一种可提高合成气压缩机压缩效果的系统优化工艺及其设备的制作方法

本发明涉及合成气制备技术领域，尤其涉及一种可提高合成气压缩机压缩效果的系统优化工艺及其设备。

背景技术：

kbr合成氨系统已在众多的大化肥生产项目中得到应用，并获得了较好的效果。但是夏季高温期间，由于环境温度升高，提高了入循环水冷却塔的温度，出循环水冷却塔的水温进一步提高，循环冷却水的温度持续升高，循环水上水温度高达35℃，水冷器的换热效果进一步变差，产生恶性循环。因此，相同负荷下，氨冷器的出口液氨温度持续升高，二台机组的真空度也出现下降，二台机组的转速和蒸汽消耗都有所升高，生产负荷受到一定的限制。

生产负荷受限于系统内相关换热设备的换热能力。换热设备负荷的大小与换热面积，总传热系数，平均温度差有关。对于某一换热设备，长期运行后会在内外换热管管壁形成一定的污垢层，大大降低总传热系数，夏季的高温使循环水温度升高，将直接减小平均温度差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可提高合成气压缩机压缩效果的系统优化工艺及其设备。

本发明的技术要点为：

一种可提高合成气压缩机压缩效果的系统优化工艺，主要包括以下步骤：

s1、原料气的准备

合成气来自界区外，通过一个切断阀通入合成气压缩机分离罐，并控制合成气压缩机分离罐出口的压力值为：2500-3000kpa，使原料气体经过合成气压缩机分离罐后，其组分按照体积分数配比控制在以下范围内：h2：70-75％，n2：20-25％，同时：co+co2+o2≤1ppmv，ar+ch4≤2ppmv；

s2、合成气压缩

将s1中的原料气通入合成气合成塔内的离心式压缩机，所述离心式压缩机通过一台汽轮机提供动力，所述汽轮机上并联有两个用于不同工作负荷处理的表面冷却器，在通过旁路按照氮和氢的充入量的比值为：3-3.5:1向离心式压缩机通入合成气，使多股气体在离心式压缩机内部混合，混合后的气体在进入合成回路前，先在50-60℃下压缩到14820-15410kpa，并在氨合成塔入口换热器管程中预热，使气体温度升至200℃，入塔气走管程上用于控制换热器的进口温度的冷气旁路，该旁路由dcs控制阀控制，循环气在30℃的温度和14698kpa的压力下进入离心式压缩机，离心式压缩机的第一段入口的气体流量设置为60000-65000kg/h，将气体通入以并联形式连接的两台相同的间断冷却器的壳程，合成气在间断冷却器壳程温度进一步降至38℃，合成气通过止逆阀和液压辅助式止逆阀后进入离心式压缩机的第二级入口，通过第二级入口的合成气由内部出口流向离心式压缩机循环气部分，离心式压缩机的循环气在合成塔出口并联的两个合成塔出口水冷器中被冷却至38℃；

s3、合成气转变为氨

将离开合成气合成塔的合成气通入氨合成塔，氨合成塔的空速设置为8500h^-1，将氨合成塔入口的换热器管程的合成气温度控制在185-200℃之间，再将气体通过多个线路通入第一层床，合成塔出口换热器的管程出口连通用于在停车后将催化剂床层温度升至反应温度的气体开工加热炉，气流进入第一触媒层床换热器管程，此时气流流至第一层床出口气进行换热，气体流向第一层床顶部，并径向通过床层，气流在床底部流出并直接通过一个通道到第一触媒层床换热器壳程，冷激线冷气体不通过环隙，而是在气体流出第一层床，进入第一触媒层床换热器壳程之前直接注入并与气流混和，氨合成塔出口气流进一步在第一触媒层床换热器壳程被冷至76℃，离开第一触媒层床换热器壳程的合成气通过循环回路隔离阀从合成塔出口水冷器出口流出，且合成气温度进一步降低到35℃，冷却后的合成气进入nh3冷凝器内进一步冷却并冷凝，nh3冷凝器外接一个nh3分离器，出塔气与从nh3分离器返回的合成气进行内部换热，并被管外冷氨冷却，使液nh3在14.7℃，-3.2℃两个不同温度下沸腾，nh3冷凝器上设置有胶球清洗装置，制备好的nh3与合成气在氨分离器中分离，制备好的nh3进入闪蒸槽内，再通过三级氨冷冻系统将合成回路冷凝的氨冷冻和提纯。

进一步的，s3中，气体进入第一层床的线路为：第一条：气体从氨合成塔环隙流向第一触媒层床换热器的管程再流向第一床层；第二条：气体通过多条冷激线流入第一层床；第三条：气体通过第二触媒层床换热器流向第一层床；第四条：气体通过开工加热器的盘管到第一床层。

进一步的，控制第二触媒层床换热器的气体流量＜70000kg/h，控制其压力为：8-15mpa，防止气体流量太大损害设备的同时导致别的旁路进气压力过低。

进一步的，所述离心式压缩机由新鲜气压缩部分以及一个隔离的循环气压缩叶轮构成，原料气体在压缩机内部混和，此种压缩机多新鲜气的混合效果更佳。

进一步的，所述第二级入口处装有过滤器用来清除杂质，防止杂质堵塞出口，导致合成回路无法循环。

进一步的，所述工艺所使用的设备，包括：用于准备原料气的合成气压缩机分离罐、用于合成气压缩的合成气合成塔、用于将合成气转变为氨的氨合成塔，所述合成气合成塔内包括：用于合成气混合的离心式压缩机、设置在所述合成气合成塔入口的换热器、连通所述换热器用于控制所述换热器进口问的的冷气旁路、用于控制旁路的dcs控制阀、与所述离心式压缩机连通且并联设置的两台相同的间断冷却器、设置在合成塔出口处且并联设置的两个合成塔出口水冷器，所述氨合成塔的入口处也设置有换热器，氨合成塔内部包括：nh3冷凝器、连接在所述nh3冷凝器上的胶球清洗装置(1)、外接在所述nh3冷凝器上的nh3分离器，所述胶球清洗装置包括：多个胶球、用于清洗胶球的送球装置、连接在所述送球装置上的进球管和出球馆、用于循环清洗胶球清洗装置内部循环水的循环机构，对于换热设备而言，长期运行后会在内外换热管管壁形成一定的污垢层，大大降低总传热系数，夏季的高温使循环水温度升高，将直接减小平均温度差，采用胶球清洗装置是为了降低整个系统的生产负荷。

更进一步的，所述送球装置包括：球形的送球网、设置在所述送球网内部的送球转轮、设置在所述送球转轮上的多个导向板，所述进球管由多节螺旋管组成，且每节螺旋管的直径向所述送球网的方向层层递减，所述循环机构包括：循环室、设置在所述循环室内的循环滚轴、设置在循环室上用于连通胶球清洗装置的循环进液管，设置在所述循环室上用于连通所述送球网的循环出液管，每节螺旋管上均刻有清洗纹路，所述循环室通过循环泵来抽取循环水，胶球清洗装置具备对胶球进行自清洗功能和循环水的自净功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一，现有的nh3冷凝器较长，进出口的温差较大，导致设备进出口端的应力较大，即nh3冷凝器的换热管所受应力较大，容易造成内漏，本发明通过将两台较小的nh3冷凝器并联构成，减小了换热管的应力，从而降低压缩机的蒸汽能耗。

第二，合成气压缩机的循环气在合成塔出口并联的两个合成塔出口水冷器，使合成气进合成塔出口水冷器的主管引出一股合成气管线连接新增的合成塔出口水冷器，使合成气走管程，出合成塔出口水冷器a的合成气汇到出合成塔出口水冷器的主管线，合成塔出口水冷器的循环水管线由合成塔出口水冷器的循环水管线接入，进一步对合成气的温度进行冷却，相比于现有的水冷器而言，本发明的水冷器冷却效果更好且因为冷却循环的原因，使得冷却效果持续时间更长。

第三，目前的换热设备，由于长期运行后会在内外换热管管壁形成一定的污垢层，大大降低总传热系数，夏季的高温使循环水温度升高，将直接减小平均温度差，本发明通过采用胶球清洗装置是为了降低整个系统的生产负荷，并且本发明的胶球清洗装置可以对胶球进行挤压净化，使得胶球的使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明胶球清洗装置结构示意图的主视图；

图2是本发明进球管结构示意图的主视图。

其中，1、胶球清洗装置，2、送球装置，21、送球网，22、送球转轮，23、导向板，3、进球管，31、螺旋管，311、清洗纹路，4、出球管，5、胶球，6、循环机构，61、循环室，62、循环滚轴，621、吸附孔，63、循环进液管，64、循环出液管，7、循环泵。

具体实施方式

实施例一：

一种可提高合成气压缩机压缩效果的系统优化工艺，主要包括以下步骤：

s1、原料气的准备

合成气来自界区外，通过一个切断阀通入合成气压缩机分离罐，并控制合成气压缩机分离罐出口的压力值为：2500kpa，使原料气体经过合成气压缩机分离罐后，其组分按照体积分数配比控制在以下范围内：h2：75％，n2：25％，同时：co+co2+o2＝0.8ppmv，ar+ch4＝1.6ppmv；

s2、合成气压缩

将s1中的原料气通入合成气合成塔内的离心式压缩机，所述离心式压缩机通过一台汽轮机提供动力，所述汽轮机上并联有两个用于不同工作负荷处理的表面冷却器，在通过旁路按照氮和氢的充入量的比值为：3.3:1向离心式压缩机通入合成气，使多股气体在离心式压缩机内部混合，混合后的气体在进入合成回路前，先在55℃下压缩到14820kpa，并在氨合成塔入口换热器管程中预热，使气体温度升至200℃，入塔气走管程上用于控制换热器的进口温度的冷气旁路，该旁路由dcs控制阀控制，循环气在30℃的温度和14698kpa的压力下进入离心式压缩机，离心式压缩机的第一段入口的气体流量设置为60000kg/h，将气体通入以并联形式连接的两台相同的间断冷却器的壳程，合成气在间断冷却器壳程温度进一步降至38℃，合成气通过止逆阀和液压辅助式止逆阀后进入离心式压缩机的第二级入口，通过第二级入口的合成气由内部出口流向离心式压缩机循环气部分，离心式压缩机的循环气在合成塔出口并联的两个合成塔出口水冷器中被冷却至38℃；

s3、合成气转变为氨

将离开合成气合成塔的合成气通入氨合成塔，氨合成塔的空速设置为8500h^-1，将氨合成塔入口的换热器管程的合成气温度控制在185℃之间，再将气体通过多个线路通入第一层床，合成塔出口换热器的管程出口连通用于在停车后将催化剂床层温度升至反应温度的气体开工加热炉，气流进入第一触媒层床换热器管程，此时气流流至第一层床出口气进行换热，气体流向第一层床顶部，并径向通过床层，气流在床底部流出并直接通过一个通道到第一触媒层床换热器壳程，冷激线冷气体不通过环隙，而是在气体流出第一层床，进入第一触媒层床换热器壳程之前直接注入并与气流混和，氨合成塔出口气流进一步在第一触媒层床换热器壳程被冷至76℃，离nh3开第一触媒层床换热器壳程的合成气通过循环回路隔离阀从合成塔出口水冷器出口流出，且合成气温度进一步降低到35℃，冷却后的合成气进入冷凝器内进一步冷却并冷凝，nh3冷凝器外接一个nh3分离器，出塔气与从nh3分离器返回的合成气进行内部换热，并被管外冷氨冷却，使液nh3在14.7℃，-3.2℃两个不同温度下沸腾，nh3冷凝器上设置有胶球清洗装置1，制备好的nh3与合成气在氨分离器中分离，制备好的nh3进入闪蒸槽内，再通过三级氨冷冻系统将合成回路冷凝的氨冷冻和提纯。

所述离心式压缩机由新鲜气压缩部分以及一个隔离的循环气压缩叶轮构成，原料气体在压缩机内部混和。

所述第二级入口处装有过滤器用来清除杂质。

所述工艺所使用的设备，包括：用于准备原料气的合成气压缩机分离罐、用于合成气压缩的合成气合成塔、用于将合成气转变为氨的氨合成塔，所述合成气合成塔内包括：用于合成气混合的离心式压缩机、设置在所述合成气合成塔入口的换热器、连通所述换热器用于控制所述换热器进口问的的冷气旁路、用于控制旁路的dcs控制阀、与所述离心式压缩机连通且并联设置的两台相同的间断冷却器、设置在合成塔出口处且并联设置的两个合成塔出口水冷器，所述氨合成塔的入口处也设置有换热器，氨合成塔内部包括：nh3冷凝器、连接在所述nh3冷凝器上的胶球清洗装置1、外接在所述nh3冷凝器上的nh3分离器，所述胶球清洗装置1包括：多个胶球5、用于清洗胶球的送球装置2、连接在所述送球装置2上的进球管3和出球馆4、用于循环清洗胶球清洗装置1内部循环水的循环机构6。

所述送球装置2包括：球形的送球网21、设置在所述送球网21内部的送球转轮22、设置在所述送球转轮22上的多个导向板23，所述进球管3由多节螺旋管31组成，且每节螺旋管31的直径向所述送球网21的方向层层递减，所述循环机构6包括：循环室61、设置在所述循环室61内的循环滚轴62、设置在循环室61上用于连通胶球清洗装置1的循环进液管63，设置在所述循环室61上用于连通所述送球网21的循环出液管64，所述循环室6通过循环泵7来抽取循环水，每节螺旋管31上均刻有清洗纹路311。

将进球管3和nh3冷凝器的出口一端连接，将出球馆4与nh3冷凝器的进口一端连接，使胶球5能在nh3冷凝器的循环管内循环清洗，胶球5通过螺旋管31不断被挤压，并通过清洗纹路311完成表面清洗和内部循环水的挤压，再通过送球装置2将挤压后的胶球5再充水膨胀后运输至出球管4，循环机构6可对送球装置2内的清洗液进行循环净化。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-83kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：74.85t/h。

实施例二：

与所述实施例一不同之处在于

s1、原料气的准备

合成气来自界区外，通过一个切断阀通入合成气压缩机分离罐，并控制合成气压缩机分离罐出口的压力值为：2800kpa，使原料气体经过合成气压缩机分离罐后，其组分按照体积分数配比控制在以下范围内：h2：75％，n2：25％，同时：co+co2+o2＝0.8ppmv，ar+ch4＝1.6ppmv；

s2、合成气压缩

将s1中的原料气通入合成气合成塔内的离心式压缩机，所述离心式压缩机通过一台汽轮机提供动力，所述汽轮机上并联有两个用于不同工作负荷处理的表面冷却器，在通过旁路按照氮和氢的充入量的比值为：3.3:1向离心式压缩机通入合成气，使多股气体在离心式压缩机内部混合，混合后的气体在进入合成回路前，先在55℃下压缩到15410kpa，并在氨合成塔入口换热器管程中预热，使气体温度升至200℃，入塔气走管程上用于控制换热器的进口温度的冷气旁路，该旁路由dcs控制阀控制，循环气在30℃的温度和14698kpa的压力下进入离心式压缩机，离心式压缩机的第一段入口的气体流量设置为63150kg/h，将气体通入以并联形式连接的两台相同的间断冷却器的壳程，合成气在间断冷却器壳程温度进一步降至38℃，合成气通过止逆阀和液压辅助式止逆阀后进入离心式压缩机的第二级入口，通过第二级入口的合成气由内部出口流向离心式压缩机循环气部分，离心式压缩机的循环气在合成塔出口并联的两个合成塔出口水冷器中被冷却至38℃。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-84kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：74.62t/h。

实施例三：

与所述实施例二不同之处在于

s3中，气体进入第一层床的线路为：第一条：气体从氨合成塔环隙流向第一触媒层床换热器的管程再流向第一床层；第二条：气体通过多条冷激线流入第一层床；第三条：气体通过第二触媒层床换热器流向第一层床；第四条：气体通过开工加热器的盘管到第一床层。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-83kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：74.58t/h。

实施例四：

与所述实施例三不同之处在于

控制第二触媒层床换热器的气体流量4500kg/h，控制其压力为：13mpa。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-83kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：74.51t/h。

实施例五：

与所述实施例四不同之处在于

所述实施例五在s3中，nh3冷凝器上未设置胶球清洗装置。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-81kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：75.93t/h。

实施例六：

与所述实施例五不同之处在于

所述实施例六采用单一的nh3冷凝器和单一的合成塔出口水冷器。

通过一年时间的使用和数据记录得出：合成气压缩机内的真空值的平均值为：-83kpa(g)，压缩机的平均蒸汽消耗为：74.85t/h。

通过实施例一到实施例四可知，合成气温度和压缩机压力对工艺能耗影响较大，且实施例四的工艺制备合成气所产生的能耗最小的同时保证的压缩机压真控值也最佳，通过实施例五可知，胶球清洗装置对于整个工艺来说较为重要，通过胶球清洗装置对内外换热管管壁形成的污垢层进行清洗，防止由于污垢层的原因导致总传热系数降低，降低整个系统的生产负荷，通过实施例六和实施例四的对比，发现并联形式存在的nh3冷凝器组合和合成塔出口水冷器组合，能够更加有效的降低合成气和循环水的温度，保证蒸汽消耗最低。