【正文】 系統(tǒng)運(yùn)行電耗為零：該工藝高壓醇化塔、高壓烷化塔可以 28 實(shí)現(xiàn)自熱平衡，無需帶電爐操作；氣體一次性通過裝置，依靠內(nèi)件設(shè)計(jì)的合理性來保證對 CO、 CO2 的深度凈化，不需要?dú)怏w循環(huán)，正常生產(chǎn)時不開循環(huán)機(jī)。完全實(shí)現(xiàn)凈化系統(tǒng)的電耗為零。 （ 2）凈化度高：出醇化系統(tǒng)出口氣體中 CO+CO2 的含量在 200ＰＰ m，出高壓烷化系統(tǒng)氣體中 CO+CO2 的含量僅在 0～ 3ＰＰ m。該工藝比國內(nèi)任何一種凈化工藝凈化度都高。 （ 3） 噸氨新鮮氣體單耗不增加： 出高壓醇化系統(tǒng)氣體中 CO+CO2 的含量僅在 200PPm。噸氨氣體中氣體中 ＣＨ ４ 僅增加 ，氨合成系統(tǒng)噸氨放空量增加 。因此，噸氨新鮮氣體單耗基本不增加 。 （ 4）徹底解決環(huán)保問題 :該凈化工藝是將壓縮機(jī)送來的氣體全部轉(zhuǎn)化為甲醇 和氨，每噸氨增加 的 H2 通過提氫裝置回收回來再利用，余下的 CH4 送到吹風(fēng)氣崗位燒掉轉(zhuǎn)化為熱能，對環(huán)境沒有任何污染； （ 5）投資省 ：醇烷化凈化工藝設(shè)備放在高壓，設(shè)備小、投資少，與全部放在中壓的凈化工藝相比，單系列設(shè)備可節(jié)省投資 300 萬元，所需觸媒量可節(jié)省投資 450 萬元。兩項(xiàng)合計(jì)節(jié)省 750 萬元左右。 （ 6）操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定： 醇烷化凈化工藝的高壓部分在正常運(yùn)行時，僅調(diào)節(jié)兩只閥。 氨合成 目前國際上氨合成向低壓方向發(fā)展， 由七十年代 的 ，降低到 ~，使動力更省，設(shè)備制造容易。各國氨合成研究的另一個問題是如何改進(jìn)氨合成效率、提高氨凈值，降低合成回路阻力降，開發(fā)有軸徑向塔、徑向塔，分子篩干燥凈化合成氣等節(jié)能技術(shù)，如 29 TopsΦ e 公司的 TopsΦ e200、 TopsΦ e250、卡薩利氨合成以及凱洛格公司、英國化學(xué)公司等開發(fā)的技術(shù)等。 國內(nèi)氨合成技術(shù)近年來也有了很大發(fā)展，南化集團(tuán)研究院、南京國昌化工科技有限公司開發(fā)的 GC 型高壓、低壓氨合成工藝、 NC 型合成塔，湖南安淳科技公司開發(fā)的Ш J 冷激型、Ш J 軸徑向合成塔技術(shù)等。 由化學(xué)反應(yīng)式知，氨合成反應(yīng)是一個體積縮小的反應(yīng)，提高壓力有利于反應(yīng)向生成氨的方向進(jìn)行，而且反應(yīng)速度隨著壓力的提高而增大。通常氨合成壓力選擇應(yīng)根據(jù)能量的消耗，即氮?dú)錃獾膲嚎s功耗、循環(huán)氣的壓縮功耗和冷凍系統(tǒng)的壓縮功耗。通過綜合比較，合成系統(tǒng)的壓力在 ~ MPa 時系統(tǒng)的能耗最低。 氨合成塔是氨合成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響著氨合成系統(tǒng)的循環(huán)機(jī)功耗、冷量消耗、冷卻水消耗及新鮮氣的消耗。本工程選用GCR301Y 型φ 1600 三軸一徑催化劑自卸結(jié)構(gòu)，凈空高 18m，催化劑裝填量 ~27m3。 GCR301Y 型φ 1600 型氨合成塔內(nèi)件共分為 4 個絕熱段，第一與第二絕熱段之間、第二與三絕熱段之間、第三與四絕熱段之間全部采用～ 180℃或～ 65℃的氣體冷激，下部換熱器為埋在徑向催化劑床層中心的中心換熱器。上部三個絕熱層為軸向、第四層為徑向結(jié)構(gòu)。占入塔總氣量的 50～ 60%的氣體由氨合成塔的二進(jìn)進(jìn)入下部中心換熱器的管外與管內(nèi)的熱氣體換熱，其余占入塔總氣量的 40～50%的氣體分別進(jìn)入催化劑床層的二、三、四段的進(jìn)口，此種設(shè)計(jì)完全可以保證氨合成塔內(nèi)件在滿負(fù)荷情況下，內(nèi)件的運(yùn)行阻力控制在 的壓降范圍之內(nèi)。 30 氨合成塔催化 劑總量的 %為徑向段催化劑，徑向段催化劑全部裝填 ～ 的小顆粒催化劑；同時用來調(diào)節(jié)四段催化劑床層進(jìn)口溫度的冷激氣體全部采用 65～ 85℃的冷氣，冷激氣量小，確保上部生成的氨的濃度不被沖淡。以上兩個設(shè)計(jì)手段確保此種結(jié)構(gòu)的氨合成塔內(nèi)件具有較高的氨凈值。 GCR301Y 型φ 1600 三軸一徑氨合成內(nèi)件具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）塔阻力小：由于采用徑向流結(jié)構(gòu)以及 50%左右的氣體從第二、三絕熱段的上端進(jìn)入。因此，其阻力只有軸向塔的 20～ 65%，一般在 ～ ，這樣有效地降低了循環(huán)機(jī)功耗，保證循環(huán)機(jī) 長周期、高效運(yùn)行； （ 2）氨凈值高：由于徑向?qū)友b填高活性小粒度（ ～ ）催化劑，合成率比一般裝填大顆粒催化劑的合成塔要高約 15%，氨凈值高 1～ 2%。 （ 3）能耗低：由于合成塔內(nèi)件采用多段冷激和徑向催化劑筐結(jié)構(gòu)，內(nèi)件阻力低，氨凈值高、循環(huán)量小，既而降低了循環(huán)機(jī)電耗及冷量、冷卻水的消耗，從而降低了噸氨的綜合能耗。 （ 4）生產(chǎn)能力大：由于提高了合成效率，同樣的循環(huán)量，生產(chǎn)能力比一般塔型提高 15～ 30%，或者在同樣內(nèi)件阻力下，通過的循環(huán)氣量大，由于通過的循環(huán)氣量大，因此產(chǎn)量高于其它類型氨合成塔。 （ 5）催化劑利用率高：由于 GC 塔采用無冷管結(jié)構(gòu)，以及對各層催化劑量的合理分配，避免了冷管的冷壁效應(yīng)，提高了催化劑的利用率和內(nèi)件運(yùn)行的可靠性，也延長了催化劑的使用壽命，即使在催化劑運(yùn)行的中后期，也不會因冷管造成熱點(diǎn)下移過快或在負(fù)荷波動較大 31 時熱點(diǎn)波動也大。整塔操作彈性大，安裝簡單 ,使用周期長，正常情況下使用可做到免維修，這是所有冷管塔無法比擬的； （ 6）提高了氨的品質(zhì)：因該流程補(bǔ)充氣進(jìn)系統(tǒng)之前，進(jìn)行氨冷降溫分離。使進(jìn)系統(tǒng)的補(bǔ)充氣中水、油含量大大的降低，減少了氨貯槽內(nèi)的油污、油水，延長了氨貯槽的清理周期，提高了液氨純 度。但總冷量并未增加。 （ 7）操作穩(wěn)定：由于操作中控制床層溫度的手段多，可將每層催化劑的溫度有效地控制在催化劑許可溫度范圍之內(nèi)，避免超溫和溫差大，并能有效地將各層溫度控制在最佳操作溫度范圍之內(nèi)，使得催化劑在各時期內(nèi)的溫度分布曲線與最佳操作溫度曲線保持一致，充分發(fā)揮催化劑的潛能。 (8) 內(nèi)件結(jié)構(gòu)簡潔，裝卸方便：內(nèi)件采用多層組合結(jié)構(gòu)，氣體分布器可自由方便的裝入和吊出，因而無論是裝卸催化劑，還是維修檢查內(nèi)件均極為方便。氨合成催化劑可以實(shí)現(xiàn)完全自卸，工程上只需要設(shè)置操作平臺，不需要設(shè)置起吊內(nèi)件的檢修框架，有效降低 了工程投資。 （ 9）觸媒自卸：該內(nèi)件催化劑為上下貫通結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有沒有冷管，實(shí)現(xiàn)催化劑自卸十分簡潔方便。而且催化劑自卸徹底完全，在更換催化劑時，無須起吊內(nèi)件。 （ 10） GC 內(nèi)件的技術(shù)關(guān)鍵： GC 內(nèi)件的技術(shù)關(guān)鍵是獨(dú)創(chuàng)的魚鱗式徑向流分布器的設(shè)計(jì)。這種分布器的設(shè)計(jì)的訣竅在于： a、采用上下孔徑 d 為不等小孔或不等開孔數(shù)量對徑向流的不均勻分布進(jìn)行補(bǔ)償以達(dá)到均勻分布的目的； b、采用魚鱗筒再分布器使小孔分（集） 32 氣再次切向分布，不僅提高氣流的均勻度，而且最大限度的減少了催化劑的死角，提高了催化劑的利用率； c、采用分氣筒和集氣 筒兩側(cè)同時補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ蕴岣邭饬鞣植嫉木鶆蚨取? d、催化劑筐上部采用軸徑向混流結(jié)構(gòu)，運(yùn)用獨(dú)自開發(fā)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)好不開孔的長度l1 和 l2，以使催化劑下沉 l0 時，氣體既不會短路，又使上部催化劑有適量的氣體流過，以保證全部催化劑的充分利用。 e、所有上述技術(shù)及其它未述及的技術(shù)均經(jīng)過逐級放大，用數(shù)學(xué)模型加以設(shè)計(jì)，完全達(dá)到良好的氣流分布，以確保同溫面溫差在 15℃之內(nèi)。 甲醇精餾 甲醇精餾工藝主要有雙塔流程和三塔流程兩種，其主要區(qū)別在于三塔流程采用兩個主精餾塔，一個在 ~ 壓力下加 壓操作，另一個在常壓下操作。以加壓精餾塔塔頂甲醇蒸汽的冷凝熱，作為常壓精餾塔塔底再沸器的熱源，從而減少了蒸汽和冷卻水的消耗?？偟哪芎目杀葍伤鞒痰?20~30%。由于三塔流程增加了一個加壓塔，流程加長，設(shè)備增多，其投資費(fèi)用比兩塔流程多 20%左右。 國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，生產(chǎn)規(guī)模超過 300~500t/d 甲醇產(chǎn)量的精餾工藝宜采用節(jié)能型三塔流程。 由于該工程中甲醇精餾的規(guī)模為 3 萬噸 /年，從能耗和投資等綜合技術(shù)指標(biāo)考慮，采用雙塔流程更有優(yōu)勢。 甲醇精餾裝置各塔頂所排出不凝氣送往吹風(fēng)氣回收裝置作為燃燒燃料，既回收了熱 量又不會對大氣造成污染；常壓塔塔釜排出廢液送至合成氨造氣爐夾套副產(chǎn)蒸汽。 氫回收 回收合成放空氣中的氫再返回合成氨系統(tǒng)，用以提高產(chǎn)量或降 33 低消耗。氫回收的方法目前常用的有變壓吸附法、膜分離法和深冷分離法。變壓吸附法的特點(diǎn)是產(chǎn)品純度高，回收率亦較高，操作費(fèi)用低，缺點(diǎn)是閥門切換頻繁，因而對閥門的性能、自控水平及可靠性要求較高。 膜分離法及中空纖維分離技術(shù)的特點(diǎn)是投資省、操作費(fèi)用低，產(chǎn)品回收率與變壓吸附法相當(dāng)，但產(chǎn)品純度不如變壓吸附高。 深冷分離法是根據(jù)混合氣體中各組分冷凝液化溫度的差異而將混合氣體 冷卻到一定的溫度，使冷凝溫度高于此溫度的氣體液化而達(dá)到分離的目的，該法特點(diǎn)是回收率高，但投資大。 三種方法國內(nèi)均有實(shí)例，西南化工研究院研制的變壓吸附及中科院大連物化所開發(fā)的膜分離技術(shù)，均已在國內(nèi)廣泛使用，深冷分離裝置在國內(nèi)也能生產(chǎn)，但只有用于小型廠的例子，三種比較見下表： 方法 項(xiàng)目 變壓吸附 深冷分離 膜分離 產(chǎn)品純度 % 98~ 90~99 80~95 產(chǎn)品氫回收率 % 70~85 90~96 65~85 操作壓力 MPa ~ ~ P 入 /P 出=~10 P 入 進(jìn)口壓力 P 出 滲透壓力 投資年回收率 ~ ~ ~1 占地 較小 較小 最小 操作費(fèi)用 較低 較高 較低 消耗 少量蒸汽 操作可靠性 可靠 可靠 可靠 從上面分析可以看出，變壓吸附及膜分離均可作為選擇的方案，從節(jié)約投資、操作運(yùn)行可靠及節(jié)省用地考慮，本工程選擇膜分離方案， 34 因回收氫返回合成氨系統(tǒng)，氫純度沒有苛刻要求。 本項(xiàng)目選擇一套處理氣量 4000Nm3/h 的氫回收裝置。 氨回收 由于合成放空氣及氨貯槽馳放氣中均含有氨，不能外排， 提氫也需先經(jīng)洗氨后才能進(jìn)入變壓吸附裝置，為了使膜分離系統(tǒng)的操作壓力有較寬的選擇余地，本項(xiàng)目將放空氣及貯槽馳放氣分別進(jìn)行回收。合成放空氣由脫鹽水洗氨得到稀氨水，貯槽馳放氣主要是含氨及較少量的氫，設(shè)等壓回收塔回收氨，即由提氫洗氨得到稀氨水由泵加壓后送往等壓回收塔，繼續(xù)吸收馳放氣中所含的氨，使氨水濃度達(dá)到14~18%左右，送尿素解吸系統(tǒng)。 油回收 壓縮機(jī)、合成油分等排出的廢油進(jìn)行回收利用，即節(jié)約能源，又減少環(huán)境污染，因此本方案設(shè)置油回收系統(tǒng)。 工藝流程簡述：半水煤氣壓縮工段集油器中的含油廢水， 定期靠系統(tǒng)壓力送到高位緩沖槽，以分離出廢水中夾帶的水煤氣，另外通過蒸汽盤管加熱，維持罐中溫度 40～ 50℃。以便于進(jìn)行油水分離。高位緩沖槽中的廢水連續(xù)流入油水分離器中進(jìn)行油水分離，分離出的廢油進(jìn)入集油槽，廢水進(jìn)入污水池進(jìn)一步隔油后，含油量＜ 10mg/l 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放。集油槽中的廢油用泵定期送入加熱沉降槽，控制溫度 110～120℃進(jìn)行加熱，以除掉廢油中的水分、空氣等，部分恢復(fù)廢油的粘度及其它理化指標(biāo)。加熱沉降槽前期底部沉淀的水分及雜質(zhì)，放到污水池進(jìn)行處理；后期得到的廢油首先進(jìn)入離心機(jī)，進(jìn)一步分離去除機(jī)械雜質(zhì)，然后 再經(jīng)過濾油機(jī)徹底除去廢油中的雜質(zhì)和水分，得到的凈 35 油進(jìn)入凈油貯槽貯存。 三廢回收 造氣工段在吹風(fēng)操作過程中，放出大量的溫度～ 300℃左右的吹風(fēng)氣，該氣中有效成份低，不能作為半水煤氣進(jìn)入氣柜，放空又造成環(huán)境污染及熱損失，作為兩煤變一煤，氨廠蒸汽自給的節(jié)能措施之一，將此氣與合成二氣引入吹風(fēng)氣余熱鍋爐燃燒付產(chǎn)蒸汽供裝置使用。 本可研在總結(jié)國內(nèi)小氮肥現(xiàn)有工藝流程的特點(diǎn)上，進(jìn)一步采用小氮肥行業(yè)各種節(jié)能、降耗措施，發(fā)揮小氮肥投資省、見效快的優(yōu)勢，力求做到該設(shè)計(jì)切實(shí)可行，又安全、先進(jìn)、節(jié)能。 本可研擬采用固 定層煤氣發(fā)生爐間歇制取半水煤氣； ADA 脫硫劑脫除半水煤氣中 H2S，六級六列式對稱平衡氮、氫氣壓縮機(jī)， 壓力下全低溫變換，串變換氣脫硫， 壓力下變壓吸附脫除變換氣中的 CO2, 壓力高壓醇烷化串氨合成工藝路線。 考慮到合成氨裝置規(guī)模較大，變換工段設(shè)備規(guī)格太大，加工制造及運(yùn)輸都不便，因此合成氨變換工段采用雙系列。 尿素工藝技術(shù)方案的選擇 目前，我國的中型尿素裝置采用的生產(chǎn)工藝有：水溶液全循環(huán)法、中壓聯(lián)尿法、二氧化碳?xì)馓岱?、氨氣提法? 水溶液全循環(huán)法：此法是我國大多數(shù)中小 型尿素廠生產(chǎn)所采用的方法，生產(chǎn)工藝成熟，操作方便可靠，機(jī)泵和非標(biāo)設(shè)備均國產(chǎn)化，其特點(diǎn)是合成塔內(nèi)轉(zhuǎn)化率較高，未反應(yīng)物采用三段減壓分解，動力消耗較大，尾氣壓力、溫度均較低，爆炸的危險(xiǎn)性小。 二氧化碳?xì)馓岱ǎ鹤?70 年代開始，我國先后引進(jìn)十幾套二氧化 36 碳?xì)馓岱蛩厣a(chǎn)裝置，多為大型裝置，其特點(diǎn)是工藝流程短，合成壓力低，動力消耗少，但操作條件苛刻，腐蝕較為嚴(yán)重，尾氣有燃爆危險(xiǎn)，操作彈性小，改進(jìn) CO2 氣提法，原料氣增加了脫硫脫氫裝置，減輕了腐蝕，降低了爆炸危險(xiǎn)，同時，一次性投資也較大。目前國內(nèi)大中型尿素裝置大多采用二氧化 碳?xì)馓岱üに嚒? 中壓聯(lián)尿法：此法適用于以天然氣為原料的合成氨廠，其特點(diǎn)是熱利用好，分解率高，取消了低壓分解，簡化了流程，由于甲銨溫度較高， HO2/CO2 較低。甲銨泵的腐蝕較嚴(yán)重，泵的材料要求苛刻。 氨氣提法：此法在我國未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)現(xiàn)有裝置均為從國外進(jìn)口的大中型裝置，其特點(diǎn)是由于氨的自氣提作用，使甲銨分解率增高，從而減少了中、低壓分解回收的負(fù)荷，動力消耗隨之減少，高溫高壓下分離的甲銨，其冷凝時的熱量得到有效的利用，總能耗降低，另外操作彈性大，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，爆炸危險(xiǎn)性小，安裝檢修方便，工藝?yán)淠嚎啥卫?，無 污染。 由于本工程尿素生產(chǎn)規(guī)模為 30 萬噸 /年，綜合投資及能耗等諸方