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正文內(nèi)容

年產(chǎn)18萬(wàn)噸合成氨30萬(wàn)噸尿素項(xiàng)目改造可研報(bào)告(編輯修改稿)

2024-09-30 15:46 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由于氣化溫度低,生成氣中甲烷含量大,同時(shí)生成氣中含苯、酚、焦油等一系列難處理的物質(zhì),凈化流程長(zhǎng);尤其是該技術(shù)只能用碎煤,因而原料利用率低,大量篩分下來(lái)的粉煤要配燃煤鍋爐進(jìn)行處理。此技術(shù)用于城市煤氣較好,不宜做合成氣。 UGI 煤氣化技術(shù)雖不先進(jìn),但此技術(shù)較實(shí)用,投資低,建設(shè)周期短,操作簡(jiǎn)單易管理。經(jīng)過(guò)小氮肥企業(yè)幾十年的革新改造,現(xiàn)在的UGI 煤氣化技術(shù)已 不是傳統(tǒng)意義上的固定床氣化技術(shù),如氣化爐的改進(jìn),原料煤的消耗降低及吹風(fēng)氣回收利用等技術(shù)革新,因此這么多年來(lái)一直受小氮肥企業(yè)青睞。 合成氨氣化技術(shù)的選擇,主要依據(jù)于合成氨的生產(chǎn)規(guī)模及企業(yè)所能利用的制氣原料來(lái)決定。由于 該項(xiàng)目氨醇生產(chǎn)能力為 24 萬(wàn)噸 /年,屬于中型規(guī)模。 為了降低投資,縮短建設(shè)周期,使企業(yè)盡快獲得效益,因此本方案選用 UGI 氣化技術(shù)。 UGI 爐常用規(guī)格主要有:Φ 3600、Φ 3000、Φ 2800、Φ 2600 等等,相比較來(lái)說(shuō),從投資方面Φ 3000 以上的造氣爐是Φ 2600 系列的煤氣發(fā)生爐的 2 倍以上,但制氣能力 只有Φ 2600 系列的 倍以下,經(jīng)濟(jì)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(yōu)勢(shì)在于設(shè)備投資低、發(fā)氣強(qiáng)度高、運(yùn)行費(fèi)用低、 20 效率高等優(yōu)點(diǎn)。公司現(xiàn)有 20 臺(tái) Φ 3000 造氣爐,根據(jù)我院在合成氨設(shè)計(jì)中多年的經(jīng)驗(yàn),對(duì)現(xiàn)有的 20 臺(tái)造氣爐進(jìn)行改造,并在生產(chǎn)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(qiáng)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(jī)自動(dòng)控制,可控制并調(diào)節(jié)氫碳比。 ( 3)采用過(guò)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(shù)回收上、下行煤氣的熱量、熱回收充分,付產(chǎn)蒸汽量大。 ( 5)設(shè)三廢回收裝置回收吹風(fēng)氣的顯熱及燃燒熱產(chǎn)蒸汽供尿素裝置生產(chǎn)用。 ( 6)采用自動(dòng)上煤自動(dòng)下灰機(jī)電一體工藝,提高自動(dòng)化水平,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高單爐產(chǎn)氣能力。 半水煤氣脫硫 工段 因?yàn)樵厦夯曳趾扛?,氣柜來(lái)的半水煤氣含塵量和焦油量比較高 ,影響壓縮機(jī)的使用,為此設(shè)兩段除塵,設(shè)置除塵塔和靜電除焦油塔,以隨時(shí)切換清理??紤]壓縮機(jī)進(jìn)口溫度和壓力直接影響壓縮機(jī)打氣量,再在后面加風(fēng)機(jī)增壓,冷卻塔冷卻。 半水煤氣硫含量 ~1g/Nm3,當(dāng)用來(lái)脫除原料氣中大量的無(wú)機(jī)硫時(shí),濕式氧化法脫硫有著明顯的優(yōu)點(diǎn),首先脫硫劑是便于輸送的液體物料,其次是脫硫劑的連續(xù)并能回收很有價(jià)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(xiàn)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(duì)于排除壓力較高的氣體的壓縮,通??梢赃x用往復(fù)式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)適用于打氣量小的工況,投資低,缺點(diǎn)是易損件多、占地大、維修工作量大。離心式壓縮機(jī)適用于打氣量大的工況,單機(jī)打氣量大,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無(wú)脈沖,維修量少,可用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)以提高能量的轉(zhuǎn)換效率,世界上大型化裝置大氣量的壓縮機(jī)都采用離心式壓縮機(jī),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(tái)生產(chǎn)能力為 4 萬(wàn)噸 /年合成氨的電動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī)。 變換工段 ( 1)國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)概況 半 水煤氣中 CO 含量高達(dá) 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(jìn)行 CO 變換反應(yīng),增加氣體中 H2 含量,以調(diào)整氨合成氣的組成。 國(guó)內(nèi)在二十世紀(jì)九十年代已開(kāi)發(fā)成功各種操作壓力下的耐硫變換催化劑,其性能接近國(guó)外水平,價(jià)格也比國(guó)外便宜,推動(dòng)了耐硫變換工藝的發(fā)展。鑒于造氣工段設(shè)計(jì) 方案選用常壓固定層煤氣發(fā)生爐間歇制取半水煤氣(φ 2800 煤氣發(fā)生爐) ,則由脫硫除塵后的半 22 水煤氣經(jīng)氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)加壓至 進(jìn)入變換工段。 ( 2) 工藝技術(shù)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(guò)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(dá)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(guó)內(nèi)運(yùn)行的變換工藝流程有傳統(tǒng)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(yùn)行費(fèi)用方面均好于傳統(tǒng)的中變串低變流程。 對(duì)于本工程的生產(chǎn)工藝而言,要求變換氣中 CO含量較高,大約為 %左右, CO 變換過(guò)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(duì)中溫變換而言,在中溫串低溫工藝上發(fā)展成的一種新的變換工藝。它采用低溫活性優(yōu)良的鈷鉬系耐硫變換催化劑,反應(yīng)一段熱點(diǎn)溫度較中變下降 100~200℃。使變換反應(yīng)所需汽氣比明顯下降,節(jié)約大量的蒸汽消耗。同時(shí),由于反應(yīng)溫度和變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的的下降,使氣體體積相對(duì)縮小,降低系統(tǒng)阻力,減少了壓縮功的消耗。該工藝放寬了一次脫硫指標(biāo),從而減少了脫硫費(fèi)用。另外,操作溫度的下降也降低了對(duì)變換爐的材質(zhì)要求,改善了設(shè)備維修條件。總之,在相同操作條件和工況下其設(shè)備能力和節(jié)能效果都比中串低、中低低工藝要好。 隨著低溫變換 技術(shù)的采用,變換氣中的過(guò)量蒸汽已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)量下降,腐蝕設(shè)備,所以,無(wú)論采用何種原料和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)合成氨,對(duì)合成原料氣中的總硫含量要求十分嚴(yán)格,一般控制在 ~ 左右甚至更低,以有效保護(hù)催化劑不受硫化物毒害而失去活性,降低生產(chǎn)成本。因此,脫硫的好壞與否,是生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 變換氣硫含量達(dá) 250mg/Nm3,有機(jī)硫含量 ~10%,國(guó)內(nèi)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(xué)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(tǒng)。 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(shí)減少 CO2 壓縮所帶來(lái)的動(dòng)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(xué)吸收法(熱法)、物理吸收法(冷法)、干法(變壓吸附法)。 化學(xué)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(yīng)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(yùn)行費(fèi)用高。 熱法(化學(xué)法) :有代表性的是國(guó)內(nèi)中型廠采用的苯菲爾法,該 24 法的特點(diǎn)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(xué)吸收之間,屬物理 化學(xué)吸收,特點(diǎn)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(xiàn)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(yīng),再生時(shí)不需要加熱,只要降壓解吸即可,總能耗比化學(xué)吸收法為低,但其凈化度也比化學(xué)吸收法為低。就目前主要用于生產(chǎn)的碳酸丙烯酯法、 NHD法和變壓吸附法三種脫碳工藝來(lái)說(shuō),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(yōu)點(diǎn)。但它們都需要用吸收劑,采用減壓再生,運(yùn)行電耗較高,還要消耗溶劑,其中 NHD還要消耗冷量??偟膩?lái)講,它們的工藝流程長(zhǎng)、運(yùn)行成本高、操作復(fù)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(wú)需再生,不需要復(fù)雜的預(yù)處理系統(tǒng),自動(dòng)化程度高,操作方便,運(yùn)行成本低,不腐蝕設(shè)備,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。其缺點(diǎn)是其中有用氣體損失較多。 現(xiàn)將國(guó)內(nèi)有代表性的幾種脫碳工藝技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較如下 : 25 選擇脫碳方法時(shí),首先必須考慮與合成氨凈化流程相適應(yīng),保證達(dá)到合成氨用氣的要求,同時(shí)又要選擇技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、生產(chǎn)穩(wěn)定、消耗低、成本低、投資省、無(wú)毒無(wú)腐蝕的工 藝路線。 通過(guò)以上比較,從能耗、凈化度、投資 等方面綜合考慮。對(duì)合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇裝置,對(duì)二氧化碳凈化度要求不是很高,所以從節(jié)能的角度考慮,推薦選用分子篩變壓吸附脫碳工藝。 PSA 技術(shù)在生產(chǎn)尿素脫碳中現(xiàn)已有多套大型裝置在運(yùn)行,并且該技術(shù)有很大改進(jìn),沒(méi)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(duì)吸附質(zhì)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(duì)被分離的氣體混項(xiàng)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(biāo) 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?dú)鋼p失 NM3/1000Nm3CO2 12 14 10 22 12 冷凍量 *106kJ 化學(xué)原料 kg/ tNH3 投資對(duì)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(zhì)組份,減壓脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。因此,采用多個(gè)吸附床,循環(huán)地變動(dòng)所組合的各吸附床壓力,就可以 達(dá)到連續(xù)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(jī)硫、無(wú)機(jī)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(duì)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(shuō),當(dāng)合成氨變換氣通過(guò)吸附劑時(shí),在前的組分優(yōu)先被吸附,即使吸附劑已經(jīng)吸附了在后的組分,在前的組分也會(huì)把它頂替出來(lái)。此外,不同種類的吸附劑對(duì)同一氣體組分的吸附力和吸附容量也有很大的差異;對(duì)于一定的氣體組分來(lái)說(shuō),當(dāng)壓力升高時(shí),吸附劑對(duì)其吸附容量增加,當(dāng)壓力降低時(shí),吸附劑對(duì)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(zhuǎn)化率高、副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)。但是 CU 系甲醇催化劑對(duì)毒物,如硫化物等的敏感性特別強(qiáng),原料氣中微量的硫化物就會(huì)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(jī)硫和變脫后少量的無(wú)機(jī)硫經(jīng)脫碳“順帶脫除”。脫碳后殘余的 H2S 和有機(jī)硫經(jīng)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(dá)到 ,然后用轉(zhuǎn)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(zhì)即可。該方法流程簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)大多數(shù)中小氮肥企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的“銅洗”凈化工藝 ,由于銅洗工藝存在著運(yùn)行費(fèi)用高 ,運(yùn)行不穩(wěn)定 ,易造成環(huán)境污染等缺點(diǎn) ,因此 ,新建合成氨系統(tǒng)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(yùn)行也比較平穩(wěn) ,但是其缺點(diǎn)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(tǒng)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(guó)內(nèi)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(jí)技術(shù),烴催化劑為一種鐵系催化劑,一氧化碳、二氧化碳與氫反應(yīng)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(jìn)入氨合成系統(tǒng)的甲烷大大減少。醇烷化工藝是 聯(lián)醇工藝和甲烷化凈化工藝有機(jī)結(jié)合在一起,使變換和脫碳系統(tǒng)出口的 CO 和 CO2等氨合成原料氣中有害成分與氫反應(yīng)生成附價(jià)值較高的甲醇,進(jìn)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(méi)有增加。 醇烴化精制工藝在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生少量的烴類物,不易處理。經(jīng)過(guò)比較本可研采用以凈化為目的的醇烷化精制工藝。 該技術(shù)可放寬變換及脫碳系統(tǒng)的操作條件,使變換系統(tǒng)蒸汽耗量大大降低,脫碳系統(tǒng)的有效氣體損失減少。該工藝 正常運(yùn)行時(shí),不開(kāi)循環(huán)機(jī),不帶電加熱器,運(yùn)行十分穩(wěn)定。該工藝 具有以下優(yōu)點(diǎn): ( 1)凈化
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