河北鑫源顺发年6万吨总氨烃化方案

河北鑫源顺发化工化肥有限公司6x104t总氨/a烃化工段工艺技术及设备方案工程建设单位河北鑫源顺发化工化肥有限公司项目编制单位湖南安淳高新技术有限公司专利技术所属单位湖南安淳高新技术有限公司工程设计资质级别甲级甲级设计证编号180604-SJ湖南安淳高新技术有限公司2012年2月第一章总论1概述1.1项目名称项目名称：《河北鑫源顺发化工化肥有限公司6×104t总氨/a（其中含5×104t·NH3/a）工艺技术及设备方案》项目建设单位：河北鑫源顺发化工化肥有限公司地址：河北省井陉县电话：传真：方案编制单位：湖南安淳高新技术有限公司专利技术所有单位：湖南安淳高新技术有限公司地址：长沙市高新区麓谷麓松路539号电话：[phone]传真：[phone]邮编：4102051.2项目提出的背景河北鑫源顺发化工化肥有限公司现有一套Ø1000氨合成装置，两套Ø800中压联醇装置，采用铜洗（Ø700铜塔）净化工艺。目前生产能力为合成总氨5万吨（其中合成氨4万吨，甲醇1万吨）。为响应国家节能减排要求，现计划对铜洗系统进行改造，升级为醇烃化净化精制工艺。湖南安淳高新技术有限公司的ⅢJ系列氨合成工艺及设备、醇烃化净化精制工艺及设备均获国家重点推广计划项目，拥有多项国家专利，有全国同行业推广较多，取得的社会和企业经济效益很多，河北鑫源顺发化工化肥有限公司于20121年2月发传真件给湖南安淳公司，正式委托安淳公司协助设计系统改造初步方案。1.3项目所涉及的范围本方案着重对所涉及的工段工艺技术方案及设备选择进行研究讨论。着重讨论烃化工段。1.4方案设计编制的指导思想1.4.1采用国家级重点推广计划的项目——《ⅢJ系列氨合成工艺技术》及《合成氨原料气醇烃化精制工艺技术》两个获得了国家科技进步二等奖的优秀成果，结合安淳公司多年推广上述成果所积累的设计及工程经验，因地制宜地进行优化设计，以达到国际、国内先进水平的工艺生产装置。1.4.2贯彻节能降耗、提高经济效益的总方针，采取一切行之有效的节能措施。1.4.3配套系统及有关重点设备尽量采用近几年来新成果，赶超国际、国内先进水平。河北鑫源顺发化工化肥有限公司15×104t总氨/a合成氨和醇烃化工段工艺技术及设备方案湖南安淳高新技术有限公司-2-1.4.4提高自控水平，人机互补，管控一体化。使生产操作的监测和记录更加严密科学，使管理工作上水平、上档次。1.4.5设计中积极改进工艺，减少“三废”排放，做好综合利用，搞好三废治理。1.4.6根据茌平信祥化工有限公司的条件，尽量节约投资，加快工程的进度。2企业概况（略）3项目建设条件（略）第二章产品方案和规模1产品方案和生产规模表2-1单位：t/a序号产品名称产品能力备注1合成氨5×104最大生产能力6万吨2精甲醇1×104最大生产能力说明：醇烃化精制工艺，既精制了原料气又副产了甲醇，所列生产能力是指合成氨产量与甲醇产量之和，即用所谓“总氨”产量来代表。本工程总氨能力为6×104t/a。2生产天数：8000h第三章工艺技术及设备方案醇烃化工段1．1工艺技术方案选择本设计选择的合成氨原料气精制方法采用先进的醇烃化精制工艺净化合成氨原料气，本工程选择工艺为以净化精制为主，要求甲醇副产品尽量少，采用可调“氨醇比”的工艺方案，要求合成氨产量和甲醇产量随市场变化而方便可调。工序采用在湖南安淳高新技术有限公司成功的先进科技成果——醇烃化精制工艺，以及其扩展技术——可调氨醇比的醇烃化工艺。河北鑫源顺发化工化肥有限公司15×104t总氨/a合成氨和醇烃化工段工艺技术及设备方案湖南安淳高新技术有限公司-3-目前国内合成氨厂生产过程中，对原料气精制方法主要有“铜洗法”，深度变换-甲烷化法，以及由湖南安淳公司首创推出的双甲精制新工艺及其延伸技术醇烃化工艺精制法。多年来在中、小氮肥厂使用的“铜洗法”净化精制的方法，是一个较为落后的工艺方法。现阶段来看“铜洗法”工艺的缺点越来越突出。主要表现在控制指标多、操作不稳定、检修频繁、运行费用高、腐蚀重、环境污染严重。深度变换-甲烷化法流程复杂，热利用率低，尤其是蒸汽消耗太高，造成供汽紧张，既制约生产又不经济。双甲是我国首先提出并实现了工业化生产的一项先进工艺。湖南安淳公司于1990年8月就申请了中国发明专利，1992年在湖南衡阳市氮肥厂实施了工业化生产，一次开车成功运行至今。比丹麦托普索公司提出的合成氨甲醇化工艺及流程还早2年问世，且运行参数更加合理。双甲化工艺的主要优点为原料气精制度高、操作简单、运行稳定、物耗少、工作环境清洁，是“合成氨生产技术的一项重大革新，为我国首创，居国际领先地位。”不足之处是产生甲烷，导之氨合成放空增加。醇烃化精制工艺是安淳公司原来首创的合成氨原料气双甲精制工艺的“升级换代”技术，关键在于创新的烃化催化剂：用之取代传统的镍基型甲烷化催化剂。使原料气中的少量CO、CO2与H2反应生成醇类物和碳氢化物，醇类物可作为产品使用，其余的烃类物和少量多元醇类物质能在常温下冷凝为液体进行分离，烃化反应产物几乎没有CH4，因而进入氨合成系统CH4可大大减少，减少了气体的消耗。2004年，醇烃化精制工艺技术荣获国家科技进步二等奖。1．2典型工艺流程简述1.2.1工艺流程1.2.1.1原则的工艺流程图河北鑫源顺发化工化肥有限公司15×104t总氨/a合成氨和醇烃化工段工艺技术及设备方案湖南安淳高新技术有限公司-4-1.2.1.2流程简述压缩机送来的12.5MPa的粗原料气经净化（除氨、油污）后，首先通过醇化预热器（管间），提温至160℃～180℃进醇化塔A(B)，经塔内换热器加热至210℃～230℃。醇化反应后气体温度升至250℃左右，经醇化塔内换热器出醇化塔A(B)，再进醇化预热器（管内）与压缩送来的粗原料气换热降温后进醇化水冷器，进一步降温至～40℃，进入醇分离器分离甲醇后，此时经醇化反应后(CO+CO2)降至0.05%～0.2%。醇后气经过压缩机升压，除油后送烃化。先经烃化预热器（管间）加热后，再从烃化塔下部进入下部换热器（管间）提温至220℃～240℃进入烃化触媒层进行烃化反应，出烃化催化床温度为230℃～250℃，经下部换热器（管内）与醇后气体换热降温出烃化塔，此时(CO+CO2)由醇后气的0.1%～0.3%降至12ppm以下。烃后气经烃化预热器（管内）、烃化水冷器、烃化氨冷器降温至5℃～8℃左右进入分离器分离水、液态醇烃等物后，再送入氨合成系统。1.2.1.3流程特点1.2.1.3.1醇化采用12.5MPa级，产醇时有利于醇的产品质量提高；烃化采用31.4MPa等级，烃化精制气直接送氨合成，不再受压缩机的油污染，主要是可得用原DN1000氨合成系统的设备，节损投资。1.2.1.3.2醇化系统为两个醇塔串联或并联方式，各自带一套分离系统，有利于提高催化剂利用率，保证运行绝对稳定。1.2.1.3.3醇烃化精制工艺优于第一代双甲精制工艺在于：用醇烃化催化剂取代甲烷化催化剂，CO、CO2转化为在常温下可冷凝为液态的烃化物，与第一代双甲精制工艺相比少耗33%H2，合成放空气量减少28%，甲醇产量增加4.6%，合成氨产量增加1.85%。河北鑫源顺发化工化肥有限公司15×104t总氨/a合成氨和醇烃化工段工艺技术及设备方案湖南安淳高新技术有限公司-5-1.2.1.3.4烃化后设置氨冷器，将气体温度降到8℃，使气体中水蒸汽含量降到34ppm以下。1.2.1.3.5净化精制度高，甲醇化出口(CO+CO2)0.05%～0.2%，烃化出口(CO+CO2)≤12ppm。1.2.1.3.6无污染物质排放。2．3醇烃化工艺技术的有关问题讨论及工艺比较原料气的净化精制工序作为合成氨工业中的十分重要的工段，它技术的先进性及工程运行的稳定性均十分重要，为了更加进一步说明工艺的性能，将本技术和传统的有关技术结合实际运用情况进行初步定性和定量地比较分析。2．3．1关于副产甲醇的问题本工艺除保证自身的净化需要外，将要副产一部分甲醇产品。一般来讲，工厂总希望随市场情况的变化而调节甲醇或氨的产量。并且希望尽可能简单而方便地调节醇的产量。醇烃化工艺作为合成氨工业中的一个工序，实现净化精制为工段的主要任务——净化工艺中的醇化工序即是生产产品的岗位，也是一个气体精制的必须岗位，因此，副产一定量的甲醇为必然。设计配置的设备及流程即考虑了气体的净化度——在一个催化剂使用周期中的任何一个阶段均能达到工艺要求，又考虑了在未来甲醇市场较好的情况，当需要多产甲醇时能可尽可能地多产甲醇产品。下表格列出了通过物料量来定位的变换及脱碳岗位的气体中CO的指标，并确定了采用目前工艺，在总的合成氨工艺流程不大变动的条件下的最小和最大氨醇比，为以后的操作及提供依据。表3-5不同醇氨比的气体成份要求表醇：氨（n:n）年甲醇产量（万吨）（8万吨总氨条件下）半水煤气（N2%）变换气（CO%）进甲醇化（CO%）1：200.3821.851.181.641：140.5321.411.522.091：100.7321.021.82.371：80.8920.332.122.821：61.1420.672.763.651：41.619.353.855.091：3218.24.836.371：22.6716.266.528.581：1412.3410.1113.25从表中看出，副产甲醇越多，要求半水煤气中N2越少，即在造气工段加氮空气将减少；变换气中CO百分比越高，变换负荷减轻，加入蒸汽量减少，节约蒸汽将越多，也使醇的产量增加。实际运用中，我们通常是将变换工段的出口的CO指标控制，作为调节甲醇产量的重要控制方法。反之，如果副产的甲醇产品量越少，则变换系统的出口气中的CO%量将越少，对变换要求的蒸汽加入量将变多，但过低的醇氨比，将会使入甲醇化炉中CO+CO2降低，使得甲醇化炉中河北鑫源顺发化工化肥有限公司15×104t总氨/a合成氨和醇烃化工段工艺技术及设备方案湖南安淳高新技术有限公司-6-的热平衡受到影响。以装置经济效益最优化的观点来看问题，我们要求当甲醇产品销售好时，多产甲醇；反之，可多产液氨。因而，流程中配置两不同形式的醇化塔内件（第一醇化塔注重产醇，第二醇化塔注重净化），达到即可能大幅度提高甲醇产量，又可以最大限度地达到初步净化的要求，以利减少烃化（或甲烷化）的物料消耗。这就是安淳公司的“可调醇氨比的双甲净化工艺”的专利技术核心内容之一。2．3．2醇烃化工艺与其它净化精制方法比较合成氨原料气的净化精制方法有多种，目前国内外也有不同的工艺在运用。现列举一些常用的工艺进行分析比较。2.3.2.1醇烃化工艺与铜洗工艺的比较众所周知，铜氨液洗涤原料气的精制方法为以煤为合成氨原料的中、小型合成氨厂的主要方法。但此方法需要耗氨、铜、醋酸、蒸汽及电力，工艺操作要在低温下进行吸收、高温下对铜氨液进行再生，能量的损失较大，并且吸收和再生的工艺条件控制也较复杂，再生气中含有合成氨的有用工艺气体，排入大气会造成能源浪费和污染环境，进行回收则要增加能量消耗。实际运用中，铜洗法的操作很不稳定，如“铜洗带液”“微量”升高等现象工艺事故经常发生并影响生产。另外铜氨液的渗透性非常强，对钢材有一定的腐蚀性，一旦泄漏造成的环境污染较大。铜洗工段的维修量也大，增加工人劳动强度。维修和运行费用也较高。采用醇烃化工艺将要放空掉的有用气体合成有用的醇产品，当醇氨比适当时，运行中只需用到合成气体用的催化剂，无其它耗料。表3-6醇烃化工艺流程与铜洗流程的费用比较表单位：吨总氨项目名称单价（元）铜洗醇烃化备注吨氨消耗运行费/元吨氨消耗运行费/元自用氨1.48kg11.20电解铜220.21kg4.620冰醋酸50.2kg1.00蒸汽0.045350kg15.750电0.2562.26kwh15.56511.61kwh2.90含冰机电耗冷却水1.0025t25.0021.92t21.92烃化触媒2200.000.021kg0.462醇化触媒3200.000.14kg4.48合计73.1429.76从上表可以看出：醇烃化工艺比铜洗法吨氨消