即化学接收法、物理接收法战物理—化学


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  以焦炉煤气制合成氨的次要工艺阐发取选择 景志林,张仲平(山西焦化股份无限公司,山西 洪洞 041606) 2007-12-14 山西焦化股份无限公司现具有 80 kt/a 合成氨,130 kt/a 尿素的出产能力。公司拟扶植 15 Mt/a 焦炉扩建 项目(二期工程)。焦炉安拆建成后,发生的焦炉煤气除自用外,可外供焦炉气 32650 m /h,这些焦炉气 若不及时加以操纵,不只对本地大气形成晦气的影响,还会形成能源的极大华侈。 对于敷裕焦炉煤气操纵问题,公司颠末多方论证,考虑到多年氮肥出产的手艺和办理劣势,打算配套 扶植以焦炉煤气制 180 kt/a 合成氨,300 kt/a 尿素的出产安拆。本文引见“18·30”项目合成氨制备中 次要工艺手艺线 焦炉气配煤制气制合成氨的需要性 焦炉气出产合成氨雷同天然气出产合成氨,焦炉煤气本身的特点是氢多碳少,C/H 低,焦炉气成分如 表 1。零丁用于合成氨出产时,原料气耗量大,弛放气排放量多,单元产物能耗高。必需补碳。 3 分析考虑,周边煤炭资本丰硕,价钱廉价,宜采用煤制气补碳,煤制气无效成分(H2+CO)高,能够把 合成气调整合理,最大限度地操纵原料气。 因而,要想取得好的经济效益,合理地操纵原料资本,采用煤、焦、化一体化的结合流程,不只将能 源和连系起来,并且将保守的焦化工业取化学工业及化肥工业无机地连系起来,出产大支农产 品——尿素,是新一代焦炉气分析操纵的好路子。 2 工艺出产线概述 未来自焦化厂净化后的残剩焦炉煤气,进入气柜进行夹杂、缓冲,然后通过罗茨鼓风机升压,湿法脱 硫安拆脱除焦炉气中的 H2S,再加压至 2.3 MPa,送干法脱硫安拆,将气体中的总硫脱至 7 mg/m 以下,利 用深冷空分安拆送来的富氧,混入蒸汽进行催化部门氧化,将气体中的甲烷及少量其他烃为 CO 和 H2,后的高温气体经废锅收受接管热量降温后,补加蒸汽进入变换工序的中变炉,进行 CO 变换反映,调整 CO 含量至 3%,然后进入 ZnO 精脱硫槽,将气体中的总硫脱至(1~3)×10 ,再进入拆有铜锌催化剂的低 温变换炉,节制变换气中 CO 含量为 0.3%。 灰熔聚粉煤气化炉出产的煤气,零丁进行压缩、净化、中温变换,之后也进入 ZnO 精脱硫槽,取 后的中变气夹杂,一路进入低温变换炉,进行深度变换。变换后的低变气进入脱碳安拆脱除 CO2,节制脱碳 气中 CO2 含量≤0.2%,再经甲烷化安拆精制,负气体中的 CO+CO2 ≤20×10 ,及格的氢氮气经合成气压缩 机组,加压至 31.4 MPa 送往氨合成安拆。氨合成采用 31.4 MPa 的高压合成工艺。流程示意如图 1。 氨合成发生的放空气净氨后,做为安拆预热炉的燃料气。 -6 -6 3 图1 3 3.1 合成氨工艺的选择 焦炉气的 工艺手艺线方框图 焦炉气制氨合成气有以下两种方案。 方案一 蒸汽 本方式通过蒸汽,将焦炉气中的甲烷为 H2、CO、CO2,以降低合成气中的惰性气体含量,同时 添加 CO、CO2 量,该法制得的合成气中氢含量高,H2/N2 正在补 N2 时调理。错误谬误是:蒸汽炉投资较高,能 耗较高,以致出产成本偏高。 方案二 富氧—蒸汽的方式 采用本方式的特点是所需热量通过炉内焦炉气的燃烧供给,燃烧后的尾气没有外排而是间接 进入合成原料气中,出产合成气的 H2/N2 比例由加氮量节制。该法比以天然气为原料的蒸汽出产合成氨 过程简单,流程简短,易于节制。虽然到目前为止,操纵焦炉气出产合成氨的厂家还为数不多,但能够认 为是工业使用中成熟的国产化手艺。为节流空分安拆的氧气用量,炉操做的不变性和平安靠得住性, 流程中设置了蒸焦预热炉和富氧—软水预热炉。 分析各方面的要素,因为本安拆的次要目标是操纵富余的焦炉气出产合成氨,使焦炉气获得最大限度 的操纵。因而,采用富氧—蒸汽比力合理。 3.2 煤制气 本安拆制气采用常压灰熔聚流化床气化炉,净化加压后,正在变换工序补入系统。 新建 3 台 Φ 3600 mm 常压灰融聚流化床气化炉,两开一备,以粉煤为原料出产煤气,煤气经湿法脱硫, 加压至 2.3 MPa 后,再经 ZnO 干法脱硫和中温变换,正在 ZnO 精脱硫工序补入系统。 工艺流程次要包罗进料、供气、气化、除尘、废热收受接管等工序。 3.3 3.3.1 净化 脱硫工艺 (1)湿法脱硫 分为物理接收法、化学接收法取间接氧化法三类。目前使用较为普遍且机能较好的脱硫方式有 PDS 法、 改良 ADA 法,栲胶法、茶灰法、MSQ 法、改良对苯二酚法、KCA 法。 颠末分析比力,栲胶脱硫和改良 ADA 脱硫都是本安拆能够采用的脱硫工艺,但考虑到公司现有“8·13”拆 置采用的是改良 ADA 工艺,且利用结果优良,工人操做熟练,因而,本安拆拟采用“改良 ADA+PDS”工艺。 对再生后硫泡沫的处置,采用持续熔硫工艺,次要设备熔硫釜,选用邯钢化肥公司开辟的、获国度专利的 “持续进行硫收受接管的金属釜”。同时,设溶液收受接管安拆。该工艺具有如下特点:设备台数少、不建厂房、 投资较省;操做简单易控制,出产平安;出产弹性大,可按照负荷间断或持续运转;操做人员少,维修量 小,运转费用低;出产过程中没有废气、废渣、废液发生,操做好。 (2)干法脱硫 湿法脱硫后,焦炉气中仍含无机硫 20mg/m ,无机硫约 250 mg/m ,硫是、变换、甲烷化和合成催化 剂的毒物,为降低耗损,耽误催化剂利用寿命,采用干法脱硫。干法脱硫次要有氧化铁法、铁钼+锰矿法、 活性炭法、钴-钼加氢法、氧化锌法等。 无机硫的脱除相对容易,无机硫则不易间接脱除,一般先为无机硫,再进行脱除。加氢反映属可 应,故前先辈行无机硫的脱除,以加氢反映完全。焦炉气中硫的形态复杂,且含有较难 的噻吩,用铁钼加氢串氧化锰法比力合适。该法正在焦炉气制合成氨工艺中已运转多年,结果优良。因而, 本安拆选择此方式,并正在氧化锰槽后串中温氧化锌槽把关,以确保总硫小于(1~3)×10 。 3.3.2 变换工艺 -6 3 3 变换系统按照热操纵体例,分为换热式流程和饱和热水塔流程两种。换热式流程一次性投资省,占地 少,操做不变,蒸汽耗损较高;而饱和热水塔流程能够多收受接管部门反映热,提高气体的温度和湿含量,减 少外加蒸汽量,降低能耗,但安拆投资费用较高。本安拆变换操做压力高,由饱和塔带出的水蒸气量相对 于中、小型氮肥厂的低压变换为低,因而本安拆采用换热式中串低变换工艺,流程中设置废热汽锅收受接管变 换反映热,副产的中压蒸汽用于本系统。 3.3.3 脱碳工艺 目前合成氨厂采用的脱碳方式,大致可分为三类,即化学接收法、物理接收法和物理—化学接收法。 化学接收法适合于 CO2 分压低的气体净化,此法净化率高,但脱碳溶液溶剂再生时需加热,能耗高,热钾碱 法属于此类方式。物理接收法适合于 CO2 分压高、处置量大的气体净化,脱碳溶剂再生采用降压工艺,不需 加热,但净化率略低于化学接收法。碳酸丙烯酯脱碳法(简称 PC),聚乙二醇二甲醚脱碳法(简称 NHD 法) 均属此类方式。物理—化学接收法处置量大,净化率高,出产操做不变,但脱碳溶剂的再生需加热,蒸汽 耗量较大,N-甲基二乙醇胺加少量活化剂构成的脱碳溶剂(简称改良 MDEA),其脱碳机理就属物理—化学 接收法。该法兼具物理及化学接收法的特点,溶液再生通过减压闪蒸和加热汽提配合完成,该法溶液不变, 操做简单,净化度较高,但仍需要耗损必然的热能,其再生热能耗损以 CO2 计约为 1880 kJ/m 。 改良热钾碱法脱碳工艺虽然热能耗损较高,但配流程,正在天然气制合成氨厂普遍采用,且气体净 化度和 CO2 收受接管率高。很是适合本安拆后变换气中 CO2 含量较低、系统操做压力不高的工况,能够填补 焦炉气中 CO2 不脚的错误谬误。故项目采用改良热钾碱法脱碳工艺。具体流程为三段接收、双塔变压再生的先辈 工艺,进一步降低溶液再生能耗。 3.4 3.4.1 合成 压缩机的选择 3 压缩工序是合成氨系统的心净部门,压缩机是合成氨出产的环节设备。目前,国表里大中型合成氨厂 压缩一般采用离心式和来去式压缩机。 国表里很多气头和油头的大中型合成氨厂均采用离心式压缩机。 但离心式压缩机有以下不脚之处: ( 1) 利用前提要求高,要求原料气体不含油、尘;(2)排气压力较低;(3)离心式压缩机零件或次要部件需 引进,投资高;(4)采用汽轮机驱动时,热动取工艺结合,彼此影响,不变性差。 本安拆以焦炉气为原料出产合成氨,因为焦炉煤气中氢含量较高,使得气体量很小,且焦炉气中 含有尘和焦油,这些要素都给利用离心式压缩机形成坚苦,故不宜采用离心式压缩机。而来去式压缩机取 离心式压缩机比拟虽然有不脚之处,但有运转平稳靠得住,排气压力高,系国内制制、利用经验丰硕的长处。 为此本可研选择来去式压缩机,采用低压段和高压段分隔的压缩方案。 3.4.2 精制 CO 和 CO2 都是氨合成催化剂的毒物,经初步净化后的气体,进入合成系统之前,必需再行精制,使 CO +CO2 的含量低于 20×10 ,并断根残留的 O2 和 H2S。凡是采用两种方式处置:一种是借帮于镍催化剂将微 量的 CO 和 CO2 为惰性的甲烷,即甲烷化;别的一种方式是用恰当的溶剂将 CO 和 CO2 接收掉,即铜 氨液洗涤法。 采用甲烷化的方式,因为合成气中的氢含量高,甲烷化反映比力完全,此中的 CO 和 CO2 含量能够降至 10 数量级,其工艺流程简单,设备较少,操做费用低。合用于各类合成氨配套产物的出产流程,操做压 力随所配产物流程分歧而有差别,但此过程耗损掉数倍于一氧化碳和二氧化碳含量的氢气,并且还生成一 些无用的甲烷气体,使得合成气中的惰性组分含量添加,合成系统放空量添加,丧失加大,能耗增高。 铜氨液洗涤法手艺较成熟,醋酸亚铜氨液不变性好,气体净化度高。但此种方式不只能耗高,工艺前提要求 比力严酷,并且因为废液中含有沉金属“铜”,存正在污染的问题。 上述两种方式比拟,甲烷化法具有流程简单、操做便利、设备和操做费用低等较着长处,故本工程推 荐采用甲烷化精制工艺。 3.4.3 氨的合成 -6 -6 对于氨合成来说,保守的反映压力为 31.4 MPa。近年来合成压力有逐步下降的趋向,16 MPa 的氨合成 安拆已正在一些中大型氨厂运转。合成的压力高,压缩功高,但有益于反映均衡,设备相对缩小。合成的压 力低,压缩功相对低,但设备相对增大。压力凹凸各有益弊。本工程按 31.4 MPa 氨合成设想。选用先辈可 靠、手艺成熟的 φ 1800 mm 合成塔内件及取之相配套的高效分手内件、后置式废热汽锅(热收受接管系统)。 具有塔阻力小,氨净值高,利用寿命长,操做不变简单,投资少的特点。设置废热汽锅收受接管反映热,副产 蒸汽。 3.4.4 氨氢收受接管 氨收受接管是合成氨厂节能降耗的次要办法之一,设置等压收受接管塔,用尿素深度解吸液洗涤收受接管氨罐弛放 气和合成放空气中的氨,获得的稀氨水送尿素车间解吸,降低氨耗。洗涤后的尾气送加热炉做为燃料 气燃烧,削减燃料焦炉气的耗损。 因为本安拆耗损燃料气,故不设氢收受接管安拆。 4 环保和节能 (1)环保 合成放空气次要无害物为 CH4、NH3,放空气经洗涤 NH3 后,减压后送加热炉燃烧,获得的稀氨水, 送往尿素解吸、水解系统收受接管操纵。 本安拆正在扶植中,对出产过程中排放的“三废”,均采纳了无效的管理办法,污染物达标排放, 合适国度奉行的洁净出产要求。 (2)节能 本着降低能耗、提高经济效益、改善的目标,采用了如下节能手艺办法:充实操纵变换气余热, 做为脱碳再生塔煮沸器的热源,既节流蒸汽,又节流冷却水。、变换、甲烷化、氨合成等采用新型催 化剂,提高效率,降低能量耗损。脱碳采用涡轮泵收受接管能量,吨氨节电 19.2 kW·h。气化工艺采用常 压灰融聚工艺,以烟煤为原料,合适中国节能手艺政策纲领。 本安拆合成氨的单元能耗为 48282.8 MJ,折标煤为 1647 kg,优于现阶段(2004 岁尾)我国平均程度 (吨氨耗标煤 1700 kg),但取国际先辈程度(1000 kg)比拟,相差了 647 kg。正在此后设想及出产中将采 取更先辈的节能办法,以便更好地节约能源。 5 结 语 本项目以焦炉气为原料,焦炉气经脱硫、压缩、精脱硫、富氧、中串低变换、改良热钾碱脱碳、 甲烷化、合成气压缩、氨合成。工艺手艺成熟靠得住,产物纯度高,耗损定额低,出产成本低。 合成氨的出产次要是以焦炉气为原料,有较着的价钱和成本劣势,正在市场所作中具有较强的合作力, 合适国度的能源政策、财产政策和环保政策以及地域的成长规划,是焦炉残剩煤气分析操纵的新标的目的。

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