清洁生产专项资金应用示范可行性研究报告

1、清洁生产专项资金应用示范可行性研究报告目 录一清洁生产专项资金申请报告正文部分1项目申报承诺书12清洁生产项目汇总表23企业基本情况331企业基本情况表332公司简介及清洁生产审核情况44项目基本情况表65示范技术来源及示范效果分析751二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造项目752合成氨系统清洁生产改造项目1353 项目改造实施方案256项目实施条件及项目进展3561项目资金来源土地环评等配套设施3562项目建设周期3563项目进展情况36二清洁生产专项资金申请报告附件部分1项目可行性研究报告2企业营业执照副本3项目备案证4省环保局对项目环境影响报告表的批复5股份公司土地证6土地使用说明7资金

2、存款证明8清洁生产审核验收证明材料9 近三年公司的资产负债表利润表现金流量表10 专利申请受理通知书1项目申报承诺书本次申报的股份有限公司清洁生产专项资金应用示范项目包括两部分分别为二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造及合成氨系统清洁生产技术改造其中二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造减少二氧化碳排放并减少蒸汽的使用合成氨系统清洁生产技术改造真正做到清洁生产减少废气废渣的排放并增产蒸汽此次改造项目也正是实施节能减排的一个重要措施我公司承诺该改造内容真实可靠 企业法人代表 二一年四月2清洁生产项目汇总表序号项目申报单位项目名称项目简介技术来源及推荐理由建设周期项目类别是否获得过中央财政其它支持是否已

3、申报国家其他部门中央财政资金项目总投资 万元 备注名称所属行业分类及代码总 计12613清洁生产专项资金应用示范项目1二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造拟建设规模为年回收利用CO25000万m3替代造气车间原有消耗的水蒸气达到节能降耗的目的具体为型煤气化改造变换改造脱碳改造压缩机改造本技术属于消化吸收并创新开发已在公司进行一系列中小规模的工业化试验达到了预期效果并掌握了大量运行数据2合成氨系统清洁生产技术改造建设一套以原有吹风气合成弛放气并新利用造气炉渣烟道灰以及造气循环水沉渣等三废为燃料的三废混燃炉改造后每小时综合利用废渣11吨年多产蒸汽312万吨减少21386吨烟尘排放项目采用山东临沂正大

4、热能研究所的三废混燃炉技术在原有厂区建设一套8-2-3-2变温变压吸附吹扫流程提氢装置充分回收脱碳闪蒸气中合成氨有效气体生产液氨并利用吹扫流程克服原有变压吸附抽真空再生消耗的大量电能本改造采用成都天立化工科技有限公司变温变压吸附吹扫流程提氢技术上述项目被国家工信部列入氮肥行业清洁生产技术推行方案并要求进一步推广扩大应用范围一年应用示范项目否否31企业基本情况表 单位万元企业名称化工股份有限公司法定代表人企业地址企业登记 注册类型股份有限公司职工人数人2403其中技术人员人645隶属关系地方银行信用等级AAA有无国家认定的技术中心有 企业总资产465567固定资产原值253934固定资产净值12

5、7898资产负债率66企业贷款余额193650其中中长期贷款余额96750短期贷款余额96900主要产品生产能力国内市场占有率改造前一年水能源及相关资源消费量1主要产品生产能力合成氨40万吨年尿素65万吨年离子膜烧碱12万吨年季戊四醇8万吨年甲醛20万吨年甲醇10万吨年2市场占有率季戊四醇国内市场占有率为80尿素国内市场占有率为8左右3能源及资源消耗量2009年消耗无烟煤75万吨电92亿度蒸汽消耗138万吨 年度近三年企业经营情况2007年 2008年2009年备注销售收入220697243049206629利 润227051504123933税 金972111078492832公司简介及清洁

6、生产审核情况化工股份有限公司为国有控股上市公司主营化肥化工产品的生产与销售公司为全国重要的化肥生产企业全国第三家大颗粒尿素生产企业亚洲第一大季戊四醇生产企业拥有年产40万吨合成氨65万吨尿素其中大颗粒尿素30万吨8万吨季戊四醇12万吨离子膜烧碱12万吨聚氯乙烯60万吨磷铵10万吨甲醇20万吨甲醛等主导产品的生产能力并拥有80MW装机容量的热电厂化工股份有限公司由集团有限责任公司控股集团是全国520家重点企业之一是中国石化行业最具影响力十大代表企业之一也是国家重点实施十一五节能减排的千家企业之一企业拥有总资产400亿元从业人员5万多人下辖40多家子公司其中2家上市公司5家中外合资公司重点发展化肥

7、化工矿山开发商贸和房地产开发五大支柱产业拥有60多种产品2009年实现销售收入305亿元2010年预计销售收入突破400亿元是国内最大的合成氨生产企业是世界最大的季戊四醇生产基地是全国最大的磷铵生产厂家是省最大的氯碱产品生产企业综合实力在全国小氮肥行业中名列第一居全国氮肥行业前列化工股份有限公司位于主要经营化肥聚氯乙烯等化工产品的生产与销售是省重要的支农骨干企业也是市发展现代化工业的重要基地公司为贯彻实施中华人民共和国清洁生产促进法实施可持续发展战略加快生态省建设提高资源利用效率和污染防治总体水平于2006年7月份委托省化工清洁生产中心协助公司对公司主要生产线开展清洁生产审核工作2006年8月

8、9日省化工清洁生产中心对企业各分厂各车间领导以及各相关部门负责人进行清洁生产审核培训主要了解了清洁生产的发展实施清洁生产的必要性主要手段审核过程以及相关案例2007年6月省化工清洁生产中心完成清洁生产审核报告并报省环保局进行审核验收2008年6月18日至7月8日在省环保厅网站进行清洁生产审核验收公示并于2008年8月通过省环保局清洁生产审核验收4项目基本情况表企业名称化工股份有限公司所属行业制造业项目名称清洁生产专项资金应用示范项目建设年限20102011项目建设必要性化工股份有限公司现有40万吨合成氨65万吨尿素现有造气车间以粉煤制成的煤棒空气和水蒸气生产合格的半水煤气吹风气送往第一代第二代

9、三气锅炉副产蒸汽炉渣烟道灰和造气循环水沉渣堆积后外卖脱碳车间采用传统的PC工艺其脱碳闪蒸气全部放空为了克服现有第一代三气锅炉热效率差烟尘排放量大充分利用脱碳闪蒸气中合成氨有效气体同时利用现尿素生产中富余的CO2替代部分造气车间的水蒸气拟在现有的基础上技术改造以下三项目 项目建设内容1利用公司现有产业链优势回收尿素生产中富余的CO2替代部分水蒸气作为气化炉气化剂减少煤棒气化过程中消耗的蒸汽具体为型煤气化改造变换改造脱碳改造压缩机改造2拆除第一代三气锅炉在原址建设一套75th三废混燃炉以原有吹风气合成弛放气并新利用造气炉渣烟道灰以及造气循环水沉渣为燃料3在原有厂区建设一套8-2-3-2变温变压吸附

10、吹扫流程提氢装置充分回收脱碳闪蒸气中合成氨有效气体生产液氨并利用吹扫流程克服原有变压吸附抽真空再生消耗的大量电能 建成后达到目标项目竣工后累计投资达到11亿左右年经济效益5887万元其中 CO2回收用作造气气化剂项目综合利用合成氨生产中的CO2废气5000万m3年实现了原料替代源头减量和资源深度利用三废混燃炉改造每年多副产312万吨蒸汽减少烟尘排放21386吨每小时综合利用废渣11吨有效解决了废渣堆放带来的二次污染提氢装置可回收利用原有排放约10000m3h废气生产液氨和尿素 项目总投资11221固定资产投资11221银行贷款0自筹及其他11221新增销售收入0新增利润5887新增税金1414

11、新增出口创汇0项目前期工作情况完成可行性研究立项环评等及项目的前期设计工作5示范技术来源及示范效果分析 申请本次清洁生产专项资金项目内容包括两部分分别为二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造项目及合成氨系统清洁生产技术改造项目现将两个子项目示范技术来源及示范效果分析如下51 二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造项目煤炭气化方法按所用气化剂的压力不同可分为常压气化和加压气化常压气化所使用的气化剂为空气或空气水蒸气若是富氧气化气化剂则为富氧空气水蒸气加压气化一般使用纯氧水蒸气作气化剂采用什么样的气化方式完全取决于煤气的用途在气化剂中用CO2取代水蒸气作气化剂或者加入CO2替代部分水蒸气作气化剂生产出的高

12、纯CO或者具有不同组成的煤气可满足不同的煤气用途的需要这是一项有意义的研究课题在这个技术领域的应用与研究中国外报道的资料较少国内近几年研究的进展较快511国外技术的开发国外的研究主要限于用纯CO2和纯O2作气化剂与焦炭生产高纯CO气体供作生产碳一化工产品及其衍生物据报道的有美国专利BEYER公司CO气化炉生产工艺用纯氧和CO2的混合气与焦炭进行气化液态排渣只有专利报道未见到生产装置报道日本日特专利报道日本钢管株式会社高纯度CO制备技术也是用纯氧和CO 2混合气与焦炭进行反应气化液态排渣为了排渣顺利加入助熔剂Dravo公司在WellmanGalusha气化炉上曾建有一套用纯氧一CO2和焦炭制备C

13、O的工业试验装置但尚未工业化应用国外某厂有过用CO2代替部分水蒸气作气化剂的报道据称在不破坏炉内正常气化的情况下可节约水蒸气40左右同时煤气产率提高可节煤18左右512 国内的技术研究与应用国内各界对二氧化碳做气化剂的研究主要是从三个阶段进行的起初在理论上对二氧化碳做富氧气化的构想二氧化碳回收作重油造气炉的部分气化剂的构想及至后来研究出新型高纯度CO气体生产技术慢慢地开始在各领域实施具体如下所述5121 二氧化碳富氧气化的构想1998年湘江氮肥厂的黄元工程师从气化理论和综合计算上定量浅析了CO2代替部分水蒸气作气化剂的可行性主要基于以下考虑湘江氮肥厂有一套年产3万t油头的单醇生产装置由于油价高

14、拟将油头改为煤头采用间歇煤气炉上吹气的后半部分和下吹气的前半部分优质水煤气供给单醇系统但此法限制了煤气炉使用富氧空气需多炉供气而且对合成氨单醇两系统用气有交叉影响若使用一般富氧气化煤气中氮含量高达12左右提高氧含量使N2含量达到要求却难以保证正常生产于是黄元工程师提出了气化炉采用CO2O2和水蒸气作气化剂以改善煤气组成的构想二氧化碳与煤气炉中炽热的碳的反应为吸热反应避免了氧浓度高原料煤在氧化层过热熔融起到了与蒸气在氧化层调节温度相似的作用同时减少了蒸气消耗CO2也是一种碳资源CO2参与反应可以降低煤耗他从气化理论 主要是热力学和动力学 分析认为CO2的加人只要加人的量适当不但不会影响煤气炉的正

15、常生产而且还有利于煤气炉的生产并给出了采用综合计算法利用空气富氧气化和间歇煤气炉的一些实际数据进行物料和热量平衡的结果见表1气化剂用量纯氧2800m3hCO21160m3h蒸气5500kgh煤气产量625kmolhCO2转化率4434表1煤气组成CO2H2COCH4O21762945082002可以看出煤气成分中COCO2含量较高但可通过变换脱碳来调节由于N2的消除大幅度降低了甲醇合成的弛放气量也适合作单醇的生产用气5122 二氧化碳回收作重油造气炉的部分气化剂回收CO2作重油造气炉的部分气化剂是北京化工四厂设想的一项技术该厂有一造气装置的PSA单元产生一股稳定的放空二氧化碳气流其流量约250

16、0m3h左右含CO 275 含H225 且成分稳定技术人员设想将该气体返回用作气化炉的部分气化剂重油氧化造气是指重油和气化剂氧气进行部分燃烧由于反应放出热量使部分碳氢化合物发生热裂化以及裂化产物的重组反应最终获得以H2和CO为主体的合成气在氧气中加入CO 2后增加了C元素和O元素由于c元素的增加可节省重油消耗由于O元素的增加进料的氧气量会下降技术人员通过计算得出在生产同样合成气的情况下加人CO2后可提高产气量约8节省氧气量约6整个回收工艺每年可节省重油约3000t仅原料费用每年可降低450万元5123 新型高纯度CO气体生产技术在气化炉中用纯O2和纯CO2作气化剂与焦炭反应可以生产高纯度的CO

17、最近几年此项研究在国内比较活跃在此项技术中CO2除参加反应外还起到热载体的作用和调节温度的作用它可以控制燃烧层最高温度在原料焦炭的灰软化温度以下防止灰渣结块所使用的氧气纯度大于99 CO2的纯度大于9852种气体经比例调节进人混合器通过炉篦均匀分布到炉内与焦炭发生反应煤气中CO达70左右经提纯后获得9496的高纯CO产品气该技术是全国煤化工设计技术中心协同济南石化集团有限公司共同开发的据介绍该工艺也可采用水蒸气O2和CO2作气化剂以煤为原料生产富含CO的煤气满足各种工艺需要该技术已在浙江江山化工股份有限公司赤天化四川维尼纶厂新沂农药厂等十余家单位应用涉及医药农药甲醇DMF醋酸及醋酐等羰基合成领

18、域用CO2或替代部分水蒸气作气化剂或作输送气国内的研究有一定进展煤炭科学研究总院青年科学基金已批准立项开展对此项技术进行研究从煤炭气化技术的发展趋势看使用加压气化技术是必然的对加压固定床Lurgi气化技术使用水蒸气和纯氧作气化剂如果借鉴前面介绍的技术与经验用CO2替代部分水蒸气作气化剂可减少水蒸气用量增加煤气中CO含量这对于羰基合成有利如所产富含CO的煤气与富含H2的焦炉煤气或与氯碱工业产生的大量含氢气体反应生产其他化工产品而对于Shell和GSP这样的干煤粉气流床气化技术目前采用高压氮气将煤粉输送至气化炉这样增加了煤气中氮气含量降低了有效气成分H2CO的含量也降低了煤气热值无论是化工合成 除

19、合成氨外 还是作燃料气均不利若采用CO2作为输送煤粉的介质则可以大大减少煤气中的氮气含量并改善煤气的组成由于利用了CO2减少了温室气体的排放对改善大气环境有利同时符合循环经济资源再利用及清洁生产原则513技术来源成熟情况及先进性的评价本技术属于股份公司消化吸收并创新开发2006年1月25日授权公告的一种流化床CO气化炉的气化工艺方法及其装置专利公开了一种用O2CO2或空气CO2为气化剂的流化床CO气化炉的气化工艺方法及其装置整个制气过程分供空气燃烧和供CO2气化两个阶段两阶段循环交替燃烧阶段与气化阶段的时间分配为46以水分和挥发份高的煤种为原料时采取在燃烧阶段加煤使煤在燃烧阶段除掉水分挥发分而

20、成为焦炭该方法只是简要介绍了空气和CO2两个阶段相互转换操作的方法并未提供如何供CO2结合以上所述此技术在理论上已经得到证明可行但在实际运用中却很少见到目前全国各地化工厂制气技术均有所不同而二氧化碳的气化剂利用却必须与自身的造气工艺技术相结合针对YH型粉煤成型连续气化炉生产特点技术人员使用CO2做为气化剂进行一系列中小规模的工业化试验基本达到了预期效果并掌握了大量运行数据有较好的经济社会效益为了使该技术得到工业化推广拟在现有生产装置上进行运用514示范效果评价及推广应用前景分析一方面从人类自身生存发展的需求以及受国际大环境的影响国家对节能减排循环经济项目十分支持国家发改委财政部等各部委均有相关

21、推进措施依托各类工业企业省市纷纷建立起多元化的循环经济生态工业园及循环经济生态城市另一方面国际社会对二氧化碳等温室气体的减排工作早已付之于行动实行CDM项目在发展中国家购买二氧化碳减排指标国家对此类CDM项目持鼓励支持态度因此本项目即可解决本公司生产系统对CO气体的需求又可以对废气CO2回收再利用响应国家和国际社会对环境保护提出的倡议为人类和社会的可持续发展承担企业应有的责任该技术的具有较好的推广应用前景515对提升行业清洁生产水平的作用和影响在二氧化碳做气化剂清洁生产示范工程基础上我公司项目的改造对煤化工业清洁生产技术体系进一步优化实现了原料替代源头减量资源深度利用和二氧化碳零排放大幅度提高

22、了资源和能源利用率为煤化工行业大规模产业化建设提供了科学与工程支撑该项目的投入示范运行成为我国氮肥行业标志性的清洁生产技术平台之一该项目建成后化工股份公司的工艺废气CO2将全部回收利用可综合利用CO2废气5000万m3年为工业园区空气质量改善做出贡献同时也可为企业自身的可持续发展创造有利条件对宜昌市的企业乃至全国同行业在环保治污和废弃资源综合利用方面起到示范和带动作用52合成氨系统清洁生产改造项目合成氨系统清洁生产改造也分为两子项目分别为三废混然炉技术改造及脱碳闪蒸气提氢改造现将两个子项目示范技术来源及示范效果分析如下521国内技术现状5211三废混燃炉技术改造1吹风气回收利用是合成氨甲醇生产

23、节能降耗的主要手段之一国内大多数合成氨生产企业部分甲醇企业以及部分化工企业均是以无烟块煤为原料采用固定层煤气发生炉生产原料气固定层煤气发生炉是采用空气为气化剂在生产原料气的同时有大量吹风气的产生其气量约为原料气量的1113倍吹风气的成分如下CO213-15CO6-9H21-3H2O1-3CH406-08N270-78 造气吹风气不仅含有大量的可燃气体排放温度也较高并且含有少量的污染物H2S或SOX造气工段不仅产生大量的吹风气同时还有大量的具有一定热值的废灰废渣产生如直接排放不仅是能源的浪费同时也造成严重的环境污染三废流化混燃炉是将合成氨甲醇企业在固定床造气生产过程产生的吹风气造气炉渣除尘器细灰

24、等掺入部分煤矸石烟煤和无烟煤末在三废流化混燃炉内燃烧而制取高位热能蒸汽的装置产出的中温中压蒸汽经抽背式蒸汽汽轮机发电机组抽出一定压力等级的蒸汽供系统使用背压后的低压蒸汽供造气实现合成氨尿素生产企业两煤变一煤和两炉变一炉的目标2第一第二代吹风气回收利用装置的缺点第三代吹风气回收利用装置三废混燃炉的诞生从上世纪八九十年代起合成氨甲醇生产企业便开始了吹风气的回收利用随即产生了第一代和第二代吹风气燃烧炉第一代造气吹风气回收装置其燃烧形式是上燃蓄热式炉内排列了大量的西门子格子砖利用高热值合成气燃烧蓄热后来燃烧低热值的造气吹风气回收热量副产蒸汽保护环境第二代造气吹风气回收装置其燃烧形式是上燃改进式或中燃式

25、在第一代的基础上增加了燃烧喷头减少了炉内格子砖或者采用折流式烟气拱型墙体蓄热使炉内的阻力大为减小减小了造气炉送吹风阶段的阻力烟气燃烧更为完全使造气系统蒸汽达到了自给第一第二代造气吹风气的回收是在高热值点火气合成放空气足够的前提下进行因而其回收率在95左右这对于吹风气的回收利用起到了很大的作用也暴露出很多问题无论是第一代和第二代吹风气燃烧炉均需要点火气源合成放空气炉温低于650时吹风气就不能维持燃烧而灭火送入的吹风气极易发生爆炸同时造气吹风气座板阀开关频繁关闭不严点火气进入燃烧炉在配风阀来不及调节时发生爆炸的现象也时有发生第三代造气吹风气回收装置也就是造气三废流化混燃炉其燃烧形式是混燃式它的最大

26、特点是改变了已往以气为点火源蓄热后来燃烧回收造气吹风气的方式采用造气炉渣或煤为点火源来点燃造气吹风气其回收过程更安全更经济和前两代相比有了突破性的发展设计更加合理使用更加可靠安全它的设计运用了沸腾床的燃烧特性借用循环流化床锅炉的部分技术采用了吹风气余热锅炉的模式对造气产生的废气废渣废灰能够达到同时混燃故又可称做双能源吹风气余热锅炉或第三代吹风气余热锅炉其造气吹风气回收率可达1003三废混燃炉的基本原理主要优点1基本原理三废流化混燃炉运用沸腾床的燃烧特性借用循环流化床锅炉的部分技术采用了吹风气余热锅炉热量回收的模式使造气产生的废气废渣废灰能够达到同时混燃解决了低热值气体单独燃烧需大量点火气和易灭

27、火易爆炸等问题三废混燃炉下部为燃渣燃煤区中部为造气吹风气燃烧区烟气从混燃炉顶部进入组合式除尘器经旋风除尘后烟气自下部进入遂道窑式余热锅炉烟尘经落灰管落入下部水封遂道式余热锅炉自前向后的依次为水冷屏喷水式蒸汽过热器锅炉对流排管省煤器空气预热器电除尘器脱硫装置引风机烟囱三废流化混燃炉主要由三废混燃炉和组合除尘器构成均采用钢制外壳内部用高铝砖硅酸铝制品黏土轻质砖高强耐磨浇注料等砌筑炉体下部为沸腾燃烧室配有风室布风板风帽二次风管等风室除和来自空气预热器的风管相连外还装有点火装置破碎掺合后的混合料造气炉渣60造气除尘器细灰10烟煤或无烟煤沫30由料仓进入螺旋给煤机再由螺旋给煤机将炉渣等混合料送混燃炉下部

28、的燃烧室流化燃烧三废炉中上部为吹风气的燃烧空间吹风气经预混器与空气充分混合后进入炉内在高温作用下充分燃烧为达到三废混燃炉的综合利用生产系统的各种废气均可送入三废流化混燃炉内回收处理为有效控制炉膛温度在炉内布置了一定的受热面与余热锅炉汽水系统相连避免了炉壁结焦燃烧后的高温烟气进入组合除尘器旋风筒是用1Cr25Ni20Si2耐热钢制作在旋风筒和中心筒作用下进行烟尘分离2三废混燃炉的主要优点经济性第一三废流化混燃炉回收造气吹风气在起始阶段是以煤为点火源可少用或不用合成点火气即造气吹风气回收不受合成放空气量的影响节约氢气和半水煤气可使合成氨产量提高3-5甲醇提高产量17-20第二中小型尿素厂吨合成氨或

29、吨甲醇需外供蒸汽1-3th一台三废流化混燃炉不仅能够达到全厂蒸汽自给实现两炉变一炉和两煤变一煤的目标而且一炉多用实现热电联产发电后的乏汽通过抽背 等方式把送到生产岗位由此停掉了能耗高的锅炉节约了能源提高了效率减少了操作人员使新建和扩建的企业能够节约投资约50安全性吹风气是低热值气体低于650时就不能燃烧如炉温不稳定就会发生爆炸另外吹风气座板阀开关频繁关闭不严煤气进入燃烧炉在配风阀来不及调节时发生爆炸的现象也时有发生如山东某企业一套45th的吹风气燃烧炉在点火开车时发生爆炸造成人员伤亡炉体坍塌蓄热式吹风气回收在点火时也容易发生爆炸事故如山东某化肥厂一套30th的蓄热式吹风气燃烧炉在点火烘炉时操作

30、不当产生爆炸整套系统除锅炉本体外全部损坏重新投资近100万元两个月的时间才修复三废流化混燃炉以煤为点火源始终是长明火进入的气体及时燃烧不存在可燃气体在炉内的积聚不会发生爆炸也不存在第二代造气吹风气回收装置在开车点火时送合成气的爆炸条件另外三废流化混燃炉在煤的燃烧过程中温度高且有氧气过剩若有多余的煤气送入时只能继续燃烧也不会发生任何爆炸设置重力式防爆门和薄膜式防爆装置也避免了吹风气回收过程中的爆炸事故完全实现了安全生产环保性化工企业历来被视为污染大户吨氨产生吹风气4000-4500Nm3炉渣03t炉煤灰0035 t吨甲醇产生吹风气3200Nm3炉渣025t炉煤灰0030 t这些低热值废渣废气如不

31、回收利用既造成环境污染又浪费能源5212 脱碳闪蒸气提氢改造氢气是一种用途广泛的工业气体近20年来工业界的耗氢量不断增加2000年石油炼制业耗氢量估计为143亿m3d但另一方面又排放大量的含氢工业废气没有充分利用而作为低热值燃料烧掉回收这部分氢气不但缓和氢气短缺还节约大量制氢用轻油在经济上很有吸引力大中型富氢混合气体分离主要采取变压吸附法其单套制氢量从每小时几百立方米到十万立方米目前国内石化企业几套大型PSA制氢装置均从国外引进随着国内几大石化基地改扩建必然会消耗更多的气体原料 包括氢气 而我国氢气生产和使用一般都在同一企业基本上是自给自足很少外供所以大型石化企业合成氨厂化工厂等这些制造含氢工

32、业废气的耗氢大户对PSA有很大的要求1 变压吸附制氢工艺原理变压吸附制氢是基于氢气在固体吸附剂上的物理吸附平衡它是以吸附剂在不同压力条件下对气体混合物中不同组分平衡吸附量的差异为基础有选择性地在高压下对杂质气体进行吸附低压下解吸杂质气体使吸附剂得到再生的循环过程变压吸附制氢工艺主要由三个步骤组成高压吸附低压解析升压如图1所示首先富氢混合气体在高压下自下而上进入吸附床层CO2COCH4等杂质被床层内被吸附剂吸附而弱吸附组分氢气作为产品脱离床体然后根据吸附组分的性能采用逆向泄压产品氢吹扫等方法使吸附剂获得再生吸附剂再生完成后吸附床再次升压至吸附压力至止吸附床就完成了一个吸附和再生的循环过程通常采用

33、2个或更多的吸附床使得吸附床交错处于吸附再生周期循环过程之中来维持一个连续的产品氢气流2 变压吸附制氢工艺的改进 1 增加均压次数在最初的二床流程中一个吸附床吸附另一床再生每隔一定时间互相交替吸附结束后床内死空间气体随降压而损失了吸附压力越高损失就越大为了回收和利用吸附结束时存留在吸附床内死空间的有用组分美国联合碳化物公司率先引入均压步骤在变压吸附工艺的吸附阶段吸附床中气体杂质浓度峰面远未到达吸附床的出口端时停止吸附步骤然后将该吸附床与一个已完成解吸并等待升压的吸附床连通此时需降压解吸的吸附床压力逐级下降而需升压的吸附床的压力得到逐级升高最终两床压力平衡 称为均压 这样既回收了吸附床死空间中的

34、氢气又利用了其中的能量一般说来增加均压次数可回收更多的氢气氢气的收率也就提高目前工业上已开发出了416床等多种多床工艺 二次均压时H2回收率为7075三次均压时H2回收率为8085四次均压时H2回收率为8590但由我们也可以看出随着均压次数的增加产品回收率提高的幅度越来越小而且均压次数提高必须增加吸附塔设备投资增加同时均压次数受到循环步序周期时间的限制杨皓等发明了一种利用空罐增加变压吸附工艺流程中均压次数的方法他利用一个或多个空罐回收吸附塔降压过程流出的气体分阶段回收流出气并将空罐气体用于吸附塔升压或冲洗由此协调吸附塔之间的配合这些用作间接均压的空罐可以将变压吸附每一个步序时间按照吸附剂特性需

35、要独立地加长或缩短均压次数的确定不再受到吸附塔数量的限制其设计的四塔变压吸附流程均压次数可以达到7次H2回收率达到98 2 真空解吸工艺通常在PSA工艺中吸附剂床层压力即使降至常压被吸附的杂质也不能完全解吸这时可采用两种方法使吸附剂完全再生一种是用产品气对床层进行冲洗将较难解吸的杂质冲洗下来其优点是在常压下即可完成不再增加任何设备但缺点是会损失产品气体降低产品气的收率另一种是利用抽真空的办法进行再生使较难解吸的杂质在负压下强行解吸下来这就是通常所说的真空变压吸附优点是再生效果好产品收率高比传统的顺放冲洗工艺提高了56个百分点但其缺点是需要增加真空泵能耗较高且增大维修成本一般而言当原料气压力低回

36、收率要求高时才采用真空解吸工艺 3 快速变压吸附工艺快速变压吸附工艺是由QuestAir技术公司新开发的一种全新工艺它与传统的变压吸附工艺有着相当大的差异该工艺采用规整化结构的负载型吸附剂和多通道旋转阀 可使循环速度比常规PS A高出两个数量级而且设备尺寸也大大减小仅为原来的l0设备投资成本可降低20503联合工艺的开发应用由于分离任务的多种多样以及原料气组成的千差万别使得有时仅仅使用一种分离工艺不能充分利用已有资源甚至难以达到即定的分离目标因此有必要将不同的分离工艺进行合理的结合使它们扬长避短从而有可能达到更好的分离效果目前主要有膜分离变压吸附PSA技术深冷分离变压吸附PSA技术变温变压吸附

37、技术522技术来源成熟情况及先进性的评价5221三废混燃炉技术改造对于吹风气等回收利用人们经过了不断的摸索和提高由此产生了三代回收模式第一代蓄热式利用高热值合成气燃烧蓄热后来燃烧低热值的造气吹风气第二代喷头式即现在普遍使用的一种在第一代的基础上增加了燃烧喷头减少了炉内蓄热格子砖或者不用格子砖使炉内的阻力大为减小减小了造气炉送吹风阶段的阻力提高了造气炉的负荷同时吹风气燃烧更为完全实现了造气岗位蒸汽自给第三代混燃式也就是造气三废流化混燃炉较第二代又有了突破性的进步使吹风气的燃烧不再完全依赖合成放空气的助燃而是借助于燃煤的温度保证了吹风气的充分燃烧同时充分利用了低热值的造气炉渣煤灰矸石无烟煤末等燃烧

38、过程中煤气热量互补从而实现了稳定的燃烧该技术被国家授予专利专利号为ZL 012158496其先进性描述如下 1安全性 克服了第二代造气吹风气燃烧炉开车点火时送合成气时的爆炸条件避免了吹风气回收过程中的爆炸因素使造气吹风气回收过程达到安全化2三废流化混燃炉回收造气吹风气过程中是以煤为点火源可少用或不用合成点火气即造气吹风气回收不受合成因素的影响节约氢气和半水煤气可使合成氨产量提高3-53中小型尿素厂一台三废流化混燃炉就能达到全厂蒸汽自给实现了尿素生产的两炉变一炉和两煤变一煤的目标4解决了造气生产废气废渣废灰综合治理的难题保护了环境5一炉多用一炉多能停掉能耗高的锅炉节约能源提高效率同时可减掉部分操

39、作人员6一台三废炉的投入两台锅炉的收益使新建和扩建的企业节约投资达50本公司的三废混然炉改造技术属于引进应用采用5222脱碳闪蒸气提氢改造变温变压吸附 TSA 是利用气体组分在固体材料上吸附性能的差异以及吸附容量在不同温度下的变化实现分离其尤其适合在常温状态下强吸附组分不能良好解吸的分离中石油大连石化分公司装置富氢尾气中含有不少C5及C5以上的组分单独使用PSA工艺会使吸附剂很快失活为此采用TSAPSA联合工艺原料气先进入TSA单元在常温下脱除原料气中C5及C5以上组分同时利用加热的PSA解析气作为TSA单元的再生冲洗气在该联合工艺中TSA可以有效地脱除原料气中饱和水和C 等杂质保证后续PSA

40、塔吸附剂的寿命并对原料气组分的变化起缓冲作用该装置自投产6年多来运行一直很稳定吸附剂没有更换对原料气适应能力强H2回收率达到905产品H2浓度达到995另外TSA单元还可以置于PSA单元之后用于脱除PSA产品氢气中微量杂质如N2Ar等进一步纯化氢气纯化后氢气纯度可达99999以上高于电解氢气的纯度可用于需高纯氢气的特殊场所变温变压吸附技术是在传统的变压吸附技术基础之上进一步研发出来的联合工艺的开发应用项目技术先进成熟可靠该技术被国家工信部列为氮肥行业清洁生产技术推行方案中推广技术本次改造采用成都天立化工科技有限公司变压吸附提氢技术52 3示范效果评价及推广前景应用合成氨系统清洁生产改造项目所包

41、含的三废混燃炉改造及脱碳闪蒸气提氢技术改造两个子项目属于氮肥行业清洁生产技术推行方案中推广的技术示范效果较强三废混燃炉及脱碳闪蒸气提氢技术改造为化工企业增效减排增效节能取得了良好的效果目前三废混燃炉技术应用和在建项目70余个遍布山东山西河北河南江苏甘肃四川福建吉林黑龙江云南重庆等省市并走出了国门进入了朝鲜由于三废混燃炉具有系统阻力小能够充分利用废气废渣实现两炉变一炉两煤变一煤实现了热电联产给企业带来了显著的节能效果和客观的经济效益应用前景广阔随着氮肥行业清洁生产评价指标体系氮肥行业清洁生产技术推行方案中华人民共和国清洁生产促进法等法律法规的发布实施对氮肥行业的资源与能源消耗指标污染物产生指标资

42、源综合利用指标等方面规定了明确的准入值这一系列行业节能减排政策规定的出台必将有力地推动了氮肥行业清洁生产节能减排工作进程加快上述清洁生产技术的推广和应用对企业来讲采用国家推广的清洁生产技术不仅对企业自身的节能降耗降低成本增强市场竞争力有利而且在实现经济效益的同时实现了人与环境的和谐发展可持续发展实现了清洁生产和节能减排的双重功效经济效益环境效益和社会效益齐头并进相得益彰所以该项目应用前景广阔524对提升行业清洁生产水平的作用和影响实施清洁生产技术是我国国民经济的一项基本国策清洁生产是国家基本建设的一贯方针也是企业降低生产成本增加经济社会环保综合效益的有效途径如何在现有条件下充分利用生产余热减少

43、能源损耗在生产的各环节挖掘节能潜力引进先进技术对原有设备进行更新改造提高企业整体综合水平是国家节能政策对化工行业提出的要求也是企业实现利润最大化的根本要求本项目改造即是生产环节中这一理念的实施并且经济效益可观合成氨系统清洁生产改造项目的实施将年减少8000万m3废气排放并对造气炉渣等充分利用年利用量88万吨减少214万吨的烟尘排放年节约原料煤27万吨年增产蒸汽量312万吨年折算节标煤共计4964124吨年环境效益节能效益明显53 项目改造实施方案 具体可见可行性研究报告 531二氧化碳回收用作造气气化剂技术改造项目1改造原理CO2代替蒸汽作气化剂通入到炉中与炭层发生如下反应 1生成的CO经变换

44、后发生如下反应为计算方便假设完全转化 2在气化层中当通入水蒸汽时水蒸汽与炭的反应为 3由于反应1和2是连续反应将12相加得 4此即反应3从原理上分析C02代替水蒸汽通入造气炉与高温炭层进行反应与完全通水蒸汽与高温炭层进行反应两者相比较从技术上分析结果是一样的最终都是得到CO和H2因而也是可行的2改造前工艺叙述现有工艺流程采用空气与蒸汽交替进入型煤气化炉利用空气与碳反应提高碳层温度再将02MPa蒸汽通入气化炉使碳与蒸汽在高温条件下生成合成氨或甲醇所需的CO和H2通过回收方式控制气体成分以实现空气与水蒸汽的交替生产的过程3改造方案在现有的空气和水蒸汽气化设备及流程改造14台原型煤气化造气炉夹套锅炉

45、炉底配套建设5台 CO2气体缓冲罐用CO2气体替代部分水蒸汽与空气交替进入型煤气化炉首先利用空气与碳反应提高碳层温度再将回收的CO2气体和水蒸气通入气化炉使碳与水蒸气CO2在高温条件下发生还原反应生成氨所需的CO和H2通过调节CO2和水蒸气的比例控制半水煤气中CO含量在39左右以实现空气与水蒸汽CO2的交替生产由于用CO2做气化剂生产出的半水煤气CO含量为386相比改造前提高了106现有的变换系统在单位时间处理气量不变的前提下不能满足改造后增加CO量必须在原有变换前提下新增一套变换系统在中低低工艺下将含386CO含量的半水煤气转化含CO含量15的变换气由大PSA脱碳制得合格的净化气送后工段生产

46、液氨改造之前半水煤气CO含量为28变换率为93经变换后每吨氨折变换气4159 m3 标态 改造后半水煤气CO含量增加到386变换率为95经变换后每吨氨折变换气4303 m3 标态 则改造后每吨氨增加变换气4303-4159 144 m3 标态 所以需在原大PSA提纯塔和净化塔基础上分别增加一台提纯塔和净化塔改造后因为半水煤气有效气体CO成分上升为386经变换变压吸附提纯后CO2增加8000 m3h标态固拟增加一台4M20-15011压缩机主电机额定功率为1250KW其打气量为150 m3min并入CO2压缩岗位经过三级压缩后送送脱硫槽除去硫化氢后减压后送CO2气柜缓冲最后送造气车间做气化剂使用

47、 4二氧化碳回收用作造气气化剂改造实施效果该项目建成后综合利用合成氨生产中的CO2废气5000万m3年实现了原料替代源头减量和资源深度利用并节约标煤约7615万吨年5新增主要设备序号名称单位规格型号数量备注1CO2缓冲罐台50m352夹套锅炉台2800mm143CO2气柜台2500m314饱和热水塔台2400171981515中变炉台4200241386016低变炉台4200221270817主热交台F 800M2 18一段冷却器台F 150M2 19二段冷却器台F 150M2 110第一水加热器台F 400M2 111第二水加热器台F 300M2112蒸汽缓冲罐台354M3113热水泵台KQ

48、WR-980200-452214提纯塔台32002013648116MnR15净化塔台32002010648116MnR16压缩机台4M20-15011117CO2气柜台2500m31532合成氨系统清洁生产改造项目5321三废混然炉技术改造1三废混然炉工艺流程三废流化混燃炉是运用沸腾床的燃烧特性采用了吹风气余热锅炉的模式对造气产生的废渣废灰废气同时混燃产生高温烟气经组合式除尘器除尘后进入余热回收锅炉生产蒸汽最后烟气进煤棒烘干炉经煤棒烘干炉充分利用烟气余热具体流程见下图2改造方案将原工艺较为落后的1三气锅炉拆除在三气锅炉原址上新建三废混燃炉利用造气工段闲置空地新建废渣干燥运输装置同时配套建设汽

49、轮机和发电机副产的13MPa03MPa供合成氨使用自发电供新建三废混燃炉新增电负荷新建一台烘干炉利用三废混燃炉低位热能烟气烘干型煤达到将造气的原料和三废混燃炉烟气热量吃干榨净的目的3三废混然炉改造主要设备及工艺参数1主要配置参数三废燃烧炉吹风气量110000 Nm3h 合成弛放气量 25Nm3h烟气量185000-205000Nm3h 烟气温度 1050余热锅炉额定蒸发量75th 额定蒸汽压力54MPa额定蒸汽温度450 给水温度85排汽温度150汽轮机和发电机型号转 速rmin 进汽压力 MPa进汽温度450 额定进汽量th额定排汽压力0294MPa 额定排汽温度烘干炉 型号 2工艺参数造气

50、吹风气产生量为110000Nm3h合成弛放气产生量为25Nm3h含提氢尾气吹风气成份H240CO60CO214CH409O245N2Ar71弛放气成份H242CH428 N2Ar30进软水温度85设计烟气排放温度150空气过剩系数135窖炉系数092产汽压力49Mpa蒸汽温度4504新增主要设备序号设备名称型号及规格主要技术参数数量三废混燃炉19800mm混燃炉温度850-1050出口温度850-95012隧道窑式余热锅炉75th余热锅炉Q 75th P 54Mpa T 45013组合式除尘器562019600F 205000Nm3h14静电除尘器三电场静电除尘入口烟气量205000Nm3h烟

51、气含尘量615gNm3除尘效率99出口含尘量100mgNm315脱硫除尘器F11入口烟气量205000Nm3h烟气含尘量100mgNm3除尘效率80出口含尘量50mgNm3入口烟气硫含量15gNm3出口二氧化硫含量200mgNm3脱硫效率9016烘干炉HGTB3230th1序号设备名称主机主要技术参数主电机数量一次风机流量37500-30947m3h全压15818PaY315M-213228二次风机流量44000-50186m3h全压8278PaY315S-411029引风机流量199687m3h全压4112PaY400-6355110汽轮机发电机CB6-4915704600015322脱碳闪蒸气提氢改造1改造方案压缩三段来的变换气经过水分分离掉变换气中油水脱硫槽吸收H2S后进入洗尘塔洗去气体中的粉尘再进入脱碳塔与塔顶下来的碳丙液逆流接触脱去气体中的CO2后进入碳丙分离器分离掉气体中夹带的碳丙雾沫然后去压缩四入供后工段使用吸收了气体的碳丙液经减压至04MPa后进入闪蒸槽闪蒸释放出碳丙液吸收的氢气氮气以及部分CO2气体 统称为闪蒸气 闪蒸气经汽水分离器分