合成-04-利用甲醇弛放气联产合成氨doc

1、利用甲醇弛放气联产合成氨尹旭涛河南省·中原大化集团摘 要:分析了甲醇弛放气和合成氨转化气的性质组分,通过改造流程将甲醇弛放气引至合成氨装置,以提高合成氨产量,降低吨氨消耗,并详细分析了实际并网后对合成氨装置的影响及采取的措施。关键词:甲醇弛放气、合成氨转化气、产量、影响、措施1 前言中原大化集团合成氨装置采用国际先进的UHDE-AMV低能耗工艺流程技术,它是以中原油田天然气为原料,日产合成氨1000t。随着市场经济的发展,油田开发天然气量的逐渐减少,油田给我公司供应天然气量下降,装置很少在满负荷下生产,日产合成氨远低于1000t,吨氨成本上升。我公司为了实现可持续发展,2005年底新

2、上了一套煤化工项目,其中年产50万t甲醇2008年5月顺利投产。利用甲醇弛放气组分与合成氨转化气特性相似的特点,将甲醇弛放气引入到合成氨装置联产合成氨,从而降低吨氨消耗,实现循环经济生产,并于2008年5月26日甲醇弛放气成功引入合成氨装置。2 合成氨转化气和甲醇弛放气的性质2.1 合成氨转化气性质合成氨装置经过一段炉、二段炉的转化反应并回收余热后,温度370、压力4.2MPa的转化气依次进入高温变换炉和低温变换炉,在催化剂作用下,将CO转化为CO2,CO含量分别达到3.85%和0.36%,进入高温变换炉前转化气的组成见表1。表1 合成氨转化气组成 %CO CO2H2N2O2压力/MPa 温度

3、/13.58 6.95 52.6 25.6 0.30 4.2 370表2 理论甲醇弛放气组成 %CO CO2H2N2O2CH3OH H2O 压力/MPa 温度/6.72 9.07 73.47 9.96 0.75 0.02 0.017.49 55表3 实际甲醇弛放气组成 %CO CO2H2N2O2CH4压力/MPa 温度/8.18 3.56 41.6 46.3 0.06 0.19 5.85 522.2 理论甲醇弛放气性质经水洗后的甲醇弛放气温度55,压力7.49MPa,具体组成见表2。煤化工甲醇装置于2008年5月26日开车成功,将弛放气引入合成氨装置,实际引入的弛放气组分见表3。由表1和表3比

4、较可以看出,转化气和弛放气成分相似,只需要将弛放气加热减压就可以引入合成氨装置。根据设计将弛放气引至高温变换炉前,在变换炉前新加一台换热器,变换炉出口转化气走管程,经过减压阀门后的弛放气走壳程,加热后的弛放气在变换炉前与转化气混合一同进入高温变换炉进行反应,新加换热器设置一旁路阀门来调节变换炉入口温度,工艺流程见图1和图2。由表2和表3相比较可以看出,实际弛放气的氢气含量低于理论设计,而氮气含量高于理论设计,这是由于煤化工气化装置在开车初期输送煤粉是用氮气输送所致,而设计是用二氧化碳输送。 锅炉给水图1 原高温变换炉流程 图2 并网后高温变换炉流程3 对合成氨装置的影响目前合成氨装置受天然气供

5、应紧张的影响,生产负荷大部分时间在45%80%之间运行,造成吨氨消耗上升,生产成本上升。煤化工甲醇装置开车正常后,将甲醇弛放气引入合成氨装置来联产合成氨,理论设计引入量30080Nm3/h,实际引入量在1500030080Nm3/h。3.1 正面影响1弛放气引至高温变换炉前,为了保证高变炉汽气比在0.45,需要在一段炉多加蒸汽,即增加水碳比,根据计算需要增加34t/h蒸汽。2由于目前弛放气氮气含量高,为了维持合成回路氢氮比,需要二段炉减少空气加入量,弛放气中氮气含量在40%55%时,相同生产负荷需要在二段炉减少20005000Nm3/h的空气。空气减少后为了保证二段炉空气分布器内的空气流速,需

6、要在空气盘管内多加入蒸汽23t/h,确保空气流速大于30m/s以保护空气分布器。同时空气减少后,空气压缩机可稍微降低负荷以节省功耗。3弛放气并网后,二段炉减少空气加入量造成二段炉出口温度下降,出口甲烷上升,为了维持出口甲烷含量不超标,需提高一段炉出口温度增加一段炉甲烷反应负荷,以降低一段炉出口甲烷,从而确保二段炉出口甲烷含量合格。一段炉由原760提高至770780。4根据弛放气中CO和CO2的含量来调整净化工段的K2CO3溶液循环量,确保净化工段吸收后CO2合格,严防超标。一般弛放气中CO和CO2含量分别超过10%和5%时,净化工段的K2CO3溶液循环量要增加50 100Nm3/h。5由于弛放

7、气中氮气含量高,并网后氢回收单元负荷增加,经冷箱分离后向燃料气系统返燃烧尾气增多,平均可以节省燃料天然气2kNm3/h左右。6甲醇弛放气引入后,平均氨产量可增加36t/h,吨氨消耗下降100150Nm3天然气,见表4。表4 甲醇弛放气引入前后对比氨产量 t/h 吨氨消耗 Nm3/tNH3负荷 kNm3/h引入前 引入后 引入前 引入后12 14.5 20 1000 87015 20 25.5 970 84019 26 31 930 81522 30 36 912 800注:合成氨装置设计满负荷28.9kNm3/h。3.2 负面影响1煤化工气化和甲醇装置连续运行周期不长,弛放气连续引入周期不长,

8、目前最长时间7天,最短时间仅几个小时,合成氨装置需要根据弛放气中断情况及时调整生产工况。2弛放气组分不稳定,操作中需根据合成氨某些重要数据的变化来及时调整生产工况,如新鲜气氢氮比和合成回路氢氮比、二段炉出口甲烷含量、净化吸收塔出口气体指标等。3由于弛放气中氮气含量高,造成合成气压缩机循环量增大,压缩机每小时多耗蒸汽2t。4正常引入弛放气后,二段炉空气加入量减少,出口温度下降,造成出口甲烷含量上升,虽然采取提高一段炉温度等措施,但二段炉出口甲烷含量还是略有上升,不过均未超过设计指标。5由于弛放气连续引入周期不长,合成氨装置需要经常大幅度调整生产工况,对设备和管道、阀门不利,影响使用寿命。4 小结总之,甲醇弛放气正常引入后,每天增加氨产量100150t,合成氨产量明显上升,吨氨消耗明显下降,经济效益十分可观,从