工艺改造方案.doc

10湖北三宁公司“4030”工程产品结构调整醇烃化改造方案（安淳）一、概述湖北三宁化工有限公司拟将“4030”工程（即尿素厂）产品结构进行相应调整，即减少10万吨甲醇，增加10万吨合成氨产量，并为此进行相应的技术改造，即：新上一套醇烃化净化系统与氮肥厂1400氨合成（26.0MPa）系统配套。相关设计条件为：a、气量按40000 Nm3/h设计；b、进醇烃化气量成份：CO3.5% 、CO21.0%。1.1方案编制指导思想A.选用先进可靠的工艺技术，技术成熟的关键设备及配置；确保装置稳定，安全运行，节能降耗，经济合理。B.采取积极措施，按照主体工程与“三废”治理“三同时”的原则，洁净环保，消除生产对环境和职工所造成的危害。C.认真贯彻“五化”设计原则：一体化、露天化、轻型化、国产化、社会化。D.运用最新的标准、规程、规范来设计系统，系统的设计方法及规范力争与国际标准接轨。1.2方案应用的核心技术方案应用的核心技术为“安淳三大品牌技术”之：合成氨原料气醇烃化（双甲净化精制新工艺的更新换代技术）精制工艺（国家科技进步二等奖）。二、 合成氨原料气醇烃化精制新工艺介绍合成氨原料气醇烃化净化工艺是湖南安淳高新技术有限公司国际首创的“双甲工艺”的升级技术。“双甲工艺”是湖南安淳高新技术有限公司在二十世九十年代初开发的取代铜洗工艺或深度变换+甲烷化工艺的合成氨原料气净化精制技术，即用甲醇化、甲烷化反应的方法来净化精制合成氨原料气，控制合成氨原料气中CO 、CO2（俗称气体中的“微量”指标）总量10ppm左右。吨氨运行费用显著降低，运行安全平稳，操作方便，环保洁净。二十世九十年代末期湖南安淳高新技术有限公司通过催化剂研发，成功地将甲醇甲烷化（双甲）工艺提升为醇烃化精制工艺。达到了进一步降低新鲜气消耗的效果，相同的新鲜气量比甲烷化增产合成氨2-3%；双甲工艺升级为更加先进、更加节能的醇烃化工艺，得到了同行的一致认同，2004年成功地获得了国务院颁发的国家科技进步二等奖。 “双甲”提升为“醇烃化”后，具有如下优点：烃化产生醇烃类物质（30%CH3OH及少许C2H5OH、C3C5烃类物质），高压常温下冷凝分离，全部回收利用，且系统放空量几乎不增加（与铜洗工艺比较），而甲烷化产生甲烷大大增加氨合成系统放空量；在同样醇化出口CO、CO2指标下，烃化耗氢较甲烷化少（少30%以上）；烃化系统操作温度较甲烷化系统低4060，外供热热源品质要求较低；烃化催化剂活性温区宽，不易破损过热老化，使用寿命长（安淳公司保用五年，期望值八年），而甲烷化催化剂使用寿命三年左右；烃化催化剂单价便宜（和烷化催化剂比，同炉催化剂价格省10%20%）；烃化反应可产生少量甲醇，因而甲醇带入烃化塔内无不良反应，而甲醇进入烷化塔内先分解为CO、CO2，再反应生成甲烷，大大增加系统放空量；醇烷化系统醇化出口必须设置净醇塔，增加系统投资与运行费用，甲醇稀溶液也增加甲醇精馏的蒸汽消耗；甲烷化镍基催化剂在检修操作时存在生存剧毒物质羰基镍的隐患，不利于安全生产。不论是双甲工艺还是醇烃化工艺净化精制原料气都比传统的、目前很多厂家在用的铜洗法和深度低变甲烷化法比较有着明显优点。目前，该工艺在全国合成氨厂已推广使用47家，还有8家在进行工程设计，推广的最大处理气量达总氨能力400KT/a。湖南郴州桥口氮肥厂的双甲工艺工程被评为国家创新工程。双甲工艺评为1995年度原化学工业部十二大重大科技成果之一，给予重点推广，2000年被授予湖南省科技进步一等奖。2002年合成氨原料气双甲精制新工艺被授予部级（中石化）科技进步二等奖，2003年醇烃化工艺获国务院颁发的科技进步二等奖；山西丰喜集团临猗化肥厂150Kt/a总氨双甲工艺获2002年全国化工优秀工程设计奖，江苏新沂恒盛化工股份有限公司150Kt/a总氨醇烃化工程获2004年全国化工工程勘察设计二等奖。1.1联产甲醇的合成气醇烃化精制流程将甲烷化镍系催化剂改成湖南安淳高新技术有限公司开发的烃化催化剂，则形成可调氨醇比的醇烃化精制流程：氨合成系统烃化系统2#甲醇系统常温水解1#甲醇系统半脱硫中变低变半水煤气精脱硫脱碳 H 2 蒸汽放空 液氨 液态烃化物 粗醇粗醇可调氨醇比的醇烃化原则流程1.2双甲（醇烃化）工艺与传统联产甲醇+铜洗工艺的比较 双甲（醇烃化）工艺与传统联产甲醇铜洗工艺比较有节能、节物、运行稳定、净化环境的四个明显优点节约蒸汽a 采用醇烃化工艺，变换气中CO%提高，变换需要补充蒸汽减少。如醇:氨=1:3时，变换气中CO为4.9%，而铜洗工艺，一般变换气中CO为2.42.5%，则变换过程中，吨氨补加蒸汽最少可减少300Kg/tNH3。b 醇烃化工艺废除铜洗，节约铜液再生供热(蒸汽)，生产实际数据约300Kg/tNH3。节约原料气 a 铜洗流程，铜液在每次循环时铜液成份都在变化，都要调节，波动较大，精制气体微量经常超标，铜洗气带液、冒液。在小氮肥厂中因此影响总产量2%，折成含氢74%原料气约62Nm3/tNH3，废除了铜洗，此项即为节约量。b 铜洗流程中，铜液中吸收了CO，并溶解了H2等有效气体，再生时，成为再生气。再生气因为回收不完全，损失25Nm3/tNH3，废除铜洗此项即可节约。c 铜洗流程中，要不断补充液氨，除了回收为氨水外，生产一吨氨约有810Kg氨消耗d 醇烃化工艺中，醇后气中尚有COCO2 0.3%，这些CO与CO230%生成甲烷，需要消耗氢气；生成的甲烷在氨合成中要增加放空量，两者多耗含氢74%原料气20Nm3/tNH3。以上四项的代数和为96Nm3,即醇烃化工艺节约原料气(折氢为74%)96Nm3/tNH3节约电耗 a 废除铜洗，节约铜泵耗电20KWh/tNH3； b 废弃铜洗，节约氨冷铜液冷冻电耗10.97KWh/tNH3； c 废弃铜洗，节约铜洗再生气回收压缩机电耗17.3KWh/tNH3；d 双甲工艺中的甲醇化采用双级双压法，其中第一级压力为5.07.0MPa,使压缩机最后两级气量减少，估算节电60.98KWh/tNH3。以上共计节电109.25KWh/tNH3。 节约铜、醋酸、液氨。吨氨节电解铜0.12公斤，节冰醋酸0.2423公斤，减少自用氨8.2公斤。 表2 醇烃化工艺流程与铜洗流程的费用比较表 单位：吨总氨项目名称单 价（元）铜 洗醇 烃 化备 注吨氨消耗运行费/元吨氨消耗运行费/元自用氨2.28.2kg18.040电解铜900.12kg10.80冰醋酸100.24kg2.40蒸汽0.055350kg19.250电0.3583.87kwh29.3535.6kwh12.46含铜洗和烃化的冰机电耗冷却水1.0025t25.0021.92t21.92烃化触媒3000.000.021kg0.63醇化触媒4200.000.10kg4.2合 计104.8439.21表2为上述指标进行分析后，有一部分尚未计入的计算数据，（2006年数据）可供参考。由上表可见，双甲或醇烃化工艺的初略计算的运行费用将显著降低。吨氨降低65.63元，生产1万吨氨，将节约运行费用65.63万元。 铜洗的微量一般都在20ppm以上，且经常带液喷液，生产运行不稳定。醇烃化（双甲）工艺很稳定，微量510ppm。铜洗操作过程中，跑、冒的铜液污染大气、河水及生产现场，醇烃化（双甲）工艺没有液体、气体的渗漏，环境良好。三、方案设置1、方案一：新建成套醇烃化系统（两套DN1200醇化+壹套DN1000烃化）1.1 兴建可串可并、可前可后的两套PN15Mpa DN1200醇化系统，每系统装填催化剂11.4 m3，前系统主产醇、后系统主净化，出醇化系统CO+CO2控制在0.05%0.3%范围。1.2兴建PN15Mpa DN1000烃化系统壹套，装填催化剂7.9 m3，主精制，烃化系统进口气CO+CO2约0.05%0.3%，烃后气“微量”不大于10PPm。新上两台6m3/min循环机，醇化系统、烃化系统共用，正常运行时二级醇化与烃化均不开循环机。2、方案二：新建配套醇烃化系统（壹套DN1400醇化+壹套DN1200烃化）1.1 兴建单套PN15Mpa DN1400醇化系统，系统装填催化剂14.2 m3，系统出口接前期醇烃化系统二级醇化进口和新建烃化系统。在醇化催化剂活化的前期，醇化出口CO+CO2较低时（0.05%0.3%），气体直接进烃化系统；在醇化催化剂使用中、后期，醇化出口CO+CO2较高时（0.3%以上时），气体进入前期二级醇化系统。1.2兴建PN15Mpa DN1200烃化系统壹套，装填催化剂11.2 m3，与前期烃化系统并联运行。1.3 新增醇化、烃化系统是否增加循环机，视前期醇烃化系统循环机设置及余量确定；新增醇化、烃化系统布置须视前期醇烃化系统布置及周围环境确定。四、设备配置(方案一)PN15 DN1200醇化系统设备工艺参数序号设备名称主要参数数量主体材质参考价（万元）1醇化塔外筒DN1200 H净=16m216MnR 20MnMo138醇化塔内件DN1200 Vc=11.4m320Cr18Ni9Ti1762醇化预热器外筒DN800 H净=10m216MnR 16Mn锻55醇化预热器内件F=435m2216MnR 20 15CrMo433醇化水冷器F=480m2(U型管)216MnR 20MnMo 20924醇分离器DN1000 H净=7.5m216MnR 16Mn锻Q235-A735油分离器DN1000 H净=6.5m216MnR 16Mn锻Q235-A696粗甲醇中间槽PN1.5 Vc=20m3116MnR107醇化循环机6m3/min2120776PN15 DN1000烃化系统设备工艺参数1烃化塔外筒DN1000 H净=16m116MnR 20MnMo锻55烃化塔内件DN1000 Vc=7.9m310Cr18Ni9Ti632烃化预热器外筒DN800 H净=10m116MnR 16Mn锻27.5烃化预热器内件F=435m2116MnR 20 15CrMo21.53烃化水冷器F=400m2(U型管)116MnR 20MnMo 20414烃、水分离器DN800 H净=6.5m216MnR 16Mn锻Q235-A34.55立式氨冷器F169m2116MnR 20 20MnMo216过热蒸汽加热器F=130m2120MnMo锻，10MoWVNb787烃化物收集槽PN1.0 V=6 m3(立式)116MnR Q235-A4.5346五、投资估算(方案一)PN15Mpa 醇烃化投资预算表 序号工程项目或概算价值 （万元）备注费用名称设备购置费安装工程费建筑工程费其它费用合计1静止设备100240100611482运转设备12012841443工艺管道26013020104204仪表自控5031545工艺触媒1951956电器60632717设计费等4040合计2072六、醇烃化工艺的有关问题讨论1. 烃化产物的处理醇烃化精制工艺，当烃化系统进口气中CO+CO20.1%时，每吨合成氨的原料气生成烃类物3KG（其中甲醇33%、多元醇16%、烃类5%、水46%）左右。烃类物的处理有四种形式：A、用中间槽收集后送蒸汽锅炉燃烧（河南心连心化工集团模式）；B、用中间槽收集后送造气炉水夹套汽化产生蒸汽供造气使用（湖南天乘化工处理甲醇精馏残液模式）；C、有甲醇精留岗位的企业烃类物可直接送粗甲醇贮槽精留处理（山西天脊集团晋城二化模式）；D、直接向外销售，价格在1000元以上（江苏新沂恒盛化工模式）。2. 烃化取热方式：因烃化系统进口气中CO+CO2较低，无法维持系统自热平衡，需由系统外部补充热。补热方式有如下四种形式：a、河南心连心、山东德齐龙集团方式：过热蒸汽降温不冷凝（较经济，发电企业较多）；b、山西晋二化、江苏恒盛方式：直接带电炉运行（最方便，较多）；c、河北景化方式：醇烃化反应全自热（最经济，已投运，推广之中）；d、理论方式：从造气、变换或合成工段取热（流程复杂、操作不便、安全隐患大）。本方案采用过热蒸汽降温不冷凝方式。3. 经济指标：进烃化系统的气体CO+CO2指标不宜高，亦不宜低。通过理论计算与已运行的系统数据的总结：进烃化系统的气体CO+CO2在800ppm到200ppm区间内，减少CO+CO2量，并不是常识认为的可以减少消耗、获得效益，相反还要增加费用；最经济指标为：CO+CO21000ppm左右，此时，带电炉运行吨氨电耗1015kwh。目前，国内甲醇催化剂供应商能承诺的CO+CO2转化率壹年内80%85%，因此，将进烃化系统的气体CO+CO2指标定在200ppm左右是不切实际的，工业生产不同于理论研究，不能炒作概念。实测数据显示当进烃化系统的气体CO+CO2指标在200ppm左右时，带电炉运行吨氨电耗达85100kwh（河北某化肥厂运行数据）。七、经济分析（定性）1.采用醇烃化工艺，运行费用铜洗工艺降低约65元/t，年节省运行费用650万左右；2.采用醇烃化工艺，氨合成系统运行稳定，无带铜液、微量跑高停车、减量等事故影响，放空量小，原料气消耗低，吨氨新鲜气耗2810Nm3/h左右；相对于铜洗工艺可增产23%，每年增加收益近仟万元；3.采用醇烃化工艺，无铜液的跑冒滴漏，无再生稀氨水的处理，无再生气的排放，系统运行平稳，环境洁净，环保效益好，社会效益好。八、友好合作湖南安淳高新技术有限公司是以国家级专家，国内知名合成氨权威科技人士谢定中为首创建的集科研、制造、服务于一体的高科技企业，拥有两个国家级重点推广计划项目 国内领先的氨合成塔内件及系统技术、合成氨原料气的醇烃化（双甲）净化精制新工艺，两个优秀成果均具有完全自主的知识产权。为多项国家级科技成果推广计划项目的技术依托单位，拥有多项国家专利，并获得国家建委及国家技术质量监督压力容器安全监察局颁发的化工工程甲级设计证，化工工程咨询甲级证，特种设备A1、A2设计证，特种设备A1、A2制造证，压力管道设计GC1资质证，可承担化工建设的工程设计、相关设备制造及工程总承包。我公司与业主及工程设计单位合作形式如下：1、工程总包业主提供工程建设批准书等资料，提供必要的水、电、气、汽支持与配合，我公司可承担原料气醇烃化精制工段及氨合成工段的总包建设，建设费为：上述投资估算费用+15%工程建设管理费。建设期12个月。2、工程施工图设计+静止设备总包为更好地发挥我公司技术优势与设计经验，我公司以最优惠的设计价格承担上述工段施工图设计，专利技术转让费包函在施工图设计费之中。3、技术转让+静止设备总包即工艺包（初步设计深度）+静止设备总包4、技术转让+专利设备制造+高压设备投标即工艺包（初步设计深度）+专利设备（内件）+高压设备投标注：设计服务基本情况说明A、工程设计的标准及规范：工程设计各专业依照现行的国际、国内国标、各部委、省级各标准执行。B、工程施工设计供图范围：按国家化工工程建设设计规范，工程施工设计深度要求提供设计文件与资料（含工艺、设备工艺条件、土建、电器与仪表专业）。但设备施工图设计由设备制造单位根据设备工艺条件图完成；DCS控制系统设计由DCS供应商完成。即工艺施工图设计：工艺设备平面布置图、管道和仪表流程图、工艺管道布置图、系统操作规程（含系统吹除、试压、试车、触媒装填、内件测温点分布等方案）、工艺条件等文件的制定。土建施工图设计：界区内的建、构筑物（包括合成塔框架及高位氨闪蒸槽架等）及工艺设备基础等所有土建施工图设计。自控仪表施工图设计：结合甲方情况进行界区内自控方案制定（包括温度、压力、流量、液位、分析等自控设备选型。自控元