甲醇弛放气制合成氨

12CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2013 ,23(6)甲醇弛放气制合成氨.彭奕*黄维柱李林四川天- -科技股份有限公司成都610225艾军河北旭阳焦化有限公司 定州100107摘要介绍以焦炉气生产甲 醇过程中产生的弛放气与甲醇装置空分系统副产的氮气为原料，生产合成氨的新工艺及其技术性能、能耗和经济指标。关键词驰放气 合成氨新工艺目前合成氨生产的主要原料有天然气、石脑常采用甲烷化工艺来脱除微量碳，由于甲烷化反油、重质油和煤等，其工艺技术成熟、可靠，而应本身要消耗一些氢气，同时生成的甲烷又作为利用焦炉气制甲醇的驰放气生产合成氨成则为合惰性气体混人新鲜合成气中，惰性气体含量越高，成氨生产的全新原料路线。吹除气量越大，原料气损失越多，氨净值降低。现以某焦化公司甲醇驰放气为原料生产100kt/由于新鲜气净化程度高，采用低压氨合成,a液氨项目为例。该项目利用焦炉气生产甲醇过程合成压力控制在≤15MPa(G)。过去国内自主设计中产生的弛放气以及甲醇装置空分系统的氮气为的合成氨装置设计压力多为32MPa。氨合成压力的原料生产液氨。利用焦炉气制甲醇装置的弛放气制合成氨的高低，是影响氨合成生产中能量消耗的主要因素项目属于典型的废气利用项目，这种生产液氨的之一，主要能量消耗还包括原料气压缩功、循环新工艺方案，其生产技术、能耗及经济指标均处气压缩功和氨分离的冷冻功。与32MPa合成工艺相比，15MPa 合成工艺虽然循环机功率和冰机功率于较先进水平，具有良好的经济效益。更大，但新鲜气压缩功率大幅降低，同时降低了1工艺方 案和装置能耗指标系统的漏损，节能效果显著。由于操作压力和温来自于甲醇装置的驰放气经过变压吸附提取度较低，对设备、管道的材质要求有所降低，容氢并除去对合成催化剂有害的一氧化碳、二氧化易制造和管理。在一定空速下，合成压力越高，碳和氧。来自空分的氮气压缩之后进行脱氧，再出口氨浓度越高，氨净值越高。随着低温高活性与氢气混合后进行干燥，除去水分。干燥后的混催化剂的研制和改进，压力降低带来的氨净值低合气进入联合压缩机，加压后进氨合成系统。变的不足得到克服。有研究成果表明:15MPa比压吸附的解吸气和氨合成系统放空气都去燃气32MPa节省设备投资12%，其中合成气压缩机及管网。级间设备等费用节省37%原料气的净化流程见图1。净化后的新鲜气在合成塔前补进，降低循环氮气→+[脱氧}一，+干燥}1 新鲜气进合成氨系统功耗和冷冻功耗，并减少吹除气量。采用高净值氢气的氨合成塔。反应气出塔温度300°C以上，出塔气甲醇驰放气- +变压吸附提氢解吸气进燃料管网体反应热多级利用，并产生中压饱和蒸汽，出塔图1原料气的净化流程方 框图热气在热交换器与进合成塔冷气换热后，再采用项目原料气净化部分采用变压吸附提氢技术.水冷降温，达到节水目的。之后反应气采用两级以及等压干燥的专有技术，深度净化后的新鲜气氨冷,收集液氨。放空点设置在循环机进口点，当量氧原子小于等于10ppm,合成系统的惰性气体此处惰性气体浓度最高，系统中氨都已基本分离，含量极低，这样合成系统氨净值高，吹除气量很氨含量最低，放空气量少。小。以煤、气、油为原料制合成气的净化工艺通系统流程见图2。*彭奕:高级工程师。 1993年毕业于四川轻化工学院。从事工艺设计和项目管理工作。联系电话: (028) 85963543, E-mai: tkee@ tianke. com。2013 ,23(6)彭奕等甲醇弛放气制合成氨13表1合成氨装 置能耗氨合成塔，- 热交換器一废 热锅炉吨氨消能耗指标.能耗名称.水冷却器耗量(MJ(GJ)吹除气甲醇驰放气，Nm330509.65629. 45油分离器.循环压缩机。 ↑冷交换器气氨氮气，Nm'70011.728. 20补充气压缩↓↓氮冷凝器I I新鲜水，t62.510.015冰机液氨分离器脱盐水，t0.8828.450. 025驰放气液氨电，kWh5203.6驰放气氨回收卜液氨减压槽蒸汽1.0MPa, t0.0837630. 301装车蒸汽2. 45MPa, t-0.753808-2.856氨冷凝。液氨贮槽液氨球罐解吸气，Nm3- 12317.296- 8.981原料甲醇变压吸附提氢 ，，原料气精制能耗合计28. 03弛放气注:液氨装置单位产品综合能耗是按国家标准GB/T2589-解吸气去燃料管网原料氮气.2008计算，28. 03 GJ/t折标煤为957.6 (标准煤的低位发热值为图2全 系统流程方框图29271kJ/kg)。项目建了一套完善的氨回收系统。合成系统氨行业加权平均综合能耗应降至1515 千克标煤/需要排放的气体有3种:①从循环气排放的吹除吨。本项目的能耗为971千克标煤/吨，处于领先气，100Nm'/h, 氨含量约2. 9%，氢含量约72%，水平。直接排放至燃料管网做燃料;②液氨减压槽的驰放气，350Nm^/h,其中氨含量约40%，考虑采用2技术经济液氨蒸发冷却的方式，回收其中85%的氨，采用甲醇驰放气生产100kt/a合成氨装置主要技术系统二级氨冷的蒸发压力，让蒸发后的气氨能回经济指标见表2。到液氨冷冻系统的二级冰机入口;③氨球罐的排.放气，根据压力情况，排放气回到液氨冷冻系统表2主要 技术经济指标的一级冰机入口。消耗定额单价成本项目名称这套氨回收系统与传统的氨回收方式不-样。(吨氨)(元)传统的氨回收方式是采用水洗吸收氨，得到稀氨1外购原材料水，需要得到浓氨时再采用精馏的方法制得高浓甲醇弛放气，Nn0. 25762. 5度氨。而在这个合成系统里，利用新鲜气净化纯氮气，Nm345.5度高、系统排放气量少的特点，创新了氨回收方合成氨催化剂kg0.11171. 87提氢吸附剂，kg0.216102.16法，节省氨回收设备投资和运行成本，基本做到原料气精制吸附剂，kg0.0740.74无废气外排。项目“三废”排放种类少、数量小。2外购动力甲醇驰放气生产100kt/a合成氨装置能耗见6300.637401. 44表1。1.48.4根据由石油和化学工业规划院2013年2月编脱盐水，10. 884.4制完成的《重点化工行业节能减排规划研究(初仪表气，Nm3240.12.4稿)》，2011年我国合成氨单位产品平均综合能耗3直接工资,元22. 2较2006年全行业平均单耗下降约9. 2%，但消耗.4折旧费,元96. 97仍高达1575千克标煤/吨。其中，天然气头合成氨5修理费，元36.0.综合能耗先进水平为1020~1160千克标煤/吨(基6摊销费，元3. 57本.上代表了世界的先进水平)，非无烟煤头合成氨7财务费用，元14.34能耗先进水平为1500 ~ 1700千克标煤/吨，无烟煤8其他费用，元67.13头合成氨先进水平为1365 ~ 1570千克标煤/吨，而9扣除副产回收落后值高达2460千克标煤/吨。《 重点化工行业节副产蒸汽，t150-112.5能减排规划研究( 初稿)》建议到2015年，合成10单位生产成本，元1357. 12(下转第21页)2013 ,23(6)刘字S31254钢管的应用21可采取以下措施:①严格控制材料中硫、磷等有应采用胀焊并用，采用密封焊加强度胀的连接形害杂质的含量;②采用能够形成焊缝双相组织的式，这就要求换热管材料的硬度低于管板材料的焊丝，从而打乱奥氏体不锈钢状晶的方向性，减硬度。S22053钢是抗Cl~腐蚀良好的双相不锈钢,少晶间低溶点共晶的偏析量;③采用低线能量、其布氏硬度值为293 (HB), 大于S31254钢管的窄焊道技术，提高熔池的冷却速度;④焊接采用布氏硬度值 223 (HB)，而且焊接性能良好。所钨极氩弧焊，电弧能量大，热量集中，而且有氩以， 采用S22053钢锻件作为管板的材料,并在管气流的冷却作用，热影响区小，焊接质量稳定,板孔之间的管桥上开设应力槽。焊缝成型好，且无飞溅和熔渣;为加快焊缝的冷管箱采用Q345R钢板制作，其内表面喷砂除却速度，焊后可用水进行强制冷却;⑤对于换热锈后，烘烤酚醛清漆。管与管板之间的焊接，可在管桥上开设应力槽，4结语以减小甚至消除焊接应力。在母II加热器的设计中，采用S31254钢管作3 S31254 钢管的使用为换热管，管板的材质采用S22053锻件，管箱内母I加热器管程中的介质含有高浓度的Cl~、表面采取烘烤酚醛清漆的措施，有效地防止了管HCO3，对于钢材是强腐蚀性介质。换热管若选用程中含有高浓度CI~、HCO3 的母液II 介质对设备20碳钢管，其使用寿命很短，频繁地更新被腐蚀的腐蚀。实践已证明，用S31254高合金纯奥氏体坏的设备,严重地影响生产能力;换热管若选用不锈钢替代高成本的镍基合金和钛材来防止CI、带内防腐20碳钢管，由于防腐层的导热系数太小,HCO5的腐蚀，是- -种 有效的方法，这对延长设备因而严重降低换热效果;换热管若选用钛管，其的使用寿命、提高生产能力、降低制造成本提供使用寿命长、效果好，但钛管的价格昂贵，是了可靠的保障。S31254钢管价格的三倍。鉴于S31254高合金纯奥.参考文献氏体不锈钢耐点腐蚀、耐间隙腐蚀、抗应力腐蚀、抗均匀腐蚀的优秀性能，其焊接接头具有良好的1 ASTM SA213/SA213M - 2010， 锅炉、过热器和换热器用无耐晶间腐蚀能力，采取有效的焊接工艺完全可以缝、铁素体和奥氏体合金钢管子[S].2 ASTM SA312/SA312M - 2010,无缝和焊接奥氏体不锈钢公防止焊缝中的热裂纹，所以采用S31254钢管作为称管[S].换热管。3 ASME,材料D篇性能(公制),第卷[S]. 2010.因为壳程介质是饱和水蒸汽，换热管要承受4 GB150.1~4 -2011, 压力容器[S].振动和疲劳载荷，所以换热管与管板的连接方式(收稿日期2013 -02 -22)3结语(上接第13页)表2可知，本项目每吨产品液氨成本为项目以甲醇驰放气以及甲醇装置空分系统副1357. 12元，国内外合成氨装置液氨成本在1400~产的氮气为原料， 采用先进成熟的变压吸附提氢2300元之间。凭借低廉的成本，产品有很强的市工艺，用低压法氨合成工艺技术生产液氨。采用场竞争力。的工艺技术先进、可靠，项目经济效益好，抗风项目投资1.4亿元，利润率为40%，动态投险能力较强。为焦炉气生产甲醇的企业进一步 发资回收期( 税前)为3年。经济效益十分可观。展循环经济开创一条新路。根据盈亏平衡点的计算，只要生产达到设计生产能力的32%，企业收支即可平衡。该项目自2012年12月投产后，稳定运行至1 A. V.斯拉克，G. R.詹姆斯.合成氨第三分册[M].今，各项消耗指标优于设计值，产品质量稳定,北京:化学工业出版社，1980: 146.达到国家标准(GB 536 - 1988)优等品质量指标。(修改回稿2013 -07 -02)