合成氨转化系统的节能改造 合成氨转化系统的节能改造

合成氨转化系统的节能改造

  • 期刊名字:现代化工
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July 2006现代化工第26卷增刊262Modern Chemical Industry2006年7月工之与合成氨转化系统的节能改造曾凤春1,张开仕2(1.四川理工学院化学系,四川自贡643033;2.宜宾学院化学化工系,四川宜宾64407摘要:针对目前国内天然气合成氨装置的转化系统普遍存在燃料天然气消耗过大、热能浪费严重等问题,对合成氨装置转化系统进行了一系列节能技术改造。工业运行结果表明:改造后的转化系统,生产每吨NH3其燃料天然气消耗从350m3降至200m3,生产能力从6万va提高至9万a,基本克服了原装置的弊端关键词:转化系统;合成氨;燃料天然气;节能改造中图分类号:TQ13.2文献标识码:A文章编号:0253-4320(2006)1-0262-03Energy-saving modification of transforming system in synthetic ammonia settingZENG Feng-chun, ZHANG Kai-shi2(1. Department of Chemistry, Sichuan Institute of Science and Technology, Zigong 643033, China;2 Department of Chemistry and Chemical Engineering, Yibin University, Yibin 644007, China)Abstract: In view of the problems that the fuel natural gas consumption was too high and the heat energy severely wastedin the synthetic ammonia transforming system in China, a technological modification was adopted in a synthetic ammonia plantThe industrial results indicated that the new transforming system was able to decrease the fuel natural gas consumption from350 m'to 200 m in producing one ton of ammonia, and the producing capacity increased from 60 kt/ a to 90 kt/a. So thedisadvantages of the original process was converted on the whole. after the modificationKey words: transforming system; synthetic ammonia; fuel naturalergy-saving modification合成氨工业是投资大、能耗高的行业之一,其能其尽可能转化完全。同时,甲烷在氨合成过程中是耗约占全国总能耗的4%,占产品总成本的70%。惰性气体,它会在合成回路中逐渐积累,对过程有以天然气为原料,合成氨的能耗主要是天然气的消害无利。因此,转化气中残余甲烷含量要求控制足耗而最大的天然气消耗在转化系统,它包括原料天够低,一般控制在0.5%(体积分数)以下。为了满然气和燃料天然气2个方面。从原料天然气的消耗足这种天然气转化率的严格要求,无论在国内还是而言,各企业情况基本相同,都已接近理论用量。因国外,在以往的设计中,转化系统都采用天然气加压此,转化系统的天然气消耗主要在燃料天然气上。蒸汽二段转化流程,配有外热式一段转化炉和绝热从最简单的计算结果来看,一套6万∽/a合成氨装式二段转化炉各1台、废热式锅炉2台等设备,使一置转化系统的吨氨燃料天然气消耗量在350m3左段转化气中甲烷体积分数<10%,二段转化气中甲右,每年增加成本1547.7万元。此外,由于燃料天然气的大量消耗,又大大提高了烟气排放量,对环境体积分数<0.5%。旧转化系统工艺流程示意图如图1所示。造成热污染。所以,这种旧式转化系统既不节能,不利于环保。笔者综合多方面的因素,经与中国石蒸汽、原料燃料天然气|空气蒸汽转化气去天然气变换工序化扬子石化设计院及外方技术人员会审后,决定对高压蒸汽高压燕汽四川某化工集团6万ta合成氨装置的转化系统进行节能技术改造,以期获得理想的节能效果。1一外热式一段转化炉;2一二段转化炉;3,4一废热锅炉;1原转化系统流程及不足5一汽包:6辅助锅炉中国1.1原转化系统工艺流程煤化工流程示意图天然气(主要成分为CH4)作为制氨原料,要求Nm压力3.6MPa、温度收稿日期:2006-03-16作者简介:曾凤春(1964-),女,大学,副教授,主要从事化学、化工方面的教学与科研工作;张开仕(1959-),男,教授,主要从事应用化学的教学万方数韆,通讯联系人13102m时e13,m2006年7月曾凤春等:合成氨转化系统的节能改造263380℃的条件下配入中压蒸汽后达到一定的水碳比2.2新转化系统工艺流程(约为3.5),进入外热式一段转化炉的对流段预热,根据上述原理分析,对原转化系统作如下技术然后送到装有镍催化剂的各反应管进行转化反应。改造:在原外热式一段炉外并联1台3万ta的列转化反应所需的热源由管外燃料天然气的燃烧提管/浮头型换热式转化炉,再与二段炉串联;将传统供。一段转化气经输送总管进入二段炉,此时甲烷的二段炉高温出口气体进入废热锅炉产生高压蒸汽体积分数<10%。在二段转化炉中,按照氨合成所的流程改成作为换热式转化炉转化反应的热源;设需氮氢比通入空气,也配入少量蒸汽,进入顶部与废热锅炉回收余热,更新二段炉炉头和混合器;对段转化气汇合,在顶部燃烧一部分氢气产生大量反后续系统和控制系统进行配套改造。改造后转化系应热满足残余甲烷的继续转化。离开二段炉的转统工艺流程示意图如图2所示。化气温度为1000℃C、压力3MPa、甲烷体积分数燃料天然气空气蒸汽<0.5%,接着进入废热锅炉,在其温度降至370℃后送往变换工序,锅炉产生的高压蒸汽回系统循环原料天然气、蒸汽低压蒸气高温转化汽利用。1.2原转化系统存在的不足二段转化气去变换工序原转化系统在设计上存在明显的不足之处:①一段转化炉负荷过高、水碳比过大,致使所需热量1一外热式一段转化炉;2—换热式一段转化炉;3一二段转化炉增多,燃料天然气消耗增大;②一段转化炉为外热4一温度控制器;5—废热锅炉式,不但体积庞大、结构复杂、价格昂贵,而且转化过图2新转化系统工艺流程示意图程所需的热量完全由管外天然气燃烧提供,即直火加热使大量天然气作燃料消耗掉,造成了能源的极从脱硫工段来的原料天然气与中压蒸汽混合,大损失;③二段炉出口气体温度为1000℃,而后续使水碳比为2.7后分成2路进入转化系统:一路去变换工段要求的温度仅为370℃,富余很大的热量,外热式一段炉的对流段预热,再去装有镍催化剂的原转化系统将它通入锅炉产生蒸汽,是对热能的严管内进行转化反应,所需热源由管外燃料天然气的重浪费;④流程长、动力消耗高、系统调节能力差。燃烧反应提供;另一路经对流段预热后进入换热式段炉的管内,在镍催化剂的作用下,借助于管外来2新转化系统流程及优点自二段炉高温转化气所提供的热能,进行转化反应2.1旧转化系统改造原理然后与外热式一段炉转化气混合送至二段转化炉。转化炉的作用是将天然气转化为氨合成所需的混合转化气进入二段炉顶部,与适量空气混合,并发原料气,并使最后残余甲烷的体积分数<0.5%。对生空气与氧的燃烧反应,以供残余甲烷进一步转化于二段炉高温出口气体提供的热能,在满足自身所所需的热量。二段炉出口高温转化气经与换热式转需之后还有较大富余,可以用来作为一段炉转化所化炉管内的一段转化气换热后,温度降至620℃左需的热源,从而避免燃料天然气的消耗。目前,列右,再进入废热锅炉温度降为370℃后送至变换工管/浮头型换热式转化炉已研制成功,并在一些新建序。锅炉产生的低压蒸汽回系统循环利用。小氮肥厂中得到应用。天然气在此炉转化所需热源23新转化系统的优点由高温气体换热供给,而不是燃烧天然气的直火加与旧转化系统和其他蒸汽换热式转化系统相热。因此,将一段炉由外热式改为换热式,就能达到比,新转化系统具有以下明显的优点:①充分利用了节约燃料天然气的目的。但受甲烷深度转化的热量段炉出口高温气体的余热作为换热式转化炉转化消耗和氢氮比的限制,二段炉高温出口气体的富余反应的热源,大量减少了燃料天然气的消耗从而大热量是有限的,不可能完全满足一段炉的需要。所幅中国煤化节换热式一段炉和外以,原外热式一段炉不能淘汰,再与一台换热式转化热氏然气转移到换热式CNMH炉并联使用,实现系统的半自热式平衡。这样,就可少F八然气的消耗;③并联在保证二段炉甲烷深度转化指标的前提下,通过合了一台换热式转化炉,使转化系统生产能力大大提理分配2个一段炉负荷达到燃烧天然气消耗最少的高;④在二段炉出口高温气体管路上,设有温度调节目的与控制装置,可有效地避免换热式转化炉超温,造成264现代化工第26卷增刊镍催化剂烧毁和设备损坏;⑤换热式一段炉由二段由表1数据可知,新转化系统使天然气转化得炉高温转化气提供热源,实现了系统的半自热式平更彻底,二段转化炉的热能得到了较充分的利用。衡,不需要制氧装置和脱除过量氮气的净化分离装表2数据可知,新转化系统的燃料天然气消耗大置,流程短、动力消耗低、投资少。大降低,生产能力大大提高,电耗也有所减少,但新3新旧转化系统统计数据比较及经济性分析增了蒸汽消耗。3.2经济性分析3.1统计数据新转化系统使生产每吨氨的燃料天然气消耗下改造后的新转化系统于2004年3月5日投入降至200m3、电耗下降14kWh蒸气消耗新增0.6t,使用,至今运行平稳、安全可靠。通过抽样分析,对按天然气市价0.737元/m3电价0.38元/kWh、蒸汽新旧2种转化系统的工艺指标和能源消耗进行了比价54元/计算,每年氨可减少成本857.28万元。较。工艺数据统计如表1所示,能源消耗与生产能另外,改造后使合成氨生产能力净增3万ta,按液力数据统计如表2所示。氨市价1850元/计,新增销售收人5550万元/a,表1新旧转化系统工艺数据比较扣除综合成本3750万元/a,新转化系统每年又新段转化气甲烷二段转化气甲烷二段转化气进废增收益1750万元。旧转化系统改造以及后续系统体积分数/%体积分数/%热锅炉温度/℃配套改造的总费用33528万元,此改造方案投资回旧转化系统9.801000收年限为1.3年。新转化系统12.400.306204结语表2新旧转化系统能源消耗与生产能力数据比较新转化系统流程短、设备简单、操作方便、控制燃料天然气用电单耗/蒸汽单耗/生产能力/灵活,不但大幅度降低了燃料天然气的消耗,还提高单耗/m3了装置50%的生产能力,具有显著的节能效果和经旧转化系统350济效益。燃料天然气消耗的下降,又减少了烟道气新转化系统200的排放,降低了对环境的热污染,实现了节能与环保的双重效益。■汽车行业将大大受益于电池燃料技术进步来自政府当局如交通运输部( Department of Trans-固体氧化物、质子交换膜( proton exchange membrane)和碱portation,DoT)和美国环境保护局( Environmental Protection性电池燃料能够为各种汽车提供动力,如卡车、汽车和摩Agency,EPA)日益增长的管理压力,美国正加速燃料电池托车技术的釆用,以确保减少排放和高效燃料转换。加利福这种技术的竞争主要来自于内燃机和电池。许多汽尼亚州燃料电池联盟( California Fuel Cell Partnership)等计车公司已经开始投资与之相关的研究活动,以使车辆配划有望使电池燃料比预期更早地应用于商用车辆。备设计更好并由替代性燃料驱动的内燃机,因此这些车Frost& Sullivan高级研究分析师Ⅴ ijay Shankar Murthy辆能够实现清洁排放。表示:“电池燃料有望首先用于舰队车辆。这些电池燃料同样,行业参与者正开发能够在高温条件下工作的在舰队车辆上使用成功后,其他车辆如客车和卡车预计功能更加强大的电池,使它们能够适用于汽车的应用。也会有使用电池燃料的趋势”。然而,对于电池燃料生产者来说,利用电池燃料技术的优电池燃料帮助我们减少对不断衰竭的利用氢的石化势是至关重要的,而不是专注于竞争燃料储备的依赖,这些能效设备能够大大减少有害气体排放。这些电池能量来自电气化学转化,其中化学能量决方转化成电能,水是惟一的副产品,从而最大限度地减少了组装EYH中国煤化工间题的可行的解司时可减少膜电极CNMHG对生产商来说温室气体排放。检测甲醇和乙醇的使用也有很大帮助,因为它们拥有丰Murthy指出:“有望用于汽车行业的电池燃料技术如富的氢并可作为替代性燃料的来源”。(新华美通)

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