新型氨合成塔内件的应⽤与研究总结报告
1项⽬⽴项背景
永骏化⼯在原西平第⼀化肥⼚基础上，于2003年投资扩建，2006年竣⼯投产，拥有年产10万吨合成氨、13.2万吨尿素，3万吨粗甲醇的能⼒，合成车间包括甲醇、精炼、合成、氨库、压缩等四个⼯段。从2006年6⽉投产运⾏⾄2014年5⽉，合成⾼压圈系统存在以下问题：
1、合成塔塔压差⼤、系统压⼒⾼，合成塔内件易出现问题且不易查明解决；
2、合成触媒使⽤周期短，使⽤效果差；
3、合成氨产量低。
2原因分析
2.1原合成塔采⽤湖南安淳⾼新技术有限公司IIIJ99-?1200内件，2006年竣⼯后投产使⽤⾄今，⽤8年多时间，已到更换周期。此内件塔压差较⼤，系统压⼒偏⾼，动⼒消耗⼤，影响公司经济效益，另外，调节⼿段单⼀，塔内部易出现问题，且不能有效分析查原因，给⽣产带来⼀定难题。
2.2原塔催化剂颗粒设计不合理，反应活性差，加不上循环量，系统压⼒⾼，动⼒消耗⾼，氨合成率低，产量较低，严重影响公司经济效益。
2.3外管线根据原IIIJ99-?1200内件设计，不符合新改造内件要求。与南京国昌结合后，根据塔内件⽓体⾛向改造外管线。
3项⽬技术⽅案及实施效果
3.1合成塔内件改造
本次合成塔内件改造为南京国昌化⼯科技有限公司提供的GC-R112型?1200氨合成塔内件，主要⼯艺原理及特点如下：
3.1.1．氨合成⼯艺
神经质症
合成氨回路是将经过造⽓、净化等⼯段制得的合格原料⽓中的氢⽓、氮⽓在氨合成塔内⾼温、⾼压环境和催化剂的作⽤下转化成氨，其化学反应可⽤下式表⽰：
N
2 ＋ 3H2 2NH
3 + 46.22 KJ/mol
反应所⽣成的氨经过冷却分离，可以得到
产品液氨，由于合成氨反应是可逆反应，
受转化率的限制，原料⽓中的氢⽓、氮⽓
不可能⼀次完全转化为氨，因此分离产品
液氨后所剩余的氢氮⽓必须⽤循环机进
⾏循环回到氨合成塔内再反应，并不断地
补充原料⽓（也称新鲜⽓），不断地分离
出产品液氨，周⽽复始地循环，这就是我
们通常所说的合成回路。
马斯洛
3.1.2轴径向氨合成塔
本回路的核⼼设备氨合成塔也是采⽤先
进的轴径向技术，由南京国昌化⼯科技有
限公司开发的GC-R112YZ型φ1200氨合
成塔，这种塔型具有阻⼒低、净值⾼、操
控维修⽅便的特点，并具有催化剂⾃卸功
能。合成塔由外筒和内件构成，外筒净⾼
16m，内件中有三层绝热型催化剂床，共
装有～10.0 m3左右的铁系氨合成催化剂。最上⾯⼀层为轴向层，⽽下⾯的⼆层为径向层。轴向层与径向层之间装有层间换热器⽤于调节第⼀径向层进⽓温度；在第⼀径向层和第⼆径向层，装有⼀个的内冷激分布器来调节第⼆径向层进⼝温度。三个催化床的温度可以分别调节，第1催化剂床⼊⼝温度通过零⽶副线（f0）阀调节，第2催化剂床的⼊⼝温度通过层间换热器冷⽓（f1）阀调节，第3催化剂床的⼊⼝温度由冷激⽓（f2）阀调节。 3.1.3操作变量分析
合成氨反应是⼀个可逆的、放热的、体积缩⼩的化学反应，合成塔内温度、压⼒、流量以及⽓体组成等任何条件的改变都会对合成反应发⽣影响。
3.1.3.1温度
温度的变化对合成氨反应的影响有两个⽅⾯，它同时影响平衡浓度及反应速度。因为合成反应是放热的，温度升⾼会促使反应向吸热反应⽅向进⾏，平衡浓度会降低，但同时⼜使反应加速。这表明，在远离平衡的情况下，温度升⾼时合成效率就⽐较⾼，⽽另⼀⽅⾯对于接近平衡温度升⾼时合成效率反⽽较低。这也就是“随着催化剂的衰⽼必须采⽤提⾼的反应温度”的理论依据所在。
3.1.3.2压⼒
氨合成反应是体积缩⼩的反应，提⾼压⼒会提⾼氨的平衡浓度，同时反应速度也增加。因此，提⾼压⼒有利氨的合成。
3.1.3.3空速
在较⾼的⼯艺⽓速（空间速度）下，反应时间较短，出⼝氨浓度就不象低空速那样⾼，但由于有较多
的⽓体经过合成塔，所增加的氨产量⾜以弥补因停留时间短反应不完全⽽引起的产量的降低。所以，在正常的产量或低于正常产量的情况下，其它条件不变时，增加合成塔的⼊塔⽓量会提⾼产量。
单身贵族俱乐部
通常是采取改变循环⽓量的办法来改变空速的，循环量增加是由于单程合成效率降低（催化剂层温度会降低），⽽单位时间总的氨产量是增加。
3.1.3.4氢氮⽐
送往合成回路的新鲜⽓的氢氮⽐通常维持在3.0左右，这是因为氢与氮是以3：1⽐例合成为氨的。但是，应该指出：在合成塔中的氢氮⽐不⼀定是3.0。据合成氨催化剂动⼒学实验，氢氮⽐在2.7～2.9范围的反应速度最⼤；⽽在已经发现的合成塔内氢氮⽐为2.5～3.0时，合成效率最⾼。为使进⼊合成塔内⽓体达到最好的氢氮⽐，新鲜⽓中的氢氮⽐可以稍偏离3.0。
3.1.3.5惰⽓含量
对于氨合成反应来讲，除氮⽓、氢⽓、氨以外，其他如甲烷、氩⽓等都属于惰性⽓体，它们在合成回路中积累起来会降低合成效率，同时使回路压⼒升⾼及⽣产能⼒下降。因此必须连续地将⼀部分⽓体驰放出合成回路，控制甲烷及其它惰性⽓体的含量。惰性⽓的含量从理论上讲越低越好，但随着放空量的加⼤，有效⽓（氢⽓、氮⽓）损耗也随之加⼤，尽管有氢回收系统，但仍存在压⼒损失及能耗损失，因此应根据⽣产负荷，催
化剂使⽤年限等因素的变化，调节⾄较为经济的惰性⽓体含量。通常⽣产负荷较轻、催化剂活性较⾼时，惰性⽓体含量可以控制的较⾼⼀些。
3.1.3.6新鲜⽓量
在正常操作条件下，新鲜⽓的流量加⼤可以⽣产更多的氨，并对前述条件产⽣以下影响：系统压⼒增⼤；催化剂床温度升⾼；惰性⽓含量增加；氢氮⽐可能改变。反之，合成新鲜⽓量减少，效果相反。
新鲜⽓量决定了合成氨产量，同时新鲜⽓量受前⾯造⽓⼯序所制约。
3.1.3.7氨冷温度
氨冷温度决定了循环⽓中氨的含量，从合成氨反应来讲，⼊塔⽓（即循环⽓）中的氨含量越低越好，有利于提⾼氨净值，增加
产量或降低循环功耗，但较低的氨的含量依赖较低的氨冷温度，势必增加冷冻氨量和冰机⽤电消耗。
3.1.3.8产汽压⼒
多少次我回回头看看走过的路产汽压⼒除了影响吨氨产汽量，还会影响合成塔及回路的热平衡，产汽压⼒低，吨氨产汽量就会增⾼；
废锅回收余热量⼤，进塔外换热器的⽓体温度就会降低，造成合成塔⼆进温度也随之降低，当低到⼀定程度，就会影响合成塔的⾃热平衡。反之，如果产汽压⼒过⾼，则吨氨产汽量就会减少，热回收效率下降，严重时，塔外换热器需开冷⽓旁路，造成进⽔冷器的⽓体温度升⾼，循环⽔耗量加⼤，因此，应根据不同时期的操作⼯况，在产汽压⼒在可调范围内合理调节，使回路达到最佳的操作状态。
3.1.4改造后效果：于2014年7⽉改造后投⼊运⾏，合成系统稳定
26机⽣产情况下，压⼒由原来的29MPa下降到25MPa，塔压差减少了0.3MPa，氨产量每⽇提⾼20吨，动⼒消耗中电耗降了50度/吨尿素。
3.2合成塔触媒更换
3.2.1由于原塔内催化剂使⽤效果差，经多⽅考察、研究，采⽤临朐⼤祥精细化⼯有限公司⽣产的NC型φ1200塔DNCA型氨合成催化剂，并根据新合成塔内件情况选购催化剂，具体参数如下：堆密度：2.8~3.0Kg/ L；粒度6.7~9.4mm 800Kg；
4.7~6.7mm 3000Kg；3.3~4.7mm 3600 Kg；1.5~3.0mm 22600 Kg；产品经强化磨⾓并过筛，不能有明显的⽚状和较多的粉尘。
3.2.2效果：按照⼚家提供的⽅案进⾏装填和升温还原，使⽤效果理想，氨合成率⾼，循环量增⼤，氨
产量提⾼。
3.3合成塔外管线改造
根据新合成塔内件操作特点和内部结构情况，对原合成塔外管线进⾏针对性改造，具体⽅案如下：附流程图
改造⽅案为：
（1）零⽶冷激⽓、层间换热器冷激⽓各加⼀调节阀，最⼤流量为50000～60000Nm3/h，经仪表专业计算，该调节阀通径选⽤管道相同⼝径，不需变径；
（2）合成塔环隙⽓出⼝分为⼆股，⼀股去⽔冷器进⼝（原有管线不变，仅开车时使⽤，正常⽣产关闭）；另⼀股作为合成塔第⼆径向段作为调温冷⽓来保证环隙冷⽓通⽓量来保证氨合成塔外壳温度＜120℃。
但在实际⽣产中，存在低负荷⽣产运⾏时，存在第⼆径向层冷⽓需
⽤量⼩，环隙⽓量⼩⽆法保证低负荷运⾏时合成塔外壳温度。因此，合成塔环隙出⼝⽓作出如下改造：
原合成塔C2出⼝（DN100）配⾄热交换器冷⽓进⼝管，阀门安装在热交冷⽓进⼝侧，⽅便⽣产时操作调节；
原有DN65进⽔冷的管线改为在阀后加⼀⽆孔透镜垫隔断或拆除。这样可以保证各种⼯况下合成塔外壳的运⾏温度。
（3）经⼯艺设备专业核算及设计，原C3、C4在合成塔内的联接软管采⽤DN80，以加⼤⽓体通径，降低运⾏阻⼒。
改造后流程
改造后流程
4研究⼯作的组织与管理
4.1组织机构、⼈员及职责
为了使该项⽬顺利完成，永骏化⼯成⽴项⽬领导⼩组，组长由总经理李具才担任，副组长由副总经理
芦⾦⽊、总经理助理郑国庆担任，成员由⽣产部副部长宋军、⽣产部副部长臧青峰、⽣产部副部长张才、合成车间主任庞胜利、合成车间副主任李树青等组成，领导⼩组设⽴办公室，办公室设在⽣产部，具体负责组织、协调、⽅案制定、⽇常管理及指导项⽬相关⼯作。
4.1.1项⽬⼯作领导⼩组⼈员构成及职责
组长：李具才
职责：项⽬总负责⼈，负责项⽬设计、⽅案及⼯艺参数的审核确定；
副组长：芦⾦⽊、郑国庆
职责：负责项⽬设计、⽅案及⼯艺参数的制定、审核；
成员：宋军臧青峰
职责：负责项⽬设计和施⼯⽅案的制定等各项前期准备⼯作以及负责具体实施；
成员：张才庞胜利李树青
职责：负责设备的运⾏及⼯艺指标的调整。
5项⽬研究进展基本情况
5.1项⽬进度安排及实施内容
2014年2⽉完成项⽬前期准备，系统状况分析，合成塔内件设计、订货；
完成⽅案的初步设计
2014年3⽉氨催化剂选型、订货
2014年4⽉完成合成塔外管线设计
2014年5-6⽉确定施⼯单位并将所需物资采购到位
2014年7⽉利⽤⼤修期间，按设计⽅案对系统进⾏改造并进⾏调试，优化⼯艺操作
5.2项⽬实施管理
5.2.1根据国家产业政策及市场需求情况，筹划项⽬建设，组织调查研究，邀请咨询研究单位，并考察部分企业，根据实际情况对项⽬进⾏评估论证。并按有关规定，逐机上报审批；
5.2.2落实项⽬资⾦，根据项⽬建设进度需要，保证⾃筹资⾦⾜额到位；
5.2.3加强⼯程设计和施⼯管理，做到项⽬⼯程质量达到设计规范、验收评定标准的要求；
5.2.4加强企业内部⽣产、管理和⼯程技术⼈员的岗前和岗位培训⼯作，做好投产前的准备⼯作，保证投产⼀次成功；
5.2.5及时向有关部门报告项⽬实施进度安排，进展情况和存在的主要问题，并按有关部门做出的决定予以落实；
5.2.6项⽬达到设计要求，及时组织验收，初步验收中发现的问题及时进⾏调整和纠正，并向有关部门提出竣⼯验收申请；
5.2.7项⽬建成后，加强经营管理，提⾼经济效益，实现资产保值和增值。
5.3⼈员培训管理
公司根据总体经营计划和部门申请制定培训计划，组织各级⼈员进⾏学习
培训，重点进⾏岗位基础理论知识及技能培训，通过培训反馈，进⾏效果评估，要求岗位⼈员对操作及理论知识要熟悉并掌握。
6研究经费的使⽤与管理
6.1投资规模
项⽬投资163万元，全部为永骏化⼯⾃筹
6.2项⽬研发经费⽀出明细预算表
研发⼈⼯费 2万元
研发⽤材料费 143万元
施⼯费 15万元
与研发活动直接相关的其他费⽤ 3万元
柴王
以上费⽤预算合计163万元
7研究⼯作的主要经验与体会以及下⼀步的研究发展⽬标
7.1研究⼯作的主要经验与体会
通过本项⽬的研究实施，主要经验与体会如下
7.1.1本项⽬采⽤先进的⼯艺技术和⽅案；
7.1.2本项⽬实施的同时，降低了⽣产成本，年节约⽣产成本358.2万左右，显著提⾼公司的经济效益；
7.1.3本项⽬能充分利⽤现有设备、⼯艺管线等设施，使项⽬投资减到最低，效益最⼤化；
7.1.4本技术改造主要应⽤于合成⾼压圈系统改造，⽬的为了解决合成塔塔压差⼤、系统压⼒⾼，合成塔内件易出现问题且不易查明解决；合成触媒使⽤周期短，使⽤效果差，合成氨⽣产负荷低，节约⽣产成本；解决化
⼯企业⽣产中的技术难题，取得了可观的经济效益和社会效益。
7.1.5本项⽬提⾼了参与⼈员的综合素质，总结的经验，为以后技术改造提供了很好的借鉴。
7.2下⼀步研究⽅向
油气弹簧通过仔细研究⽣产系统存在的问题和设备存在不⾜，利⽤先进的⽣产⼯艺和设备，提⾼公司各种产品的产量，降低各项消耗，提升公司整体经济效益。
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