四川美豐化工股份****德陽分公司
作者：羅雪峰盧玉春
1、前言
四川美豐化工股份****化肥分公司到目前為止已經形成了尿素生產能力為：100萬噸/年，合成氨：４0萬噸/年的規模。
其中氨合成由三套系統組成：一套為１４.３mpa的操作壓力，2400mm合成塔的低壓合成，其產能為200kt/a,二套３２．０mpa的操作壓力，1200mm合成塔的高壓合成，分別於19９６年、2023年、2023年建成，其中2023年建成的1200mm高壓合成系統年產量為100kt/a,佔了全廠合成氨產量的30%。
合成系統在整個合成氨生產過程中占有極其重要的地位，它的主要任務就是把前工段生產的合格的氫氮氣合成氨，為合成氨生產系統的最後工段。其生產能力及其工作的好壞是直接決定合成氨產量高低的關鍵因素。操作是否達到最優化也直接影響生產消耗。
因此必須使合成系統在良好的條件下經濟優化執行，達到高產低耗的目的。
2、工藝簡介
精煉氣在氨分之前補入合成迴圈氣，經氨分、冷交、迴圈氣壓縮機後進入油分離器，分離油汙後分成兩股：一股約15%～25%，從合成底部進入(一進)經環隙由下而上從塔頂部出來，和從熱交出來一部分被加熱的氣體混合進入冷管束（約佔總氣量的30%～40%），被管外反應熱氣加熱後，進入第
一、二段床層之間的氣體混合器內。另一股氣體進入塔外熱交的管間加熱至200℃，從塔底進入塔內，經塔內換熱器加熱至365℃～370℃再由中心管進入第一段床層反應，溫度公升至465℃～470℃，出第一絕熱層的氣體與冷管束來的冷氣混合降溫後依次進入第
二、第三、第四段反應，反應後熱氣溫度約430℃～450℃。經合成塔下部換熱器出合成塔冷卻300℃～340℃進入廢熱鍋爐。產生2.
5mpa中壓蒸汽，降溫至210℃左右，進入熱交(管內)，溫度降至80℃左右，再進水冷卻器，溫度降至常溫進入冷交管間、**冷量，溫度降低以後進入冷交下部分氨、然後進入臥式氨冷器進行冷卻，冷卻到- 10℃左右再進入氨分離器分離液氨，氨含量降至～2.5%再經冷交管內換熱至25℃左右進迴圈機加壓，如此迴圈。其流程圖如下：
3、存在的問題
(1)、該合成塔內件為三軸一徑向流程的內件，而第四層徑向框的高度不夠，從原始開車一開始就存在著合成塔系統阻力大這麼乙個嚴重的問題。最高可達１.８mpa,造成迴圈機流量最高只能開70%，系統加不起負荷，迴圈機電流高等問題。
（２）、由於氨分離器的內部設計不合理，一是造成氨分離器容易假液位，二是容易造成氨分離器放氨時串氣，從而導致整個合成系統保不起迴圈甲烷而被迫提高前工段的甲烷（最高要求二段爐出口甲烷達到1.2%），造成氨淨值低，產氨效果差，各種指標都消耗高的後果。
（３）、熱交換熱器出口到合成塔底部二進的一根管道，由於設計時沒能很好的消除熱應力，每次開車後不久就會發生因熱膨脹在合成塔的進口聯接處洩漏的狀況，給完全生產帶來隱患。
（４）、從合成建成以來，透平機乾燥劑再生氣一直使用系統新鮮的氫氮氣，再生後進入廢氣管網直接燃燒。相當於前工段製造出來的合格氣又直接返回前工段燃燒掉，導致一是產氨量減少，二是各項消耗會增加。
4、確定解決方案
合成系統存在的上述幾個問題，在很長時間內均困擾著公司合成氨生產能力和能耗。特別是當前天然氣能源**大幅度的**，國家已經把節能降耗提到了儀式日常了，公司解決這個「能耗」瓶頸問題已經是迫在眉梢。在公司科技人員和安醇公司技術人員的共同努力下，多次召開現場分析討論會，使上述幾個問題得到了根本的解決。
（１）、重新設計製造了乙個合成塔內件，縮短了三層軸向催化劑框的高度，增加了第四層徑向催化劑框的高度，解決了合成塔阻力大而加不起負荷的問題和迴圈機電流高的問題。
（２）、通過剖析氨分離器的內部結構，找出的問題的根本所在是進氨分的高速氣體直接衝擊在液面上，造成了假液位和放氨串氣的情況。通過計算和設計，直接在其內部增加了一塊防沖板，同時在其內壁上開了二個孔，徹底解決了假液位和放氨串氣的問題。
（３）、聯絡安醇公司重新一道，重新對熱交到合成塔二進的管道進行了計算和設計，將該管道重新進行了安裝，很好的消除了該管道的熱應力，開車後再也沒發生過二進聯接處洩漏的情況。
（４）、引進外工段的膜**尾氣作為透平機乾燥劑再生氣，本來膜**尾氣就是作為燃燒所用的氣體，廢物利用後，還是能送回燃料氣系統，節約了能源，增加了氨產量，還不會對燃料氣系統造成影響。
５、效果：
實施上述方案後，系統執行平衡、安全。不論是系統阻力還是合成塔的阻力，得到了大幅的下降，同時迴圈機電流也下降很多，產氨能力也得到大幅提公升。也因反應好，合成系統壓力降低，使前工段氫氮氣壓縮機的功耗也降低。
各項消耗指標取得了預期的效果。改造前後執行資料對照如下（均以滿負荷時資料為統計基礎）：
表一：（1） 按一年執行３００天、電價０.４元/kwh：
節約電費：300×300×24×0.40元/kw=86.4萬元。
（2） 按一年執行３００天、噸氨利潤6００元計：
新增液氨產量利潤：100×300天×600（噸氨利潤）=1800萬元
（3） 按照生產實際，透平機乾燥劑每台每週再生一次，每次約8小時，耗氣量為500m3/h，每週新鮮氫氮氣的使用量為：2臺×8h/臺×500 m3/h=8000 m3。按2900 m3產一噸氨計，則每週少產液氨2.
76噸。年可多產氨2.76t/周×47周/年=129.
7 t，按噸氨利潤6００元計：
新增效益129.7 t×600元/t=7.78萬元。
（4）合計年可為企業創造經濟效益：
1800萬元＋86.4萬元+7.78萬元＝1894.18萬元
通過對該系統的技術改造，大大提高了合成氨產量，降低噸氨氣耗、電耗，取得了明顯的經濟效益。
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