S 300型合成塔采用1条副线走塔壁，这条副线在调节过程中一定要保证一定的流量，所以其调节力度有所下降。

　　（ 5）合成塔出口氨净值较高。托普索S 300型氨合成塔氨净值可达18%左右，卡萨利三床层二段中间换热式氨合成塔的氨净值可达18% 19%.

　　（ 6）设备运行和操作性能稳定。

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