焦炉煤气制尿素工艺中合成气不足的解决方案 焦炉煤气制尿素工艺中合成气不足的解决方案

焦炉煤气制尿素工艺中合成气不足的解决方案

  • 期刊名字:广东化工
  • 文件大小:565kb
  • 论文作者:徐姝娴,任红星
  • 作者单位:中国中煤能源集团有限公司,中煤九鑫焦化有限责任公司
  • 更新时间:2020-10-02
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论文简介

2014年第3期广东化工第41卷总第269期www.gdchem.com85焦炉煤气制尿素工艺中合成气不足的解决方案徐姝娴1,任红星2中国中煤能源集团有限公司,北京100120:2.中煤九鑫焦化有限责任公司,山西晋中031307)摘要]简述了剩余焦炉煤气综合利用的途径,分析了在不同结焦时间下的合成气量分配情况,针对由于结焦时间较长低负荷工况下出现合成气量不足的情况提出了解决措施,根据提出的解决措施制定了设想工艺方案,采用UGI炉气化技术工艺造气来解决合成气不足的问题较为现实,整体工艺方案的预计投资约1000万元[关键词]焦炉煤气;合成氨;尿素;UGI炉工艺[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]007-1865(2014)03-008502The Fill Volume Advice of the gas Supply Shortage in the CoG to AmmoniaProcess of the Actual OperationXu Shuxian, Ren Hongxing(1. China National Coal Group Corp, Beijing 100120: 2. China Coal Coke Jinxin Co Limited, Jinzhong 031307, China)Abstract: The paper describes the way of comprehensive utilization of surplus coke oven gas, and analyzes the distribution of synthetic gas in different cokingtime. Measures are presented aiming at the existing synthetic gas shortage problem in the process of coke oven gas for urea In the author's view, it is practical to useUGI furnace to solve this problem, which is budgeted at 10 million yuanKeywords: COG: ammonia; urea: UGI fumace process焦炉煤气(COG)在未被净化之前称作荒煤气,是煤在炼焦炉%-18%,为全部产品的,仅次于焦炭产品。净化后的焦炉中经过高温干馏后,在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种气中主要成分为氢气和甲烷,其典型成分见表1。从成分、热值可燃性混合气体,是炼焦工业的副产品,其中含有大量的H2CH4方面来看,不仅是良好的燃气,而且也是重要的化工原料。由于CO、HS、COS、CS2、NH3、HCN、噻吩、硫磺、硫醚、焦油生产技术、产业分布等方面的原因,目前仅有不到10%的焦炉煤萘、苯等化学物质。在炼焦产品中,按重量计算,焦炉煤气占15气被以煤气供应、发电等形式回收利用4。表1典型焦炉气成分b. 1 Typical composition of coke oven组CH含量4-595.5~703~0.7目前,焦炉煤气的用途主要可划分为四类,分别是工业与民用燃料、化工原料、还原剂直接还原炼铁以及制氢。作为化工原}世干法碳料方面,焦炉煤气可以制甲醇、合成氨、二甲醚、天然气等对于焦炉煤气的利用,我们公司选择了利用剩余焦炉煤气制甲烷化MDEA中革低更鼻富氧雷化转化合成氨与尿素工艺。我公司年产200万吨的焦炭生产装置副产的煤气约在51-54万Nmh,每年有3.15亿Nm3的焦炉煤气富裕,根据初步设计,可年产18万吨合成氨与30万吨尿素(以下简称深分高制氧“1830工程”)。但在实际的生产过程中,在市场不景气的情况二化硬三感下,很多企业实行产量限产,如此情况下,剩余焦炉煤气的量就无法保证,以至于造成尿素系统无法开车,严重影响后续产业链的延伸,同时也损失了经济效益1焦炉煤气制尿素工艺路线剩余焦炉气经一次湿法脱硫后(H2S<10mgm2)、除焦、除尘后进入气柜,经铁钼加氢将有机硫转化为无机硫后进入氧化锰及氧化锌脱硫塔进行干法脱硫,经过预热后,与预热后的蒸汽混合图1剩余焦炉煤气制合成氨与尿素工艺流程简图后进入转化炉,在转化炉内与来自空分装置的含氧35%的富氧空Fg! Surplus coke oven gas of synthetic ammonia and urea process气反应,部分催化氧化,将焦炉气中的甲烷及少量烷烃转化为COflow d和H2,转化后的高温气体经中串低变换后其中的CO含量降至0.3%以下,变换后的气体进入MDEA脱碳工序,使其中的CO2含量小于02%。净化气与中变气进行热交换后进入甲烷化精制工序,2合成气气量不足的情况使得精制后的气体中CO+CO2≤10ppm,经过压缩后进入氨合成年产200万吨的焦炭生产装置满负荷状态下副产的焦炉煤气装置。合成后的氨经冷却分离减压进液氨贮槽,液氨送尿素装置约在51-54万Nm/h,大约每年有315亿Nm3可用于1830工生产尿素,多余的液氨外卖程项目。受焦炉煤气供气量限制可产合成氨17.75万吨/年、尿素脱碳工序来的二氧化碳气体经压缩后进入尿素装置的汽提28万吨年。但当焦炭行业不景气,大幅限产的情况下,使得焦炉塔,液氨罐区来的液氨经液氨泵加压后至高压甲铵喷射器。合成煤气供气量大幅降低,合成氨出现供气量不足,无法达到既定产的尿液经汽提、精馏、闪蒸回收未反应的NH3及CO2后进入蒸量,后续尿素系统将无法开车发系统,经两级蒸发浓缩后熔融尿素送至造粒塔造粒,成品尿素几种不同结焦时间的煤气分配情况如表2所示由造粒塔底的刮料机收集后送至包装系统。工艺流程简图如图开启合成后,根据物料平衡表,合成氨每小时消耗的所示。焦炉煤气量为中国煤化工结焦时间延长到25小时时,在满气需求后,仍能满足合成氨供应CNMHG时,已不能满足合收稿日期]20131219[作者简介]徐姝娴(1982-),女,毕业于南开大学(天津),学士,助理化工工程师,现任技术主管,主要从事煤化工技术管理。广东化工2014年第3期www.gdchem.com第41卷总第269期成氨系统的煤气供应,面临着尿素系统无法开车的可能表2不同结焦时间下的煤气分配情况Tab 2 Gas distribution under different coking time结焦时间耗气量(Nm3h2)回炉煤气管式炉锅炉合成氨电外供及放散焦炉煤气(总计)225h(无合成氨)4359015929225h(有合成氨)43590750048599420028h3502818096027328327569636h2724425536471003解决措施焦炉产原料气,之后共同参与后续过程。工艺流程简图如图3所当结焦时间达到28h后,可考虑补充合成气,要增加合成气(1)在原料方面,以煤炭为原料增加了煤炭的采购供应品种,焦炉煤气焦炉气干法脱硫富氧催化转化诸存运输和备煤也有一定困难,可就地取材,以焦炭为原料是较为可行的方案。10mm以下的焦粉及25mm以上的冶金焦炭是焦化厂的主产品并有较大的市场价值,故考虑以10-25mm的小粒后续过程4DEA税碳中串低变换焦炭为原料(2)要建设一个小规模的合成气补充装置(3)依据现场布局,所选设备占地面积不能太大,工艺成熟可变换靠,便于现场就地安装。从以上三点原因考虑,采取使用UGI炉造气的措施较为理想。小焦去小颗粒电捕器4工艺方案净化}「压缩41关于UGI炉UGI煤气化炉是由美国( United States)结合气体改良公司定名煤气化炉,是一种常压固定床煤气化装备。原料通常采用无烟鼓风机煤或焦炭,其特点是可以采用不同的操纵方式(持续或间歇)和气化剂,制取空气煤气、半水煤气或水煤气图3改进工艺流程方框图Fig3 Improved process flow diagram以收受接管热量、副产蒸汽,上部内衬耐火资料,炉底设转动炉采用UG炉气化技术工艺成熟,且在很多小型氮肥厂有过工部或底部引出。因定床反应,要求气化原料具有一定块度业应用,经过多次技术改进和完善,成本较低;易于加工制造以免堵塞煤层或气流分布不匀而影响操作配套设施简单,占地面积小,便于现场安装调试:且所需富氧可UGI炉用空气生产空气煤气或以富氧空气生产半水煤气时,考虑一并纳入1830工程已有制氧负荷中,与已有系统较易整合可采取连续式操作方法,即气化剂从底部连续进入气化炉,生成5设计估算与投资气从顶部引出。以空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时,都采用间歇式操作方法。在中国数用连续式操作生产发生所示,富氧催化转化出口的有效气成分为炉煤气(即空气煤气)外,绝大部分用间歇式操作生产半水煤气或CO+H2)=(38933+9824)=48757Nm3/h:根据实际工程经验,可采水煤气。用Φ3000mm连续式UGI炉,以空气富氧为气化剂,如入炉空气UGI炉的优点是设备结构简单,易于制造和操作,投资少般不需用氧气作气化剂,热效率较高。缺点是原料单一,对煤富氧浓度达到50%55%,则产气量可达到14000Nm3/h,而其有效气成分CO+H2)含量约为75%,故有效气产量可达到约10500种要求比较严格,单炉能力小:操作和设备管理难度大,现场环Nm3/h,补气率可达1050048757×100%=21.5%,加上各种配套设境差,污水含有焦油酚及氢化物,易对环境造成污染42工艺流程并网选择施,一套炉子全部造价约500万元。如上两台Φ3000mm连续式UGI炉,因按年有效生产时间800小时计算,在焦炭市场不好,根据UGI炉特点,产生的合成气可在1830工程流程中串低采取延长结焦时间限产的情况下,适当增加气化炉运行时间,可变换后、MDEA脱碳前进入合成氨流程,与变换后的焦炉煤气共使补气率达到50%;而两台炉因可共用配套设施,投资在1000同参与后续过程。工艺流程简图如图2所示万以内。焦炉煤气6结束语气柜焦炉气干法脱硫富氧催化转化况.分将集使连默图是荣化合遗各减气进符气量的补充后续过程MDEA脱碳中串低变换(2)工艺路线可选择在中串低变换后、MDEA脱碳前进入合成氨流程,与变换后的焦炉煤气共同参与后续过程;也可选择在富氧催化转化后、中串低变换前进入焦炉气,之后共同参与后续过程3)UGI气化技术工艺成熟,经过多次技术改进和完善,成本小焦去小颗粒电捕器较低;并且易于加工制造,配套设施简单,占地面积小,便于现净化压缩场安装调试。UGI气化技术工艺路线中所需富氧可一并纳入现有1830工程已有制氧负荷中,与现有系统较易整合,不需另建供氧富氧设施。整体投资约在1000万元鼓风机中国煤化工图2改进工艺流程方框图CNMHG(下转第84页)Fig 2 Improved process flow diagram也可采用UG1合成气在富氧催化转化后,中串低变换前汇入广东化工2014年第3期84www.gdchem.com第41卷总第269期改性有机硅类等。有机硅类消泡剂虽然消泡速度快,抑泡时间长,但它存在不耐高温和强碱,在乳液中分散性差的缺点。硅油类混参考文献合消泡剂不仅可以达到良好的抑泡效果,且用量仅为涂料的0. JLiebscher H. Economic solutions for compliance to the new European VOC%-0.3%,能够起到降低VOC的目的。聚醚改性有机硅类物质可Directive[]. progress in organic coatings, 2000, 40(1): 75-83改善有机硅类消泡剂难溶于水的缺点,具有无毒无味、逆溶解性[2]吴道新,胡飞,肖忠良,氧化还原引发体系对 St/BA/AN水性乳液聚合强、自乳性好、化学稳定性和热稳定性高等优点。随着石油资源的影响[.应用化工,2004,33(3):57-59多功能、高效率、适应性强、用量小的复配新型高效消[3]张洪涛,王岸林,陈敏,等.低温氧化还原引发体系的 PU/MMA-BA泡剂将是未来消泡剂的重要发展方向。超浓乳液共聚合门.合成橡胶工业,2003,26(5):2742792.3使用新型增稠剂[4JAi Z Q, Zhou Q, Guang R, et, al. Preparation and properties of常用的乳液涂料増稠剂包括缔合型和非缔合型増稠剂。缔合polystyrene-g-poly (butyl acrylate) copolymer emulsions with ultrasonic型增稠剂缺点是会引起OC的排放、对PH、乳化剂等敏感,同diation. L. Preparation technology and coagulum ratio[J]. joumal of applied时热稳定性也难以预测。非缔合型增稠剂包括纤维素醚类和碱溶polymer science, 2005, 96(4): 1405-1409]Chen L, Wu F, Zhuang X, et al. Preparation of styrene-acrylate latex used不会增加VoC,但是会降低涂膜的耐水性。因此经常将两种增稠 in ultralow vOC building intermal wall coating[J. journal of wuhan university剂混合使用,使涂料在贮存稳定性、施工性和涂膜外观方面具有of technology-materials science edition, 2008, 23(1): 65-70综合性能6 OKubo M, Yamada A, Matsumoto T. Estimation of morphology of24使用新型杀菌剂composite polymer emulsion particles by soap titration method]. jourmal of水性丙烯酸酯涂料常用的杀菌剂为异噻唑啉酮化合物。该化 polymer science: polymer chemistry edition,1980.1811:32193228合物不含甲醛和有机溶剂,用量为涂料的0.1%0.2%。目前,不[7]Wood K, Partridge R, Gupta R. Highly weatherable low-vOC同种类的纳米杀菌剂开始出现,如TiO2、ZnO2等。与有机杀菌剂fluoropolymer coating for building restoration(J]. jct coatingstech, 2009, 6(8)相比,纳米杀菌剂有效防霉期延长,并可减少VOC的产生。但是后者有效使用量较高。理想的杀菌防腐剂应具备低OC、广谱(8大久保政芳水性聚氨酯内烯酸酯复合乳液的合成及其性能研究胶高效、相容性好、成本适当的特点体与聚合物,2005,23(2):16-18在低碳环保的大趋势下,零VOC、低气味是丙烯酸酯涂料重9]周卫平,温火生,链转移剂与极性单体对丙烯酸酯乳液压敏胶性能的影响门中国胶黏剂,2006,15(3):8-1液技术基本由国外大公司垄断,国内有相关产品报道,但相关技01薛小情,刘洪亮,童立志,低VOc净味内墙乳胶漆的探讨口,上海涂术还不够成熟。因此,发展零VOC、低气味水性丙烯酸酯涂料产料,2010.48(2:451具有重要意义(本文文献格式:柳泉润,范桂利,仇鹏,等.浅谈零vG丙烯酸酯涂料的研究进展[J].广东化工,2014,41(3):83-84)(上接第82页)24纺织工业业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料,经抽丝、织布,可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装,可用于制造抗菌内衣、用品,可制得满参考文献国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。[]张立德,牟季美.纳米材料及其应用M].北京:科学出版社2.5机械工业[2]白春礼,昆明.纳米科学与技术[M,昆明:云南科技出版社采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉[3]Brus LE. J. Phys. Chem[], 1984, 80, 440-444涂层处理,可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命[4] Y, Mahler W. Opt. Commun[J], 1987, 61, 233-237.3结论张立德,牟季美,纳米材料和纳米结构[M]沈阳:科学出版社,2001[6]Barbara B, wernsdorfer W. Curr. Opin. Solid State. Mater. Sci[J], 1997综上所述,纳米材料所展示的诱人前景还远不及此。随着人2(2):220-22们对纳米材料认识的深人,相信还会有更多方面的发展和应用[7]郑华均,刘华章.浙江化工门,2003,34,25因此系统地研究和开发新型纳米材料具有重要的实际意义。随着人们对纳米材料研究的深入,纳米材料必将出现更为广阔的应用(本文文献格式:任庆云,王松涛,王志平.纳米材料的特性[J].广前景,纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。纳东化工,2014,41(3):82)米材料作为一门新兴科学必将对人类生活产生深远的影响,并将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产(上接第86页)参考文献[4]丰恒夫我国焦炉煤气资源化利用前景广阔冶金管理,2008,(1):58-59[5]灵石中煤化工有限责任公司18万吨/年合成氨、30万吨尿素工程初1风辰,焦炉煤气的综合利用,中国资源综合利用,200.065:2909,步设计[M2)李启辉,吴国光,王共远,等焦炉煤气的利用与发展前景能源技术(本文文献格式:徐姝娴,任红星.焦炉煤气制尿素工艺中合成气与管理,2006,(1):63,943]李殿君,王柱勇.独立焦化厂焦炉煤气综合利用途径及经济分析.洁净不足的解决方案[J].广东化工,2014,41(3):85-86)煤技术,2007,13(6):4044中国煤化工CNMHG

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