合成氨装置改产高“醇/氨”比的框架方案及假定规模的参考设计方案(一)
责任编辑:cnlng    浏览:8850次    时间: 2010-08-08 03:42:42      

摘要:(作者简介:作者1、孙建民,杭州快凯高效节能新技术有限公司总工程师,教授级高级工程师,国家化学标准化技术委员会委员、中国化工学会会员,浙江省化工学会理事、浙江省总工程师工作研究会理事,1998年获国务院政府特殊津贴、同年入选浙江省“151”工程第二层次;..

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  (作者简介:作者1、孙建民,杭州快凯高效节能新技术有限公司总工程师,教授级高级工程师,国家化学标准化技术委员会委员、中国化工学会会员,浙江省化工学会理事、浙江省总工程师工作研究会理事,1998年获国务院政府特殊津贴、同年入选浙江省“151”工程第二层次;曾获得省部级科技进步二等奖一次、三等奖五次,国家“金桥工程”二等奖一次;历任浙江江山化工股份有限公司副总经理、总工程师,浙江省衢州市人大代表、党代会代表和江山市政协委员;从事专业工作33年。
    作者2:谢立元,杭州快凯高效节能新技术有限公司副总经理,高级工程师;长期从事以煤为原料的合成氨工艺技术与管理工作,曾获得国家科技进步三等奖一次,历任开封晋开化工有限责任公司总工程师、董事长特别助理、技改项目负责人等。
    作者3:徐美楠,杭州快凯高效节能新技术有限公司常务副总经理,高级工程师,长期从事化工企业的生产管理和技术开发工作,曾获得省科技进步一等奖一次,发表论文10多篇;历任安徽省望江县化肥厂生产技术副厂长,安徽华泰化工有限公司生产技术副总经理。)
 
1 框架方案(一)
1.1概述
    合成氨装置通过对系统的优化改造,实现高“醇/氨”比的工艺技术,随着低压甲醇技术的不断完善,而显示出越来越大的优越性,得到业内越来越多的厂家所青睐。
本文重点阐述了合成氨装置改产高“醇/氨”比的工艺过程中,各工段的优化调整方案,并在优化调整方案中突出强调“充分利用原有设置、合理平衡全系统、灵活调整醇氨比、实现装置‘效益/投入’最大化”的理念。
1.2 工艺简述
(1)造气(以固定床间歇式煤气炉为例)
    合成氨装置改产高“醇/氨”比的工艺技术,要求煤气炉生产出来的煤气,具有有效组分高、氮气含量低的特点。本方案充分利用现有设施和工艺,进行强化(优化)操作所必须的配套改造,调整操作工艺,生产出优质低氮(最低可达到N2≤4%)的水煤气。以满足甲醇生产的需要。具体气体组分要求如下:
醇:氨
组成
CO2
CO
O2
H2
CH4+Ar
N2
合计
4:1
%
6.0
39.0
0.4
48.0
1.0
5.6
100
3:1
6.8
38.5
0.4
46.5
1.0
6.8
100
2:1
7.0
37.5
0.4
45.0
1.1
9.0
100
1:1
7.5
35.5
0.4
43.0
1.2
12.4
100
 (2)常压湿法脱硫
    本方案原料气总量基本不变,煤气中H2S含量也无大的变化。因此,原则按照企业现有工艺,不作改造。要求煤气脱硫后H2S≤100mg/Nm3。但是,脱硫工况不佳的企业,可通过适当的技术改造,解决如塔堵塞等问题,达到提高装置能力及脱硫效率。
    新建装置时,建议采用脱有机硫效果较好的“888法”脱硫工艺。
 (3)CO变换
    “醇/氨”比的大幅提高,需要较大幅度的调整变换工段出口CO的含量。本方案通过大幅度工艺调整来完成。
    新建CO变换装置时,建议采用无饱和塔的全低温变换技术。
 (4)变换气脱硫
    本方案变换气总量有所下降,变换气中H2S含量无大的变化。因此,原则按照企业现有工艺,不作改造。要求变换气脱硫后H2S≤10.0mg/Nm3。但是,脱硫工况不佳的企业,可通过适当的技术改造,解决如塔堵塞等问题,达到提高装置能力及脱硫效率。
    若需要新建变换气脱硫时,建议采用“栲胶法”或“888法”脱硫工艺。
 (5)脱 碳
    实践证明,适量的CO2对甲醇生产是有益的,本方案要求脱碳后CO2=1.0~3.0%。对于脱碳装置来说,装置负荷略有下降。因此,本方案为不作改造。
    若需要新建脱碳时(碳铵厂)建议采用:变换系统压力为0.8MPa时,采用MDEA工艺;变换系统压力为1.7MPa以上,采用MDEA、NHD或PC法脱碳工艺(食品级CO2市场较好的区域,采用MDEA法脱碳可获取最大化的食品级CO2的产能和效益)。
 (6)精脱硫
    精脱硫是甲醇催化剂长周期支行的基本保障,本方案建议采用湖北化学研究院JTL型精脱硫工艺。值得一提的是在甲醇生产中,导致甲醇催化剂中毒的因素还有:氯及氯的化合物、羰基金属、油污等,需要在精脱硫工序的中引起足够的重视。要求精脱硫后S<0.05~0.10mg/Nm3
 (7)气体压缩
    高“醇/氨”比生产工艺中,大量的原料气在甲醇装置中被消耗,造成压缩机高、低压段吸气量的严重不平衡,原装置的压缩机无法满足需要。本方案根据物料平衡计算,以甲醇合成尾气量为基准,确定保留原有压缩机的台数,通过新增4M型压缩机,实现压缩机各段吸气量平衡。新增压缩机的打气量应满足:
    新增压缩机的打气量=总气量-保留压缩机的总打气量
    新增压缩机的最终压力为(5.0MPa~6.4MPa),各段压力应考虑与原有压缩机配套。
 (8)甲醇合成
    甲醇合成是高“醇/氨”比的关键所在。通常的联醇工艺大多是在13MPa~15MPa压力(中压)等级。它投资大、能耗较高、“醇/氨比”不易提高。本方案新建一套操作压力为5.0MPa~6.4MPa的低压甲醇合成装置。甲醇合成尾气经保留的原有压缩机压缩后送原有装置生产液氨。
1.3 技术经济估算
    甲醇消耗指标:山西白煤1300kg/tCH3OH;电耗800kWh/tCH3OH。项目总投资主要由新增压缩机和甲醇合成部分构成,其余工段以工艺调整为主。
 
2 框架方案(二)
2.1概述
    本方案依托造气现有设备进行甲醇联氨技术改造,最大限度的优化利用现有造气设施和公用工程能力,通过建立水煤气净化与甲醇合成单独体系,优化工艺条件,以合理经济的投入得到较好的综合效益。具体根据现场情况作调整。
2.2 工艺简述
 (1) 造气
    以无烟煤为原料的常压固定床煤气炉,当煤气中氮气含量降至一定程度时,不仅氮气降低的难度会增加,煤耗也会上升。本方案充分利用现有造气系统,取出煤气炉生产中的低氮水煤气,作为甲醇生产的原料气,其余的煤气仍送原装置供合成氨生产用。具体方法是:在现有煤气炉系统的洗气箱煤气出口增设一个煤气三通阀,通过该阀的操作将上吹后半部分及下吹全部的低氮水煤气送往甲醇系统。其余煤气仍送原合成氨装置。该方案有以下几个突出优点:
    (a)甲醇原料气制备无需另设专用煤气炉,只需增加一台水煤气洗涤塔和水煤气气柜,不仅节约了大量改造资金,还解决了老厂改造占地紧张的难题;
    (b)通过新增煤气三通阀与加氮空气阀互逆连锁实现煤气炉系统对合成氨和甲醇装置的煤气互送;
    (c)由于造气系统具有既可单独又可同时生产水煤气和半水煤气的功能,更便于业主随行就市,合理、灵活调配生产装置,调整产品结构,在行业竞争中处于较为主动、有利的地位。
    (d)与现有装置合理匹配,经填平补齐后满足甲醇、合成氨的生产。
    (e)节能:因联合制气,原料气中惰性气含量≤4%(V%);若采用单独制气,原料气中惰性气含量在7%以上(驰放气量将增加70%,这样原料气消耗增加~13%,吨甲醇气耗和能耗均增加)。
 (2)常压湿法脱硫
    本方案新建配套的水煤气脱硫装置一套。推荐采用“888法”或“栲胶法”脱硫工艺,脱硫后水煤气中H2S≤100mg/Nm3
 (3)全低温变换
    本方案新建配套的CO变换装置一套。推荐采用无饱和塔的全低温变换流程。操作压力建议选择2.0MPa左右。
(4)变换气脱硫
    本方案新建配套的变换气脱硫装置一套。操作压力与CO变换在同一个压力等级下进行。建议采用“栲胶法”或“888法”进行变换气的脱硫。
 (5)脱碳
    本方案新建配套的脱碳装置一套。操作压力与CO变换在同一个压力等级下进行。建议采用MDEA、NHD或PC法等脱碳工艺技术(食品级CO2市场较好的区域,采用MDEA法脱碳可获取最大化的食品级CO2的产能和效益)。
 (6)精脱硫
    本方案新建配套的精脱硫装置一套。操作压力与脱碳在同一个压力等级下进行。推荐采用湖北化学研究院的JTL系列精脱硫工艺。值得一提的是在甲醇生产中,导致甲醇催化剂中毒的因素还有:氯及氯的化合物、羰基金属、油污等,需要在精脱硫工序的中引起足够的重视。要求精脱硫后S<0.05~0.10mg/Nm3
(7)原料气压缩、甲醇合成
    本方案新建配套的压缩机。建议选用4M型系列,压缩机最终输出压力为5.0MPa~6.4MPa。
(8)甲醇合成
    本方案新建一套低压甲醇合成装置。合成压力为5.0MPa~6.4MPa。甲醇合成选用等温型工艺技术。副产蒸汽压力为:0.3MPa~1.27MPa。
    甲醇合成尾气送合成氨系统(变换前)。
2.3 技术经济估算
    甲醇消耗指标:山西白煤 1300kg/tCH3OH;电耗 800kwh/tCH3OH。项目总投资根据规模确定。
 
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