年產18萬噸合成氨30萬噸尿素項目改造可研報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 由于氣化溫度低，生成氣中甲烷含量大，同時生成氣中含苯、酚、焦油等一系列難處理的物質，凈化流程長；尤其是該技術只能用碎煤，因而原料利用率低，大量篩分下來的粉煤要配燃煤鍋爐進行處理。此技術用于城市煤氣較好，不宜做合成氣。 UGI 煤氣化技術雖不先進，但此技術較實用，投資低，建設周期短，操作簡單易管理。經過小氮肥企業幾十年的革新改造，現在的UGI 煤氣化技術已 不是傳統意義上的固定床氣化技術，如氣化爐的改進，原料煤的消耗降低及吹風氣回收利用等技術革新，因此這么多年來一直受小氮肥企業青睞。 合成氨氣化技術的選擇，主要依據于合成氨的生產規模及企業所能利用的制氣原料來決定。由于 該項目氨醇生產能力為 24 萬噸 /年，屬于中型規模。 為了降低投資，縮短建設周期，使企業盡快獲得效益，因此本方案選用 UGI 氣化技術。 UGI 爐常用規格主要有：Φ 3600、Φ 3000、Φ 2800、Φ 2600 等等，相比較來說，從投資方面Φ 3000 以上的造氣爐是Φ 2600 系列的煤氣發生爐的 2 倍以上，但制氣能力 只有Φ 2600 系列的 倍以下，經濟上是不合理的。而Φ 2600 系列（包括Φ 2610 及Φ 2650 和Φ 2600異型夾套造氣爐）的優勢在于設備投資低、發氣強度高、運行費用低、 20 效率高等優點。公司現有 20 臺 Φ 3000 造氣爐，根據我院在合成氨設計中多年的經驗，對現有的 20 臺造氣爐進行改造，并在生產工藝上采取了以下措施使其有很大的改善： （ 1）采用新型均布型爐篦，增強破渣能力，改善氣體分布，降低煤耗及蒸汽消耗。 （ 2）采用油壓微機自動控制，可控制并調節氫碳比。 （ 3）采用過熱蒸汽制氣，提高蒸汽分解率，降低蒸汽消耗。 （ 4）采用熱管技術回收上、下行煤氣的熱量、熱回收充分，付產蒸汽量大。 （ 5）設三廢回收裝置回收吹風氣的顯熱及燃燒熱產蒸汽供尿素裝置生產用。 （ 6）采用自動上煤自動下灰機電一體工藝，提高自動化水平，降低勞動強度，提高單爐產氣能力。 半水煤氣脫硫 工段 因為原料煤灰分含量高 ,氣柜來的半水煤氣含塵量和焦油量比較高 ,影響壓縮機的使用，為此設兩段除塵，設置除塵塔和靜電除焦油塔，以隨時切換清理。考慮壓縮機進口溫度和壓力直接影響壓縮機打氣量，再在后面加風機增壓，冷卻塔冷卻。 半水煤氣硫含量 ~1g/Nm3，當用來脫除原料氣中大量的無機硫時，濕式氧化法脫硫有著明顯的優點，首先脫硫劑是便于輸送的液體物料，其次是脫硫劑的連續并能回收很有價值的化工原料硫磺。另一方面，濕式氧化法是比較完善的脫硫工藝，其中常用的有改良 ADA法、栲膠法和 888 脫硫劑法等，現在廠里主要用 888 脫硫劑配合改良 21 ADA 法法，操作較熟練，處理效果較好，本次可研仍然擬用改良 ADA法脫硫。 本方案選擇改良 ADA 法脫除變換氣中的硫化氫，溶液再生采用噴射再生方法。本工段最大處理氣量 1161900Nm3/h,氣體硫含量1g/Nm3。 壓縮工 段 對于排除壓力較高的氣體的壓縮，通常可以選用往復式壓縮機和離心式壓縮機。往復式壓縮機適用于打氣量小的工況，投資低，缺點是易損件多、占地大、維修工作量大。離心式壓縮機適用于打氣量大的工況，單機打氣量大，運轉平穩無脈沖，維修量少，可用蒸汽透平驅動以提高能量的轉換效率，世界上大型化裝置大氣量的壓縮機都采用離心式壓縮機，但投資高。 本工程為中型裝置，并考慮到投資等因素本可研選擇單臺生產能力為 4 萬噸 /年合成氨的電動往復壓縮機。 變換工段 （ 1）國內外工藝技術概況 半 水煤氣中 CO 含量高達 30%左右， H2 量只占 38%左右， N2量只占 22%左右，不符合氨合成的需要。需將半水煤氣進行 CO 變換反應，增加氣體中 H2 含量，以調整氨合成氣的組成。 國內在二十世紀九十年代已開發成功各種操作壓力下的耐硫變換催化劑，其性能接近國外水平，價格也比國外便宜，推動了耐硫變換工藝的發展。鑒于造氣工段設計 方案選用常壓固定層煤氣發生爐間歇制取半水煤氣（φ 2800 煤氣發生爐） ，則由脫硫除塵后的半 22 水煤氣經氮氫氣壓縮機加壓至 進入變換工段。 （ 2） 工藝技術方案的比較和選擇 以煤為原料制得的半水煤氣，其中的一 氧化碳含量較高，變換的目的主要是將半水煤氣中的一氧化碳與水蒸汽作用變換成二氧化碳和氫，然后再通過脫碳工段脫除多余的二氧化碳，使半水煤氣成分能夠滿足醇氨比的要求。 為達到變換的目的，有中溫變換和低溫變換兩種工藝可供選擇。 目前國內運行的變換工藝流程有傳統的中變串低變流程，全低變流程及中低低流程，全低變流程從能耗，投資及運行費用方面均好于傳統的中變串低變流程。 對于本工程的生產工藝而言，要求變換氣中 CO含量較高，大約為 %左右， CO 變換過程中汽氣比很小，大約為。因此本工程采用全低變工藝。 全低變即全 低溫變換，是相對中溫變換而言，在中溫串低溫工藝上發展成的一種新的變換工藝。它采用低溫活性優良的鈷鉬系耐硫變換催化劑，反應一段熱點溫度較中變下降 100~200℃。使變換反應所需汽氣比明顯下降，節約大量的蒸汽消耗。同時，由于反應溫度和變換反應轉化率的的下降，使氣體體積相對縮小，降低系統阻力，減少了壓縮功的消耗。該工藝放寬了一次脫硫指標，從而減少了脫硫費用。另外，操作溫度的下降也降低了對變換爐的材質要求，改善了設備維修條件。總之，在相同操作條件和工況下其設備能力和節能效果都比中串低、中低低工藝要好。 隨著低溫變換 技術的采用，變換氣中的過量蒸汽已經很少，利用飽和熱水塔回收氣體潛熱的意義也就不大了，本方案的全低變工藝取 23 消飽和熱水塔。 變換氣脫硫 在生產中，硫化氫能使甲醇催化劑、甲烷化催化劑、合成催化劑永久性中毒，活性降低，氨和甲醇產量下降，腐蝕設備，所以，無論采用何種原料和生產工藝生產合成氨，對合成原料氣中的總硫含量要求十分嚴格，一般控制在 ~ 左右甚至更低，以有效保護催化劑不受硫化物毒害而失去活性，降低生產成本。因此，脫硫的好壞與否，是生產的關鍵問題之一。 變換氣硫含量達 250mg/Nm3，有機硫含量 ~10%，國內外基本都是采用濕法脫硫工藝。該工藝大致分為物理吸收法、化學吸收法和液相氧化法三類。 為便于操作管理，變換氣脫硫仍然擬用 ADA 法脫硫，溶液再生采用噴射再生方法。熔硫與半脫共用一套系統。 脫碳工段 脫碳裝置是將變換氣中多余的 CO2 加以脫除，有利于氨及甲醇的合成；同時減少 CO2 壓縮所帶來的動力消耗。 變換氣中 CO2 的脫除方法很多，大體上有三種方法可供選擇，即化學吸收法（熱法）、物理吸收法（冷法）、干法（變壓吸附法）。 化學吸收法主要適用于氣體中二氧化碳分壓較低，凈 化度要求較高的情況，應用較多的有改良熱鉀堿法、改良 MDEA 法、空間位阻胺法等。但這些方法溶劑的再生均需要加熱，因而熱量消耗多，操作運行費用高。 熱法（化學法） :有代表性的是國內中型廠采用的苯菲爾法，該 24 法的特點是凈化度高、 CO2 回收率高、且回收 CO2 純度高，但該法需加熱再生，熱耗較高。 活化甲基二乙醇胺法（ MDEA 法） :該法是在 N甲基二乙醇胺的水溶液中加入了少量活化劑作為吸收溶液，它吸收 CO2 的等溫曲線介于物理吸收和化學吸收之間，屬物理 化學吸收，特點是凈化度高、CO2 回收率高、且回收 CO2 純度高、溶劑損耗 低，再生耗熱較苯菲爾法低的多，現在湖北襄樊、廣東江門、江蘇大豐等廠使用較好。 物理吸收法適用于二氧化碳分壓較高的情況，如水洗法、碳酸丙烯酯法、 NHD法等。物理吸收法的吸收溶劑或干法的吸附劑不與二氧化碳反應，再生時不需要加熱，只要降壓解吸即可，總能耗比化學吸收法為低，但其凈化度也比化學吸收法為低。就目前主要用于生產的碳酸丙烯酯法、 NHD法和變壓吸附法三種脫碳工藝來說，前兩種為濕法脫碳工藝，具有一氧化碳和氫氣損耗低，一次性投資較省的優點。但它們都需要用吸收劑，采用減壓再生，運行電耗較高，還要消耗溶劑，其中 NHD還要消耗冷量。總的來講，它們的工藝流程長、運行成本高、操作復雜。而變壓吸附為干法，其吸收劑為分子篩、活性炭及硅膠等。吸附劑采用一次性裝填，使用壽命一般在 10年左右，且無需再生，不需要復雜的預處理系統，自動化程度高，操作方便，運行成本低，不腐蝕設備，對環境沒有污染。其缺點是其中有用氣體損失較多。 現將國內有代表性的幾種脫碳工藝技術指標進行比較如下 : 25 選擇脫碳方法時，首先必須考慮與合成氨凈化流程相適應，保證達到合成氨用氣的要求，同時又要選擇技術先進、成熟可靠、生產穩定、消耗低、成本低、投資省、無毒無腐蝕的工 藝路線。 通過以上比較，從能耗、凈化度、投資 等方面綜合考慮。對合成氨聯產甲醇裝置，對二氧化碳凈化度要求不是很高，所以從節能的角度考慮，推薦選用分子篩變壓吸附脫碳工藝。 PSA 技術在生產尿素脫碳中現已有多套大型裝置在運行，并且該技術有很大改進，沒有任何放空，保證了噸氨原料氣消耗不增加。 變壓吸附基本原理是利用吸附劑對吸附質在不同分壓下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定壓力下對被分離的氣體混項目 改良熱鉀減法 碳酸丙烯酯法 NHD法 改良MDEA法 PSA（變壓吸附） 操作指標 吸收壓力 Mpa 吸收溫度 ℃ 70 38 0~5 55 35~40 原料氣中 CO2V% 26~28 26~28 34~36 26~28 26~28 凈化氣中 C℃O2V% ~ ~ ~ ~ 溶液吸收能力NM3/ Nm3 CO2 20~24 9~12 21 18 消耗定額 蒸汽 t/tNH3 電 Kwh/NH3 50 106 125 70 68 水 t/tNH3 196 60 15 74 8 氮氫損失 NM3/1000Nm3CO2 12 14 10 22 12 冷凍量 *106kJ 化學原料 kg/ tNH3 投資對比 1 綜合能耗 KJ/ tNH3*106 26 合物的各組分有選擇吸附的特性，加壓吸附除去原料氣中雜質組份，減壓脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。因此，采用多個吸附床，循環地變動所組合的各吸附床壓力，就可以 達到連續分離氣體混合物的目的。 合成氨變換氣中主要含有水（汽）、有機硫、無機硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氬及氫氣。在一定的溫度和壓力下，吸附劑對上述合成氨變換氣中氣體的吸附力和吸附容量從前到后依次減弱和減少，也就是說，當合成氨變換氣通過吸附劑時，在前的組分優先被吸附，即使吸附劑已經吸附了在后的組分，在前的組分也會把它頂替出來。此外，不同種類的吸附劑對同一氣體組分的吸附力和吸附容量也有很大的差異；對于一定的氣體組分來說，當壓力升高時，吸附劑對其吸附容量增加，當壓力降低時，吸附劑對其吸附容量減少。 精脫硫工段 甲醇催化劑系 CU 系催化劑，這種催化劑具有活性溫度低，選擇性好， CO 轉化率高、副反應少等優點。但是 CU 系甲醇催化劑對毒物，如硫化物等的敏感性特別強，原料氣中微量的硫化物就會引起中毒，致使其壽命大大縮短。 變脫后的變脫氣中硫 10mg/Nm3，由于采用 PSA 脫碳，氣體中大部分有機硫和變脫后少量的無機硫經脫碳“順帶脫除”。脫碳后殘余的 H2S 和有機硫經精脫硫裝置將總硫脫至 2ppm 以下，再用活性炭、氧化鐵或氧化鋅粗吸收達到 ，然后用轉化吸收型活性炭催化劑精吸收到 mg/Nm3，再用凈化劑脫除氯和噻吩等雜質即可。該方法流程簡單，脫硫精度高。 27 . 8 原料氣精制工藝 合成氨新鮮氣中的微量 CO 及 CO2的凈化目前國內大多數中小氮肥企業仍采用傳統的“銅洗”凈化工藝 ,由于銅洗工藝存在著運行費用高 ,運行不穩定 ,易造成環境污染等缺點 ,因此 ,新建合成氨系統已基本不采用。另一種凈化方法是 CO 深度變換 甲烷化工藝，該工藝能保證合成新鮮氣的凈化度 ,運行也比較平穩 ,但是其缺點也比較明顯，變換工段蒸汽消耗量大 (低變出口 CO 含量在 %左右 )。 脫碳系統凈化度要求高 (脫碳出口 CO2 含量 在 %左右 )；合成新鮮氣中的 CH4含量高 ,合成氨工段放空氣量大 ,新鮮氣消耗增加。目前國內有代表性的合成氨原料氣的精制工藝有醇烷化工藝及醇烴化精制工藝。醇烴化精制工藝是雙甲精制工藝的升級技術，烴催化劑為一種鐵系催化劑，一氧化碳、二氧化碳與氫反應生成烴類化合物，在常溫下冷凝為液體分離，生成甲烷極少，進入氨合成系統的甲烷大大減少。醇烷化工藝是 聯醇工藝和甲烷化凈化工藝有機結合在一起，使變換和脫碳系統出口的 CO 和 CO2等氨合成原料氣中有害成分與氫反應生成附價值較高的甲醇，進烷化催化劑氣體中的 CO 和 CO2 為 50～ 200 PPm，合成氨原料氣中的 CH4 基本沒有增加。 醇烴化精制工藝在生產過程中會產生少量的烴類物，不易處理。經過比較本可研采用以凈化為目的的醇烷化精制工藝。 該技術可放寬變換及脫碳系統的操作條件，使變換系統蒸汽耗量大大降低，脫碳系統的有效氣體損失減少。該工藝 正常運行時，不開循環機，不帶電加熱器，運行十分穩定。該工藝 具有以下優點： （ 1）凈化