【文章內(nèi)容簡介】 與重油氣化總體流程有相 似之處 [7]。 該流程特點(diǎn)是以煤 ( 主要用煙煤 ) 為原料 ， 制成水煤漿 ， 配置大型空分裝置 ，其氧氣供氣化 ， 氮?dú)庠诘磁淙牒铣蓺庵?， 氣化后飽含水的合成氣先進(jìn)入變換( 耐硫催化劑 )， 使 CO 與 H2O 反應(yīng)為 H2 和 CO2, 經(jīng)甲醇洗 ( Rectisol) 脫除 CO2 和 H2S， 再經(jīng)液氮洗脫除微量 CO、 CO2 及其它雜質(zhì) ， 配以 N2 制成純凈的凈化合成氣去氨合成工序。我國山東魯南化肥廠建成中型水煤漿氣化合成氨裝置 ， 其規(guī)模為 80kt/ a。 魯南化肥廠的這套水煤漿氣化壓力較低 ( )， 配套 NHD 脫硫、脫 CO2 技術(shù) ， 投資省 ,但能耗較高。 （ 2） 常壓氣化路線 常壓氣化一般以無煙塊煤或焦炭為原料 ， 用空氣或富氧空氣氣化 ， 經(jīng)常壓脫硫、低壓段壓縮、變換、脫 CO凈化、高壓段壓縮去氨合成。流程較長 ， 但投資省 ， 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小 ， 便于操作、管理 ， 靈活性大 ， 適合國內(nèi)中、小型氨廠。 類別 天然氣 石腦油 渣油 煤 焦炭 合成氨能力， Kta1 占總能力， % 噸氨耗能 單價(jià) ， 元 原料成本，元 5150 980m3 784 1770 1600 1360 2130 950 17160 60 350 490 2190 350 490 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 6 常壓氣化主要工藝選擇 造氣 以無煙塊煤或焦炭為原料的常壓造氣技術(shù) ， 目前有空氣間歇?dú)饣案谎踹B續(xù)氣化二種?？諝忾g歇造氣有多年使用經(jīng)驗(yàn) ， 中、小氮肥廠普遍采用 ， 投資少 ，不用氧氣 ， 但能耗高 ， 吹風(fēng)氣排放時(shí) 對環(huán)境有污染。富氧氣化效率高 ， 節(jié)省用煤 ，單爐生產(chǎn)能力及蒸汽分解率高 ， 流程簡單 ， 無吹風(fēng)氣 ， 不影響環(huán)境。但要加氧氣或富氧空氣 ， 制備氧氣及富氧空氣的裝置造價(jià)昂貴 ， 耗電量大。 兩種氣化方法氣體成份及噸氨煤耗見表 12[8] 。 表 12 兩種氣化方法氣體成份及噸氨耗煤量 兩種氣化方法投資及成本比較見表 13(以年產(chǎn)合成氨 6kt 為例 ) 表 13 兩種氣化方法投資及成本比較 項(xiàng)目 間歇?dú)饣? 富氧氣化 煤氣爐臺(tái)數(shù) (Ф3000mm)，臺(tái)（套） 空分裝置 (制氧 3500m3/h)，套 空分裝置投資，萬元 造 氣裝置投資，萬元 合計(jì)投資，萬元 合計(jì)氣化投資，元 t 1 5 4005=2020 2020 402 3 1 4003=1200 3000 4200 470 比較可知 ， 如有廉價(jià)氧氣提供 ， 可考慮富氧造氣 ； 一般情況 ， 仍采用常壓空氣間歇造氣。 變換 目前 ， CO 變換工藝有全中溫變換、中溫串低溫變換及全低溫變 3 種。中溫變換 (溫度 400～ 500 ℃ ) 使用鐵催化劑 ， 變換率較低 ， 蒸汽消耗較高；中溫串低溫變換流程較復(fù)雜 ， 全低溫變換 (溫度 250～ 350 ℃ ) 采用耐硫低溫鈷鉬催化劑 ， 蒸 汽消耗量少 ， 有條件應(yīng)盡可能采用 ， 以節(jié)省能耗 [9]。 氣體組成， % 氣化方法 CO+ 耗氧量 耗 量 CO2 O2 CO H2 CH4 N2 H2/N2 ， m3 ， t 富氧氣化 450 間歇?dú)饣? 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 7 脫 CO2 脫 CO2 方法有 ： (1) 化學(xué)脫碳 ， 如無毒 G/ V、苯菲爾、空間位阻胺等 ， 其吸收效率高 ， 操作可靠 ， 但再生蒸汽消耗量大 ； (2) 物理吸收法 ， 有低溫甲醇洗 (Rectisol) 、碳酸丙烯酯 (PC) 、聚乙二醇二甲醚 (Selexol 或 NHD) ， 基本上不耗蒸汽 ； (3) 物理化學(xué)吸收法 ， 有 N 甲基二乙醇胺 (MDEA )， 既有化學(xué)吸收 ，又有物理吸收作用 ， 蒸汽耗量少 ， 脫 CO2 同時(shí)脫硫 ； (4) 變壓吸附法 ， 利用加壓下通過吸附劑吸收 CO2， 卸壓后解析 ， 間歇反復(fù)作用。達(dá)到脫除 CO2 及其它雜質(zhì)的目的 [10]。 化學(xué)吸收法在有廉價(jià)蒸汽來源的廠利用時(shí)較為有利 ， 物理吸收法則宜在蒸汽價(jià)高的地方應(yīng)用 ， 變壓吸附因氣體損失大 ， 投資也較大 ， 慎用。 凈化 原料氣凈化指在脫 CO2 后脫除微量 CO、 CO2及硫化物。目前可供選擇的工藝有銅洗、甲烷化、液氮洗等。有低溫冷源的可選擇液氮洗 ， 其凈化度最高。銅洗能耗高 ， 流程復(fù)雜 ， 雖有不少中小氮肥廠在用 ， 一般新建廠不宜采用。甲烷化流程簡單 ， 投資省 ， 選用較多 ， 但需使脫碳?xì)庵?CO、 CO2 及硫化物盡可能低 ， 并要配以氧化鋅或其它干法精脫硫。 合成氨 氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。 氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利 , 但能耗高 , 一般中小氮肥廠多 32MPa, 大型廠壓力較低 ， 為 10～ 20MPa。由于近來低溫氨催化劑的出現(xiàn) ， 可使合成壓力降低。 合成塔結(jié)構(gòu)較先 進(jìn)的有托普索 200 徑向中間換熱式、卡薩里三層中間換熱式等。國內(nèi)中、小型合成塔有軸徑向、雙絕熱層、冷激式、雙層并流型等。主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、管理水平來確定 ， 以結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能高效為佳。 合成反應(yīng)熱回收是必需的 ， 是節(jié)能的主 要方式之一。除盡可能提高熱回收率 ，多產(chǎn)蒸汽外 ， 應(yīng)考慮提高回收熱的位能 ， 即提高回收蒸汽的壓力及過熱度。高壓過熱蒸汽的價(jià)值較高 ， 當(dāng)然投資要多 ， 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。 結(jié)論 在我國已建成的合成氨廠中 ， 大多以煤為原料 ,且各地根據(jù)需求還可能新建一批以煤為原料的裝置 ， 如云浮、大黃磷等磷銨裝置需配套氨廠。無論是新建氨廠還是老廠改造都有工藝選擇的問題。我國近年來合成氨技術(shù)發(fā)展很快 ， 可供選擇的技術(shù)很多。應(yīng)實(shí)事求是地根據(jù)裝置所在地的特點(diǎn)綜合考慮 ， 主要應(yīng)考慮節(jié)能降耗、工藝流程 ， 做到配套合理、投資省、操作穩(wěn)定可靠 。 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 8 項(xiàng)目意義 本項(xiàng)目采用煤間接氣化產(chǎn)生的半水煤氣，通過全中溫變換反應(yīng)（煤氣冷激及蒸汽換熱方式），物理吸附法脫出 CO2，銅洗凈化半水煤氣，冷激式合成氨，生產(chǎn)年產(chǎn) 30 萬噸合成氨。 并且對本項(xiàng)目中的 CO 變換工段進(jìn)行物料、熱量、設(shè)備的初步計(jì)算，達(dá)到初步設(shè)計(jì)要求。 該項(xiàng)目的建設(shè)能有效推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，創(chuàng)造更多就業(yè)機(jī)會(huì)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一。 第 2 章 一氧化碳變換系統(tǒng)計(jì)算 主要參數(shù) 參考操作指標(biāo) （ 1）半水煤氣溫度： 半水煤氣 飽和塔進(jìn)口 飽和塔出口 中變爐進(jìn)口 溫度 90℃左右 120℃左右 340 左右 （ 2）變換氣溫度： 變換氣溫度 中變爐三段出口 低變爐進(jìn)口 低變爐出口 397℃左右 180℃ — 210℃ 210℃ ~240℃左右 變換氣溫度 第一水加熱器出口 第二水加熱器出口 第一熱水塔出口 136℃ 80℃ ~110℃ 變換氣溫度 第二熱水塔出口 冷卻冷凝器出口 ~95℃ 40℃ （ 3）熱水溫度 熱水 飽和塔進(jìn)口 第二熱水塔進(jìn)口 第二熱水塔出口 一水加熱器出口 溫度℃ 124~125 85（從精煉來） 103（去精煉） 124~125 熱水 一水加熱器進(jìn)口 二水加熱器出口 熱水塔補(bǔ)水 冷卻冷凝器進(jìn)口 溫度℃ 32 76 114 ~25（循環(huán)水） （ 4）壓力 壓力 半水煤氣進(jìn)段壓力 蒸汽壓力 絕壓 kg/cm3 （ 5）組成 干基 中變爐三段出口 低變爐出口 % ~5 ~ （ 6）流量 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 9 流量 蒸汽添加量 飽和塔循環(huán)量 精煉水循量 二水循環(huán)水 18~22（一般 200噸） 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 10 設(shè)計(jì)參數(shù)的規(guī)定 （ 1）設(shè)備熱損失估計(jì)： （ a）中變爐：一段△ t1=3℃、二三段、△ t2=2℃、冷激段△ t 冷 =3℃ （ b）低變爐：△ t=3℃ （ c）主熱變換器 Q換 =Q 人 %；其它設(shè)備 Q換 = Q 人 % （ 2）管道溫度損失及壓力 （ 3）觸媒型號(hào)：中變： B120 型 （ 4）轉(zhuǎn)化率 X= %1 0 0)1 0 0( 1 0 0)( ???? ??? V cooVc oVcV co （ 5）計(jì)算基準(zhǔn) 變換爐工藝條件計(jì)算以 1Kmol 濕半水煤氣為準(zhǔn)，所有熱衡算以 1kmol 干半水煤氣準(zhǔn)。 （ 6）入爐汽氣比 即水蒸汽 /干氣量 =（汽氣比） 中變爐工藝條件計(jì)算 中變爐一段出口溫度 t1的確定 （ 1）一段進(jìn)口溫度 t1=340℃ （ 2）入爐 汽氣比為 （ 3）濕半水煤氣組成 濕基 %=入爐汽氣比 干基?1 % co%（濕） = %8 1 2 %1 0 3 0 1 ??? 則濕半水煤氣組成如下表： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O H2S 干基 % 3684 ≤ 濕基 % 5 5 5 5 37.5 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 11 （ 4）一段出口 溫度 t1＇的計(jì)算 t1＇ = t1△ + t1 ???Cp oHryo 22 )( )()( 01 xxCp coHryc o ??? ① 式中△ t1一盤溫度損失△ t1=3℃ х 1= х 1= х 0=0 Cp一定壓力，在 221 ??tt 下的混合氣體真分子熱容 Cp=? kmolkcalyicpi /( ℃ ) 假設(shè) t1 =463℃ 其中 t1 =340℃ P=在 t=211 tt ?=℃ P=? ?? vcpvy = 由①式計(jì)算得 t?1 =℃ 相對誤差為 %1 2 %1 0 04 6 3 4 6 35 6 9 6 3 ??? ＜ ∴假設(shè) t1 =463℃符合要求 （ 5）一段生口濕基 量及組成 以 1kmol 濕基為設(shè)計(jì)算基準(zhǔn) C0+H2 O? CO2 +H2 O2 +2H2 ? 2H2 O 近似以為 O2出口含量為 1 =； H2 為 1+ 1= 同理可得各組分的一段出口濕基量列表如下： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O 總計(jì) 一段入口濕基含量 出口濕基量 2 5 0 4 5 7 一段出口濕基百分含量（ %） 0 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 12 中變爐生口溫度 2t? 的確定 （ 1）噴水量的計(jì)算 ①噴淋水與一般氣換熱前后的焓量 iHzo 及 i汽 (a)i H2O 噴水溫度 t=114℃查 [800]Pih2O=(b)i 汽 假高二段入口溫度 t2=390℃ PH2O=P 2/6 2 5 6 6 8 cmkg???? 由 PH2O 查得 i汽 =② cp 的計(jì)算 定性溫度 t= 3904632 21 ?????? tt ℃ p=7kg/cm2 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O Cp yi(%) 0 Cpi ③噴淋水量的計(jì)算 OHOHT iMWtcpN 22121 ?? )( 2212 2 ttNpCiMW TOH ????? 汽 其中 TN 為濕基量總和 代入數(shù)據(jù) 得 463 7 718W1 1 4 .2 318 1212 ?????W + (390+3) 得 12W = 濕半水煤氣k m o lOk m o lH /2內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文用紙 12 ? ? ?????? 半水煤氣消耗噴淋水量 WWT NH 182 2 43 4 0 4 ???? ? kg/TNH3 （ 2） 二段入濕半水煤氣組成 ①一、二段間冷激后氣體的原始組成 計(jì)算示例 : %%1 0 00 4 1 8 8 1 2 %1 0 01 )( 12 ???????? Wy co 一段入口濕基 同理可得下表 39： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O 濕基（ %） ② 入二段氣體組成 222 HcoOHco ??? ； OHHO 222 2?? 9 6 )()1(: 1 ??????? XoycCO : 22 ??????? coco yyCO