化肥节能技术总结

第 页 共 27 页 氮肥行业节能技术综述氮肥行业节能技术综述 时 间 2007 12 6 16 11 58 作者 管理员 浏览次数 67 来源 晋城煤业集团 1 概概 述述 随着我国经济的快速发展 能源供应与环境问题已成为制约经济发展 影响社会稳定和 谐的重要因素 十一五规划 提出了 十一五 期间单位 GDP 能耗降低20 左右 主要污染物 排放总量减少10 的约束性指标 这是贯彻落实科学发展观 建设资源节约型 环境友好型 社会的重大举措和必然选择 2006年8月国务院下发了 关于加强节能工作的决定 要求将 十一五 节能目标逐级分解 落实责任 重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初 国际先进水平 为了落实 十一五 节能目标 国家发改委还制定发布了 千家企业节能行动 实施方案 今年国务院国发 2007 15号文件关于印发节能减排综合性工作方案的通知 要求各地各部门认真贯彻执行 4月27日国务院召开全国节能减排工作电视电话会议 动员 和部署加强节能减排工作 温总理作了重要讲话 我国氮肥行业2006年生产合成氨4937 9 104t 氮肥3440 104t 折纯 N 其中尿素 4578 6 104t 实物量 氮肥与尿素产量均居世界第一位 对我国农业发展发挥了重要作用 氮肥工业是耗能较大的产业 2006年全行业551个企业耗天然气109 6 108m3 占全国天然气 产量的18 7 耗无烟煤4233 4 104t 折标 占全国无烟煤产量的22 1 耗电 646 9 108kW h 占全国发电总量的2 28 全国千家节能行动中氮肥企业就有165家 年耗 煤量超过18 104t 的企业 能耗费用支出占合成氨成本的70 80 因此氮肥行业几十年 来始终把节能降耗作为行业的一项主要任务 它不仅是氮肥企业的社会责任 也是企业降低 成本 提高市场竞争力的关键 小氮肥行业的节能状况 小氮肥行业在中央与各级领导部门关怀支持下 通过不断节能技术改造 采用了大量行 之有效的新工艺 高效节能设备 新催化剂等节能技术措施 吨氨能耗逐步下降 取得节能 促增产 节能促效益的较大成绩 七五 期间至 十五 期间 1986 2005年 全国小氮肥行业 的各项消耗情况见表1 从表1可见 小氮肥行业吨氨能耗 八五 期间平均为59 87GJ 比 七五 期间的68 29GJ 降 低8 42GJ 下降率为12 32 九五 期间平均为55 10GJ 比 八五 期间的59 87GJ 降低 第 页 共 27 页 4 77GJ 下降率为7 97 十五 期间平均为52 64GJ 比 九五 期间的55 10GJ 降低2 46GJ 下降率为4 46 十五 期间以来小氮肥行业原有一些节能先进企业 如山东寿光 明水 平度 安徽涡阳 临泉 浙江桐乡 绍兴 福建永安智胜 河南辉县 江苏张家港等继续保持低能耗之外 又 涌现一大批节能降耗取得显著成效的企业 2006年部分企业其吨氨能耗已达40 45GJ 详见 表2 从表2可看到小氮肥行业在节能降耗方面取得较大成绩 但同时也应看到还存在一些问 题 主要是 1 各地区发展不平衡 吨氨能耗水平还有相当差距 在一个省内同样是存在着一定 的差距 节能的潜力还较大 2006年部分省氮肥企业吨氨能耗对比见表3 第 页 共 27 页 从表3中可见其能耗差距在20 45 左右 虽比过去差距在缩小 但还有相当的节能 空间 2 小氮肥行业近年来吨氨能耗下降幅度逐步在减少 随着小氮肥行业产品结构的调 整 碳铵产量的比例逐年下降 液氨 尿素产量的比例逐年上升 以及为了降低产品成本 使用非山西无烟煤的劣质煤与粉煤成型的比例有所增加 造成吨氨能耗反而有所提高 尤其 是电耗 3 随着经济快速发展 不少企业重视扩大能力的改造项目 而忽视一些节能技改措 施与行之有效的节能小改小革 技改后企业节能管理又没有相应配套跟上去 往往造成节能 效果没有预期的好 2 主要节能技术措施主要节能技术措施 下面就氮肥行业以无烟煤为原料生产合成氨系统的主要节能技术措施简述如下 1 造气炉整体改造技术 包括造气炉扩径 夹套加高 出口管的移位 适合不同煤种的专用炉箅 炉底转动装置 采用变频器进行调速控制等整体配套改造 该改造技术使造气炉的制气强度得到明显提高 而且使原料煤耗有所下降 2 合理选择高效造气鼓风机 要根据各种造气炉炉径 煤种 发气量要求 系统配套设备与管道的阻力的不同 而全 面综合考虑来合理选择 既要满足制气吹风的风量要求 又要防止风量过大而造成吹风气带 出物增多 第 页 共 27 页 3 自动加焦 煤 机技术 使用该技术可节省停炉时间 连续制气 减少热量损失 缩短吹风时间 提高单炉发生 量 并有利稳定炉温与气体成份 降低吨氨煤耗 并减轻了操作工的劳动强度 减少事故发 生 4 油压微机控制 炉况监测与系统优化技术 使用该技术可合理调节控制造气循环分配时间 入炉蒸汽量 氢氮比和加煤 下灰等功 能 对造气炉的炉况全面监测并进行闭环调优 使造气生产处于优化状态 达到造气系统高 产 稳产 低耗 5 采用高效除尘器 选用低阻力的高效旋风除尘器 提高煤气的除尘效率 减少飞屑的损失与设备管道的磨 损 既有利环境保护 又提高飞屑的回收量 6 集中式回收上 下行煤气余热 采用一台集中式对应多台造气炉的热管型余热回收器取代传统的一台造气炉配一台余热 回收器来回收上 下行煤气余热 有利降低系统阻力与提高余热回收率 7 集中式高效洗气塔 采用一台集中式高效低阻的填料洗气塔取代常用的一台造气炉配一台的空塔喷淋式洗气 塔 有利降低系统阻力与提高洗涤冷却效果 并可减少15 20 的冷却水与污水处理量 8 提高入炉蒸汽品质 对入炉蒸汽要求是要确保一定的压力 并且要稳定 还要求是过热蒸汽 有利制气过程 中炉温的稳定 提高蒸汽分解率与单炉发气量5 8 降低吨氨原料煤与蒸汽消耗量 9 吹风气余热回收 借助合成弛放气助燃 采用集中式燃烧炉吹风气余热回收技术 回收造气吹风气的显热 与潜热 副产过热蒸汽供生产自用 在有条件的企业 可采用三废流化混燃炉技术将吹风气 与造气炉渣结合一起回收利用 副产过热蒸汽 搞热电联产 有利进一步提高节能效果与经 济效益 10 降低造气系统阻力 根据单炉发生量的不断提高 对配套的管道与阀门其口径也需相应放大 管道配置尽量 减少弯头 配管流向要合理 对洗气塔的煤气管插入深度等需相应的调整 有利造气炉的制 气与节约鼓风机电耗 11 增设高效静电除焦油器 在脱硫工段罗茨风机前与清洗塔后分别增设高效静电除焦油器 前者有利保护脱硫液质 量提高脱硫效率 后者有利提高氮氢压缩机气体的气质 减少因煤气中焦油而换阀片的次数 第 页 共 27 页 大大延长了压缩机有效使用时间 12 高效脱硫剂与防堵低阻脱硫塔 可采用888或 888 栲胶 等高效脱硫剂及不易堵塔的低阻脱硫塔 提高脱硫效率 减 少脱硫液循环量 降低电耗 13 配置相应足够停留时间的再生槽与足够空气吸入量的喷咀 只有在确保停留时间与足够空气量情况下才能提高再生效果 同时有利贫液的质量 从 而提高脱硫效率 14 采用高效溶液过滤器 采用该过滤器 有利提高脱硫液的洁净度 提高脱硫效率 并可减轻熔硫釜的生产负荷 节约蒸汽消耗 15 提高变换压力 结合企业产品结构调整与扩能改造 可将变换压力从0 8MPa 提高到1 5 2 1MPa 视整 个生产工艺不同而确定 每吨氨可减少870 940Nm3气体从0 8MPa 到1 5 2 1MPa 的压缩功 节电约30 50kW h 16 节能型全低变与中低低变换工艺 在采用宽温钴钼低变催化剂的前提下 根据企业生产条件的不同情况 可采用节能型全 低变或中低低变换工艺 该工艺变换率高 流程简单 阻力低 蒸汽耗少 在0 8MPa 与出系 统 CO 1 5 左右下 吨氨蒸汽消耗分别达到 250kg 与 350kg 17 采用改进型的碳丙法 NHD 法与变压吸附法 PSA 脱除 CO2工艺 该三种工艺均系当前各企业所采用的低能耗脱碳技术 具体选择要从净化气要求 前后 工艺条件及技术经济指标结合企业具体情况而确定 18 涡轮机组回收动力 湿法溶液脱碳中 在一定生产规模条件下 可利用涡轮机组回收脱碳富液的能量 每吨 氨可节约脱碳泵电耗12 36kW h 19 醇烷化 双甲 或醇烃化气体精制工艺 该项技术是属清洁生产工艺 主要是取代传统的铜洗精制工艺 它既可节能 节约原材 料 又有很好的环保效果 而且有很好的经济效益 它已成为今后一项主要的节能技改措施 20 采用经济运行的合成压力 对氨合成催化剂生产强度 根据低空速 高净值 低阻力与节能的角度衡量及技术经济 的分析 建议按18 20tNH3 m3 d 生产强度选择合成塔与催化剂 使其操作压力降低至 22 24MPa 初期还要低2MPa 左右 吨氨可节电50kW h 左右 还可增加2 3 的氨产 第 页 共 27 页 量 21 采用活性好 宽温 高强度氨催化剂与相匹配的高效节能型合成塔 采用后可提高氨净值 从而减少循环气的循环量 降低循环机的电耗 还减少冷冻量的 消耗 降低冷冻机的电耗 22 塔外提温型合成工艺与二级余热回收技术 对氨合成反应热的回收利用采用该工艺技术 使合成气余热按位能高低获多级利用 废 热锅炉副产蒸汽 软水加热器加热软水 从而充分提高余热回收率 减少循环冷却水的用量 23 合成二气氨 氢回收技术 在合成氨生产过程中 由于生产负荷的变化 为保持合成系统的适宜操作压力 会造成 合成系统中的放空气和氨槽弛放气量增加 而这部分气体中均含有大量的氨和氢随之放空 导致合成氨各项消耗增多 成本加大 根据这两种气源的不同组分和特性可分别采用膜分离技术回收放空气中的氢气和采用无 动力氨回收技术回收氨槽弛放气中的氨气 24 制冷系统蒸发式冷凝器 该设备是采用热力学 传热学等工程学的先进技术 对交叉式冷却塔和传统蒸发式冷凝 器进行优化组合 从而具有结构紧凑 占地少 质量轻 安装方便简单等优点 使用了高效 传热元件 提高了换热效率与冷却冷凝效果 达到运转功率小 耗电量少 冷却水耗量少的 效果 是取代传统的立式水冷冷凝器的有效节能设备 25 利用低位能余热采用溴化锂吸收制冷技术 利用尿素 合成氨生产过程的低位能余热 热水 冷凝液等 采用热水型溴化锂吸收式 冷水机组制取低温冷水 用于冷却氮氢压缩机一级入口煤气 三级 六七级入口煤气 脱碳 吸收液与氨合成循环气等 使低位能热量得到充分利用 可提高压缩机打气量 减少脱碳吸 收液循环量 降低氨冷 冷冻机负荷 达到增加产量 降低电耗的明显效果 尤其是过夏天 关 高温季节 其效果更为突出 26 机泵电机采用变频调速技术 对有负荷变化 经常造成机泵电机 大马拉小车 的转动设备如造气的炉条机 锅炉给煤 机 给水泵 空气鼓风机 罗茨鼓风机 甲铵泵 液氨泵等 采用变频调速 实现平滑的无 级调速 在生产过程中能获得较佳调速 从而可取得明显的节电效果 对于高压大中容量交 流电机的调速 可采用内馈载波调速技术 与高压变频相比 具有效率高 价格低 功率因 数高等优点 27 氮氢压缩机的节电 氮氢压缩机的电耗占有合成氨电耗的70 左右 因此合理选择与使用压缩机对吨氨电耗 第 页 共 27 页 有直接关系 要逐步淘汰落后 高耗的 L3 3 17 4M8 4H8等陈旧压缩机 结合节能技改 选择单机能力2 104t a 合成氨的大中型机组 使吨氨电耗明显降低 选用可靠的气阀 延长 机组无故障运行时间 确保循环油冷却效果 提高一进压力与降低一进温度 提高段间冷却 与分离设备效率等技术措施 尽量不要采用不同压缩机机型的并机使用 防止由并机不和谐 而造成的无效功损失与影响运行周期 28 企业电网系统节电 该节电产品是通过对半导体瞬流控制技术 复合式实时滤波技术和远程跟踪与诊断技术 的重大突破 以10 12s 的反应速度对瞬流和高次谐波进行及时的测试和有效的控制 同时 能抑制消除设备开关启合引起的色络效应和高能量突变引起的瞬流 提高电源质量 减少电 损 提高系统用电设备的效率 达到节电的目的 使用后吨氨电耗可降低10kW h 29 蒸汽管道系统节能 从锅炉房输送至各用汽点的蒸汽管道系统应遵循高压输送 低压使用的原则 有利减少 管道建设费用 减少散热损失 系统应合理选择与配置足够的疏水阀 疏水阀使用好坏直接 影响到蒸汽的消耗 是节能潜力最大的地方 要做好蒸汽管道系统保温工程 减少管网的热 损失 30 回收利用冷凝水 对现有使用蒸汽加热而冷凝下来冷凝水大量被直接排至地沟的做法要尽可能改造为全部 回收利用 既能回收其热量减少锅炉燃料的消耗 又能节省水费与水处理费 排水费用 降 低生产成本 实现节能又增效 以上介绍的是主要节能技术措施的一部分 其它还有不少行之有效的节能技术措施与小 改小革不再一一叙述 3 对今后氮肥行业节能工作的看法与建议对今后氮肥行业节能工作的看法与建议 为了确保国家 十一五 节能减排目标的实现 促进国民经济又好又快发展 氮肥工业面 临的节能减排的任务很重 为此 对今后氮肥行业节能工作提出如下一些看法与建议 1 重视节能技术改造 提高节能应用技术水平 要把节能减排技术改造与企业扩大规模 产品结构调整 企业改制工作等一样列为主要 任务 不断地把各项有效的节能技术措施逐项对照落实 并要提高节能应用技术水平 对各 项节能技术加以充分理解与消化 然后根据本厂实际条件与要求 因厂制宜的采用 不要照 搬套用 做到采用一项 成功见效一项 使企业吨氨能耗指标尽快达到先进水平 2 提高节能管理水平 建立健全各项节能制度 要把企业节能管理与节能技术改造同样重视 放到议事日程上来抓 不断提高企业管理 水平 尤其是有关节能管理方面 如煤场管理 用电管理 节水管理等 并建立与健全有效 的节能工作考核与奖惩制度 要把能耗分析作为生产管理的主要内容 不断分析能耗高的原 第 页 共 27 页 因 针对问题加以改进解决 有条件的企业建议组织能耗测定工作 通过测定搞清各生产工 序能耗情况 找出差距 对企业节能降耗大有益处 3 采取走出去 请进来的方法 开展企业节能诊断 对于目前能耗高的企业 可以采取走出去请进来的办法 走出去就是带着问题到对口的 先进节能企业现场进行考察学习 请进来就是邀请对口先进节能企业的有关技术与管理人员 到企业来指导帮助 有条件的也可请有关专业技术部门的咨询专家到厂进行企业节能诊断 提出节能改造方案 企业可根据方案开展节能技改 4 重视研究高温季节的节能降耗问题 要重视不同季节对合成氨生产吨氨能耗与产量影响的研究 根据多年的调查与分析 不 同季节与不同气温的情况下 其合成氨生产的产量与吨氨消耗有不同结果 存在较大的差异 尤其是电耗 现将2006年山东省 河南省 江苏省 长三角地区的企业吨氨电耗数据对比列 于表4 从表4中可以看到第三季度 7 9月 高温季节吨氨电耗要比第一季度 1 3月 低 温季节高出50 150kW h 左右 比全年平均要高出30 100kW h 左右 南方比北方更明显 如何解决过高温季节关是合成氨进一步节能降耗提高经济效益的一个重要课题 值得引起各 方面的重视与加以研究 5 树立节能降耗先进企业的样板 推广节能经验 建议各地行业协会选择一些节能降耗先进企业 认真总结其节能降耗的先进经验 积极 组织进行交流推广 同时对行业中现有成熟的节能技术项目加快推广应用 以促进企业吨氨 能耗的不断降低 6 推动产 学 研结合 促进节能技术创新 在推广节能技术的同时 要以企业为主体 走产 学 研相结合的路子 把科研 设计 高校与企业的力量组织起来 针对氮肥行业生产中有关问题 开展低能耗的新工艺 新设备 新材料的开发与研究 使节能技术有所创新 为氮肥行业进一步节能做好技术储备 7 希望政府继续支持 制定有利节能的措施与政策 氮肥行业几十年来在节能降耗方面所取得的明显效果与各级政府有关部门的关怀与支持 第 页 共 27 页 是分不开的 如80年代以后所推广的合成氨生产蒸汽自给节能技术 在整个行业迅速推广 取得了十分显著的节能降耗效果 希望政府各部门今后继续在氮肥企业节能降耗技改项目上 给予各方面支持 同时希望尽快制定出有关有利节能的能耗标准与规定 并出台有关节能的 奖惩制度 以确保氮肥行业 十一五规划 节能目标的实现 第 页 共 27 页 双低压醇氨联产工艺方案的对比与选择双低压醇氨联产工艺方案的对比与选择 时 间 2008 5 30 16 06 13 作者 管理员 浏览次数 56 来源 晋城煤业集团 刘志臣 山东联盟化工股份有限公司 山东刘志臣 山东联盟化工股份有限公司 山东 寿光寿光 262700 1 国内甲醇 合成氨技术状况国内甲醇 合成氨技术状况 目前 国内甲醇装置系统压力一般在4 0 31 4 MPa 之间 单醇系统压力以 4 0 8 0 MPa 居多 中压联醇压力大致在10 0 16 0 MPa 而高压联醇压力则在 25 0 31 4 MPa 之间 我国氨合成系统压力大体可以分为15 0 MPa 和31 4 MPa 两 个压力等级 15 0 MPa 压力的氨合成在我国大型氮肥厂使用 31 4 MPa 压力的氨 合成在我国中 小氮肥厂使用 中 小氮肥企业为了降低醇 氨生产综合电耗 醇 氨系统压力有向低压化发展的趋势 氮氢压缩机是醇氨生产最主要的耗电设备 对离心式压缩机而言 最终压力越 高 离心式压缩机的设计越困难 这是因为一方面在压力很高的情况下 气体的密 封难以解决 另一方面对于密度很小的氢氮气 压力越高则压缩态的质量流量越小 离心力作用的透平压缩机的设计就越困难 因此 选用离心式压缩机的合成氨厂合 成氨系统压力一般在15 0 MPa 左右 适合大型氨厂选用 对中 小型合成氨厂来 说 一般选用往复式压缩机 因为往复式压缩机高压段不存在上述问题 随着合成 氨 甲醇装置的大型化 系统压力的低压化 技术的不断进步 从节能的角度考虑 压缩机的选型上将会由往复式趋向离心透平式 近年来 在低压甲醇合成和 CO CO2净化工艺技术上 湖南安淳公司开发了 JJD 型低压恒温水管式甲醇合成技术和醇烃化净化工艺 南京国昌化工科技股份有 限公司开发了 GC 型径向低压甲醇合成技术和非等压醇烷化净化工艺 这两种技术 均被中小醇氨生产厂家广泛采用 在降低氨合成压力方面 加大合成塔 降低空速 提高氨净值是采取的主要措施之一 因此 1800 mm 2000 mm 2200 mm 2400 mm 大型氨合成塔相继问世 双合成塔串联技术崭露头角 所以在新 上规模较大的醇氨系统时 系统的压力的选择 CO 和 CO2的净化工艺的确定以及 压缩机的选型被作为一个重要环节来考虑 2 生产现状与新装置产能目标生产现状与新装置产能目标 山东联盟化工股份有限公司于2005年开工建设了一套 18 30 装置 2006年10 月份投产 本装置采用了南京国昌公司的非等压醇烷化工艺 12 MPa 1600 mm 中 压联醇系统 31 4 MPa 1400 mm 高压醇化系统 31 4 MPa 1200 mm 高压烷化系 统 31 4 MPa 2000 mm NC 型氨合成系统各一套 2007年该装置共生产合成氨215 kt 生产甲醇74 kt 生产尿素372 kt 吨氨原料煤 实物 消耗1155 kg 吨氨综合 电耗1156 kW h 总体上看 无论是整个生产系统的稳定性 还是装置的产量和消 耗都优于联盟化工老厂生产系统的指标 2007 2008年 我们在一期装置旁边启动 第 页 共 27 页 了第二期醇氨工程 所确定的新系统甲醇 合成氨产量分别为550 t d 粗甲醇 和 640 t d 吨氨综合电耗较一期工程要有所下降 吨氨实物原料煤耗与一期工程持平 氨醇产量和消耗总体目标确定以后 我们在认真总结第一期 18 30 工程的基础上 学习吸收了同行业兄弟单位的先进经验 征求了知名专家的意见 提出了新醇氨装 置的工艺技术方案 3 工艺技术方案的对比与选择工艺技术方案的对比与选择 3 1 甲醇工艺方案的选择 根据合成氨产量640 t a 甲醇产量550 t a 粗醇 醇氨比较大的特点 对甲醇 系统可提出以下三个方案供选择 1 采用5 5 MPa 低压单醇 2 采用12 0 MPa 中压联醇 3 采用5 5 MPa 低压联醇 方案一 技术上很成熟 我们有一套100 kt a 低压单醇 运行情况较好 能耗 较低 但该方案投资较大 占地较大 需要单独设气柜供单醇系统 方案二 技术上也很成熟 只要把中压醇系统做得大一些 完全可满足甲醇产 量的要求 但与其它方案相比合成氨系统电耗较大 方案三 采用低压联醇方案 目前在同行业很少采用 由于低压甲醇系统醇的 转化率相对低一些 对甲醇催化剂的活性要求更高 但该方案有以下优点 1 与方案二相比 甲醇在5 5 MPa 压力下产出比在12 MPa 下产出 减少了 甲醇工段之后气体 产甲醇所用 CO H2 CO2总量约41200 m3 h 从5 5 MPa 到12 MPa 的压缩功耗 吨醇节电37 kW h 左右 2 与方案一相比 少用一个气柜 占地小 醇和氨可根据市场需求灵活调 节 3 低压醇出口压力约5 0 MPa 有利于以低压甲醇为界限 将压缩机分为高 压机和低压机 并为使用节能的蒸汽透平离心压缩机提供条件 4 5 5 MPa 低压醇的压力很容易和德士古 壳牌气化工艺接轨 为今后气 化路线的改造埋下伏笔 现对低压联醇工艺甲醇的转化率问题进行分析 在联醇生产中甲醇的合成主要 反应式如下 CO 2H2 CH3OH 102 5kl mol 从甲醇合成化学平衡看 氢和一氧化碳合成甲醇时的分子比为2 1 理论研究 认为 过量的氢对甲醇产率起有利的作用 主要是甲醇催化剂对一氧化碳的吸附速 率比氢快 尤其在较高的空速下 氢的扩散速率比一氧化碳快 但一氧化碳的吸附 速率比氢要高得多 而联醇生产的 H2 CO 的比例控制 既要考虑甲醇产量 又要 考虑气体精制后为合成氨生产保持 H2 N 1 3的比例 因此 实际上进入甲醇生产 系统中的氢比只生产甲醇原料气中的氢是远远过量的 氢的过量足以保证甲醇合成 第 页 共 27 页 时的 CO 转化率 在正常生产条件下 5 5 MPa 低压单醇的 CO 转化率为45 左右 12 0 MPa 中压联醇 CO 转化率为80 左右 通过分析和模拟计算 5 5 MPa 低压联 醇的 CO 转化率可达60 以上 系统出口 CO 可控制在2 左右 符合后工序的净化 要求 我们选用了鲁奇甲醇生产技术作为低压联醇工艺 其优点是 运行平稳 操作 方便 催化剂利用率高 副产蒸气品位高 吨醇副产压力 2 3 MPa 的蒸汽900 kg 以上 利于节能降耗 3 2 CO CO2净化工艺的选择 低压联醇之后 气体净化工艺可供选择的方案有三个 1 铜洗精炼工艺 2 醇烃化工艺 3 非等压醇烷化工艺 方案一 铜洗是小氮肥厂传统的净化工艺 十分成熟 但是由于该工艺需消耗 一定的电力和蒸汽 需要0 5 总氨左右的自用氨 所产生稀氨水既不容易卖 解 吸回收又要消耗蒸汽 并且铜氨液的跑冒滴漏会造成对环境的污染 因此 该工艺 不是今后的发展方向 会逐步被淘汰 方案二 是较好的工艺 既可以净化 又可以得到烃化物 能耗较低 是被广 泛采用的净化工艺 方案三 从净化和能耗角度看与方案二基本相同 但醇烷化工艺产生少量甲烷 对后面氨合成是不利的 会增加合成系统的放空量 不过 如果醇化之后的 CO CO2极低 300 10 6 到烷化所生成的甲烷是微量的 对氨合成系统影响 很小 该工艺不产生烃类液相有机物 我们选定非等压醇烷化为本装置的净化工艺 净化工艺一旦确定 很重要的一 环是确定压力等级 压力越高 越容易保证其 CO CO2净化度 但压力高会带来 压缩机功耗大的问题 压力的选择必须既要考虑醇化出口能否保证 CO CO2 300 10 6 不致多生成 CH4 烷化出口 CO CO2 10 10 6 保证氨合成 催化剂不致中毒 同时又要综合考虑到氨合成的能耗较低 醇烷化压力选定在20 0 MPa 左右 此压力下净化系统的优势在于 1 低压醇后气经加压到20 0 MPa 左右在醇 烷化系统能得到深度的净化 使烷化后的 CO CO2达到微量级 10 10 6以下 2 在醇化精制的过程中 还能产生少量的醇 约占总量10 并能利用甲醇的 生成热保持稳定的醇化自热过程 3 相对于高压醇烷化 25 MPa 以上 压缩机 电耗略低 3 3 氨合成工艺的选择 氨合成工艺路线选择的原则是节能 投资省 并要与净化系统合理配套 首先 是氨合成压力的选择 氨合成压力高低 直接影响到设备制造 投资和合成氨功耗 的大小 从压力等级的角度上看 可供选择的氨合成压力等级可分为31 4 MPa 高 第 页 共 27 页 压合成 15 0 MPa 低压合成和18 0 22 0 MPa 相对低压合成 目前国内中小合成氨大都以块煤为原料采用常压固定床气化工艺 压缩采用往 复式压缩机 为了强化生产 氨合成设计压力等级绝大多数为31 4 MPa 工作压力 在25 0 31 4 MPa 范围 降低合成压力 虽可降低原料气的压缩功耗 但在产量一 定的情况下 因相应的氨净值降低和循环气量增加 循环机 冰机的功耗也会因此 增加 因此 应选择使氢氮压缩机 循环机 氨压缩机三者功耗总和最低的合成压 力 在氨产量一定的条件下 几种合成氨压力下三机功耗对比见表1 一般工况条件下 氢氮压缩机 循环机 冰机三机功率总量的最小值不是在高 压31 4 MPa 也不在低压15 0 MPa 而是在其间的某一压力 若选在18 22 MPa 其综合电耗较低 设备及管道可按22 MPa 设计 节省建设投资 提高氨净值是降低合成氨消耗的措施之一 氨净值每提高1 可减少循环气量 4 3 降低冷冻量6 为了降低合成系统能耗 在合成工艺上提出了以下两种方 案 方案一 采用节能型串塔新工艺 节能型全径向串塔氨合成新工艺即 串塔工艺 已在山东瑞星化工有限公司成 功运行 该技术采用双塔串联 前塔为轴径向结构 后塔为全径向结构 热量回收 采用双废锅流程 串塔工艺出口可使氨净值提高3 以上 在不增加循环量的同时 把产量提高30 以上 全径向合成塔阻力只有0 2 MPa 能耗下降30 左右 其经 济效益十分明显 第二合成塔采用全径向内件是串塔工艺的核心 两合成塔气体的 均匀分布是关键 由于双塔串联可增加催化剂层数 使气体与催化剂接触时间延长 再配上低温 低压型氨催化剂 可将氨净值提高3 5 使吨氨循环气量 冷冻 量及新鲜气消耗量下降 从而达到节能降耗的目的 方案二 采用单塔单废锅流程 本方案采用一台 2400 mm 氨合成塔 方案一第二合成塔出口和方案二合成出 口以后的流程和设备配置完全一样 从目前国内运行的大型合成塔情况看 2000mm 塔运行情况较好 2200mm 刚刚投运不久 2400mm 塔已经有选用的 尚未有运行的 实际上塔径越大 气体分布均匀越困难 而且设备制做难度很大 其运输与吊装都不容易 第 页 共 27 页 对两方案进行比较如下 1 对系统的压力影响不同 方案一催化剂装量大 第二合成塔为全径向合 成塔阻力小 系统运行压力为20 MPa 方案二要保证同样的氨净值系统压力在21 MPa 其它条件相同下 方案二要保证14 0 的氨净值有难度 2 设备投资不同 尽管 2400mm 比 2000mm 塔内件和高压外筒制做难度 大 但方案一为双塔 比方案二多一台合成塔 方案一设备投资略大 3 方案一比方案二吨氨可节约压缩机功耗5kW h 左右 综合考虑氨合成系统选用了南京国昌公司 GC 型双塔串联方案 采用单废锅双 氨冷流程 系统高压设备按22 MPa 设计 运行压力在20 0MPa 左右 3 4 氢氮压缩机的选择 传统的压缩机为往复式 在低压合成情况下可选用离心式透平压缩机 在系统 压力 22 0 MPa 的压力下已基本具备选用透平机的条件 但国内无定型设计 也没 有在运行的实例可供考察 所以我们仍然选用了往复式压缩机 但与一般不同的是 压缩机终端出口压力按22 0 MPa 进行设计 在往复式压缩机的选型中 又有一体式和分体式两种方案可供选择 一体式的优点是只用一个压缩机厂房 设备投资较省 但相对来说与压缩机各 段相连的管线长 管路阻力大一些 分体式即把压缩机低压段和高压段分开 低压机为四段 终端出口压力5 5 MPa 供低压甲醇 高压机为两段 终端出口压力为22 0 MPa 供醇烷化和氨合成 分体式的优点是 1 便于高压机设备的长周期运行 因为进高压机的气体是低压甲醇之后的 气体 已非常干净 运行周期可大大延长 在低压机检修倒车时 高压机可不用停 车 2 更适用于低压段和高压段气量的不同 从我们提出的醇氨比550 640看 在低压醇之后 气体已减少34 后面的气体大大减少 因此 高压机可做得小 一些或少几台 避免了一体式压缩机高压段的设备浪费问题 3 低压机只和脱硫 变换 脱碳 低压醇发生关系 可布置在这些工段中 间 高压机只和低压醇 高压醇工段发生关系 所以可安置在低压醇和高压醇之间 这样 可以缩短进出压缩机的管道 减少管道投资和降低管道阻力 4 条件成熟后可把高压机改为透平离心式压缩机 但分体式也有它的缺点 一是投资略大 二是需将高压机房和低压机房分开 占地稍大 综合考虑 按我们的情况更适宜于高 低压机分开 第 页 共 27 页 4 双低压醇氨联产工艺流程及设计指标双低压醇氨联产工艺流程及设计指标 4 1 工艺流程 在氨醇产量确定的前提下 对甲醇 净化 氨合成以及氢氮压缩机的工艺选择 及设备选型是一项系统工程 应因地制宜 因厂制宜 综合分析考虑 根据我们公 司确定的醇氨比较大 生产区面积较小 尽量减少投资和降低运行电耗并兼顾今后 的技术发展等因素 我们第二期醇氨装置采用了 双低压醇氨联产 新工艺 所谓 双低压 是指低压联醇串联相对低压氨合成 22 0 MPa 其工艺流程示意图如下 双低压醇氨联产的主要流程由低压联醇 高压机 中压醇烷化 相对低压氨合 成等工序构成 主要流程为 来自脱碳后的气体经低压机压缩到5 5 MPa 送入低压 醇系统 低压联醇采用鲁奇生产工艺 完成甲醇合成 获得粗甲醇产品 实现以低 压联醇生产甲醇的主要目的 同时完成原料气中 CO 气的初步净化 其中 CO CO2转化为甲醇占甲醇总量的90 出低压联醇系统气体的 CO CO2控制在 1 5 3 0 经气体高压机升压到20 0 22 0MPa 送中压醇烷化系统进行进一步 精制 中压醇系统入口 CO CO2的高低以能满足高压醇的自热反应为原则 一般 在2 0 左右 CO CO2指标的控制可用低压醇副线来调节 中压醇系统出口 CO CO2应严格控制 300 10 6 以免给烷化系统和氨合成系统带来不利影响 中压 醇以净化为主要目标 完成深度净化的同时 生产占总量10 的甲醇 出中压醇的 气体直接进入甲烷化装置 为了满足甲烷化催化剂处于最佳反应温度 仅靠 300 10 6的 CO CO2甲烷化反应热是不够的 必须补充热量 采用设置烷化塔前 换热的方式 取部分氨合气反应热供给烷化系统 经烷化后的气体中 CO CO2 10 10 6 合格的原料气不经压缩机压缩直接送入氨合成系统进行氨的 合成 4 2 设计指标及预期指标 第 页 共 27 页 5 风险及对策风险及对策 双低压醇氨联产新工艺 若达到预期的产量及消耗指标 可在氨醇生产的能耗 上实现新的突破 此方案实施后 可根据甲醇和氨的市场变化 通过调节变换后的 CO 灵活地调节醇氨比 创造最佳的经济效益 并为改造成加压气化工艺 实现透 平离心式压缩运行创造有利条件 但该方案对今后生产系统也存在诸多影响因素和 风险 5 1 低压醇的影响 低压醇串在系统之中 既是主要产醇装置 又是粗净化装置 如果低压醇系统 工作不正常 会影响到整个系统 甚至导致全厂停车 因此 低压醇的关键设备 甲醇合成塔运行必须可靠 在制做上必须精心 其内部列管必须采用双相钢 甲 醇系统出口 CO 若大于3 将给后面的中压醇化增加净化难度 甚至会影响到目 标产量的完成 为达到高的甲醇转化率 甲醇催化剂的选择应按低压单醇的标准进 行 目前国内较好的有 NC 507型和 XC 98型 第 页 共 27 页 5 2 中压醇化的影响 正常生产条件下 中压醇化主要起净化作用 而非产甲醇 在低压醇运行初期 完全可以控制高压醇入口 CO CO2在1 5 2 0 中压醇不开循环机 当低压醇 催化剂使用后期 低压醇出口 CO 逐渐上升到3 时 要求中压醇尽量做到不开循 环机 并要保证其出口 CO CO2 300 10 6 为做到这一点 中压醇在轴向段的设 计上应采取措施 防止催化剂超温 为了防止出现因催化剂万一超温所带来的危害 和原始开车的需求 中压醇化系统要设置备用的循环机 5 3 中压烷化系统的影响 中压烷化系统起着气体净化把关的作用 系统压力越低 越不利于甲烷化反应 因此 中压烷化相对高压烷化来说 要确保出口 CO CO2 10 10 6 难度更大 所 以对甲烷化催化剂要求活性要高 其有效成份氧化镍含量要高 烷化反应会产生微 量的水份 带入合成系统对合成催化剂会产生不利的影响 在设计上 出烷化之前 加一级氨冷和水分离器 把水份彻底清除 5 4 氨合成系统的影响 对双塔串联合成工艺来说 新鲜气先进入第一合成塔 其反应比较剧烈 温升 大 催化剂可控制在最佳活性区域内 但第二合成塔主要起到降低运行空速 提高 氨净值的作用 入塔气中氨含量10 以上 合成氨的反应很弱 不容易达到最佳的 反应温度 因此 要专门设置一条从第一合成塔入口到第二合成塔入口的副线 增 加第二合成塔的反应 维持正常的炉温 同时 我们采用双塔单废锅不采用双塔双 废锅流程 也是防止第二合成塔提不起炉温 催化剂的选用对低压合成系统来说十分重要 该工艺对催化剂的基本要求是在 相对低压20 0 MPa 左右 甚至18 0 MPa 压力以下要有好的活性 因为第二合成塔 温度较难提高和维持 选用低温活性好的催化剂会更有利 要满足以上要求 最好 选用进口的 ICI 公司低压氨合成催化剂 在国产催化剂中 ZA 5和 Amomax 10H 型催化剂也有良好的低压低温性能 众所周知 降低合成系统压力 虽能降低氢氮压缩机功耗 但循环量的加大会 增加循环机电耗 并增加冰机电耗 压力越低 氨的分离越困难 入合成塔氨含量 越高又会影响氨的合成 要保证在20 0 MPa 左右压力下氨分后的氨含量 3 应当 尽量降低氨冷温度 所采取的措施是设计两级氨冷 第二级氨冷出口温度控制在 15 以下 5 5 惰性气体的影响 在常压固定床间隙制气工艺中 经净化后进入合成系统的 CH4一般在 1 0 1 5 合成系统压力越低 要求循环气 CH4越低 而本装置中压醇烷化系 统又和合成处于同一压力范围 系统压力越低 中压醇化出口 CO CO2越高 进 入烷化后生成的 CH4越多 对氨合成越不利 因此 综合各种因素系统压力不允许 第 页 共 27 页 太低 设计上醇烷化及氨合成压力在18 0 22 0 MPa 范围内 具体控制在哪个压力 上最佳 需要在运行实践中摸索 为了减轻惰性气体对系统的影响 应考虑在有条 件的情况下 改变气化工艺 如德士古及壳牌工艺等 另一方面也应从脱除系统中 甲烷上寻找出路 6 结结 语语 山东联盟化工股份有限公司第二期醇氨工程目前已进入安装后期 所采用的 双低压醇氨联产新工艺 技术已付诸实施 我们将通过开车后的工艺优化 力争达 到预期的产量和消耗目标 18 30 装置技术方案的选择与实施装置技术方案的选择与实施 时 间 2008 5 6 16 08 18 作者 管理员 浏览次数 99 来源 晋城煤业集团 18 30 泛指年产18万吨合成氨 30万吨尿素的生产装置 是 十五 以来 中小 氮肥厂新建 扩建工程普遍采用的比较适宜又较经济合理的建设规模 从2001年至 今已建成 投产的装置近20套 大多数都投产顺利 运行稳定 经济技术指标比较 先进 取得了较为理想的经济效益 但也有个别装置其运行效果 特别是投入 产 第 页 共 27 页 出比不太理想 目前 不少厂还在建设第二套甚至第三套 18 30 装置 虽然建设的规模大体 相当 但其技术路线各厂不尽相同 就是同一个厂所建的装置也前后有别 大多不 是简单重复1 1的模式 现以山西晋城天泽公司 原晋城第二化肥厂 已建成的两套 18 30 装置和正在建设的第三套 18 30 装置为例介绍其技术路线和建设实施情况 1 第一套第一套 18 30 装置简介 装置简介 第一套 18 30 装置是晋城二化为发挥其原料无烟煤的地域优势 于2002年3月 在兼并原解放军6013厂的厂址处开工建设的生产装置 这套装置是在充分总结该厂 8 13 工程的基础上 多方调研 认真分析选择 采用了当时氮肥行业的各项先进技术 以充分发挥本地原料煤优势为理念 应用了 全低温变换 醇烃化气体精制工艺 CO2汽提法尿素生产工艺及海德鲁大颗粒造粒 等技术 总投资3 6亿元 新上设备600余台套 整个工程分两期建设 首期12万 t a 合成氨配套工程2002年12月投入运行 二期合成氨和尿素工程先后于2003年11月和 12月建成 尿素装置12月25日引氨开车 26日产出合格大颗粒尿素 整个工程42天 即达到设计能力 第一年生产尿素32万 t 目前最高月产量达到4 15万 t 该装置投 产三年来的业绩如下 氨产量 吨 尿素产量 吨 甲醇产量 吨 装置利润 万元 2004年 199180 320000 14300 12000 2005年 240400 407500 18960 17890 2006年 259885 442102 28448 15940 该装置的工艺路线是 直径2610mm 煤气发生炉 1万 m3气柜 煤气除尘 净化 罗茨鼓风机 静电 除焦气体净化 压缩机一 二段 全低温变换 变换气拷胶法脱硫 压缩机三 四 段 碳丙脱碳 原料气精脱硫 压缩机五 六段 醇烃化气体精制 压缩机七段 氨冷除油水 氨合成 CO2汽提尿素 海德鲁大颗粒造粒 本装置一期保留了部分原6013厂的老设备 如1 5万吨 a 变换改造到6 0万吨 a 故二期工程与一期配套 变换压力仍为0 8MPa 合成压力30MPa 其工艺特点是 低成本高质量制取脱盐水 全方位采用先进技术的煤气系统 多级煤气除尘净 化 取消半水煤气脱硫 强化变换气脱硫 全低温变换 醇烃化原料气净化 JD 2000氨合成 改进型 CO2汽提尿素生产 流化床大颗粒造粒 由于整个装置配套比较科学合理 设备选择稳妥可靠 操作管理到位 因此 第 页 共 27 页 实际运行效果十分理想 不到三年就收回了全部建设投资 特别是首次采用的醇烃 化气体净化技术 完全取代了铜洗净化工艺 根本解决了合成氨原料气精制净化系 统氨氮污染问题 CO2汽提尿素生产工艺占地小 能耗低 运行稳 总之 所采用 的各项新技术都充分显示了其技术优势 2 第二套第二套 18 30 装置装置 2005年下半年开始着手筹建第二套 18 30 装置 虽然对建设者来说第二套与 第一套相比有轻车熟驾的优势 有的甚至说复制比重新设计来得更快 更省 到底 如何建设第二套 18 30 装置 晋城二化的决策者按照工程建设的指导思想 即以 节能降耗 低成本 稳定运行为中心 节省投入 缩短建设周期 突出企业经济效 益 达到投资少 投产快 运行好 效益高的建设目标 在认真分析总结第一套装 置建设和运行经验 明确存在问题和不足的基础上 进一步优化技术路线 确定本 套装置的技术方案 2 1 装置规模 企业发展常说要做大做强 到底多大为宜 怎样才能做强 应根据企业的长期 发展目标制定分步实施计划 这个计划要有可靠的技术保证和资金保证 项目一定 要建得快 建得好 晋城二化第二套 18 30 装置确定的建设规模为年产24万吨合成氨 40万吨尿 素 6万吨甲醇 联产1 2万吨三聚氰胺 即简称为 24 40 6 1 2 工程 合成氨规模确定为24万吨是为了满足40万吨尿素生产能力的需要 通过第一套 装置的实践证明 原设计的30万吨的 CO2汽提尿素装置高压圈设备有较大余量 仅 需对个别设备进行调整 对配套机 泵和低压分解 低压吸收及蒸发部分作针对性 的核算和配套 并融入水溶液全循环的有关节能降耗的先进技术措施 装置的生产 能力提高到日产尿素1300t CO2汽提塔的汽提效率和高压合成与分解的各项指标都 处于比较理想的状态 整个装置能够达到高产 低耗 长期经济稳定地运行 因受当地甲醇市场销售的限制 本装置不要求高的甲醇产量 仍以净化 精制 原料气为目的 保持最经济的联醇生产规模 仅把变换剩余的 CO 使之合成甲醇作 为副产品 这样既优化了合成氨的生产工艺 又得到了一定量的甲醇产品 同时部 分甲醇去本厂的甲醛生产装置生产甲醛 供应本厂和本地大颗粒尿素生产的需要 省去了采购 运输 贮存等环节 有利于降低尿素的生产成本 1 2万吨 a 三聚氰胺采用与尿素生产联产 融熔尿素为原料 低压改良法三胺 生产技术 2 2工艺路线特点 与第一套 18 30 装置相比 本套装置的主要工艺技术特点是 1 进一步加强半水煤气的除尘 净化 第 页 共 27 页 半水煤气的除尘 净化是合成氨生产气体净化的第一关 本工程煤气的净化在 强化洗涤造气煤气的基础上实施四级净化措施 第一套为三级 第一级在半水煤气 气柜出口设湿式除尘塔 第二级于罗茨鼓风机前设静电除焦器 第三级于罗茨鼓风 机后设湿式除尘塔 第四级于压缩机前再设静电除焦器 由于变换压力提高 为防 止煤气中 H2S 等酸性气体的腐蚀 设置了半水煤气脱硫系统 第一套无半水煤气脱 硫 由于层层把关 保证了半水煤气的净化 压缩机一段气阀使用周期可达三个 月以上 因而压缩机的实际运行能力超过设计产量 2 变换 变脱 脱碳压力统一为2 1MPa 为进一步节能降耗 使合成氨生成工艺更合理 采用六段压缩机 变换 变脱 脱碳压力统一为2 1MPa 变换 仍采用运行最节能 投资较省 生产能力大 技术成熟且该厂有较长 期的操作和管理经验的全低变工艺 因为操作压力提高 与0 8MPa 全低变不同的 是 取消了饱和热水塔 全低变工艺中 变换气中过量蒸汽已很少 利用饱和热水 塔回收潜热的意义已经不大 装置不设饱和热水塔 除热交换器外 无段间调温水 加热器 采用喷水降温 使其工艺流程更简单 操作更方便 更容易 又使变换系统 的水 气处于 有氧则无水 有水则无氧 的状态 大大减轻了设备的酸性腐蚀 也 杜绝了因饱和塔带水引起的热交换器腐蚀及催化剂粉化等问题 取消饱和热水塔还有利于降低系统阻力 提高压缩机的出力率 并节省了饱和 塔的热水循环用电及热水排放的能耗损失 变脱 由于要求半水煤气进全低变有一定的 H2S 含量和全低变对有机硫较强 的转化作用 变换气中 H2S 含量较高 为了保证脱碳的良好运行和减轻精脱硫的 负荷 必须做好变换气脱硫 0 8MPa 的变脱工艺比较成熟 能达到脱硫后不设干 法脱硫把关 变脱后 H2S 含量 10mg m3的较好脱硫效果 且系统能长周期稳定运 行 针对2 1MPa 的变换气脱硫系统的特点和在一些厂家出现的实际问题 设计中 采取了必要的措施 主要有 首先 变脱的操作压力提高 对于脱硫塔的设计来说气体的脱硫效率比较容易 达到