【導讀】認真貫徹國家環(huán)保、消防、勞動安全等有關文件。最大限度地降低工程造價是工程自始至終貫穿的一條基本原則。是本項目實施最重要的基礎。本工程以山西XX縣出產的煤為原料，建設大化肥項。目，充分利用了當?shù)刎S富的煤炭資源優(yōu)勢。嚴格按節(jié)資低耗的原則進行設計，努力提高經濟效益。成功經驗，盡可能采用能國產化的技術和裝備。設計過程中，貫徹執(zhí)行―五化‖的建設方針，即―工廠布置一體化，生產裝置露天化，建(構)筑物輕型化，公用工程社會化以及引進技術國產化‖。生產對環(huán)境的污染及對職工健康的危害。建筑等10余個行來，總資產億，年銷售收入突破億元?？毓?，按照現(xiàn)代企業(yè)制度設立，具有獨立法人地位的公司。目前正積極調研興縣煤炭開發(fā)項目、靈石水峪煤礦，以便拓展公司規(guī)模。據(jù)有關方面預測，染，主要污染物為煙塵、二氧化硫和氮氧化物等。2021年全國煙塵和二氧化硫排放。量分別達到1095萬噸和萬噸，其中燃煤排放量分別占70%和85%。類環(huán)境保護要求的嚴重挑戰(zhàn)。

　　

【正文】 )半水煤氣 8000/= m3(標 )/ （ 3）爐子臺數(shù)確定 生產能力按 25tNH3/h 半水煤氣消耗定額 (標 )/tNH3 設備臺數(shù)計算為： 25 故選用：Φ 3300 煤氣發(fā)生爐 11 臺，開 10 開 1 備。 電除塵器 為滿足處理半水煤氣量 ( 濕氣 )83420m3( 標 )/h 的要求選擇單臺處理氣量28000m3(標 )/h 的濕式電濾器 3 臺。 凈化車間 凈化車間技術方案的選擇 凈化車間的主要任務是將造氣送來半水煤氣中的無用和有害雜質去掉，向合成氨裝置輸送合格的氮氫氣，本車間包括低壓脫硫、變換甲烷化、 NHD 脫硫脫碳。 低壓脫硫、變換氣脫硫 低壓脫硫 低壓脫硫是凈化工序中粗脫硫。目前 在我國的中型氮肥廠中，對半水煤氣及變換氣的脫硫方法大都采用濕法氧化再生脫硫，其中應用最為普遍的的 ADA 法和栲膠法。近年來新的脫硫方法不斷開發(fā)出來，新的栲膠工藝技術在煤頭造氣中型合成氨廠中應用愈來愈廣。脫硫方法的比較見表 441。 幾種常用脫硫方法比較表 表 441 脫硫方法 名 稱 所用化學品 氣體凈化度mg/m3(標 ) 硫磺回收率 % 蒸汽消耗 kg/kgS 電耗 kW/kgS 操作情況 乙醇胺法（ MEA） 乙醇胺 5 7080 231 在高 CO2 濃度下脫H2S 腐蝕加重 4 — 9 脫硫方法 名 稱 所用化學品 氣體凈化度mg/m3(標 ) 硫磺回收率 % 蒸汽消耗 kg/kgS 電耗 kW/kgS 操作情況 常壓加壓ADA 法 ADA、 Na2CONa2VO3 等 540 9293 對無機硫吸收易堵 氨水催化法 NH4OH 對苯二酚 100 小合成氨廠使用，凈 化度差 栲膠法 Na2CO3 V2O5 栲膠 540 8593 無硫堵，溶劑易得 由表 441 可知，乙醇胺法蒸發(fā)損失高，溶液消耗量大，蒸汽、電消耗指標相對較高，對設備腐蝕較嚴重，溶液易發(fā)泡；氨水液相催化法氨耗大，脫硫效率低，硫磺不能回收，僅在小型氨廠使用； ADA 法脫硫效率高，吸收速度快，但容易造成析硫堵 塔，阻塞管道，檢修工作量大。 栲膠法脫硫是在改良 ADA 法基礎上進一步改進和提高。該法利用醌型丹寧的轉化來傳遞氧使硫化物被氧化為元素硫，這種方法性能穩(wěn)定，凈化度高，原材料便宜易得，脫硫成本低，不易堵塔，硫磺回收率一般在 85%以上。 因此，本工程采用栲膠法工藝技術。 栲膠脫硫反應原理及溶液組成如下： a、反應原理 所謂栲膠是麻櫟或栓皮櫟的果殼（即橡碗）經浸提、濃縮、干燥所得的水解型丹寧萃取物，它含有鄰苯二酚結構，在堿性液中很易被氧化為醌型結構，這種醌型結構又能被 H2S 還原為酚型結構，從而達到脫硫的目的。 幾種主要反應過程如下： 吸收反應： H2S + Na2CO3 NaXX+NaHCO3 氧化析硫再生反應 NaXX+NaHCO3+2NaVO3 S↓ +Na2V2O5+Na2CO3+H2O 同時 Na2V2O5+TQ（醌態(tài)栲膠） 2NaVO3+THQ(酚態(tài)栲膠 ) 再生反應 1/2O2+2THQ(酚態(tài)栲膠 ) 2TQ(醌態(tài)栲膠 )+H2O 4 — 10 b、溶液組成 總堿度 ~ Na2CO3 7~12g/l NaHCO3 36~38g/l 栲膠 ~ NaVO3 ~ pH 值 ~ 變換甲烷化 變換工藝選擇 （ 1）在合成氨生產中，由于制取氫氣在生產成本中占的較大的比重，因此要盡可能獲得更多的氫氣。氣體中的一氧化碳對合成催化劑有嚴重的毒害，必須設法除凈。變換甲烷化工段就是為解決這兩個問題而設置的。本工程將來自原料氣壓縮機的半水煤氣中的一氧化碳與水蒸汽發(fā)生變換反應轉化成氫氣和二氧化碳。變換氣中最終一氧化碳的含量低于 %(V)。 來自脫碳工段的凈化氣經甲烷化反應后，其含 CO 和 CO2之和低于 10ppm，成為合格的合成氣，送往合成氣 (也稱為氮氫氣 )壓縮機。 變換反應： CO+H2O=CO2+H2 △ HO=甲烷化主反應： CO+3H2=CH4+H2O △ HO=CO2+4H2=CH4+2H2O △ HO=（ 2）一氧化碳變換：視原料和其它工序所采用的生產方法的不同而用不同的流程。隨著合成氨生產技術發(fā)展及生產規(guī)模的增加，目前一氧化碳變換過程轉向加壓下進 行，使其設備的尺寸減小，設備布置緊湊，轉化率高，投資費用減少。 以焦碳或煤為原料，傳統(tǒng)采用二次變換，兩次脫碳，“冷熱病”嚴重，設備較多，流程長。為了改變這種狀況，在本工程設計中采用近年來新開發(fā)的中變串耐硫低變流程，消除了“冷熱病”，簡化了流程，降低了消耗。 （ 3）中變串耐硫低變的可靠性和經濟合理性 傳統(tǒng)使用的 Cu 系低變催化劑因受硫化物中毒而要求將中變氣進一步脫硫，脫硫又采用濕法工藝，常溫操作；而中變反應在 400℃左右，低變反應在 200℃左右。因 4 — 11 而需要先冷后熱，使流程復雜，設備多，能耗高。 為解決這一問題，國 外公司在七十年代便研制出 CoMo 為主體耐硫變換催化劑，廣泛用于高硫煤氣化流程和老廠改造。 1986 年上?；ぱ芯吭菏紫妊兄瞥晒?B301耐硫變換催化劑； 1988 年湖北化學研究所研制的 B302Q 球形耐硫變換催化劑，經國內眾多化肥廠使用，證明催化劑的壽命可達到 5 年，而且實踐證明，使用耐硫變換催化劑與普通銅系不耐硫催化劑相比具有更高的活性。 本設計中，中變溫度為 300480℃，低變溫度為 180220℃，設計壓力為(A)， 中變空速 Sv=1150h1；低壓空速 Sv=1500h1。 按入口氣量計算 ，總 CO 變換率為： 低變變換率： 計算低變出口平衡變換率 Xp=，則設計指標僅為平衡變換率的 %。 無論從實際操作數(shù)據(jù)還是從理論計算分析，本設計所選用的工藝條件都是合理的，低變選用耐硫催化劑也是可靠的。 變換催化劑 本項目工藝方案因設有常壓脫硫工段，進變換的半水煤氣含硫低，因此需要先采用常規(guī) FeCr 系不耐硫中變，此種催化劑使用壽命長，價格低，對整體工程有利。中變出口氣總硫含量≈ 150mg/m3(標 )，普通的低變催化劑將受到硫中毒，不能采用，而選 用 B302Q 耐硫低變催化劑，既能適應氣體中的硫化物不受中毒影響，又可串聯(lián)提高 CO 變換率，減少中壓蒸汽的消耗。 由于耐硫低變催化劑的采用，工藝過程不用先降溫脫硫，而是直接串聯(lián)耐硫低變，流程簡化，設備減少，去除“冷熱病”，能耗下降。 飽和熱水塔流程的選用 在變換系統(tǒng)中，回收反應熱，如用廢熱鍋爐產生中壓蒸汽，這樣換熱溫差大，熱回收率低。 采用飽和熱水塔回收反應熱，半水煤氣在飽和塔中與來自熱水塔的熱水逆流接)( 100)( ??? ???總X)(3 100)( ??? ???低X 4 — 12 觸進行傳質、傳熱，使半水煤氣的熱焓量和濕含量提高，提高了變換氣中 H2O/干氣的比值 ；利用熱水塔，回收變換氣的熱量，提高熱水溫度，以達到回收熱量的目的。節(jié)省外加蒸汽用量，降低了能耗。 綜上所述，本設計采用飽和一熱水塔，中變串耐硫低變流程。一次變換使出氣CO≤ %，去除了以往流程的“冷熱病”，工藝簡化，能耗降低。 NHD 脫硫脫碳 南化公司研究院于 1984 年開發(fā) NHD 脫硫脫碳凈化工藝， 88 年南化公司研究院與 XX 公司共同開發(fā)了年產 8 萬噸合成氨 NHD 脫硫脫碳基礎設計。目前在黑龍江化工廠年產 18 萬噸合成氨裝置、神木年產 20 萬噸甲醇、金陵石化公司年產 30 萬噸合成氨 3 萬噸氫氣項目等 一大批大中型煤化工裝置上廣泛采用。本技術相當于 Selexol法、為純物理吸收，吸收能力大、溶劑無毒，特別適合于脫除高 CO2 分壓的變換氣中的 CO2氣體，而且對于 H2S 有選擇性吸收性能。其能耗低于除低溫甲醇洗之外的其它凈化方法。 NHD 脫硫 脫硫吸收塔進塔溶液為純 NHD 溶劑，選用 25℃ 常溫操作，同低溫甲醇洗在 50℃低溫下操作相比，無論從冷凍功耗還是低溫設備材料和制造上都比較有利，這正是該法不同于其它冷法脫硫的優(yōu)點，并且常溫下 NHD 溶劑正氣壓很低，揮發(fā)損失極小。 脫硫富液采用水蒸汽汽提，可 以使溶劑再生非常徹底，也避免了富液中 H2S 產生析硫現(xiàn)象。再生放空的尾氣送至低壓脫硫系統(tǒng)的尾氣吸收塔。 脫碳工藝的選擇 目前國內外脫碳方法很多，大致可分三類：化學吸收法如熱鉀堿法；物理吸收法如低溫甲醇洗法、碳酸丙烯脂法、 Selexel、 NHD 法等；物理化學吸收法如活化甲基二乙醇胺法， MDEA 法等。 熱鉀堿法或改良熱鉀堿法脫二氧化碳工藝是指使用的溶液為熱碳酸鉀溶液，但溶液中添加不同的活化劑，加快碳酸鉀溶液吸收二氧化碳與再生的速度，凈化度較高。其優(yōu)點是技術成熟、經驗豐富、溶劑來源廣、價格 較低、生產穩(wěn)妥可靠，缺點是溶液吸收能力受堿液濃度限制，不隨氣相中二氧化碳分壓變化，再生能耗高，耗熱量達 1200kcal/m3(標 )CO2左右，改良 Benfeild 法推出用蒸汽噴射器或蒸汽壓縮機使溶液閃蒸的節(jié)能技術，單級噴射器可使熱耗減少約 25%，多級噴射器的熱耗可節(jié)省 4 — 13 35%，總之化學吸收法能耗比物理吸收法要高得多。 低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（ 50~60℃）下，該法具有吸收能力大，溶液循環(huán)量小，再生耗熱少，凈化度高，能綜合脫除氣體中多種酸性組分，溶劑不起泡，不腐蝕設備，但溶劑本身有毒，設備需用耐 低溫材料較難解決，耗冷量大，流程復雜，中小規(guī)模的氨廠不宜采用。 碳酸丙烯酯法為物理吸收法，溶劑再生時不耗熱量，但據(jù)現(xiàn)已投產的數(shù)家小尿素廠反映，凈化氣中二氧化碳凈化度不佳，必須配置中壓氨洗造成氨耗高，能耗大。 MDEA 法是于 70 年代初由德國 BASF 公司開發(fā)的一種高效低能耗脫二氧化碳的新工藝， 80 年代中期，由南化公司化工研究院開發(fā)，該方法介于物理和化學吸收之間，凈化度高， CO2%，再生氣中二氧化碳純度 %，所用溶劑 N甲苯二乙醇胺溶液本身對設備無腐蝕，除溫度較高的部位可考慮用不銹鋼外，其它都 可以用碳鋼。該法在國內大、中、小化肥廠已有采用，數(shù)量不多。 Selexol 法為常溫物理吸收法，溶劑可選擇性脫硫、脫碳，操作溫度 5~10℃，脫硫為常溫，不需要特殊的低溫鋼，因此該法已是人們研究的中心課題，國外已有許多工廠使用。 NHD 法是我國自行開發(fā)的一種物理吸收新技術。 1985 首先由南化公司研究院與 XX 公司（化工部第一設計院）合作開發(fā)開發(fā)了第一套 NHD 凈化的工業(yè)裝置。運行實踐表明，該方法具有不需要蒸汽再生，能耗低，吸收能力大，凈化度高，溶劑無毒，對設備無腐蝕等優(yōu)點。 NHD 溶劑的制備國內已在河北蒿城 溶劑廠和魯南化肥廠溶劑車間分別建成 600噸 /年和 300 噸 /年能力的 NHD 生產裝置，溶劑易得。 幾種常見的凈化方法比較見表 442。 4 — 17 幾 種 凈 化 方 法 比 較 表 表 442 凈化方法 生產 規(guī)模 原料 凈 化 氣 溶液 成份 再生方法 電耗 蒸汽 水 冷量 溶劑耗 總能耗 H2S CO2 度 /tNH3 t/tNH3 t/tNH3 kg/tNH3 栲膠脫硫 48t/d 煤 3ppm % Na2CO3 V2O5 栲脫K2CO3 DEA 多級閃蒸 蒸汽再生 脫 S: 脫 C:48 合計 ： 脫 S: 脫 C: 合計 : 脫 S: 脫 C:115 合計 : 脫 S: 脫 C: 合計 : 106 kcal/tNH3 NHD 脫硫脫碳 48t/d 煤 % NHD 空氣氣提 脫 S: 脫 C: 合計 : 脫 S: 脫 C:0 脫 S: 脫 C: 合計 : 106 kcaL/tNH3 脫 S: 脫 C: 合計 : 脫 S: 脫 C: 合計 : 106 kcal/tNH3 SeleSelexol 500 t/d 渣油 1ppm % PEC 閃蒸 +氣提 合計 :48 合計 :50 106 kcal/tNH3 合計 :低溫甲醇洗 +液氮洗 1000 t/d 煤 20ppm 甲醇 閃蒸 +氣提 合計 :25 合計 : 合計 : 液 N2: m3(標 )/tNH3) ( 106 kcal/tNH3) MDEA 1000 t/d 天然氣 MDEA 水 閃蒸 +氣提 蒸汽 ( 106 kcal/tNH3) ( 106 kcal/tNH3) 4 — 18 由上面的比較表可知， NHD 法溶劑無毒