高压醇烷化合成操作规程.docx

1、高压醇烷化合成操作规程高压醇烷化合成操作规程1 工艺说明1.1 工艺特点氨的合成反应需要纯净的氢气和氮气，进入氨合成系统的氢氮气中除允许有少量惰性气体甲烷和氩气外，不允许含有其他有害气体。而脱碳的合成氨粗原料气中含有大量一氧化碳和二氧化碳，必须将其清除，才能送往氨合成系统，本设计采用高压醇烷化精制合成氨原料气新工艺可以完成清除任务。该工艺的特点是既深度净化合成氨原料气，又将气体中一氧化碳和二氧化碳几乎全部转化为高附加值的甲醇产品。该工艺由高压醇化、高压烷化装置以精净化为主。出高压醇化系统气体中的CO+CO2达到200ppm以下，出高压烷化系统气体中的CO+CO2达到10ppm以下的深度净化。深

2、度净化后的气体送往氨合成系统，做为生产合成氨的补充气。1.2 工艺原理气体首先进入高压醇化系统，在压力23MPa，温度210250的条件下，经铜系催化剂的催化作用，气体中大部分CO、CO2 与H2反应，生成CH3OH及H2O，其反应方程式为：CO + 2 H2 = CH3OHCO2 + 2 H2 = CH3OH + H2O高压醇化后气体进入高压烷化系统进一步将剩余CO+CO2 200ppm的气体深度净化。气体在甲烷化系统中，在250左右的温度条件下，经镍系催化剂的催化作用，气体中绝大部分CO、CO2 与H2反应，生成CH4和H2O，其反应方程式为：CO + 3 H2 = CH4 + H2OCO

3、2 + 4 H2 = CH4 + 2H2O经甲烷化系统后含CO+CO2 10ppm的净化气体送氨合成，气体在氨合成系统中，在400500的条件下，经铁系催化剂的催化作用，气体中的H2与N2反应，生成NH3，其反应方程式：3H2 + N2 = 2 NH31.3 工艺流程叙述来自界区外23MPa的补充气体进入高压甲醇油分离器，在油分中与循环气汇合，共同分离油水后气体分六路：一路气体去醇化塔塔环隙冷却塔壁，出醇化塔的环隙保护气与另一路主气会合进醇化塔前换热器与出醇化塔的反应气换热；其余四路气体作为冷激气以调节各触媒层温度。出醇化塔前换热器的未反应气经过换热升温（180）后，进入高压醇化塔进行醇化反应

4、，出醇化塔的反应气（210）进入塔前换热器加热入塔的未反应气，换热后的气体送水冷器冷却，反应气被冷却至38以下，反应气中的甲醇和水在水冷器中被冷凝；出口气液混合气送甲醇分离器分离甲醇和水，分离下来的液体送甲醇中间贮槽；甲醇分离器出口气体分为两路：一路送净醇洗涤塔用软水将气体中未分离下来的甲醇进一步洗涤吸收，洗涤过的气体去高压烷化系统；另一路则去循环机加压进入下一轮循环。醇后气和来自醇烷化循环机的气体混合后经烷化油分后分为两路。其中一路进入高压烷化塔冷却外壁，出来后进气气换热器，另一路直接进入气气换热器，两路气体在气气换热器中汇合与反应气换热，温度提高至220230后进入提温换热器与氨合成塔二出

5、气体进行换热，温度提高至250后进入高压烷化塔反应，255的反应气出塔后进气气换热器与入塔气换热，温度降至85进水冷器，冷却降温至38以下再送氨冷器，在氨冷器中进一步冷却降温至8，反应气中的水在水冷器和氨冷器中被冷凝，氨冷器出口气液混合气送水分离器分离水，水分离器出口气体送氨合成系统。甲烷化系统送来的净化气补入氨合成系统二级氨冷凝器出口，与氨冷凝器出口-10的气液混合气汇合，利用混合气中的液氨洗涤补充气中微量CO2和饱和水，再进入氨分离器进行二次分氨，分离下来的液氨送液氨成品槽，分氨后的气体送冷交换器的上部换热器回收冷量，温度升至28进循环机，加压后经循环气油分分离油。油分出口气体分为两路，一

6、路进入氨合成塔筒体与内件之间环隙冷却塔壁，出来后与另一路汇合进入气气换热器，换热至180进入氨合成塔内反应。320的合成塔二出气进入废热回收器副产中压蒸汽；废热回收器出口气进入气气换热器加热入塔气，温度降至90进入软水加热器再一次回收热量，出软水加热器的气体进一步降低温度，降温后的气体去冷交换器与氨分来的冷气进行冷交换回收冷量，吸收冷量后的气体在冷交的下部将冷凝的液氨分离，分离下来的液氨送氨合成成品槽；分离后的气体依次送一、二级氨冷凝器进一步冷却，气相中的氨被进一步冷凝，冷却至-10左右的气液混合气与补充气汇合进入下一循环。f3冷激气来自氨合成塔一出气（60），f0、f1、f2冷副及冷激气来自

7、氨合成塔二进气（180）。塔前、塔后、补充气以及循环机各设有放空；另外设有系统副线。2 正常操作操作条件控制的最终目的，是要求首先在安全生产的前提下，强化设备的生产能力和降低消耗，使系统能安全、持续、均衡稳定地生产。操作控制主要围绕系统的热量平衡和物料平衡这两大平衡来寻找最适宜的操作条件，下面就各系统的操作要点进行简要叙述。2.1 高压醇化系统操作高压醇化系统的操作控制主要有：高醇塔的温度控制、水冷出口气体温度的控制、甲醇分离器液位控制、净醇洗涤塔液位控制、净醇洗涤塔加水量的控制、循环机的操作及进塔气体组分的控制等内容。下面就控制方法及注意事项分别说明。2.1.1甲醇塔的温度控制 甲醇塔的反应

8、温度是高压醇化系统操作的最主要指标。甲醇合成是放热反应，所以控制甲醇塔温度的实质是维持甲醇塔的热平衡。用简单的等式表示如下: Q带入 + Q反应 = Q带出 + Q損失 式中 Q带入 进入甲醇塔气体总热量 Q反应 甲醇反应放出热量 Q带出 出甲醇塔气体总热量 Q損失 由于传热、散热等原因损失的热量当上述热平衡方程式两边相等时，甲醇塔内的温度稳定不变，若其中任何一项发生变化，等号两边就失去平衡，必须改变操作条件，重新建立平衡，才能使反应温度恢复稳定。简单地说，维持热平衡只是Q带入 、 Q反应 、 Q带出 、Q損失 四个因素的关系，但在实际操作中，每个因素又与许多条件相互影响，相互关联。所以，当反

9、应温度变化时，必须找出影响温度变化的主要原因进行调节，否则，企图建立新的热平衡关系就很困难。甲醇塔的温度控制主要是甲醇塔内反应温度的控制。所指的反应温度，就是对热点温度而言。热点温度是甲醇塔催化床中的最高温度，塔反应整个塔的反应情况，操作中把这个温度作为全塔的主要控制点热点温度的控制指标是根据催化剂的性能及使用时间来确定的，一般情况下使用初期控制温度在较低范围内，随着使用时间的延长，根据催化剂的活性情况逐渐提高，以延长催化剂的使用寿命。热点温度的控制是通过控制零米温度和入塔气体组分来完成。零米温度是指反应气进入每层催化剂层的第一个测温点的温度，由它来反应出催化剂层中的温度变化。第一、二、三、四

10、层催化剂的零米温度分别用f0、f1、f2、f3冷激付线进行调节。入塔气组分控制主要指入塔气中CO浓度控制，入塔气中CO浓度太高，上层催化剂反应剧烈，易造成热点温度提高而超指标。因此，选择适宜的入塔气CO浓度对稳定甲醇塔的操作是十分必要得。组分控制主要通过循环气量来调节。2.1.2水冷出口气体温度的控制高压甲醇塔出口的高温气体经过水冷器最终冷却后，气体中的甲醇和水蒸汽被冷凝成液体，再经甲醇分离器将粗甲醇被分离出来。冷凝量的多少，视气体冷却后的温度而定。冷却后的气体温度控制过高，会影响气体中甲醇和水蒸汽的冷凝效果，随着水冷后气体温度的升高，气体中未被冷凝分离的甲醇含量相应增加，这部分甲醇不仅增加了

11、循环机的动力消耗，而且在合成塔内会抑止甲醇合成向生成物方向反应，同时还增加了净醇洗涤塔的负荷。但是，水冷却后气体温度也没有必要控制过低，随着水冷却后气体温度的降低，甲醇的冷凝效果是会相应增加，但是当气体温度降至20以下时，其甲醇的冷凝效果增加并不明显。所以一味追求过低的水冷后温度并不经济，将大量增加冷却水耗量。故一般在操作时控制水冷后气体温度在2039为宜。2.1.3 其它控制 家醇分离器、净醇洗涤塔的液位控制均由仪表自动调节，按照通用的控制方法进行操作，这里不再予以说明。循环机的操作请按循环机使用说明书进行编写。2.2 高压烷化系统操作高压烷化系统的正常操作主要是控制甲烷化塔入塔气体温度、水

12、冷出口气体温度、水分离器液位操作等内容。这里重点介绍入塔气体温度控制方法，其他操作属常规操作，这里就不再说明。2.3甲烷化塔入塔气体温度控制甲烷化反应为强放热反应，从热力学考虑，提高反应温度将不利于反应的进行，但在系统中，甲烷化塔入塔气中CO+CO2 浓度小于200ppm,甲烷化催化剂在远离平衡状态下操作，平衡制约作用完全可以忽略不计。从动力学考虑，提高反应温度可以加快反应的进行，对于J108-2Q型催化剂，温度控制在250左右就可完全满足工艺要求。其温度控制是通过调节氨塔二出气阀门开度来完成的。2.4氨合成系统操作氨合成系统的操作控制内容主要有：氨合成塔的温度控制、水冷器和氨冷器出口气体温度

13、控制；冷交换器、氨冷凝器、氨分离器、废热回收器的液位控制；并控制好空速、压力、入塔气温度、氢氮比、氨含量、惰性气含量、合成塔及合成系统压差等操作指标。2.4.1氨合成塔的温度控制 氨合成塔的反应温度是氨合成系统操作的最主要指标。为保证氨的合成有足够的反应速度，需要一定的反应温度，反应温度的范围与催化剂的性能有关。通常，我们将某种催化剂在一定生产条件下具有最高生产率的温度称为最适宜温度。不同的催化剂具有不同的最适宜温度。同一种催化剂在不同的使用时期，其最适宜温度也会改变。一般催化剂在使用初期活性较强，反应温度可以低一些，使用后期当活性衰退后，则反应温度要提高一些。氨合成塔的温度控制主要是将温度控

14、制在最适宜的温度范围内，以达到最佳生产状态和延长催化剂的使用寿命。在正常操作中一定要控制好温度，不能有剧烈的波动或严重超指标现象，升降温速率要严格控制。影响合成塔温度的因素比较多，如压力、空速、气体成分、循环量、入塔气温度、生产负荷等多种因素。正常操作中要严密注意各种条件的变化对温度的影响。当温度发生变化时，必须找出影响温度变化的主要原因，针对此原因进行相应调节，才能保证温度的相对稳定。一般在气体成分和压力相对稳定的条件下，当负荷一定时，控制一定的循环量，各层冷激付线根据温度情况开到一定位置时，采用塔付线来调节第一层温度；如某一层温度变化，可用冷激付线做单一调整。而负荷变动大时，应采用调节循环

15、量，并以调节各冷激付线予以配合。正常操作中要严密注意各种操作条件的变化对温度的影响，并做预见性的处理。2.4.2 正常操作控制及注意事项（1）经常检查调节合成塔温度、压力；（2）经常检查调节水冷器出口温度和氨冷凝器出口温度；（3）经常经查调节各设备液位；（4）经常注意入塔气体成分变化；（5）经常注意合成塔及合成系统压差；（6）按时做好抄表记录工作。2.5 工艺指标一览表序号名称计量单位控制指标备注一高压醇化系统（GC208催化剂），具体根据催化剂使用初、中、后期下达的指标为准1甲醇塔催化剂层温度2103002甲醇塔塔壁温度1203气气换热器出口热气温度1004水冷出口气体温度385甲醇塔入塔压

16、力MPa23左右6甲醇分离器液面维持仪表指示刻度盘1/2左右7净醇洗涤塔液面维持仪表指示刻度盘1/2左右二高压烷化系统1甲烷化塔催化剂层温度250（J108-2Q催化剂）、具体根据催化剂使用初、中、后期下达的指标为准2甲烷化塔塔壁温度1203塔前换热器冷气出口温度2204提温换热器冷气出口温度2505水冷后温度386氨冷后温度8左右7水分离器液面低于仪表指示刻度盘1/2左右8出甲烷化CO+CO2含量PPm10三氨合成系统1氨合成塔催化剂层温度400500(GA206催化剂)、具体根据催化剂使用初、中、后期下达的指标为准2氨合成塔塔壁温度1203氨合成塔二进温度180左右4氨合成塔二出温度320

17、左右5废热回收器出口温度2106水冷器进口温度1007水冷气出口温度388冷交热气出口温度259氨冷凝器出口温度-810冷交冷气出口温度2511氨合成塔入塔压力MPa2312副产蒸汽压力MPa1.3413气氨总管压力MPa0.214废热回收器液面低于仪表指示刻度盘1/2左右15冷交换器液面低于仪表指示刻度盘1/2左右16氨分离器液面低于仪表指示刻度盘1/2左右3原始开车准备工作程序3.1 设备检查 系统安装完毕后，应组织安装人员会同工艺、机械、电气、仪表等有关部门人员，根据设计施工要求，对全系统进行一次全面的检查以核实工程质量情况。检查主要内容包括：工艺流程、管道、阀门、设备、零部件、仪表控制

18、点、分析取样点以及其他附属设施，安全装置是否符合设计要求。检查的依据是设计图纸、说明书及有关规范。特别是对一些特殊要求的部件，应按具体要求逐一核实。通过设备的检查，也可以发现安装施工中遗留在设备容器中的其他物件。清除事故隐患。3.2 管道吹扫3.2.1吹扫的目的管道吹扫是为了除去设备管道安装时残留于内部的铁屑、铁锈、焊渣、沙石等杂物以及施工中的遗留物，以保证设备的安全运转。尤其是对特殊仪表、调节执行机构和循环机的保护，有着重要作用。3.2.2吹扫的基本原则吹扫应遵循的基本原则：先源头、后尾部；先主管、后支管；先管道、后容器；先预吹、后检测；边吹扫、边敲击；容器敞口通大气，仪表保护莫忘记。吹扫前

19、仪表调节机构、流量计孔板、压力表、高压阀芯等应全部取出，吹扫完后，管口及高压阀底口处全部清理干净，再恢复原状。对无法取出的调节阀，应采取保护措施。仪表根部阀在吹扫时应全部关闭。从效果上来讲，流速越快，吹扫越彻底，最终吹扫流速要超过设计流速，一般不小于20m/s。管道吹扫合格后，除规定的检查及恢复工作外不得再进行影响管内清洁的其它工作。3.2.3吹扫方法工艺管线一般用空气吹扫，吹扫压力：高压管道23MPa，低压管道0.2MPa。空气流速为2060m/s。分区段对工艺系统反复吹扫，并用木锤敲击，直到合格为止。吹扫的合格标准是：吹扫时，在每个管道出口处放置白布检查，不得有铁锈、尘土、水份及其它脏物。

20、保温管道的吹扫，应在保温施工前进行。吹扫合格后，应填写管道及设备系统吹扫记录，不得再进行影响管道及设备清洁的其它工作。3.3催化剂装填按要求装填好各反应器的催化剂。3.4气密实验3.4.1气密试验目的目的是清除一些重大隐患和质量问题，确保一次开车成功，不致因气密性差，法兰连接处发生泄漏，而造成停车或其它意外事故。3.4.2准备（1）吹扫后系统复原完毕，对管道的材质、法兰垫圈、螺栓、调节阀的方向、肓板的抽插及流量孔板等复原情况，进行系统的、全面的细致检查、确认。（2）根据气密试验的不同压力，准备好不同量程的压力表，以及检查用的肥皂水和粉笔等。（3）做好人员分工，准备必要的紧固用工具。3.4.3气

21、密试验压力 各段气密试验压力原则上以操作压力为准，但用空气试验时，其最高压力不宜超过设计压力。在该压力下进行详细检查，如30分钟内无泄漏，压力不降则可认为合格。3.4.4气密试验注意事项（1）加压前，必须把高、低压系统隔离，严防高压气体窜入低压系统。（2）加压和卸压时一定要严格控制速率，不得超过规定指标（0.2MPa/min），以免造成催化剂破裂粉化。（3）加压和卸压时要密切注意各个设备内件（尤其是各反应器）的压差变化，以防把设备内件压坏。（4）要逐级提高压力，每次提高2.5MPa检查一遍，如发现泄露要进行降压处理，严禁带压修理。（5）气密试验结束后，利用贮存的压力进行分析及仪表导管的吹扫。（

22、6）当甲醇系统气密试验时，压力升至1.0MPa必须开启循环机，保证甲醇合成塔空速在200300h-1 。同时打开水冷器冷却水进出口阀门，才能对系统继续充压。并认真观察甲醇催化剂床层温度，以防止甲醇催化剂烧结。3.5系统置换 系统置换与气密试验的先后顺序取决于气密试验所用介质。气密试验使用原料气时要先置换；气密试验用空气，则后置换。3.5.1系统置换最好选用N2气置换3.5.2置换时可利用多次加压排放的方式进行，特别要注意排除系统中不易流动处的空气，务必使系统内任何地方都置换干净。3.5.3系统置换到含氧量小于0.05%为合格。系统置换合格后，要保持正压，防止空气进入。3.5.4置换排气过程中，

23、压力的升降速率要严格按指标（0.2MPa/min）执行。3.5.5反应器内置换时，气体通过催化剂层，不得产生倒流。4开车程序4.1原始开车程序 催化剂升温还原操作 催化剂使用的第一步是催化剂的升温还原。还原的好坏决定产品的产量、质量、消耗指标及其使用寿命。因此，采用正确的还原方法，严格控制还原条件，是决定催化剂性能的关键。升温还原前的准备工作（1）为确保催化剂升温还原工作顺利进行，工程技术人员应结合各催化剂的特性，编制催化剂升温还原操作方案，绘制升温还原曲线。（2）组织操作人员认真学习升温还原操作方案（具体升温还原方案另附）。（3）对本系统的电气设备，特别是电加热器、调压器进行认真调试，使之处

24、于良好状态。（4）对本系统的压力、温度、流量等仪表进行检查，使之处于完好状态。（5）循环机处于良好的备用状态。（6）反应器内热电偶套管内壁应用无水酒精清洗，并挥发干净。（7）准备好测量水汽浓度、称量水量、分析循环氢、分析CO、CO2等仪器。（8）升温还原过程中所需的水、电、仪表气源、氮气、新鲜气等处于正常供应状态。4.2开车程序正常生产时，由于事故、停电、停水、检修或其他原因停车时间较长，催化剂床温度已降至常温或低于活性温度。此时甲醇塔和甲烷化塔内已有经还原好的催化剂，这种情况下开车，不需要催化剂的还原，只需把温度、压力提至正常操作指标，就能转入正常生产。4.2.1正常开车操作4.2.1.1三

25、个系统的正常开车顺序一般情况下先高压甲醇系统，高压甲醇系统先升温。待高压甲醇系统正常，出口CO+CO2 200ppm后，在甲烷化系统，以减少甲烷化催化剂升温过程中羰基镍的生成。甲烷化系统正常后，再开氨合成系统。4.2.1.2高压甲醇系统正常开车（1）检修后的试压、查漏 以0.2MPa/min的速度用脱碳气向系统充压，作全面检查，至压力与系统压力平衡，未发现泄露为合格，再将压力以0.2MPa/min的速度降到5MPa，准备升温，非检修后开车，只需充压至5MPa。（2）升温 开起循环机，用电加热器控制升温速率在40/h。当温度达到200后需防止温度猛升，升温速率应降至20/h。升温过程中可边升温边

26、充压，直至压力与系统平衡。当反应热能维持温度后，停下电加热器，控制催化床温度在正常指标，即可进行正常生产。4.2.1.3甲烷化系统正常开车（1）检修后的试压、查漏 以0.2MPa/min的速度用高压醇化出口合格的气体向系统充压至操作压力，作全面检查，未发现泄露为合格，再将压力以0.2MPa/min的速度降到5MPa，准备升温。非检修后开车，只需充压至5MPa。（2）升温开起循环机，调节好循环量，在保证电加热器安全气量的条件下，尽量减小循环气量，开足电加热器，以最快的速度将催化剂床各层温度提到200以上，以防羰基镍的生成。羰基镍是一种毒物，不仅严重损害催化剂的活性，对人体也十分有害，因此必须充分

27、重视。当温度升到200后，可以50/h左右的升温速率进行升温，并逐步将系统压力提高至操作压力，当温度达到250即可投入生产。4.2.1.4氨合成系统正常开车 （1）检修后的试压、查漏以0.6MPa/min的速度用甲烷化合格气向系统充压，充压到12MPa停止加压全面检查一次，如系统无泄漏继续往上加，加到23MPa时停止加压，进行全面检查，检查无泄露为合格；再将压力以0.6MPa/min的速度降至微正压，但系统降压时如和循环机一起降压，则降压速率以0.2MPa/min进行。卸压时应防止塔内气体倒流。（2）系统充氨通过中间贮槽将液氨倒入氨分离器内。（）开车升温以0.6MPa/min的速度用甲烷化合格

28、气向系统充压，加压到6.08.0MPa停止。用管网蒸汽对废热回收器进行温锅，温好后处于开车状态，并维持液位在2/3高度。起动循环机，调好循环量，在保证电加热器安全气量的条件下，开启电加热器对催化剂升温。以4060/h的升温速率升到400时，可适当提高系统压力增加反应，根据情况减少电炉功率，逐步纳入正常指标，停下电炉转入正常生产。5正常停车程序5.1高压甲醇化系统停车操作停车分为短期停车、长期停车和更换催化剂的停车。由于本系统或前后工序的故障、停电、停水或其他原因需要停车时为短期停车。短期停车如处理不当，将使催化剂活性受到损害，应引起充分的注意。短期停车时如催化剂封存于原料气中，重新开车时其活性

29、明显下降；也有文献认为，如床层温度在210以下时，原料气通过催化剂，将使蜡的生成显著。因此短期停车应按以下步骤进行：（1）压缩机停止送气时，高压醇化循环机照常运转，使循环气中碳氧化物继续反应，其含量不断降低，直至系统中仅含氢气和惰性气。（2）当床层温度开始下降时，开用电加热器并减少循环量，使床层温度维持210以上；（3）当系统中碳氧化物基本反应完全时，停下循环机。系统保温保压，待条件恢复后立即恢复生产。如果某种原因需要长期停车时，应按以下步骤进行：（1）按短期停车步骤（1）进行；（2）减少循环气量，降低系统压力，床层降温速率控制在50/h以下，直至温度降至50左右；（3）用氮气置换系统，使系统

30、氢含量1%；（4）停止循环，整个系统用氮气维持正压；（5）系统进出口加肓板与其他系统断开。更换催化剂的停车，按下面步骤进行：（1）将床层温度以60/h的降温速率进行降温，直至温度降至50左右，停止降温；（2）系统卸压，用氮气置换至氢含量1%；（3）准备好水枪即可卸催化剂，边卸边冲水降温。5.2高压烷化系统停车操作 短期停车可直接用工艺气保温保压。长期停车时如果甲烷化系统不修理，可按短期停车的方法进行。如果甲烷化系统需要修理或更换催化剂，则需开启循环机进行降温，温度降至50左右，系统卸压，用氮气置换合格，即可进行修理或更换催化剂。5.3氨合成系统停车操作5.3.1临时停车（1）停补充气，打开补充气放空阀。（2）关氨冷器加氨阀。（3）停循环机，关合成塔主副阀及冷激阀；（4）关注冷交和氨分的液位，关闭放氨阀；（5）关废热回收器进水阀并注意液位变化；（6）关放空气阀；（7）关废热回收器蒸汽出口阀并注意压力变化。5.3.2系统停车（1）停车前准备 a.氨冷器停止加氮；b视情况各自调阀改为手动；c停供