晋城二化合成氨原料气净化工艺路线的选择与应

1、晋城二化合成氨原料气净化工艺路线地选择与应用王翔天脊晋城化工股份 山西晋城048000天脊集团晋城化工股份,是由原晋城市第二化肥厂逐步改制 设立地股份制企业.公司下设煤气化厂 原晋城二化、化工厂 原 6013 P两个生产厂.自2000年开始在煤气化厂实施产品结构地调 整,由年产24万吨碳酸氢镂改产为10万吨大颗粒尿素,取得良好地经 济效益和社会效益,并通过兼并原中国人民解放军第6013工厂,于2003年率先在中、小氮肥企业建成投产第一套CO2汽提法“18.30大颗粒尿素装置,并通过不断挖潜节能技术改造,现已形成年产36万 吨合成氨联供2万户城市煤气地生产水平,主要产品规模为：大颗粒 尿素60万

2、吨,以及甲醇、甲醛、商品液氨、硝镂、碳镂、硫磺等产品.2005年共生产合成氨37.6万吨合成氨,大颗粒尿素61.36万吨,实 现销售收入9.45亿元、利润3.01亿元、利税3.4亿元地佳绩进入中 国石油和化工化肥行业百强,全国小尿素行业综合效益第一位,成为 中国石油和化工百强企业十大最具影响力企业之一i.b5E2RGbCAP本公司两个生产厂地合成氨原料气净化路线均采用取消半水煤气脱硫一0.8Mpa全低温变换一湿式楞胶变换气脱硫一2.7Mpa碳丙脱碳一JTL 4精脱硫一12.5Mpa醇煌化工艺.现将详情介绍如下： p1EanqFDPw一、半水煤气脱硫1996年在原晋城二化厂进行年产2.5万吨合成

3、氨技术改造时,变换工段采用了湖北化学研究所开发成功地全低温变换工艺.根据全低变催化剂地技术要求,半水煤气中H2s含量必须n 150mg/Nm3,这样才能 保证其活性,且半水煤气中H2s含量愈高,催化剂活性愈好,可杜绝催 化剂地反硫化现象.但是,我们以晋城煤为原料,半水煤气H2s含量一 般在550mg/Nm3左右,地处晋城有原料质量稳定供给得天独厚地条件 取消半脱后,不但可减少设备投资,节省场地,降低生产运行费用,而且 可延长变换催化剂使用寿命,稳定变换操作.因此,就取消了半水煤气 脱硫.DXDiTa9E3d取消半水煤气脱硫工艺地气体净化,最大地担忧是H2s对后工序 设备地腐蚀及碳酸氢镂质量影响

4、问题,尤其是对变换饱和热水塔地腐 蚀.但是,从生产运行情况来看,以上问题根本不存在.1998年技改时拆 除一台炉1400饱和热水塔进行内部检查,除饱和塔热水进口管及其分 布器损坏外,塔壁无腐蚀现象；2003年对1998年更换地步2200饱和 热水塔进行全面检查,也是饱和塔热水进口管及其分布器损坏,筒体气 液接触局部有麻点,我们认为在气液接触部位有可能造成化学腐蚀和 气流冲刷腐蚀.2003年在化工厂新上一套18万吨全低变装置时,并为 预防上述现象,将饱和塔上部气液接触部位及封头,湿煤气出口 U型 管、热水进口 L型管 长度各1.5m采用不锈钢材质.关于对变换热 交换器地腐蚀问题,采取增设不锈钢预

5、腐蚀器来保护热交地方式.关于 H2s对碳化系统设备地腐蚀问题,由变换气带过来地 H2s在碳化液中 与Fe2+反响生成FeS.由于FeS地存在,在设备内壁形成了具有防腐作 用地保护膜.关于对化肥质量影响地问题,H2s与NH3反响生成白色结 晶硫化镂,或夹带局部FeS使化肥颜色发浅灰色.从农作物生长所需地 十大营养元素 C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe来看,S、Fe也 在其中.硫是构成蛋白质和酶地主要成份,对促进植物根系生长有良好 地作用.铁是叶绿素形成不可缺少地条件,铁能促进作物呼吸,加速生 理地氧化.氨加工成尿素,增加变换气脱硫之后,H2SW 10mg/Nm3,不 但对后工序没有影

6、响,而且可将硫泡沫回收加工成高品位硫 磺.RTCrpUDGiT二、0.8MPa全低温变换从一九九六年开始将1.5X 104TNH3/a中串低变换,改造成全低温变 换工艺后,生产水平不但到达了 3.0X 104TNH3/a而且各种消耗大幅度 降低,为企业取得了较好地经济效益和社会效益.初次尝到变换新工艺 应用带来地好处,并不断地进行技改完善,最终生产水平到达6.0 X104TNH3/a.此后分别于2001年、2002年在所属地煤气化厂和化工厂 各上一套 6.0 x 104TNH3/a全低变系统.2003年为建设化工厂 24 X 104TNH3/a、30万吨大颗粒尿素工程地需要,又新上一套18X

7、104TNH3/a全低温变换系统,同年十月份投入运行.九年来,本公司两 个厂共有四套全低温变换系统相继建成投运,总生产水平已达 36 X104TNH3/a.1.典型工艺流程简述：由压缩来地半水煤气经半水煤气冷却器降温后送至丝网除油过滤 器滤掉气体中夹带地油份,再进入饱和热水塔地饱和段.在塔内气体与 塔顶喷淋而下地热水逆流接触,进行物热地传递.经提温增湿后地半水煤气进入湿煤气水别离器别离掉夹带地液滴,气体进入预热交换器、 主热交换器提温,混合煤气温度升到180c200c进入变换炉一段 原中变炉一、二段,在变换炉一段,通过触媒保护剂 可用旧触媒 代将气体中地杂质进一步过滤,再通过抗毒剂除氧后进入变

8、换炉地 一段催化剂床层.经一段变换反响后气体升温至380 c左右,CO由28%降到12%引出,进入增湿净化炉,在此高热气体与大量地冷凝水接 触,在填料地外表上进行质量与热量地传递.液相全部被蒸发,增加了 气体中地水蒸汽含量.增湿降温至200c左右地气体进入变换炉地二 段催化剂床层,继续进行CO地变换反响.出二段催化剂地气体约 280 C , CO6%地气体,进入主热交换器、预热交换器换热降温至 180c左右进入变换炉三段催化剂床层 原2#低变炉,继续进行CO 地变换反响.经三段催化反响地变换气CO含量到达4%联醇或1.5%离开变换炉.jLBHrnAlLg合格地变换气经一水加热器、饱和热水塔地热

9、水段回收热量后,变换气温度约70 C .为进一步回收变换工段地低位热能,变换气去软水 冷却器换热,回收地热水送锅炉.进一步降温地变换气去变换冷却器用 循环水冷至常温,再经变换气水别离器别离掉夹带地液滴后送入下一 系统.xHAQX74J0X2、全低变工艺地优点：1全低变工艺对原料气中地硫化氢含量 ,只有下限要求,而上限要求 较宽,原料气中地硫化氢含量可到达 2g/m3,因此可不设半水煤气脱 硫,只设变脱,可节省基建投资,减少占地面积,降低消耗.低变催化剂对有机硫地转化率高,可更有效地净化气体,尤其适用于联产甲 醇.LDAYtRyKfE(2催化剂地使用时间长,一般在三年以上.(3节能效果明显,吨氨

10、耗蒸汽150 kg左右,低变后气体中CO含量,比 传统地中变、中串低变,低23个百分点,从而减轻了铜洗地净化负 荷,同时由于变换率提升,合成氨地产量可相对增加.Zzz6ZB2Ltk(4流程简单,方便治理和操作.由于采用喷水增湿净化流程,温度调节 灵敏、可靠、平安.3、全低变工艺设备地选择：随着对全低变工艺地不断完善,也要不断地对设备结构优化,提升换 热效果,降低系统阻力.我们主要采取了以下举措：dvzfvkwMI1(1.变换系统地预腐蚀器 预热交换器)、水加热器、热交换器、调 温水加热器等换热设备都容易腐蚀,除采取一定地防腐举措外,应增强 对半水煤气地除沫,因此在工艺流程中,用丝网除油器代替原

11、来地焦碳 过滤器,设备内装二层不锈钢丝网除沫器.rqyn14ZNXI为了降低入口煤气冷却器、丝网除油器地阻力,及时将别离出地油、水、灰尘、去除掉,在煤气冷却器换热管内,和丝网除油器内,每层丝 网地上部,增加热水冲洗管,定时用热水冲洗换热管和丝网,并及时将 冲洗地油、水、灰尘等、排入地沟.EmxvxOtOco(2饱和热水塔由填料塔,改为垂直筛板塔.增加了饱和热水塔地换热 效果,气、液在塔内充分接触,提升了煤气地温度和湿度,增加了气汽 比,降低了补充蒸汽量,充分回收变换气地余热.同时热水塔出口变换气地温度降至70 80c左右,充分回收低位热能.SixE2yXPq5(3用折流杆式换热器,代替折流板式

12、换热器,提升换热器地换热效率, 减少换热面积和设备体积,降低流体阻力.6ewMyirQFL(4喷水增湿净化炉内使用新型喷头,其雾化度高,极大地提升了水、 气之间地传热、传质效率.(5采用板式换热器,具有很高地传热系数,在同样气量地情况下,换热 器地面积小,阻力小,即节约冷却水、又能降低系统阻力.kavU42VRUs三、0.8MPa变换气楞胶法脱硫从2000年煤气化厂改产大颗粒尿素开始,变换气脱硫采用湿式加压 楞胶法脱硫至今,在两个生产厂已有三套装置运行,通过我们五年生产 使用证实,该具有工艺设备少,工艺流程简单,投资小.且操作方便,运行 稳定,物料消耗低,脱硫效率高.楞胶法脱硫用在高硫化氢变换

13、气脱硫 效果也很好,在取消半水煤气脱硫经变换后,变换气H2S在500700mg/Nm3状态下,可保证脱硫后气体中 H2SW 10mg/Nm3,脱硫效 率99%,硫化氢吸收容量到达0.106kg/m3,到达国内同行目前楞胶法脱 硫最好水平,从没有发生过液乏、堵塔现象,变脱运行状态良好.典型 工艺流程简述如下：y6V3ALOS89变换气经过变换气别离器后,从下部进入变脱塔,自下而上与楞胶溶 液逆流接触后,由顶部出来经别离器别离水份后回高压机三段进口.楞胶溶液由贫液泵打入变脱塔,由上而下,吸收H 2s后,出变脱塔,经过喷 射器进入再生梢,减压解读出H 2s并自吸空气再生,再生好地溶液溢 流至贫液梢,

14、经贫液泵加压进入变脱塔循环使用.硫泡沫从再生梢上部 别离出后,溢流至硫泡沫梢.所有塔、泵地排出液均回收至地下梢,由 地下泵加压进入贫液梢,进行系统内循环.楞胶法变脱物料消耗很低, 吨氨纯碱消耗0.17Kg1.8元/Kg>,楞月壬0.02Kg15元/Kg>,五氧化 二钮0.0025Kg160元/Kg>,吨氨物料费仅1.01元.吨氨可回收硫磺 1.8Kg,可收入1.44元足以弥补变脱化学物料消消耗用.M2ub6vSTnp 四、2.7MPa碳酸丙烯酯脱碳氮肥行业所应用地主要有 PC、MDEA、NHD及PSA等脱碳法,应 该讲这几种脱碳方法各有优缺点,应用于合成氨生产其净化度及解吸

15、CO2纯度均能满足合成氨和尿素生产要求.通过五年生产运行证实,碳 酸丙烯酯脱碳方法具有流程短、无需加热和氨冷、能耗低等优点.目前两个厂三套碳丙脱碳装置运行稳定,DN2800脱碳塔、DN3800再生 塔系统合成氨生产水平已超12万吨/年,DN3200脱碳塔、DN5000再生塔系统合成氨生产水平已超 15万吨/年.脱碳选用2.7Mpa压力 PC法,该压力下气体净化度较高,不耗热量和冷量,富液能量可回收,气 液比大,运行本钱低,装置投资相对较少.工艺流程简述："ujCfmUCw来自压缩地2.7MPa变换气,经进口别离器别离掉其中油水后,自脱 碳塔下部导入,然后经别离器,净化气洗涤段经脱盐水

16、洗涤回收所夹带 碳丙雾沫后去压缩机五段进口 ；碳丙液自脱碳泵打入冷却器后,自脱碳塔顶部导入,吸收碳丙后,经涡轮机组,闪蒸塔、再生塔地常解、真 解、气提段后循环使用.碳丙液地再生无需加热及氨冷,采用四段式分 解再生 <闪蒸、常解、真解和气提及对四气<净化气、闪蒸气、混解气、气提气夹带地碳丙进行洗涤回收.eUts8ZQVRd五、JTL-4精脱硫为保护醇炫化甲醇铜系催化剂,在综合比拟地根底上,择优选用湖北 化学研究所JTL-4精脱硫工艺,从2002年11月投运至今已运行三年 多,精脱硫后地净化气采用 HC-2微量硫分析仪进行检测,至今监测数 据仍测不出.原设计生产规模为 22万吨/年,实

17、际生产水平可达日产 860 吨氨醇.可保证出口总硫 <H2S+COS+CS2) < 0.1mg/m3,CL-< 0.01ppm地指标要求.其工艺流程简单,操作方便,为合成氨系统地稳定 生产发挥了重要作用.工艺流程简述：sQsAEJkW5T来自脱碳工段地净化气首先经过气液别离器进行气液别离,预防碳丙液夹带到精脱工段,对脱硫剂使用造成影响.别离后地气体从第一脱 硫塔顶部进入,首先通过T102型精脱硫剂脱除H2S,由第一脱硫塔底 部出来从第二脱硫塔顶部进入,首先通过上段地ET-3型精脱氯剂脱除 净化气中微量氯.经过上述两步净化地气体,再通过T104常温转化吸 收型精脱硫剂,将气体中

18、有机硫脱除后送出本系统.工艺特点：(1>.工 艺流程简单,只有三台设备,不需要加热、降温,节省蒸汽、冷却水.(2>. 两塔气相进口均为上进下出流程,可预防开、停车时气流冲击脱硫剂 床层或带出脱硫剂.(3.脱硫剂支撑采用驼峰分布器与炉20mm瓷球铺 底,气体分布效果好.(4>不需设专人操作,脱碳或变换岗位操作人兼职 治理操作即可.GMsIasNXkA六、醇炫化原料气精制我公司化工厂在实施“ 18 30工程中,合成氨原料气精制采用湖 南安淳高新技术新开发地醇炫化工艺.该工艺具有原料气精制度高,操作简单,运行稳定,物耗少,工作环境清洁,消除传统铜洗工艺 对水、气污染等优点.更重要地是可提升资源利用率,将少量地CO+CO2全部转化为甲醇,为企业增加了产品品种,并根据市场需求,氨 醇比可进行调整.本装置有两个炉2000醇合成塔,设计水平为22万吨 /年醇氨,可副产甲醇3-5万吨/年,是目前国内同行联醇规模最大 地装置