[发明专利]一种合成氨生产装置及氢氮比控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成氨生产装置及氢氮比控制方法。

背景技术

当用氢（H2）和氮（N2）合成氨（NH3）时，要求原料气的氢氮比为3，所谓的氢氮比控制就是通过对加N2量的调节来使合成塔内的H2/N2达到设定值。在我国主要用煤来合成氨，其工艺流程如图1所示。为生产合格的合成氨原料气，煤气发生炉内的化学反应将是一个吸热反应，为维持炉温必须将吹风阀送入的空气所产生的空气煤气放空（或部分放空），放空时蒸汽阀关闭。现有的氢氮比控制方法为：根据合成塔H2含量（或氢氮比）的高低，来改变加氮阀空气入炉量或放空时间。虽然现有的氢氮比控制工艺能够保证氢氮比基本合格，但会导致炉温变化甚至炉况严重恶化，如：由于煤气发生炉炉温升高，导致CO+H2的产量增大，为保证氢氮比合格，就应该加大加氮阀空气入炉量，这样便进一步导致炉温升高，这就形成了恶性循环，从而导致炉况不稳及氢氮比不稳，严重制约造气炉稳产、高产、节能的生产追求，亟待改进。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种合成氨生产装置及氢氮比控制方法，通过本发明的实施，氢氮比控制不影响总空气入炉量，实现氨生产的稳产、高产和节能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种合成氨生产装置，包括：氢氮比控制装置、造气炉控制装置、加氮阀、放空阀、吹风阀、造气炉、变换净化装置、合成塔；

所述造气炉控制装置，接收氢氮比控制装置输出的总加氮空气量Qtn(t)和总空气入炉量设定值Qta(t)，并产生加氮阀空气入炉量Qn(t)、排放到大气的空气入炉量Qh(t)和吹风阀空气入炉量Qa(t)；Qn(t)通过加氮阀，Qh(t)通过放空阀，Qa(t)通过吹风阀进入造气炉，并经过变换净化装置后到达合成塔生成氨；

其中，Qtn（t）=Qn（t）+Qa（t）-Qh（t）

Qa（t）=Qta（t）-Qn（t）

优选地，以每循环阀门的开关时间来表示入炉空气量时，所述Qa（t）=Qta（t）-Qn（t）具体为：

T1=Tta-Khc*T2-Knc*Tn或

Tta=T1+Khc*T2+Knc*Tn

其中，

Tta——总风时间；

Khc——回收至吹风每秒空气入炉量的折算系数，其大小取决于系统阻力；

Knc——加氮至吹风每秒空气入炉量的折算系数，其大小取决于加氮阀与吹风阀的管径比及系统阻力。

优选地，所述Khc取值范围为0.1~1。

优选地，所述Knc取值范围为0.01~1。

一种氢氮比控制方法，应用于如权利要求1至4中所述的合成氨生产装置中，所述方法包括以下步骤：

获取总风设定值Tta；

依据氢氮比控制装置的输出确定Tn及T2；

依据式Tta-Khc*T2-Knc*Tn，获得T1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中，氢氮比控制不影响总空气（含富氧空气）入炉量，如氢氮比控制需增大加氮阀空气入炉量时，将自动减少吹风阀空气入炉量，即保持总风不变。因此，使用本工艺控制氢氮比不仅合格率高且炉况稳定，对于一个年产10万吨合成氮的工厂来说，年效益可达500万。

发明附图

图1是现有技术中煤头合成氨工艺流程示意图；

图2是本发明实施例1提供的氢氮比控制结构及工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例1提供了一种合成氨生产装置，如图2所示，包括：氢氮比控制装置、造气炉控制装置、加氮阀、放空阀、吹风阀、造气炉、变换净化装置、合成塔。具体生产过程为：造气炉控制装置，接收氢氮比控制装置输出的总加氮空气量Qtn(t)和总空气入炉量设定值Qta(t)，并产生加氮阀空气入炉量Qn(t)、排放到大气的空气入炉量Qh(t)和吹风阀空气入炉量Qa(t)；Qn(t)通过加氮阀，Qh(t)通过放空阀，Qa(t)通过吹风阀进入造气炉，并经过变换净化装置后到达合成塔生成氨。上述气体量之间的关系为：

Qtn（t）=Qn（t）+Qa（t）-Qh（t）   （1）

Qa（t）=Qta（t）-Qn（t）   （2）

现有的氢氮比控制不对吹风阀进行控制，而仅对加氮阀和放空阀进行控制，不能保证氢氮比控制不影响总空气入炉量（总风）；本发明的氢氮比控制不仅对加氮阀和放空阀（烟囱阀）进行控制，而且还依据式（2）对吹风阀进行控制，保证了氢氮比控制不影响总空气入炉量。