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(三)
责任编辑：cnlng 浏览：18055次 时间： 2010-08-08 03:42:42
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摘要: 3.3.4 净化工序 包括煤气脱硫、CO变换、变换气脱硫、脱碳、精脱硫工段及其它。 (1)脱硫工段 综合考虑各种脱硫方法，从脱硫效率高，运行稳定、费用低、再生容易及环保效益好等综合因素考虑，根据脱硫经验，采用888或栲胶法脱硫工艺较好，具有堵塔现象少，脱硫效果及..
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3.3.4 净化工序
包括煤气脱硫、CO变换、变换气脱硫、脱碳、精脱硫工段及其它。
(1)脱硫工段
综合考虑各种脱硫方法，从脱硫效率高，运行稳定、费用低、再生容易及环保效益好等综合因素考虑，根据脱硫经验，采用888或栲胶法脱硫工艺较好，具有堵塔现象少，脱硫效果及运行稳定性好等优点。原有装置是否可以满足改造的需要，需根据具体情况经核定后确定。
(2)变换工段
以煤为原料制得的低氮煤气中一氧化碳含量较高。变换的目的是将低氮水煤气中的一氧化碳调节至CO=15%左右。
对于低压甲醇联产合成氨的生产工艺而言，变换过程中汽气比较小（大约为0.20～0.25即可满足要求），原有变换装置需要进行较大幅度的调整。若需要新建CO变换装置时可采用无饱和塔的全低变工艺。
(3)脱碳工段
脱碳装置是将变换气中的CO2加以脱除，以提高CO及H2的浓度，有利于甲醇的合成；脱碳装置与变换工序串联运行，减少CO2压缩所增加的动力消耗。
以低压甲醇联产合成氨的脱碳气中，CO2含量一般控制在1～3％左右。少量CO2的存在有利于提高甲醇催化剂的活性，同时CO2也可参加甲醇反应（只是转化率比CO低许多）。故在甲醇联产合成氨的原料气中保留一定CO2是有益的。因此，脱碳原则上无需改造。
若考虑在系统改造的同时开展食品级CO2的生产，可获得较好的经济效益。
(4)精脱硫工段
甲醇催化剂系Cu系催化剂，这种催化剂具有活性温度低、选择性好、CO转化率高、副反应少等优点。但是Cu系甲醇催化剂对毒物(如硫化物等)的敏感性特别强，原料气中微量的硫化物就会引起中毒，致使其寿命大大缩短。根据甲醇催化剂对硫化物的要求，原料气进入甲醇催化剂床层的硫化物总量应＜0.1ppm，在以煤为原料的煤气中硫化物主要是H2S、COS及CS2等。脱碳气的精脱硫是将送往甲醇联氨合成的原料气中残余的各种微量硫化物脱除至0.1ppm以下，起着最后把关作用。
脱碳气的精脱硫采用干法脱硫工艺，普遍使用的主要有钴－钼加氢法、氧化锌法及水解催化加特种活性炭法或转化吸收法等等。
本方案按湖北化学研究院的JTL工艺考虑，具体精脱硫工艺根据当地提供的煤质及变换气全分析中各种硫化物的形态进行详细设置。一般在小氮肥行业中多数采用水解催化加特种活性炭法或转化吸收法，脱硫精度可达0.05ppm以下，具有投资省、操作简单、运行费用低的优点。
在甲醇联氨生产中，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，这需要在精脱硫工序中引起足够的重视。
3.3.5 压缩工段
压缩工段的任务是根据造气、精制及合成等现有各工序工艺操作压力的要求，将脱硫后的低氮煤气加压后送变换，再将来自精脱硫的原料气加压到低压甲醇合成、中压甲醇合成（醇化）、精炼（烷化）、氨合成所需要的各级压力。
甲醇生产用往复式压缩机，国内有上海压缩机厂、沈阳压缩机厂、华西通用机器公司等多个企业专门生产，生产经验丰富，现有的中小型甲醇生产装置基本上采用往复式压缩机。从节省设备投资，技术成熟可靠，设备制作周期短，并立足于国内出发，本方案中压缩机的驱动采用电机驱动。
关于低氮煤气压缩机参数的配置：本项目选用的甲醇煤气压缩机为4M50-210/55(1.35)；为了稳妥可靠，本方案考虑选用2台该参数的压缩机（也可不留备机）。送氨合成的压缩机打气量～131Nm3/min（终压31.4MPa）即可满足生产需要。
送氨合成的压缩机可以充分利用合成氨厂的现有设备，只是在～5.0MPa压力段（甲醇专用煤气压缩机的压力应与现有压缩机相匹配）将精脱硫后的低氮煤气送入低压甲醇合成系统既可。而送氨合成系统的压缩机开机数量根据氨的产能决定。
3.3.6 低压甲醇合成工段
本方案采用低压法甲醇生产工艺。低压法甲醇生产采用铜基催化剂（Cu-Zn-Cr），在～5.0MPa和～275℃左右的工艺条件下合成甲醇。低压法采用的铜基催化剂比锌-铬催化剂活性好得多，使甲醇的合成反应能在较低的压力和温度下进行。铜基催化剂的选择性比锌-铬催化剂好，因此，消耗在副反应中的原料气和粗甲醇中的杂质都比较少（相对而言，联醇系统生产的甲醇产品不适宜用在精细化工方面—如羰基合成）。除超大型甲醇生产装置外，甲醇的合成现多采用低压合成工艺。
在等温型低压甲醇合成塔内，合成气首先进入到冷管，控制合成塔触煤的温度（轴向温差<10℃，平面温差<5℃，CO总转化率接近95%，吨甲醇原料气耗量低）。同时副产0.3MPa～1.27MPa压力的饱和水蒸汽。
综上所述，本着技术上稳妥、可靠、适用和先进的原则，本低压甲醇合成方案采用杭州快凯高效节能新技术有限公司研制的等温型低压甲醇合成塔。
3.3.7甲醇精馏工段
甲醇精馏的目的，就是通过精馏的方法，除去粗甲醇中的水分和有机杂质，根据不同的要求，制得不同纯度的精甲醇；大部分杂质得以清除，其中，某些杂质降至微量，不致影响精甲醇的应用。
甲醇精馏过去多采用两塔流程。近年来，为提高甲醇质量和收率、降低蒸汽消耗，发展了三塔加压精馏流程。本方案采用三塔加压精馏流程。
三塔流程与两塔流程的区别：（1）能耗低，三塔流程采用两个主精馏塔，其中一个在0.6～0.7MPa压力下加压操作，另一个常压操作。加压精馏塔的设置主要是为了节约精馏过程中的蒸汽消耗。其塔顶馏出的甲醇蒸汽用作常压精馏塔塔底再沸器的热源，在供热过程中被冷却为甲醇液体产品，从而减少了蒸汽和冷却水的消耗。总能耗为两塔流程的～70%。（2）精馏塔的尺寸比两塔精馏流程小的多，对于60kt/a甲醇精馏来说，三塔流程加压塔为Φ1200，常压塔为Φ1600，而两塔流程精馏塔至少为Φ2000以上。另外两塔流程为了达到与三塔流程相同的分离度，需增加精馏塔的分离高度。
目前来看，由于三塔流程增加了一个加压塔，流程变长，设备增多，其投资费用比两塔流程增加20%左右。
关于精馏塔的形式，本方案建议采用高效规整填料塔。与筛板塔相比:（1）理论板数很高，压降低，散热性好。非常适合要求板数很高的难分离物系，相对板式塔，填料层高度可以大大降低。（2）操作弹性高，稳定性能好。（3）相对板式塔，采用高效规整填料塔能耗低，吨醇蒸汽消耗～1.0t，而板式塔吨醇蒸汽消耗约在1.3～1.5t。由于近年来高效规整填料国内生产成本大大降低，因此高效规整填料塔流程相对于板式塔流程的设备费用已基本接近，现在国内外较大生产能力的甲醇精馏装置应用较多。
本项目方案完成后，甲醇日产量已达180吨左右，从能耗和投资等综合技术指标考虑，对大、中型甲醇精馏装置，采用三塔流程更有优势。本方案精馏塔选用高效规整填料塔，同时采用高效分离器。
3.3.8 造气吹风气回收技术
合成氨低压联产甲醇的造气吹风气回收，是将造气生产过程中伴随产生的吹风气在余热回收炉内燃烧达到制取高位热能的目的。产出的中压蒸汽可用于驱动工艺透平或驱动汽轮发电机组。
在本技改具体回收方案可有两个，即“吹风气回收技术加锅炉”和“三废混燃炉加锅炉”。
合成氨低压联产甲醇的造气吹风气回收中若采用上述a工艺技术，主要存在的问题是：（1）生产系统的氨合成放空气经提氢后，甲烷等可燃气体总量太低无法满足吹风气余热锅炉点火气的要求。一些企业采用放空气部分去提氢、部分作为吹风气余热锅炉点火气，有的厂或者利用部分水煤气，这样使消耗增加。（2）若造气煤气阀出现故障，操作不当造成煤气进入吹风气余热锅炉，若煤气燃烧不迅速会造成燃爆，一些合成氨企业已经出现了这类问题。
低压甲醇联产合成氨的造气吹风气回收中若采用上述b工艺技术特点是：将造气生产过程伴随产生的吹风气、造气炉渣、除尘器细灰，掺入部分高硫煤或煤矸石在炉内达到气、固流化燃烧，产生的3.82MPa、450℃蒸汽50t/h（最大能力可达55t/h）送管网。其原理是运用了沸腾床的燃烧特性，借用循环流化床锅炉的返料回收技术，采用了吹风气余热锅炉的模式，对造气产生的废气、废渣、废灰能够达到同时混燃，在单烧吹风气时该炉将成为一台吹风气余热锅炉，单独烧煤、煤矸石、煤渣等将成为一台循环流化床锅炉，由于其热量回收形式上同吹风气余热锅炉相似，可以称为“第三代吹风气余热锅炉或双热源吹风气余热锅炉”。与第一、二代造气吹风气余热锅炉技术相比有以下优点：
（1）解决了甲醇联氨生产系统氨合成放空气经提氢后，甲烷含量太低而无法满足吹风气余热锅炉点火气的问题，可以煤作点火源。
（2）解决了造气生产废气、废渣、废灰综合治理的难题，保护了环境，治理了现场。其燃烧后的煤渣达到建材工业掺合料标准，可直接用于水泥生产的掺合料（若有水泥熟料，可直接生产425＃水泥，规模12万吨/年）。
（3）少用或不用合成放空气作余热锅炉点火气，避免因合成气气量不足，造成造气吹风气回收不稳定的操作状况，每天可多产5～6吨甲醇、氨。
（4）增加了吹风气回收的安全性，不会产生燃爆现象。
因此，在不上锅炉的情况下，造气吹风气回收采用造气吹风气流化混燃炉技术是比较有优势的。
甲醇联氨下甲醇原材料和燃料、动力消耗定额表（以吨甲醇计）：
本方案涉及的造气、净化等工艺在小氮肥厂已成功运行多年，低压甲醇及合成氨工艺也在不同原料、不同规模装置上运行多年，技术成熟可靠，设备完全立足国内，不需引进。
通过本技术改造项目的实施，生产装置可达到60kt/a甲醇，20kt/a氨的总生产能力，两煤消耗量小于1600kg/t。在重点抓住节能工作的前提下，吹风气回收系统（第三代吹风气余热锅炉或双热源吹风气余热锅炉）所产蒸汽可带6MW的抽凝式发电机组，抽出的低压蒸汽仍可作为甲醇精馏和造气工序的工艺用汽。甲醇及氨合成副产的蒸汽可用于蒸汽拖动设备及变换工艺用汽。
3.3.9 投资估算
合成氨厂的低压甲醇联产合成氨项目改造，主要投资在于甲醇原料气压缩机、低压甲醇合成系统及精馏系统，其它工序最大限度的利用原有装备，适当填平补齐。其中，第三代吹风气余热锅炉或双热源吹风气余热锅炉及汽轮发电机组可根据企业具体情况设立。
3.3.10 经济效益预测（年产6万吨甲醇，2万吨氨计）：
通过混燃炉的利用，年节燃料煤36000吨以上；
按6MW发电机组年发电8000h计，年发电量：4800万kWh
入炉原料煤增加：250kg/t。
综合电耗降低：300kWh/t
新增甲醇：50kt/a；
合成氨减少：35 kt/a
综合效益约3000万元/年。
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