合成氨工艺转化工段仿真软件.docx
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合成氨工艺转化工段仿真软件
合成氨工艺仿真转化工段
软件说明书
仿真软件技术
2009年1月
第一章装置概况
第一节工艺流程简述
1.1.1概述
制取合成氨原料气的方法主要有以下几种：
1.固体燃料气法；2.重油气法；3.气态烃法。
其中气态烃法又有蒸汽转化法和间歇催化转化法。
本仿真软件是针对蒸汽转化法制取合成氨原料气而设计的。
制取合成氨原料气所用的气态烃主要是天然气（甲烷、乙烷、丙烷等）。
蒸汽转化法制取合成氨原料气分两段进行，首先在装有催化剂（镍触媒）的一段炉转化管，蒸汽与气态烃进行吸热的转化反应，反应所需的热量由管外烧嘴提供。
一段转化反应方程式如下：
CH4+H2OCO+3H2–206.4kj/mol
CH4+2H2OCO2+4H2-165.1kj/mol
气态烃转化到一定程度后，送入装有催化剂的二段炉，同时加入适量的空气和水蒸汽，与部分可燃性气体燃烧提供进一步转化所需的热量，所生成的氮气作为合成氨的原料。
二段转化反应方程式如下：
1.催化床层顶部空间的燃烧反应
2H2+O22H2O（g）+484kj/mol
CO+O2CO2+566kj/mol
2.催化床层的转化烧反应
CH4+H2OCO+3H2–206.4kj/mol
CH4+CO22CO+2H2–247.4kj/mol
二段炉的出口气中含有大量的CO，这些未变换的CO大部分在变换炉中氧化成CO2，从而提高了H2的产量。
变换反应方程式如下：
CO+H2OCO2+H2+566kj/mol
1.1.2原料气脱硫
原料天然气中含有6.0ppm左右的硫化物，这些硫化物可以通过物理的和化学的方法脱除。
天然气首先在原料气预热器（141-C）中被低压蒸汽预热，流量由FR30记录，温度由TR21记录，压力由PRC1调节，预热后的天然气进入活性碳脱硫槽（101-DA、102-DA一用一备）进行初脱硫。
然后进用蒸汽透平驱动的单缸离心式压缩机（102-J），压缩到所要求的操作压力。
压缩机设有FIC12防喘振保护装置，当在低于正常流量的条件下进行操作时，它可以可以把某一给定量的气体返回气水冷器（130-C），冷却后送回压缩机的入口。
经压缩后的原料天然气在一段炉（101-B）对流段低温段加热到230℃（TIA37）左右与103-J段间来氢混合后，进入Co-Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108-D），经脱硫后，天然气中的总硫含量降到0.5ppm以下，用AR4记录。
1.1.3原料气的一段转化
脱硫后的原料气与压力为3.8MPa的中压蒸汽混和，蒸汽流量由FRCA2调节。
混合后的蒸汽和天然气以分子比4：
1的比例通过一段炉（101-B）对流段高温段预热后，送到101-B辐射段的顶部，气体从一根总管被分配到八根分总管，分总管在炉顶部平行排列，每一根分总管中的气体又经猪尾管自上而下地被分配到42根装有触媒的转化管中，原料气在一段炉（101－B）辐射段的
336根触媒反应管进行蒸汽转化，管外由顶部的144（仿真中为72）个烧嘴提供反应热，这些烧嘴是由MIC1～MIC9来调节的。
经一段转化后，气体中残余甲烷在10％（AR1_4）左右。
1.1.4转化气的二段转化
一段转化气进入二段炉（103-D），在二段炉中同时送入工艺空气，工艺空气来自空气压缩机（101-J），压缩机有两个缸。
从压缩机101-B最终出口管送往二段炉的空气量由FRC3调节，工艺空气可以由于电动阀SP3的动作而停止送往二段炉。
工艺空气在电动阀SP3的后面与少量的中压蒸汽汇合，然后通过101-B对流段预热。
蒸汽量由FI51计量，由MIC19调节，这股蒸汽是为了在工艺空气中断时保护101-B的预热盘管。
开工旁路（LLV37）不通过预热盘，以避免二段转化触媒在用空气升温时工艺空气过热。
工艺气从101-D的顶部向下通过一个扩散环而进入炉子的燃烧区，转化气中的H2和空气中的氧燃烧产生的热量供给转化气中的甲烷在二段炉触媒床中进一步转化，出二段炉的工艺气残余甲烷含量（AR1_3）在0.3％左右，经并联的两台第一废热锅炉（101-CA/B）回收热量，再经第二废热锅炉（102-C）进一步回收余热后，送去变换炉104-D。
废锅炉的管侧是来自101-F的锅炉水。
102-C有一条热旁路，通过TRC10调节变换炉104-D的进口温度（370℃左右）。
1.1.5变换
变换炉104-D由高变和低变两个反应器，中间用蝶形头分开，上面是高变炉，下面是低变炉。
低变炉底部有蒸汽注入管线，供开车时以及短期停车时触媒保温用。
从第二废热锅炉（102-C）来的转化气约含有12-14％的CO，进
入高变炉，在高变触媒的作用下将部分CO转化成CO2，经高温变换后CO含量降到3％（AR9）左右，然后经第三废热锅炉（103-C）回收部分热能，传给来自101-F的锅炉水，气体从103-C出来，进换热器（104-C）与甲烷化炉进气换热，从而得到进一步冷却。
104-C之前有一放空管，供开车和发生事故时高变出口气放空用的，由电动阀MIC26控制。
103-C设置一旁路，由TRC11调节低变炉入口温度。
进入低变炉在低变触媒的作用下将其余CO转化为CO2，出低变炉的工艺气中CO含量约为0.3％（AR10）左右。
开车或发生事故时气体可不进入低变炉，它是通过关闭低变炉进气管上的SP4、打开SP5实现的。
1.1.6蒸汽系统
合成氨装置开车时，将从界外引入3.8MPa、327℃的中压蒸汽约50T/H。
辅助锅炉和废热锅炉所用的脱盐水从水处理车间引入，用并联的低变出口气加热器（106-C）和甲烷化出口气加热器（134-C）预热到100℃左右，进入除氧器（101-U）脱氧段，在脱氧段用低压蒸汽脱除水中溶解氧后，然后在储水段加入二甲基硐肟除去残余溶解氧。
最终溶解氧含量小于7PPb。
除氧水加入氨水调节PH至8.5-9.2，经锅炉给水泵104-J/JA/JB经并联的合成气加热器（123-C），甲烷化气加热器（114-C）及一段炉对流段低温段锅炉给水预热盘管加热到295℃（TI1_44）左右进入汽包（101-F），同时在汽包中加入磷酸盐溶液,汽包底部水经101-CA/CB、102-C、103-C一段炉对流段低温段废热锅炉及辅助锅炉加热部分汽化后进入汽包，经汽包分离出的饱和蒸汽在一段炉对流段过热后送至103-JAT，经103-JAT抽出3.8MPa、327℃中压蒸汽，供各中压蒸汽用户使用。
103-JAT停运时，高压蒸汽经减压，全部进入
中压蒸汽管网，中压蒸汽一部分供工艺使用、一部分供凝汽透平使用，其余供背压透平使用，并产生低压蒸汽，供111-C、101-U使用，其余为伴热使用在这个工段中，缩合/脱水反应是在三个串联的反应器中进行的，接着是一台分层器，用来把有机物从液流中分离出来。
1.1.7燃料气系统
从天然气增压站来的燃料气经PRC34调压后，进入对流段第一组燃料预热盘管预热。
预热后的天然气，一路进一段炉辅锅炉101-UB的三个燃烧嘴（DO121、DO122、DO123），流量由FRC1002控制，在FRC1002之前有一开工旁路，流入辅锅的点火总管（DO124、DO125、DO126），压力由PCV36控制；另一路进对流段第二组燃料预热盘管预热，预热后的燃料气作为一段转化炉的8个烟道烧嘴（DO113-DO120）、144个顶部烧嘴（DO001-DO072）以及对流段20个过热烧嘴（DO073-DO092）的燃料。
去烟道烧嘴气量由MIC10控制，顶部烧嘴气量分别由MIC1-MIC9等9个阀控制，过热烧嘴气量由FIC1237控制。
第二节工艺仿真围
转化装置转化工段仿真以主工艺物流的工艺过程和设备为主，对于公用工程和附属系统不进行过程定量模拟，只做事故定性仿真（如：
停冷却水，停蒸汽等），具体包括如下过程在：
原料气脱硫、原料气的一段转化、转化气的二段转化、变换、蒸汽系统、燃料气系统。
由于本仿真系统主要以仿DCS操作为主，因而，在不影响操作的前提下，对一些不很重要的现场操作进行简化，简化主要容为：
不重要的间歇操作，部分现场手阀，现场盲板拆装，现场分析及现场临时管线拆装等等。
另外，
根据实际操作需要，对一些重要的现场操作也进行了模拟，并根据DCS画面设计一些现场图，在此操作画面上进行部分重要现场阀的开关和泵的启动停止。
对DCS的模拟，以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据，并对重要回路和关键设备在现场图上进行补充。
第三节控制回路一揽表
转化装置转化工段仿真培训系统共涉及到仪表控制回路如下，这些回路的详细容见下表，该表给出了仪表回路的公位号、回路描述、工程单位、正常设定及正常输出。
这些容仅供操作参考。
转化工段仪表回路一览表
原料气脱硫
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
PRC1
原料气入口压力控制
MPA
1.82
PRC102
102-J出口压力控制
MPA
3.86
PRC69
102-J入口压力控制
MPA
1.82
FIC12
102-J防喘震流量控制
M3/H
0
FRCA1
102-J出口流量控制
M3/H
24556
FRCA2
101-B进蒸汽量控制
M3/H
67000
FFC2
水碳比例控制
3.5-4.2
TIC22L
进101/2-DA燃料气温度
℃
40-50
一段炉变换
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
PRC1018
101-F压力控制
MPa
10.6
AICRA6
辅锅氧含量控制
%
3
FIC1003
辅锅进风量控制
M3/H
7611
PICAS103
101BJA出口压力控制
MP
1147
PRCA19
101B压力控制
MPa
-50
PRC34
燃气进料总压力控制
MPa
0.8
FRC1002
辅锅燃气进量控制
M3/H
2128
FIC1004
过热烧嘴风量控制
M3/H
15510
TRCA1238
过热蒸汽温度控制
℃
445
FIC1237
过热烧嘴燃气量控制
M3/H
320
AICRA8
101-B氧含量控制
%
3
PICA21
辅锅压力控制
MPa
-60
二段转换
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
FRCA3
二段转化进空气流量控制
M3/H
33757
FRCA4
101-J出口总流量控制
M3/H
33757
TRCA104
进104-DA温度控制
℃
371
TRCA11
进104-DB物料温度控制
℃
240
蒸汽系统
回路名称
回路描述
工程单位
设定值
PIC13
MS压力控制
MPA
3.865
LICA22
101-U液位控制
%
50
LRCA76
101-F液位控制
%
50
LICA102
156-F
%
50
第四节位号与位号描述一揽表
FRCA1
N.GTO101B
TI1_18
LOW.TEMP.SHIFT104-D
FRCA2
STEAMTO101B
TI1_20
LOW.TEMP.SHIFT104-D
FIC12
102-JKICKBACK
TI1_79A
103-DSKINTEMP
FR32
FUELGASTO101-B
TI1_79B
103-DSKINTEMP
FR32
FUELGASTO101-B
TI1_79C
103-DSKINTEMP
FR34
N.GFLOWTO2#STAGE
TI1_79D
103-D
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