(中职)合成氨工艺及设备项目十教学课件.pptx
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1、(中职)合成氨工艺及设备项目十教学课件项目十合成氨的贮存与输送任务一任务一 认识合成氨的贮存认识合成氨的贮存任务要求任务要求说出氨的冷冻原理知道氨冷冻循环工艺流程理解冷冻系数、冷冻能力的意义说出液氨的几种贮存方式知道小型和大中型合成氨厂液氨贮存设备和要求工艺条件一、氨冷冻原理及工艺流程一、氨冷冻原理及工艺流程 冷冻是通过一定的方法,使某一物体或某一空间的温度达到并保持所需低于常温的操作,也称为制冷。合成氨厂设置冷冻系统的目的是利用氨合成系统生成出来的液氨,在氨合成岗位氨冷器内蒸发吸收热量,将经过水冷之后的合成循环气进一步冷却到常温以下,使气氨冷凝成液氨;在以铜洗工艺精制原料气过程中,也需要用氨
2、冷器冷却铜氨液,使铜氨液冷却到所需操作温度;在大型合成氨厂,有的还以氨冷器冷却弛放气和其它工艺气体,以达到生产工艺要求温度。蒸发后的气氨经压缩、冷却冷凝,又转变为液氨,如此循环使用。1.氨冷冻原理(1)液氨的蒸发及气氨的液化根据气液平衡原理可知,液氨的蒸发温度与其饱和蒸气压有关。温度越低,氨的饱和压力越低,液氨密度越大而气氨密度越小,氨的焓值下降,相变过程的蒸发热增加。因此,根据以上特点,在生产中,可根据生产工艺所要求的冷冻温度,来确定液氨蒸发压力。在合成氨生产中,氨合成岗位和铜洗岗位氨冷器的操作过程,就是通过控制液氨的蒸发压力,来达到所生产要求的温度。液氨蒸发为气氨后,为了能够循环使用,必须
3、使之重新液化。因为气氨的冷凝温度是随压力的增加而升高的,因此当通过一定的方法,使气氨压力提高到一定程度后,其冷凝温度就高于冷却水温度,这时就可以用水冷器使之液化了。假定冷却水温30,传热温差5,则冷凝温度为35,则气氨相应的冷凝压力是1.395MPa(绝压)。由此可见,在合成氨生产工艺中,气氨的液化过程主要是气氨的加压(通过氨压缩机)及水冷却冷凝。(2)冷冻循环合成氨生产中的冷冻系统是以液氨作冷冻剂,在氨合成或铜洗等岗位氨冷器中与被冷介质换热,被冷介质温度降至常温以下蒸发为气氨,液氨蒸发为气氨,蒸发出来的气氨用氨压缩机(或称为冰机)加压到一定压力(一般1.6MPa左右),然后通过水冷器冷却至常
4、温(2535),气氨冷凝为液氨,液氨再经减压阀进行节流膨胀,温度和压力同时下降。膨胀前后的压差愈大,则膨胀后氨的温度也低。节流膨胀后的低温液氨,又回氨合成或铜洗等岗位氨冷器中与被冷介质换热。如此往复,就行成了冷冻循环。如图10-1 所示。图图10-110-1冷冻循环示意图冷冻循环示意图1-1-按压缩机按压缩机 2-2-水冷器水冷器 3-3-减压阀减压阀 4-4-氨冷器氨冷器 在上述冷冻循环系统中,气氨只经过一次压缩,被冷介质也只经过一次氨冷(称为一级氨冷)。在操作压力为32MPa的中小型合成氨厂生产工艺中,出氨合成塔气体经过水冷冷却至常温后,再经过一级氨冷,温度可降至0-10,即可达到氨合成岗
5、位(一般要求进口NH32.5%)的工艺要求。但对于操作压力较低的大型合成氨厂,为了使出氨合成塔气体中氨分离达到入塔气体(要求进口NH32.0%)的工艺要求,需要将气体温度降至-15-25,因此液氨需要在更低的温度下蒸发。由上述可知,液氨蒸发温度愈低,气氨压力就愈低,因此冰机压缩时的压缩比愈大,冰机的功耗也就愈多。在合成氨生产中,为了节省能量,一般根据冷冻系统温度的不同要求,采用不同的蒸发压力,进行多级氨冷,一般采用23级氨冷。(3)(3)冷冻能力冷冻能力制冷剂从被冷介质中吸收的热量称为冷冻量。单位时间内从被冷介质吸收的热量称为冰机的冷冻能力,单位为kJ/h。冰机的冷冻能力不仅与压缩机的能力大小
6、有关,还与整个冷冻循环的操作条件有关。如蒸发温度愈高、冷凝温度愈低,制冷量越大;反之,制冷量愈小。因此,要表示氨压缩机的冷冻能力,必须指明冷冻循环的条件。为了便于比较氨压缩机的冷冻能力,国际上规定了标准操作条件:氨压缩机吸入为氨干饱和蒸气、蒸发温度-15,冷凝温度30,过冷温度25。氨压缩机铭牌上标出的冷冻能力就是指的标准冷冻能力 2.冷冻系统工艺流程(1)中小型合成氨厂冷冻系统一般采用一级氨冷,其冷冻系统流程如图10-2所示。由氨冷器蒸发出来的气氨,经分离器除去所夹带的液氨雾滴后,依自身蒸发压力为动力进入冰机1被压缩,出冰机的气氨压力为1.01.6MPa(冬季)或1.41.6MPa(夏季)、
7、温度145,经油分离器2除去气氨在汽缸中夹带的油雾,然后进入水冷器3,用冷却水将气氨冷却,并冷凝为液氨。出水冷器的液氨压力约为1.4MPa、温度约为40,进入液氨贮槽4内,经分配器、减压阀减压后分别送往合成、净化(如铜洗)等工段的氨冷器。在氨冷器中,液氨吸收热量蒸发为气氨后又回到冰机1,如此往复循环。在生产中,若氨冷器液位过高或分离器分离效果不好,进入冰机的气氨中将带有液氨,出现液击现象,如处理不及时将会使冰机损坏。发生带液现象时,应降低氨冷器的液位,并关小氨压缩机进口阀,提高进口温度,将液氨气化,使进口氨蒸气为干饱和蒸气或稍过热的状态。当氨冷器液位过低,或冰机的吸入管道保温不好时,则氨蒸气在
8、过热状态下进入冰机。因其体积增大,吸入量减少,冷冻能力降低。此时,可增加氨冷器液位,或者在冰机进口前的管道内加入少量液氨,使其蒸发吸热,降低入口温度,提高冰机的冷冻能力。(2)凯洛格冷冻系统流程大型合成氨厂根据工艺需要,一般采用三级氨冷,即凯洛格冷冻系统工艺流程。氨合成工序中循环气的温度约为38,依次通过一、二、三级氨冷器;在三级氨冷器中,循环气分别被冷却到22、1、-23;液氨蒸发压力分别为(绝压)为689kPa、301kPa、104kPa,蒸发温度分别为13.3、-7.2、-33。其流程如图10-3所示。由氨合成系统氨分离器来的液氨靠自身压力送入中间贮槽15,一部分送至二级闪蒸槽10和三级
9、闪蒸槽13,另一部分送至冰机贮槽闪蒸气氨冷器6,一级闪蒸槽7(689kPa、13.3)的液氨来自冰机液氨贮槽5和冰机贮槽闪蒸气氨冷器6。一级闪蒸槽7出来的液氨,一部分送一级氨冷器8,另一部分送往合成气压缩机段间氨冷器9,剩余液氨经减压后进入二级闪蒸槽10。一级氨冷器8蒸发出来的气氨进入一级闪蒸槽7,与一级闪蒸槽蒸发出来的气氨汇合后一同进入冰机三段进口,合成气压缩机段间氨冷器9蒸发出来的气氨进入二级闪蒸槽10。二级闪蒸槽10(301kPa、-7.2)出来的液氨,一部分送往二级氨冷器11,另一部分送往弛放气氨冷器12,剩余液氨经减压后进入三级闪蒸槽13。二级氨冷器11蒸发出来的气氨进入二级闪蒸槽1
10、1,与二级闪蒸槽蒸发出来的气氨汇合后一同进入冰机二段进口,驰放气氨冷器12蒸发出来的气氨送往三级闪蒸槽13。三级闪蒸槽三级闪蒸槽13(104kPa13(104kPa、-33-33)的液氨除送三级氨冷器)的液氨除送三级氨冷器1414外,富裕外,富裕部分可通过液氨泵部分可通过液氨泵1717加压后作为液氨产品送往氨库或与冰机贮槽加压后作为液氨产品送往氨库或与冰机贮槽6 6来的来的液氨混合后送往氨加工岗位生产相应的产品。蒸发出来的气氨与氨库液氨混合后送往氨加工岗位生产相应的产品。蒸发出来的气氨与氨库来的气氨汇合后进入冰机一段进口。来的气氨汇合后进入冰机一段进口。冰机为离心式压缩机,压缩机为三段压缩。由
11、三级闪蒸槽冰机为离心式压缩机,压缩机为三段压缩。由三级闪蒸槽1313出来的气出来的气氨进入冰机氨进入冰机1 1的一段压缩,一段出口与二级闪蒸槽的一段压缩,一段出口与二级闪蒸槽1010出来的气氨汇合进出来的气氨汇合进入二段压缩,二段出口气氨先经水冷器入二段压缩,二段出口气氨先经水冷器2 2冷却后再与一级闪蒸槽冷却后再与一级闪蒸槽7 7来的来的气氨汇合进入三段压缩。三段出口的气氨压力约为气氨汇合进入三段压缩。三段出口的气氨压力约为1.8MPa(1.8MPa(绝压绝压),经,经两台并联的水冷器两台并联的水冷器3 3、4 4冷却冷凝,得到冷却冷凝,得到4242左右的液氨,送往冰机液左右的液氨,送往冰机
12、液氨贮槽氨贮槽5 5。冰机液氨贮槽。冰机液氨贮槽5 5的闪蒸气去闪蒸气氨冷器的闪蒸气去闪蒸气氨冷器6 6,将气态氨冷凝成,将气态氨冷凝成为液氨,分离出的液氨送往一级闪蒸槽为液氨,分离出的液氨送往一级闪蒸槽7 7,闪蒸气作燃料用。冰机液氨,闪蒸气作燃料用。冰机液氨贮槽贮槽5 5的液氨一部分送往一级闪蒸槽的液氨一部分送往一级闪蒸槽7 7,另一部分与从三级闪蒸槽,另一部分与从三级闪蒸槽1313来来的液氨配成的液氨配成4040的产品去氨加工,系统多余的液氨送往氨库。的产品去氨加工,系统多余的液氨送往氨库。3.3.冷冻系统的节能操作冷冻系统的节能操作(1)提高水冷器的冷却效果。清除水冷器合成气高压管上的
13、水垢,提高水冷器的传热系数;改造水冷器冷却水分布器,使冷却水充分沿管壁流下;加强水冷器循环水的管理,减少水冷器高压管的结垢,降低冷却水温度等;(2)提高氨冷器内液氨纯度。及时进行氨冷器的油水排放工作,否则将影响传热系数,减少制冷量;(3)根据生产工艺的不同,具备条件的可将铜液氨冷器、合成氨冷器的气氨以联通阀隔开,气氨压力高的送回冰机,以减少压缩功耗,气氨压力低的送碳化系统高位吸氨器,制做氨产品。二、液氨的贮存 在合成氨生产企业,由于氨合成和氨加工的不均衡性,过剩的产品液氨需要贮存,因此合成氨厂需要设置液氨贮槽。液氨贮槽的操作压力主要是由液氨温度所决定的。液氨贮存在密闭的液氨贮槽中,由于温度的变
14、化,部分会转化为气氨,造成液氨贮槽内压力升高。温度愈高,蒸发的气氨量愈多,则压力也就愈高。由于液氨的温度愈低,其饱和蒸气压也愈低,因此在较低的压力下(如常压)贮存液氨,必须降低液氨的温度,而在较高的温度下(如常温)贮存液氨,必须提高贮槽的压力。液氨的贮存可以按照温度和压力条件来划分,通常有下面三种方式:1、加压常温贮存;2、加压冷冻贮存;3、常压冷冻贮存。原则上液氨贮存的温度为-3343。目前中小型合成氨厂,一般采用在高压常温贮存液氨。当液氨温度为40时,液氨贮槽的操作压力一般为1.606MPa(绝压)。我国各地夏季气温一般不超过40,因此液氨贮槽的压力大多数为1.6MPa左右,液氨贮槽常作成
15、卧式,最大容量为200t。近年来随着小尿素的投产,对液氨贮槽的操作压力提高到2.5MPa左右。大型合成氨厂需要容积较大的液氨贮槽,一般采用耐压能力较低的氨球或常压立式贮槽。因此,必须降低液氨的温度。氨球的操作压力(绝压)一般为0.49MPa左右,温度34,最大容氨量为3000t;常压立式槽的操作压力(绝压)为100kPa左右,温度约-33,容氨量一般为500010000t。这两种贮槽外面均设有保温层。贮槽内蒸发出来的气氨送回冰机,此外在贮槽旁边还单独设有小冰机,在大冰机不运转时使用。不论采用何种液氨贮槽,在液氨贮槽内不能充满液氨,必须在上部留有一定的空间,作为气氨的容积。否则,当温度升高,液氨
16、膨胀后,由于液体的不可压缩性,会使贮槽压力升高而引起爆炸事故。因此,规定液氨贮槽内贮存液氨量,一般不允许超过容积的80。为降温和在液氨泄漏的事故情况下进行紧急处理,在液氨贮槽上方设置水喷淋装置。当发生事故时,可随时开启喷淋水装置,以溶解吸收跑出的氨气,降低空气中氨的浓度。液氨贮槽仓库还应设有专用的事故槽,事故槽的标高应低于贮槽的底部,当运行中的贮槽一旦发生事故,以便将液氨尽快全部排入事故槽。液氨贮槽充装到规定容积时,应及时打开另一贮槽的液氨入口阀门,并关闭原贮槽的液氨进口阀进行倒槽。倒槽操作时,严格按照操作过程操作,同时要加强联系和检查,防止液氨总管压力憋高。正常生产时,贮槽上的弛放气排出阀应
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