4.2.7 Компремирование синтез-газа

Очищенный синтез-газ сжимается в трехкорпусном центробежном компрессоре поз. 103-J, имеющем четыре ступени для сжатия свежего газа и циркуляционную ступень дожатия циркуляционного газа.

Давление на всасе компрессора, равное 1,961-2,550 МПа (20,0-26,0 кгс/см²) регулируется следующим образом:

• до пуска компрессора - сбросом газа на факельную установку через клапан PRC-4;

• после включения компрессора - изменением частоты вращения турбины компрессора (регулятор PRC-6).

При аварийной остановке компрессора поз. 103-J клапан PRC-4 открывается по блокировке.

Перед сепаратором поз. 104-F всаса компрессора поз. 103-J во время работы участка разделения остаточных газов (установка получения аргона) вводится азотоводородная смесь (АВС) с давлением не менее 2,528 МПа (25,8 кгс/см²) и объемным расходом 3800-6900 м³/ч (при н.у.). Объемная доля водорода в данной смеси составляет 91,8-93,0 % .

На всасе компрессора имеется электрозадвижка EmV-17.

Из сепаратора поз. 104-F имеются схемы выдачи АВС на гидрирование серосоединений через клапан FIC-8, в цех аммиак-3 и в заводскую сеть АВС через клапан PIC-202.

В 1 ступени газ сжимается до давления не более 4,83 МПа (49,2 кгс/см²), температура его должна при этом повыситься не более чем до 160 С. Охлаждение газа проводится в два этапа: до температуры не более 77 С в теплообменнике поз. 136-С за счет теплообмена с газом, идущим на метанирование; до температуры 40-49 С в воздушном холодильнике поз. 177-С (два вентилятора). Регулирование температуры газа на выходе из 177-С осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора поз. 177-С-12 (регулятор TIC-502-3). Далее синтез-газ, пройдя сепаратор поз. 105-F, поступает на 2-ю ступень компрессора. Конденсат, выделившийся из газа в сепараторе поз. 105-F, через клапан LIC-10 отводится в отпарную колонну поз. 103-Е.

После сепаратора поз. 105-F имеется линия сброса газа на факел с клапаном НС-74 и свеча сброса в атмосферу с ручной арматурой, а также линия подачи синтез-газа на сероочистку через клапан FrRC-17.

Для защиты 1 ступени компрессора от помпажа имеется байпасная линия с клапаном FICA-7.

Во 2 ступени газ сжимается до давления не более 8,37 МПа (85,3 кгс/см²) и с температурой не более 182 С направляется в воздушный холодильник поз. 116-С (два вентилятора), где охлаждается до температуры 40-49 С. Регулирование температуры газа после холодильника поз. 116-С осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора поз. 116-С-12 (регулятор TIC-502-5). Для связывания углекислоты в газ перед холодильником поз. 116-С впрыскивается жидкий аммиак. Дальнейшее снижение температуры газа до 3-10 С осуществляется в аммиачном холодильнике поз. 129-С. Регулирование температуры синтез-газа после 129-С осуществляется изменением давления аммиака клапаном на линии выхода газообразного аммиака из межтрубного пространства холодильника (регулятор PIC-10).

Конденсат отделяется в сепараторе поз. 123-F и через клапан LIC-27 отводится в отпарную колонну. Газ из сепаратора поз. 123-F направляется на всас 3 ступени компрессора синтез-газа поз. 103-J.

В 3 ступени газ сжимается до давления не более 18,78 МПа (191,5 кгс/см²). Температура газа при этом должна увеличиться не более чем до 143 С. Охлаждение газа до температуры 40-49 С производится в воздушном холодильнике поз. 178-С (два вентилятора). Регулирование температуры газа после 178-С осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора холодильника поз. 178-С-12 (регулятор TIC-18). Конденсат отделяется в сепараторе поз. 124-F и через клапан LIC-28 отводится в отпарную колонну поз. 103-Е.

С нагнетания 3 ступени на нагнетание 1 ступени имеется линия антипомпажного байпаса с клапаном FIC-63 (защита от помпажа 2 ступени компрессора).

Из сепаратора поз. 124-F газ поступает на всас 4 ступени компрессора.

В 4 ступени газ сжимается до давления не более 28,34 МПа (289,0 кгс/см²). Температура газа при этом должна повыситься не более чем до 160 С.

Охлаждение газа до температуры 35-40 с производится в воздушном холодильнике поз. 124-С (три вентилятора). Регулирование температуры газа после 124-С осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя вентилятора холодильника поз. 124-С-12 (регулятор TIC-19).

С нагнетания 4 ступени имеется линия антипомпажного байпаса на нагнетание 3 ступени с клапаном FICA-65.

В корпусе высокого давления компрессора поз. 103-J кроме 4 ступени расположена циркуляционная ступень. На всас циркуляционной ступени поступает газ из системы синтеза с давлением не более 26,09 МПа (266,0 кгс/см²) и температурой 12-24 С.

После сжатия в циркуляционной ступени газ имеет давление не более 28,44 МПа (290,0 кгс/см²) и температуру не более 38 С.

После циркуляционной ступени газ смешивается с потоком свежего газа, выходящего из холодильника поз. 124-С, и направляется на установку синтеза аммиака. Для регулирования температуры циркуляционного газа на пусковых режимах предусмотрена его подача на холодильник поз. 124-С через клапан НС-21. Имеется также байпас циркуляционной ступени с клапаном НС-29.

При работе компрессора в корпусе высокого давления возможно создание благоприятных условий для образования карбоната или карбамата аммония из диоксида углерода, аммиака и воды, содержащихся в синтез-газе. Для предотвращения этого температуру газа на всасе 1, 2 и 4 ступеней нужно держать в пределах 40-49 С, так как температура менее 40 С способствует образованию солей на рабочих колесах компрессора. Для предотвращения отложению солей необходимо производить впрыск жидкого аммиака перед холодильником поз. 116-С.

8. Синтез аммиака и аммиачное охлаждение

4.2.8.1 Синтез аммиака

В смеси свежего и циркуляционного газа на выходе из компрессора поз. 103-J объемная доля аммиака должна быть не более 5 %. С целью снижения объемной доли аммиака газ охлаждается в аммиачном холодильнике поз. 117-С до температуры минус 10-0 С и поступает во вторичный сепаратор поз. 106-F, в котором происходит выделение аммиака из газа. Жидкий аммиак из сепаратора поз. 106-F через клапан LIC-34 поступает в сборник жидкого аммиака поз. 1107-F. В верхней части сепаратора поз. 106-F установлены циклоны для отделения капель жидкого аммиака и подачи его в сепаратор поз. 126-F.

Синтез-газ с объемной долей аммиака не более 3,0 % из сепаратора поз. 106-F направляется в трубное пространство теплообменника поз. 179-C, где нагревается до температуры 26-31 С газом после колонны синтеза, поступающим из холодильника поз. 180-С (восемь вентиляторов).

После теплообменника поз. 179-С синтез-газ разделяется на 2 потока, которые направляются на основную поз. 105-D и дополнительную поз. 1105-D колонны синтеза-аммиака. Поток на основную колонну синтеза проходит теплообменник поз. 121-С, где его температура увеличивается до 130-150 С за счет снижения температуры встречного потока.

С этой температурой газ поступает в колонну синтеза аммиака поз. 105-D по основному ходу и через холодные байпасы. Основной поток газа через клапан НС-16 поступает в нижнюю часть колонны и по кольцевому зазору между корпусом колонны и стенкой катализаторной коробки поступает в верхнюю часть, где расположен теплообменник поз. 122-С. Проходя по межтрубному пространству теплообменника газ нагревается газом, выходящим из колонны синтеза и поступает на катализатор.

Катализатор (промотированное железо) марки СА-С (или его аналог) располагается на 4-х полках катализаторной коробки. На катализаторе протекает реакция синтеза аммиака (4.20).

Объем катализатора, загруженного в колонну синтеза поз. 105-D, составляет 35,6 м³. Катализатор распределен на 4-х полках:

1 полка - 5,83 м³;

2 полка - 6,80 м³;

3 полка - 10,70 м³;

4 полка - 12,63 м³.

Нумерация полок по ходу газа (сверху вниз).

Такое распределение катализатора по полкам производится с целью поддержания оптимального температурного режима в слое катализатора.

Для снижения температуры газа на входе в каждую полку предусмотрен подвод газа по холодному байпасу (мимо внутреннего теплообменника поз. 122-С).

Регулирование расхода газа по холодным байпасам осуществляется посредством клапанов : НС-7 на 1 полку; НС-13 на 2 полку;

НС-14 на 3 полку; НС-15 на 4 полку.

Состояние катализатора и насадки колонны синтеза определяется по перепаду давления в колонне (прибор PdIA-32). Нормальное значение перепада давления не более 1,079 МПа (11 кгс/см²). При его увеличении до 1,177 МПа (12 кгс/см²) по блокировке PdA-32ЕН открывается клапан НС-29 на байпасе циркуляционной ступени компрессора синтез-газа поз. 103-J и закрываются отсекатели EmV-13 и EmV-804 на подаче питательной воды в теплообменники поз. 123-С и поз. 1123-С.

После 4 полки газ с температурой не более 538 С и объемной долей аммиака 13,0-18,0 % поднимается вверх по центральной трубе и входит в трубное пространство теплообменника поз. 122-С, где отдает тепло газу, идущему в колонну, охлаждаясь при этом до температуры не более 333 С. С этой температурой газ поступает в трубное пространство подогревателя питательной воды котлов поз. 123-С, где охлаждается до температуры не более 170 С.

Затем газ последовательно охлаждается :

• в теплообменнике поз. 121-С до температуры не более 57 С газом, идущим в колонну синтеза; после чего смешивается с потоком газа после дополнительной колонны поз. 1105-D;

• смешанный поток газа охлаждается в воздушном холодильнике поз. 180-С до температуры не более 36 С;

• в теплообменнике поз. 179-С до температуры 12-24 С потоком газа, идущим в колонны синтеза.

При этой температуре происходит отделение жидкого аммиака от газа в сепараторе поз. 126-F. После сепаратора поз. 126-F газ с объемной долей аммиака не более 6,6 % направляется на всас циркуляционной ступени компрессора синтез-газа.

Часть газа в виде постоянной продувки через аммиачный холодильник поз. 125-С и сепаратор продувочных газов поз. 108-F выводится по следующим технологическим потокам:

1. на установку разделения остаточных газов;

2. на гидрирование через клапан FrRC-17 в линию природного газа от компрессора поз. 102-J;

3. в систему топливного газа.

Жидкий аммиак выводится из сепараторов поз. 126-F, 108-F и направляется через клапаны LIC-36, LIC-29 в сепаратор поз. 1107-F.

Поток газа, направляемый на колонну синтеза поз. 1105-D, поступает через регулирующую арматуру MCV-851 и расходомерный узел FI-812 в теплообменник поз. 1121-С, где нагревается до температуры не более 146 С встречным потоком газа и поступает в колонну синтеза аммиака поз. 1105-D.

Колонна поз. 1105-D предназначена для проведения процесса синтеза аммиака на железном катализаторе. Насадка колонны состоит из трёх катализаторных полок, имеющих радиальную конструкцию.

Общий объем загрузки катализатора 17,3 м³.

Катализатор распределен по полкам следующим образом:

1 полка - 3,2 м³;

2 полка - 5,1 м³;

3 полка - 9,0 м³.

Нумерация полок по ходу газа (сверху вниз).

Устройство радиальных полок.

На каждой полке со стороны внутренней поверхности корпуса насадки размещаются перфорированные элементы (36 труб), служащие для подачи газа в катализаторную зону. Вокруг центральной трубы также устанавливается перфорированная труба, образующая канал для отвода реакционной смеси из слоя катализатора. Для удержания катализатора в пространстве между перфорированными элементами, на их внутренних поверхностях устанавливаются плетёные сетки, выполненные из специального материала, коррозионно стойкого в условиях колонны синтеза аммиака.

Каждая полка загружается комбинированными фракциями катализатора: основная масса имеет фракцию 1,5-3 мм, а верх и низ полки толщиной слоя 50-250 мм загружается фракцией 5-10 мм. Крупная фракция в верхней части служит для предотвращения уноса мелкозернистой фракции при колебаниях газового потока, а в нижней части для предотвращения просыпания мелкой фракции в случае повреждения днища.

Газовый поток на всех полках проходит через слой катализатора радиально в направлении от периферии к центру.

Регулирование температурного режима на каждой из полок осуществляется посредством холодных байпасов.

Теплообменники поз. 1121-С, 1122-С защищены от возникновения большого перепада давления между трубным и межтрубным пространством разрывной мембраной SRD-800.

Теплообменники поз. 179-С, 121-С, 122-С защищены от возникновения большого перепада давления между трубным и межтрубным пространствами предохранительными клапанами SV-70 A/B. При срабатывании клапан SV-70A перепускает газ, идущий на колонну синтеза, в линию газа после колонны, а SV-70B-наоборот.