【導(dǎo)讀】認(rèn)真貫徹國(guó)家環(huán)保、消防、勞動(dòng)安全等有關(guān)文件。最大限度地降低工程造價(jià)是工程自始至終貫穿的一條基本原則。是本項(xiàng)目實(shí)施最重要的基礎(chǔ)。本工程以山西hs縣出產(chǎn)的煤為原料，建設(shè)大化肥項(xiàng)目，充分利用了當(dāng)?shù)刎S富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)。嚴(yán)格按節(jié)資低耗的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，努力提高經(jīng)濟(jì)效益。成功經(jīng)驗(yàn)，盡可能采用能國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)和裝備?；?，建(構(gòu))筑物輕型化，公用工程社會(huì)化以及引進(jìn)技術(shù)國(guó)產(chǎn)化”。生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)職工健康的危害。建筑等10余個(gè)行來(lái)，總資產(chǎn)億，年銷售收入突破億元。評(píng)估為“AAA”級(jí)信用企業(yè)。目前正積極調(diào)研興縣煤炭開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、靈石水峪煤礦，以便拓展公司規(guī)模。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，即。染，主要污染物為煙塵、二氧化硫和氮氧化物等。20xx年全國(guó)煙塵和二氧化硫排放。量分別達(dá)到1095萬(wàn)噸和萬(wàn)噸，其中燃煤排放量分別占70%和85%。環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。全縣總面積的82%；地質(zhì)總儲(chǔ)量156億噸，現(xiàn)有技術(shù)條件可開(kāi)采量達(dá)34億噸。

　　

【正文】 量28000m3(標(biāo) )/h 的濕式電濾器 3臺(tái)。 凈化車間 凈化車間技術(shù)方案的選擇 凈化車間的主要任務(wù)是將造氣送來(lái)半水煤氣中的無(wú)用和有害雜質(zhì)去掉，向合成氨裝置輸送合格的氮?dú)錃?，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(guó)的中型氮肥廠中，對(duì)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(yīng)用最為普遍的的 ADA 法和栲膠法。近年來(lái)新的脫硫方法不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，新的栲膠工藝技術(shù)在煤頭造氣中型合成氨廠中應(yīng)用愈來(lái)愈廣。脫硫方法的比較見(jiàn)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(xué)品 氣體凈化度mg/m3(標(biāo) ) 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(xué)品 氣體凈化度mg/m3(標(biāo) ) 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(duì)無(wú)機(jī)硫吸收易堵 氨水催化法 NH4OH 對(duì)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(wú)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(biāo)相對(duì)較高，對(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)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(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)和提高。該法利用醌型丹寧的轉(zhuǎn)化來(lái)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(shù)。 栲膠脫硫反應(yīng)原理及溶液組成如下： a、反應(yīng)原理 所謂栲膠是麻櫟或栓皮櫟的果殼（即橡碗）經(jīng)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(jié)構(gòu)，在堿性液中很易被氧化為醌型結(jié)構(gòu)，這種醌型結(jié)構(gòu)又能被 H2S還原為酚型結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到脫硫的目的。 幾種主要反應(yīng)過(guò)程如下： 吸收反應(yīng)： H2S + Na2CO3 NaHS+NaHCO3 氧化析硫再生反應(yīng) NaHS+NaHCO3+2NaVO3 S↓ +Na2V2O5+Na2CO3+H2O 同時(shí) Na2V2O5+TQ（醌態(tài)栲膠） 2NaVO3+THQ(酚態(tài)栲膠 ) 再生反應(yīng) 4 — 10 1/2O2+2THQ(酚態(tài)栲膠 ) 2TQ(醌態(tài)栲膠 )+H2O 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(chǎn)中，由于制取氫氣在生產(chǎn)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(duì)合成催化劑有嚴(yán)重的毒害，必須設(shè)法除凈。變換甲烷化工段就是為解決這兩個(gè)問(wèn)題而設(shè)置的。本工程將來(lái)自原料氣壓縮機(jī)的半水煤氣中的一氧化碳與水蒸汽發(fā)生變換反應(yīng)轉(zhuǎn)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(lái)自脫碳工段的凈化氣經(jīng)甲烷化反應(yīng)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?dú)錃?)壓縮機(jī)。 變換反應(yīng)： CO+H2O=CO2+H2 △ HO=甲烷化主反應(yīng)： 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(chǎn)方法的不同而用不同的流程。隨著合成氨生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展及生產(chǎn)規(guī)模的增加，目前一氧化碳變換過(guò)程轉(zhuǎn)向加壓下進(jìn) 行，使其設(shè)備的尺寸減小，設(shè)備布置緊湊，轉(zhuǎn)化率高，投資費(fèi)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(yán)重，設(shè)備較多，流程長(zhǎng)。為了改變這種狀況，在本工程設(shè)計(jì)中采用近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的中變串耐硫低變流程，消除了“冷熱病”，簡(jiǎn)化了流程，降低了消耗。 （ 3）中變串耐硫低變的可靠性和經(jīng)濟(jì)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(jìn)一步脫硫，脫硫 4 — 11 又采用濕法工藝，常溫操作；而中變反應(yīng)在 400℃左右，低變反應(yīng)在 200℃左右。因而需要先冷后熱，使流程復(fù)雜，設(shè)備多，能耗高。 為解決這一問(wèn)題，國(guó) 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(xué)研究所研制的 B302Q 球形耐硫變換催化劑，經(jīng)國(guó)內(nèi)眾多化肥廠使用，證明催化劑的壽命可達(dá)到 5 年，而且實(shí)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(shè)計(jì)中，中變溫度為 300480℃，低變溫度為 180220℃，設(shè)計(jì)壓力為(A)，中變空速 Sv=1150h1；低壓空速 Sv=1500h1。 按入口氣量計(jì)算 ，總 CO 變換率為： 低變變換率： 計(jì)算低變出口平衡變換率 Xp=，則設(shè)計(jì)指標(biāo)僅為平衡變換率的 %。 無(wú)論從實(shí)際操作數(shù)據(jù)還是從理論計(jì)算分析，本設(shè)計(jì)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(xiàng)目工藝方案因設(shè)有常壓脫硫工段，進(jìn)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(zhǎng)，價(jià)格低，對(duì)整體工程有利。中變出口氣總硫含量≈ 150mg/m3(標(biāo) )，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(yīng)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(guò)程不用先降溫脫硫，而是直接串聯(lián)耐硫低變，流程簡(jiǎn)化，設(shè)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(yīng)熱，如用廢熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽，這樣換熱溫差大，熱回收率低。 9 8 ) 0 0( 1 0 0)( ??? ???總X)(3 100)( ??? ???低X 4 — 12 采用飽和熱水塔回收反應(yīng)熱，半水煤氣在飽和塔中與來(lái)自熱水塔的熱水逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)、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(dá)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(shè)計(jì)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(jiǎn)化，能耗降低。 NHD 脫硫脫碳 南化公司研究院于 1984 年開(kāi)發(fā) NHD 脫硫脫碳凈化工藝， 88年南化公司研究院與yyy 公司共同開(kāi)發(fā)了年產(chǎn) 8萬(wàn)噸合成氨 NHD 脫硫脫碳基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。目前在黑龍江化工廠年產(chǎn) 18 萬(wàn)噸合成氨裝置、神木年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸甲醇、金陵石化公司年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸合成氨3萬(wàn)噸氫氣項(xiàng)目 等一大批大中型煤化工裝置上廣泛采用。本技術(shù)相當(dāng)于 Selexol 法、為純物理吸收，吸收能力大、溶劑無(wú)毒，特別適合于脫除高 CO2分壓的變換氣中的 CO2氣體，而且對(duì)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(jìn)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(wú)論從冷凍功耗還是低溫設(shè)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(diǎn)，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(chǎn)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(guó)內(nèi)外脫碳方法很多，大致可分三類：化學(xué)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(xué)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(diǎn)是技術(shù)成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富、溶劑來(lái)源廣、價(jià) 格較低、生產(chǎn)穩(wěn)妥可靠，缺點(diǎn)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(dá) 1200kcal/m3(標(biāo) )CO2左右，改良 Benfeild 法推出用蒸汽噴射器或蒸汽壓縮機(jī) 4 — 13 使溶液閃蒸的節(jié)能技術(shù)，單級(jí)噴射器可使熱耗減少約 25%，多級(jí)噴射器的熱耗可節(jié)省35%，總之化學(xué)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(shè)備，但溶劑本身有毒，設(shè)備需用 耐低溫材料較難解決，耗冷量大，流程復(fù)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(shí)不耗熱量，但據(jù)現(xiàn)已投產(chǎn)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(guó) BASF 公司開(kāi)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(kāi)發(fā)，該方法介于物理和化學(xué)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(duì)設(shè)備無(wú)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(guó)內(nèi)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?yàn)槌?，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(guó)外已有許多工廠使用。 NHD 法是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的一種物理吸收新技術(shù)。 1985 首先由南化公司研究院與yyy 公司（化工部第一設(shè)計(jì)院）合作開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)了第一套 NHD 凈化的工業(yè)裝置。運(yùn)行實(shí)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(wú)毒，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。 NHD 溶劑的制備國(guó)內(nèi)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(chǎn)裝置，溶劑易得。 幾種常見(jiàn)的凈化方法比較見(jiàn)表 442。 4 — 17 幾 種 凈 化 方 法 比 較 表 表 442 凈化方法 生產(chǎn) 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(jí)閃蒸 蒸汽再生 脫 S: 脫 C:48 合計(jì)： 脫 S: 脫 C: 合計(jì) : 脫 S: 脫 C:115 合計(jì) : 脫 S: 脫 C: 合計(jì) :179。 106 kcal/tNH3 NHD 脫硫脫碳 48t/d 煤 % NHD 空氣氣提 脫S: 脫 C: 合計(jì) : 脫 S: 脫 C:0 脫 S: 脫 C: 合計(jì) : 179。 106 kcaL/tNH3 脫 S: 脫 C: 合計(jì) : 脫 S: 脫 C: 合計(jì) :179。 106 kcal/tNH3 SeleSelexol 500 t/d 渣油 1ppm % PEC 閃蒸 +氣提 合計(jì) :48 合計(jì) :50 179。 106 kcal/tNH3 合計(jì) :低溫甲醇洗 +液氮洗 1000 t/d 煤 20ppm 甲醇 閃蒸 +氣提 合計(jì) :25 合計(jì) : 合計(jì) : 液 N2: m3(標(biāo) )/tNH3) (179。 106 kcal/tNH3) MDEA 1000 t/d 天然氣 MDEA 水 閃蒸 +氣提 蒸汽 (179。 106 kcal/tNH3) (179。 106 kcal/tNH3) 4 — 18 由上面的比較表可知， NHD 法溶劑無(wú)毒，能耗較低，不但其技術(shù)、設(shè)備、溶劑可全部國(guó)產(chǎn)外，而且投資較低溫甲醇洗低，而低溫甲醇洗，需引進(jìn)技術(shù)、部分設(shè)備。 鑒于上述比較，本工程選用 NHD 脫碳工藝，從而達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、能 耗低、投資低，且技術(shù)、設(shè)備、材料和溶劑可全部國(guó)產(chǎn)化。 確定合理參數(shù)：吸收溫度 5℃，高壓閃蒸壓力 。 凈化車間工藝流程簡(jiǎn)述 低壓脫硫