【導讀】能源是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為了適應(yīng)和保證我國經(jīng)濟繼續(xù)保。持較高的發(fā)展速度，發(fā)展能源工業(yè)是至關(guān)重要的。2021年上半年，我國能。源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中煤炭的比例分別為76%和68%。據(jù)有關(guān)方面預測，即使到2021年，我。電力是現(xiàn)代社會使用最廣、增長最快的能源。發(fā)電用能源占一次能源生產(chǎn)總量的比重由1990. 年的%上升到1995年的%。而在電力工業(yè)中，仍以煤炭為燃料的火電為主，目前，今后在相當長的時期內(nèi)，將繼續(xù)保持以煤電為主的格局。年，煤炭則能維持225年左右。預計未來，當石油和天然氣的成本因資源枯竭會明顯上漲，煤炭不僅是能源資源，也將是化學工業(yè)唯一可靠的基本原料來源。境帶來較嚴重的污染。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%。氣環(huán)境惡化；二氧化硫造成酸雨面積日漸擴大，不但影響城市，也影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。帶來了嚴重的環(huán)境惡化，而且我們還將面臨更嚴重的挑戰(zhàn)。

　　

【正文】 氣化技術(shù)由于投資相對低廉、環(huán)境保護方面的進步成為推薦技術(shù)方案。 最近，由于國家大力整治小煤窯和國家經(jīng)濟發(fā)展和能源重化工業(yè)的強力拉動，貴州省無煙煤價格隨著需求的增加正在節(jié)節(jié)上揚；加之，貴州西部煤炭出省通道逐漸通暢，通過瀘州走水運的路徑已經(jīng)打通，通過高速運往廣西、湖南、湖北已經(jīng)非常便捷。目前塊煤市場供不應(yīng)求，質(zhì)量下降，價格由項目建議書時的 260 元／噸上升到 500 元／噸，預計短時間內(nèi)價格難以降低。貴州無煙粉煤價格一直徘徊在較低的相對穩(wěn)定的水 平上，價格不會有大的上調(diào)。根據(jù)目前貴州塊煤和粉煤價格相差較大情況提出改變原料工藝路線，項目技術(shù)方案由使用塊煤和富氧連續(xù)氣化技術(shù)改為使用粉煤和粉煤氣化技術(shù)，是符合事實的，繼續(xù)沿用原定工藝技術(shù)方案中富氧連續(xù)氣化方式，項目的投資利潤率僅 ％ ,凈現(xiàn)值為負 ,已經(jīng)不具有經(jīng)濟可行性，而采用粉煤氣化技術(shù)，效益會大大改觀。 因此，本工程選用 XXXX 能化有限公司生產(chǎn)的無煙粉煤為合成氨原料，采用國內(nèi)外成熟可靠工藝，技術(shù)先進并投資最省，同時保證環(huán)保的要求。 原料路線和工藝方案的確定 本工程合成氨裝置以無煙粉煤為 原料，依照工藝上要先進、節(jié)能，技術(shù)要成熟可靠，經(jīng)濟上要合理的原則，生產(chǎn)合成氨 50 萬噸 /年，采用的工藝方案如下： （ 1）煤氣化：采用 GSP粉煤加壓氣化工藝。 （ 2）變換：采用中串低變換工藝，節(jié)省蒸汽消耗。 （ 5）變換氣凈化：采用國內(nèi)專利最先進的低溫甲醇洗工藝。 （ 6）合成氣的最終精制采用液氮洗工藝。 （ 7）合成氣壓縮機采用全凝式蒸汽透平驅(qū)動的離心式壓縮機組，同循環(huán)機合二為一。 （ 8）氨合成采用卡薩利合成技術(shù)，合成塔為兩臺。 （ 9）新上一套 48000Nm3/h制氧裝置，選用國內(nèi)新型全低壓單系列，分子篩凈化節(jié) 能工藝，空壓機選用雙軸或整體齒輪多級離心式壓縮機，全凝式蒸汽透平驅(qū)動，可做到節(jié)電。并附帶液氧液氬裝置。 （ 10）生產(chǎn)裝置控制全部集中在中央控制室由 DCS 自動優(yōu)化調(diào)節(jié)，以最少的原材料、動力投入，獲得最大產(chǎn)出。 （ 11）全廠供水采用原水處理、循環(huán)冷卻水、脫鹽水站、消防水、污水處理及排水一體化，節(jié)能節(jié)水、環(huán)保新技術(shù)。 全廠工藝物料平衡和消耗定額 全廠概略工藝流程 原料煤經(jīng)破碎、干燥后用高壓氮氣送入氣化爐，與高壓氧氣、蒸汽等一起燃燒，生產(chǎn)出含有CO、 H2的粗合成氣送到變換工段，在變換工 段，大部分的 CO和水蒸汽反應(yīng)生成 H2 和 CO2，變換氣中的 CO2 和 H2S 等酸性氣體在低溫甲醇洗工段中被脫除，得到的凈化氣送入液氮洗工段精制，并使合成氣中的氫氮比達到 3： 1，精制氣進入合成氣壓縮機，升壓至 后送入氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)合成氨。 附全廠方塊流程圖和物料平衡表 空分裝置 概述 裝置設(shè)計規(guī)模裝置組成與各工序名稱。 1）本空分裝置公稱制氧能力為 48000m3(標 )/h，負荷調(diào)節(jié)范圍 75~105%。 生產(chǎn)中壓氧氣、高壓氮氣作為氣化用氣；中 壓氮氣作為合成氨配氮用，低壓氮作為凈化氣提用氮氣和全廠公用氮氣；液氧、液氬作為產(chǎn)品出售；液氮作為備用保安氣源和產(chǎn)品出售 2）裝置組成 裝置：由空氣的過濾和壓縮、預冷和純化系統(tǒng)、冷量制取和空氣精餾，氮氣壓縮、液產(chǎn)品貯罐等工序組成 生產(chǎn)方法、流程特點 本裝置采用蒸汽透平驅(qū)動離心式空氣壓縮機組、全低壓分子篩吸附、增壓透平膨脹機制冷、氧、氮雙內(nèi)壓縮的工藝流程。采用蒸汽透平驅(qū)動離心式氮氣壓縮機組流程先進、技術(shù)成熟、運行安全可靠、操作方便、能耗低。 裝置主要技術(shù)性能： 1）裝置啟動時間 ～ 36 小時 (從膨脹機啟動到氧氣純度符合合同要求 ) 2）裝置加溫解凍時間 ～ 36 小時 3）裝置運行周期 二年以上 (二次大加溫時間間隔 ) 原材料、產(chǎn)品及吸附劑主要技術(shù)規(guī)格 原材料技術(shù)規(guī)格 空分裝置以大氣空氣為原料，空氣中不含重塵和油，大氣質(zhì)量要求如下： 表 421 名稱 最大含量（ ppmv） CO2 400 CH4 5 C2H4 C2H6 C3H8 C2H2 C3H6 C4+ 1 CO 1 H2 1 NH3 1 NOX(NO+NO2) N2O H2S Cl2 FClHC 1 SO2+SO3 1 HC l 1 NO2 1 吸附劑技術(shù)規(guī)格 表 422 序號 名稱 規(guī)格 (型號、尺寸 ) 控制組分名稱 標準 備 注 1 分子篩吸附劑 13APG/φ3~φ5 Al2O3 產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn) 量及技術(shù)規(guī)格 表 423 產(chǎn)品 流量 Nm3/h 純度 %V 裝置出口壓力 MPa(G) 溫度 ℃ 備 注 氧氣 47000 37 內(nèi)壓 液氧 1000 液氮 500 O22ppm 液氬 1200 O21ppm N22ppm 高壓氮氣 15000 40 內(nèi)壓 中壓氮氣 27000 40 氮壓機 中壓氮氣 3000 40 氮壓機 低壓氮氣 16000 40 氮壓機 裝置空氣 2021 露點： 40℃ 20 注：液產(chǎn)品為折合氣態(tài)量。 工藝流程簡述 壓縮、預冷和純化系統(tǒng) 從入口空氣過濾器出來的空氣被去除了塵埃和其他機械雜質(zhì)后，經(jīng)過空氣壓縮機壓縮至約(A)進入進入空氣冷卻塔，在其中被水冷卻和洗滌?？諝饫?卻塔采用循環(huán)水和經(jīng)水冷塔及氨冷器冷卻過的低溫水冷卻，空氣冷卻塔頂部設(shè)有游離水分離裝置和獨特的防液泛裝置，以防止工藝空氣中游離水份帶出。 出空氣預冷系統(tǒng)的工藝空氣進入用來吸附除去水份、二氧化碳、碳氫化合物的空氣純化系統(tǒng)，純化系統(tǒng)中的吸附器由兩臺容器組成；吸附容器采用立式內(nèi)絕熱軸 徑層床結(jié)構(gòu)，當一臺運行時，另一臺則由來自冷箱中的污氮通過蒸汽加熱器加熱后進行再生。 在分子篩吸附器之后抽出一股空氣作為全廠儀表空氣送到全廠管網(wǎng)。 分餾塔系統(tǒng) （ 1）空氣精餾 凈化后的空氣主氣流直接進入冷箱， 這部分氣體先在主換熱器與從分餾塔上塔即低壓精餾塔出來的氣態(tài)產(chǎn)品進行對流熱交換而冷卻至接近于露點，然后進入分餾塔下塔即中壓精餾塔底部作首次分離。 另一部分凈化空氣送入空氣增壓機，從空氣增壓機中部抽出一股的空氣進入增壓透平膨脹機組的增壓機，增壓至后進入冷箱，在主換熱器中冷卻，然后經(jīng)增壓透平膨脹機組的膨脹機膨脹至 (G)后與主氣流一起進入分餾塔的中壓精餾塔。 空氣增壓機最終出口的中壓空氣，經(jīng)空氣增壓機后冷器冷卻后進入冷箱的中壓主換熱器冷卻，冷卻后的空氣經(jīng)一膨脹閥的膨脹后液體大部分進入中壓精餾塔中部作 為回流液，另一部分減壓后進入低壓精餾塔中部作為回流液。這股中壓空氣在中壓主換熱器中與精餾塔出來的高壓液氧換熱，使液氧氣化成氣體產(chǎn)品。 空氣在分餾塔的中壓精餾塔中，上升氣體和下降液體接觸傳質(zhì)后上升氣中氮的含量升高。所需回流液來自中壓精餾塔頂部的主冷凝蒸發(fā)器，在此低壓精餾塔底部的液氧蒸發(fā)，中壓精餾塔頂部的氮氣冷凝得到液氮。 從上到下，中壓精餾塔產(chǎn)出如下產(chǎn)品： 178。 純液氮產(chǎn)品及回流液 178。 低純氮回流液 178。 含 38%~40%氧的 “富氧液空” 低純氮回流液在過冷器中過冷后，用作低壓精餾塔中上部的回 流液。富氧液空在過冷器中被過冷后送入上塔即低壓精餾塔中下部參與精餾。中壓精餾塔塔頂部的液氮則一部分作為中壓精餾塔回流液，其余部分在過冷器中過冷后分為幾部分： 一部分送入低壓精餾塔塔頂作回流液； 一部分經(jīng)液氮泵加壓進入主換熱器復熱后（ (G)），作為產(chǎn)品送出界區(qū)使用； 一部分進入液氮儲罐，作為產(chǎn)品送出界區(qū)； 過冷器的冷源為來自低壓精餾塔的純氮氣和污氮氣。 低壓精餾塔產(chǎn)生如下產(chǎn)品： 178。 底部產(chǎn)生液氧 178。 中上部產(chǎn)生污氮 178。 頂部產(chǎn)生純氮氣 從低壓精餾塔的底部抽出液氧。大部分液氧通 過高壓液氧泵增壓至 (G)后進入中壓主換熱器，在其中被氣化并復熱至大氣溫度作為產(chǎn)品高壓氧氣送出。 另一部分經(jīng)過冷器過冷后進入液氧貯罐，然后由液氧產(chǎn)品泵加壓后送出。 低壓精餾塔頂部產(chǎn)生純氮氣，送到氮壓機分別壓到 (G)、 (G) (G)送到用戶。 低壓精餾塔中上部的污氮進入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后進入低壓主換熱器復熱，然后分成兩路，其中一路用于對空氣純化器中的分子篩進行再生，另一股進入水冷塔用于冷凍水的降溫。 低壓精餾塔頂部得到高純度常壓氮氣。該氣 氮送入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后部分去送管網(wǎng)；其余部分進入水冷塔或放空。 為了提取氬，從低壓精餾塔中部抽出的氬餾分送入粗氬塔，以除去氧氣成份。該塔的回流液由粗氬塔冷凝器中的液態(tài)富氧空氣蒸發(fā)而產(chǎn)生，該富氧空氣來自中壓精餾塔塔底，并在過冷器中過冷。 粗氬流進入精氬塔分離除去氮成份，塔底的產(chǎn)品液氬進入液氬貯罐，再由液氬泵加壓后送出。 液氬貯罐中蒸發(fā)的氬氣送回冷箱，經(jīng)蒸發(fā)氬再冷凝器冷凝后與產(chǎn)品液氬一起返回貯罐。精氬塔底部的蒸發(fā)熱量由精氬塔蒸發(fā)器冷凝來自中壓精餾塔（的少量中壓氮氣而產(chǎn)生。冷凝下的液氮 進入低壓精餾塔塔頂作回流液。精氬塔冷凝器的冷量由來自中壓精餾塔的液氮經(jīng)過冷器過冷后的部分液氮在精氬塔冷凝器中蒸發(fā)獲得。產(chǎn)生的純氮氣與低壓精餾塔中上部出來的污氮混合后進入過冷器。 （ 2）冷量的制取 裝置所需的大部分冷量由透平膨脹機和壓縮空氣節(jié)流膨脹所提供。 從空氣純化系統(tǒng)來的部分空氣，進入增壓透平膨脹機增壓端增壓冷卻后，進入冷箱內(nèi)的液氧換熱器，冷卻至一定溫度后進入透平膨脹機。這股膨脹空氣經(jīng)膨脹機膨脹制冷后進入下塔，參與精餾。 主要設(shè)備的選擇 1）空氣冷卻塔、水冷卻塔 采用填料塔，壓降 低、能耗低、傳熱和傳質(zhì)效果好。操作彈性范圍大，對水質(zhì)的適應(yīng)能力強。與篩板塔相比可大大地縮小塔徑、減小占地面積。 2）純化器采用雙層床結(jié)構(gòu)，下層裝填活性氧化鋁，上層裝填分子篩。 3）膨脹機 （ 1）增壓透平膨脹機組由主機和供油系統(tǒng)兩個撬裝塊組成。 （ 2）膨脹機和增壓機采用 NREC 設(shè)計軟件進行設(shè)計和分析，使其效率達到最佳設(shè)計值，氣動性能和流場分布更加合理。 4）分餾塔 （ 1）下塔結(jié)構(gòu)采用了對流式篩板塔，具有有效流通面積大，精餾效果好的特點。 （ 2）上塔采用填料塔結(jié)構(gòu)，具有阻力小，空壓機排壓低，節(jié)能。 （ 3）主換熱器采用了大截面真空釬焊的鋁制板翅式換熱器。 （ 4）采用氧氣內(nèi)壓縮，另有部分液氧產(chǎn)品從主冷抽出，可使主冷中的液氧抽出量增加 ,充分防止碳氫化合物在主冷中積聚 ,更好地保證空分裝置的安全運行。 5）空氣壓縮機 空氣壓縮機是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調(diào)導葉，由蒸汽透平驅(qū)動。該壓縮機具有等溫效率高，可靠性高，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，可操作范圍寬，制造方便，成本低等優(yōu)點。 6）氮氣壓縮機 氮氣壓縮機是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調(diào)導葉 ，由蒸汽透平驅(qū)動。 氣化 氣化工藝方案的確定 氣化工藝技術(shù)簡介 氣化工藝一般分為三種類型：移動床（有時也被稱為固定床），流化床和氣流床。 1）移動床氣化爐是最老的氣化爐，它很長時間在煤氣化工藝中占主要地位。移動床氣化爐中的氧化劑與煤的流動方向相反，通過由煤變?yōu)榻褂?，再到灰等一系列反?yīng)區(qū)。當空氣被作為氧化劑時，溫度通常不會超過灰熔點，而純氧氣流床氣化爐既可以是干灰也可以是熔渣。由于合成氣出口溫度（ 400500℃）相對較低，粗合成氣中通常會有液態(tài)碳氫化合物。富養(yǎng)氣化的 特點是投資少，操作簡單，在中型氮肥廠中具有豐富的操作經(jīng)驗，是國家重點推薦的中氮廠造氣技術(shù)。由于國家大力整治小煤窯和國家經(jīng)濟發(fā)展和重化工業(yè)的強力拉動，貴州省無煙煤價格隨著需求的增加正在節(jié)節(jié)上揚。加之，貴州西部煤炭出省通道逐漸通暢，通過瀘州走水運的路徑已經(jīng)打通，通過高速運往廣西、湖南、湖