CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工設(shè)計2013,23(6)甲醇弛放氣制合成氨彭奕*黃維柱李林四川天一科技股份有限公司成都610225艾軍河北旭陽焦化有限公司定州100107摘要介紹以焦爐氣生產(chǎn)甲醇過程中產(chǎn)生的弛放氣與甲醇裝置空分系統(tǒng)副產(chǎn)的氮氣為原料,生產(chǎn)合成氨的新工藝及其技術(shù)性能、能耗和經(jīng)濟指標。關(guān)鍵詞馳放氣合成氨新工藝目前合成氨生產(chǎn)的主要原料有天然氣、石腦常采用甲烷化工藝來脫除微量碳,由于甲烷化反油、重質(zhì)油和煤等,其工藝技術(shù)成熟、可靠,而應(yīng)本身要消耗一些氫氣,同時生成的甲烷又作為利用焦爐氣制甲醇的馳放氣生產(chǎn)合成氨成則為合惰性氣體混入新鮮合成氣中,惰性氣體含量越高,成氨生產(chǎn)的全新原料路線吹除氣量越大,原料氣損失越多,氨凈值降低。現(xiàn)以某焦化公司甲醇馳放氣為原料生產(chǎn)100kt/由于新鮮氣凈化程度高,采用低壓氨合成,a液氨項目為例。該項目利用焦爐氣生產(chǎn)甲醇過程合成壓力控制在≤15MPa(G)。過去國內(nèi)自主設(shè)計中產(chǎn)生的地放氣以及甲醇裝置空分系統(tǒng)的氮氣為的合成氨裝置設(shè)計壓力多為32MP。氨合成壓力的原料生產(chǎn)液氨。利用焦爐氣制甲醇裝置的弛放氣制合成氨的高低,是影響氨合成生產(chǎn)中能量消耗的主要因素之一,主要能量消耗還包括原料氣壓縮功、循環(huán)項目屬于典型的廢氣利用項目,這種生產(chǎn)液氨的氣壓縮功和氨分離的冷凍功。與32MPa合成工藝新工藝方案,其生產(chǎn)技術(shù)、能耗及經(jīng)濟指標均處相比,15MPa合成工藝雖然循環(huán)機功率和冰機功率于較先進水平,具有良好的經(jīng)濟效益更大,但新鮮氣壓縮功率大幅降低,同時降低了1工藝方案和裝置能耗指標系統(tǒng)的漏損,節(jié)能效果顯著。由于操作壓力和溫來自于甲醇裝置的馳放氣經(jīng)過變壓吸附提取度較低,對設(shè)備、管道的材質(zhì)要求有所降低,容氫并除去對合成催化劑有害的一氧化碳、二氧化易制造和管理。在一定空速下,合成壓力越高碳和氧。來自空分的氮氣壓縮之后進行脫氧,再出口氨濃度越高,氨凈值越高。隨著低溫高活性與氫氣混合后進行干燥,除去水分。干燥后的混催化劑的研制和改進,壓力降低帶來的氨凈值低合氣進入聯(lián)合壓縮機,加壓后進氨合成系統(tǒng)。變的不足得到克服。有研究成果表明:15MPa比壓吸附的解吸氣和氨合成系統(tǒng)放空氣都去燃氣32MPa節(jié)省設(shè)備投資12%,其中合成氣壓縮機及管網(wǎng)。級間設(shè)備等費用節(jié)省37%原料氣的凈化流程見圖1凈化后的新鮮氣在合成塔前補進,降低循環(huán)氮氣新鮮氣進合成氨系統(tǒng)功耗和冷凍功耗,并減少吹除氣量。采用高凈值的氨合成塔。反應(yīng)氣出塔溫度300℃以上,出塔氣甲醇馳放氣解吸氣進燃料管壓吸附提氫體反應(yīng)熱多級利用,并產(chǎn)生中壓飽和蒸汽,出塔圖1原料氣的凈化流程方框圖熱氣在熱交換器與進合成塔冷氣換熱后,再采用項目原料氣凈化部分采用變壓吸附提氫技術(shù)水冷降溫,達到節(jié)水目的。之后反應(yīng)氣采用兩級以及等壓干燥的專有技術(shù),深度凈化后的新鮮氣氨冷,收集液氨。放空點設(shè)置在循環(huán)機進口點當量氧原子小于等于10mm,合成系統(tǒng)的惰性氣體此γ目統(tǒng)中氨都已基本分離,含量極低,這樣合成系統(tǒng)氨凈值高,吹除氣量很氨CNMHG。以煤、氣、油為原料制合成氣的凈化工藝通奕:高級工程師。1993年畢業(yè)于四川輕化工學院。從事工藝設(shè)計和項目管理工作。聯(lián)系電話:(028)85963543,E-mai:tkee@tianke.com。2013,23(6)奕等甲醇弛放氣制合成氨表1合成氨裝置能耗氨合成塔熱交換器廢熱鍋爐名稱噸氨消能耗指標能耗耗量(GJ)9.656油分離言器甲醇馳放氣,Nm循環(huán)壓縮機冷交換器氮氣,Nm3700補充氣壓縮氨泠凝器IⅡ新鮮水2.510.015冰機」氣氨液氨分離器脫鹽水,t液氨馳放氣氨回收液氨減壓槽蒸汽1.0MPa,t37630.30氨冷凝液氨貯槽裝車蒸汽2.45MPa,t液氨球罐解吸氣,12317.2968.981料甲變壓吸附提氫,原料氣精制能耗合計28.03注:液氨裝置單位產(chǎn)品綜合能耗是按國家標準GB/^T2589解吸氣去燃料管網(wǎng)原料氮氣2008計算,28.03GJ/t折標煤為957.6(標準煤的低位發(fā)熱值為圖2全系統(tǒng)流程方框圖29271kJ/kg)項目建了一套完善的氨回收系統(tǒng)。合成系統(tǒng)氨行業(yè)加權(quán)平均綜合能耗應(yīng)降至1515千克標煤需要排放的氣體有3種:①從循環(huán)氣排放的吹除噸。本項目的能耗為971千克標煤/噸,處于領(lǐng)先氣,100Nm/h,氨含量約2.9%,氫含量約72%,水平。直接排放至燃料管網(wǎng)做燃料;②液氨減壓槽的馳放氣,350Nm3/h,其中氨含量約40%,考慮采用2技術(shù)經(jīng)濟液氨蒸發(fā)冷卻的方式,回收其中85%的氨,采用甲醇馳放氣生產(chǎn)100kt/a合成氨裝置主要技術(shù)系統(tǒng)二級氨冷的蒸發(fā)壓力,讓蒸發(fā)后的氣氨能回經(jīng)濟指標見表2。到液氨冷凍系統(tǒng)的二級冰機入口;③氨球罐的排放氣,根據(jù)壓力情況,排放氣回到液氨冷凍系統(tǒng)表2主要技術(shù)經(jīng)濟指標的一級冰機入口。項目名稱消耗定額單價成本這套氨回收系統(tǒng)與傳統(tǒng)的氨回收方式不一樣(噸氨)(元)(元)傳統(tǒng)的氨回收方式是采用水洗吸收氨,得到稀氨1外購原材料水,需要得到濃氨時再采用精餾的方法制得高濃甲醇弛放氣,Nm330500.2度氨。而在這個合成系統(tǒng)里,利用新鮮氣凈化純氮氣,Nm30.065度高、系統(tǒng)排放氣量少的特點,創(chuàng)新了氨回收方合成氨催化劑kg0.l1法,節(jié)省氨回收設(shè)備投資和運行成本,基本做到提氫吸附劑,kg0.2162,1無廢氣外排。項目“三廢”排放種類少、數(shù)量小原料氣精制吸附劑,kg0.0740.74甲醇馳放氣生產(chǎn)100kta合成氨裝置能耗見2外購動力6300.637401.44表1新鮮水,t根據(jù)由石油和化學工業(yè)規(guī)劃院2013年2月編脫鹽水,10.88制完成的《重點化工行業(yè)節(jié)能減排規(guī)劃研究(初儀表氣,Nm3稿)》,2011年我國合成氨單位產(chǎn)品平均綜合能耗3直接工資,元較2006年全行業(yè)平均單耗下降約9.2%,但消耗4折舊費,元仍高達1575千克標煤/噸。其中,天然氣頭合成氨5修理費,元綜合能耗先進水平為1020~1160千克標煤/噸(基3.57本上代表了世界的先進水平),非無煙煤頭合成氨中國煤化工能耗先進水平為1500~1700千克標煤/噸,無煙煤CNMHG8其頭合成氨先進水平為1365~1570千克標煤/噸,而9扣除副產(chǎn)回收落后值髙達2460千克標煤/噸。《重點化工行業(yè)節(jié)副產(chǎn)蒸汽,t能減排規(guī)劃研究(初稿)》建議到2015年,合成10單位生產(chǎn)成本,元(下轉(zhuǎn)第21頁)2013,23(6)S31254鋼管的應(yīng)用可采取以下措施:①嚴格控制材料中硫、磷等有應(yīng)采用脹焊并用,采用密封焊加強度脹的連接形害雜質(zhì)的含量;②采用能夠形成焊縫雙相組織的式,這就要求換熱管材料的硬度低于管板材料的焊絲,從而打亂奧氏體不銹鋼狀晶的方向性,減硬度。S22053鋼是抗CI腐蝕良好的雙相不銹鋼少晶間低溶點共晶的偏析量;③采用低線能量、其布氏硬度值為293(HB),大于S31254鋼管的窄焊道技術(shù),提髙熔池的冷卻速度;④焊接采用布氏硬度值223(HB),而且焊接性能良好。所鎢極氬弧焊,電弧能量大,熱量集中,而且有氬以,采用S2053鋼鍛件作為管板的材料,并在管氣流的冷卻作用,熱影響區(qū)小,焊接質(zhì)量穩(wěn)定,板孔之間的管橋上開設(shè)應(yīng)力槽。焊縫成型好,且無飛濺和熔渣;為加快焊縫的冷管箱采用Q345R鋼板制作,其內(nèi)表面噴砂除卻速度,焊后可用水進行強制冷卻;⑤對于換熱銹后,烘烤酚醛清漆。管與管板之間的焊接,可在管橋上開設(shè)應(yīng)力槽,4結(jié)語以減小甚至消除焊接應(yīng)力。3S31254鋼管的使用在母Ⅱ加熱器的設(shè)計中,采用S31254鋼管作為換熱管,管板的材質(zhì)采用S2053鍛件,管箱內(nèi)母Ⅱ加熱器管程中的介質(zhì)含有高濃度的CⅠˉ、表面采取烘烤酚醛清漆的措施,有效地防止了管HCO3,對于鋼材是強腐蝕性介質(zhì)。換熱管若選用程中含有高濃度C、HCO3的母液Ⅱ介質(zhì)對設(shè)備20碳鋼管,其使用壽命很短,頻繁地更新被腐蝕的腐蝕。實踐已證明,用S31254高合金純奧氏體壞的設(shè)備,嚴重地影響生產(chǎn)能力;換熱管若選用不銹鋼替代高成本的鎳基合金和鈦材來防止Cl^、帶內(nèi)防腐20碳鋼管,由于防腐層的導熱系數(shù)太小,HCO3的腐蝕,是一種有效的方法,這對延長設(shè)備因而嚴重降低換熱效果;換熱管若選用鈦管,其的使用壽命、提高生產(chǎn)能力、降低制造成本提供使用壽命長、效果好,但鈦管的價格昂貴,是了可靠的保障。S31254鋼管價格的三倍。鑒于S31254高合金純奧參考文獻氏體不銹鋼耐點腐蝕、耐間隙腐蝕、抗應(yīng)力腐蝕、抗均勻腐蝕的優(yōu)秀性能,其焊接接頭具有良好的1 ASTM SA213/SA213M-2010,鍋爐、過熱器和換熱器用無耐晶間腐蝕能力,采取有效的焊接工藝完全可以縫、鐵素體和奧氏體合金鋼管子[S2 ASTM SA312/SA312M-2010,無縫和焊接奧氏體不銹鋼公防止焊縫中的熱裂紋,所以采用S31254鋼管作為稱管[S]換熱管。ASME,材料D篇性能(公制),第Ⅱ卷[S].2010.因為殼程介質(zhì)是飽和水蒸汽,換熱管要承受4GB150.1-4-2011,壓力容器[S]振動和疲勞載荷,所以換熱管與管板的連接方式(收稿日期2013-02-22)(上接第13頁)3結(jié)語表2可知,本項目每噸產(chǎn)品液氨成本為項目以甲醇馳放氣以及甲醇裝置空分系統(tǒng)副1357.12元,國內(nèi)外合成氨裝置液氨成本在1400產(chǎn)的氮氣為原料,采用先進成熟的變壓吸附提氫2300元之間。憑借低廉的成本,產(chǎn)品有很強的市工藝,用低壓法氨合成工藝技術(shù)生產(chǎn)液氨。采用場競爭力。的工藝技術(shù)先進、可靠,項目經(jīng)濟效益好,抗風項目投資1.4億元,利潤率為40%,動態(tài)投險能力較強。為焦爐氣生產(chǎn)甲醇的企業(yè)進一步發(fā)資回收期(稅前)為3年。經(jīng)濟效益十分可觀。展中國煤化工根據(jù)盈虧平衡點的計算,只要生產(chǎn)達到設(shè)計生產(chǎn)CNMHG能力的32%,企業(yè)收支即可平衡參考文該項目自2012年12月投產(chǎn)后,穩(wěn)定運行至1A.Ⅴ.斯拉克,G,R.詹姆斯.合成氨第三分冊[M今,各項消耗指標優(yōu)于設(shè)計值,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,北京:化學工業(yè)出版社,1980:14達到國家標準(GB536-1988)優(yōu)等品質(zhì)量指標。(修改回稿2013-07-02)