三次设计在合成氨装置甲醇洗工序减少H2S排放和增产CO2上的应用

化工环保HUAGONG HUANBAO2000年第20卷第5期8生产经三次设计在合成氨装置甲醇洗工序验总结减少H2S排放和增产CO2上的应用张振铎(镇海炼油化工股份有限公司,浙江宁波315207)摘要]对镇海炼油化工股份有限公司化肥厂合成氨装置甲醇洗工序尾气中H2S严重超标排放问题进行了分析。通过采用三次设计(系统设计、参数设计、容差设计)优化生产,不但使H2S排放合格率达标,而且CO2产量也超过了原设计值关键词]三次设计;正交试验;合成氨;硫化氫[中图分类号]X829文献标识码]A[文章编号]1006-1878(20005-0028-04镇海炼油化工股份有限公司化肥厂合成氨装置境质量标准(0.01mg/m3)6.7倍,超标率>15%。甲醇洗工序的尾气,H2S排放合格率较低,污染周围增加甲醇循环量可提高HS排放合格率,但导大气环境。我们在生产中发现,增加HS浓缩塔顶致CO2产量下降。实际生产中CO2产量平均只有回流甲醇量,可提高H2S排放合格率,但导致CO253.53t/h,最低时为48.50t/h,与设计值57.43t/h产量下降,又往往导致CO2产品总硫含量不合格。相差很大。同时CO2解吸塔顶CO2中总硫含量合格我们采用三次设计优化生产中的工艺条件,不仅提率降低(≤98%),使CO2产品质量变差,影响尿素高了尾气HS排放合格率,而且CO2产量也超过了生产。设计值。2用三次设计优化生产-3生产现状分析我们采用了现代管理方法——三次设计,解决本厂合成氨生产过程中的变换气用低温甲醇洗了H2S排放合格率和增加CO2产量问题。三次设计涤脱除CO,和HS等,并在减压后回收CO2气供尿也叫三段设计,由系统设计(也叫一次设计)、参数设素生产装置做原料,同时回收含硫气体生产硫磺计(也叫二次设计)和容差设计(也叫三次设计)组甲醇洗工序H2S浓缩塔顶放空尾气中HS含成。量的设计值为<385mg/m3,而实际生产尾气中2.1系统设计H2S含量大大超过此值,一般为900~4000mg/m本试验是在原甲醇洗工艺基础上进行的,所以1986~1990年HS年平均排放浓度见表1。将系统设计为原甲醇洗工艺系统。甲醇洗装置处理13万m3/h(按标准状况计)变表1H2S浓缩塔尾气中H2S的质量浓度换气,其中CO2体积分数为34%,H2S体积分数为年份19861987198819891990中国煤化工化后,气体送液氮洗装置尾气中p(H2S)年平均值/(mg·m3)211816571857132690压 TICNMHG醇先在CO2解吸塔中减月m/n标准状况计)CO2(纯度为注P为质量浓度的法定符号,下同收稿日期]1999-12-10由表1可见,HS排放浓度波动大,合格率低。[作者简介]张振铎(1939-),男,黑龙江省哈尔滨市人,镇海炼油化工股份有限公司高级工程师,长期从事炼油化工我们曾监测到H2S落地浓度有时超过大气环环保方面的研发、技术及规划工作2000年第20卷第5期张振铎:三次设计在合成氨装置甲醇洗工序减少HS排放和增产CO2上的应98.7%)作生产尿素的原料。含硫化物的甲醇经H2S数为26.33%。含硫气体送克劳斯裝置回收硫磺。浓缩塔和甲醇再生塔处理后,回收含硫气体约120HS浓缩塔尾气换热后经80m髙的烟囱排入大气m3/h(按标准状况计),其中(HS+COS)的体积分系统设计见图1。净化气气洗HS气(去液氯洗装量)(去尿素装置)(放空)(去克劳斯装置)贫甲醇变换原料气图1甲醇洗工艺流程1.甲醇洗涤塔:2.CO2解吸塔:3.HS浓缩塔;4.甲醇再生塔;5.甲醇菾馏塔。2.2参数设计由表3可见,试验⑤最好,CO2产量31426m3参数设计,就是要优化和决定系统中各主要因h,CO2含硫质量浓度1.90mg/m3,H2S排放质量浓素的参数。度395mg/m3;试验⑦最差,CO2产量30126mg/h,原设计去尿素装置的CO2来自CO2解吸塔顶,CO2含硫质量浓度1.84ng/m,HS排放质量浓度其中93.8%是从HS浓缩塔的底部抽出到CO2解758mg/m3。吸塔的￠O2。所以,HS浓缩塔操作得好坏不仅直接由表3中的极差可见,汽提氮流量是影响CO影响到放空尾气中H2S的排放合格率,而且影响产量和CO2产品中硫含量的最主要因素,甲醇流量CO2的产量和质量。下面通过实际生产中的正交试是影响HS排放合格率的最主要因素验优化H'S浓缩塔的操作参数。按对各指标的影响大小,各因素的排序为正交试验考査指标如下:H2S排放浓度越低越CO产量:汽提氮流量>甲醇流量>HS浓缩好,要求低于400mg/m3;CO2产量越高越好,要求塔压力超过设计值;CO2产品中硫含量越低越好,要求<2HS排放浓度:甲醇流量>H3S浓缩塔压力>mg/m3。汽提氮流量;正交试验因素位级表见表2。CO2中硫含量:汽提氮流量>甲醇流量>HS浓缩塔压力表2正交试验因素位级表根据以上试验结果找到的优化工艺参数组合因素甲醇流量汽气提氮流量H3S浓缩塔压力为:甲醇流量20m3h,汽提氮流量5800m3/h(按标(m2·hl)/MPa准状况计),操作压力0.08MPa。位级1中国煤化工位级2CNM现优化的工艺条件。位级5500.075正攴乩型细來囯,屮醇流量由18m3/h增加注汽提氮流量按标准状况计,下同到20m3/h时CO2产量变化不大。从节能考虑,选用甲醇流量为18m3/h好。为了实现选定的甲醇流正交试验方案、试验结果及极差的计算见表量,我们在生产中着重考察了H2S浓缩塔的甲醇是单独由CO2解吸塔供给为好,还是由CO2解吸塔和HUAGONG HUANBAO2000年第20卷第5期由工艺改造后新建的甲醇线两股合供为好的效果。此外,还考察了HS浓缩塔顶温度对CO2由于汽提氮流量是影响CO2产量和CO2中硫产量的影响。含量的主要因素,因此,同时考察了加大汽提氮流量表3正交试验方案和试验结果各因素的位级试验结果试验号甲醇流量汽提氮流量CO2产量CO2中p(S)尾气中p(H2S)塔压力/(mg·m3)/3043711311021121314261.903951.70303589286490628922312770615.41342891424按CO2产量计算33020930740Ⅱ/330923123030911304753091430702按CO2含硫量计算1.931.681.661.71极差4101172165416131361中国煤化工按H2S浓度计算137350CNMHG极差3102000年第20卷第5期张振铎:三次设计在合成氨装置甲醇洗工序减少HS排放和增产CO2上的应在保证HS排放浓度合格的前提下,以CO2产解吸塔的操作平衡,使CO2产量下降。量作为评分标准,将最高的CO2产量定为100分根据容差设计结果修改了系统设计,由总甲醇正交试验方案和试验结果的评分见表4线上新增1条支线去H2S浓缩塔。这样,既能保证甲醇洗涤塔与CO2解吸塔操作稳定,又能保证CO表4正交试验方案和试验结果评分产品质量,调节灵活,较好地解决了H2S外排合格醇汽提氮流量HS浓缩塔评分率与CO2产量之间的矛盾。试验号方式(m2·h)顶温度/C(2)在生产中应用上述三次设计的成果后,H2S排放合格率达到98.7%,超过了中国石化集团公司单独供规定的指标(96%);CO2产量显著提高,已达到合供730061.10t/h,超过了设计值单独供7300(3)根据生产日报统计,用三次设计优化生产后19170170CO2产出率比以前提高了6.4%,按同期市场价格140计算,年增加效益(增产CO2效益十增产硫磺效益5010十免交排污费用)228.9万元,达到了增产、节能、降耗、减少三废的效果。由表4可见,试验①CO2产量最高,试验②和④综上所述,通过三次设计,真正做到了环境效CO2产量均较低。从极差看,供甲醇方式对CO2产益、经济效益和社会效益的同步增长。量的影响最大由以上试验结果可见,由CO2解吸塔和新增甲参考文献]醇线合供甲醇为好[1]中国现场统计研究会三次设计组及全国总工会电教中心.正交设计法和三次设计,1987,12(1):63~70.3效果[2]田口玄一.实验计画法(上).第3版,丸善株式会社1976(1)在参数设计基础上做了容差设计,确定两股3]J.M. Juran. Quality Control Handbook.3 rd edition甲醇合进H2S浓缩塔。生产实践证明,这样既能提1974. New York, Mc Graw-Hi高HS外排合格率,又能提高CO2产量。若H2S浓4]北京大学数学力学系数学专业概率统计组正交设计缩塔由CO2解吸塔单独供甲醇,则势必增加进甲醇D].北京:人民教育出版社.1976洗涤塔的甲醇量,这样就会破坏甲醇洗涤塔与CApplying Three-Edition-Design to Reduce H2S Emission andIncrease Co2 Output from Synthetic Ammonia RectisolZHANG Zhen-duo(Zhenhai Refining & Chemical Co Ltd, Zhejiang Ningbo 315207, China)中国煤化工Abstract The problem that the content of h s in the tailCNMH GIC ammonia Rectisol inFertilizer Plant, Zhenhai Refining & Chemical Co, Ltd. seriously exceed the emission standard is analyzedThe production is optimized by using three edition designs(system design, parameter design and tolerancedesign). Not only the emission of H, s can meet the standard, but also the output of co is over the originaldesign value.Key words: three edition designs; orthogonal experiment; synthetic ammonia; H2S