晉城二化合成氨原料氣凈化工藝路線的選擇與應(yīng)1

1、晉城二化合成氨原料氣凈化工藝路線的選擇與應(yīng)用王翔天脊晉城化工股份有限公司 山西晉城048000 天脊集團(tuán)晉城化工股份有限公司，是由原晉城市第二化肥廠逐步改制設(shè)立的股份制企業(yè)。公司下設(shè)煤氣化廠（原晉城二化）、化工廠（原6013廠）兩個生產(chǎn)廠。自2000年開始在煤氣化廠實(shí)施產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，由年產(chǎn)24萬噸碳酸氫銨改產(chǎn)為10萬噸大顆粒尿素，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并通過兼并原中國人民解放軍第6013工廠，于2003年率先在中、小氮肥企業(yè)建成投產(chǎn)第一套CO2汽提法“18.30”大顆粒尿素裝置，并通過不斷挖潛節(jié)能技術(shù)改造，現(xiàn)已形成年產(chǎn)36萬噸合成氨聯(lián)供2萬戶城市煤氣的生產(chǎn)能力，主要產(chǎn)品規(guī)模為：大顆粒

2、尿素60萬噸，以及甲醇、甲醛、商品液氨、硝銨、碳銨、硫磺等產(chǎn)品。2005年共生產(chǎn)合成氨37.6萬噸合成氨，大顆粒尿素61.36萬噸，實(shí)現(xiàn)銷售收入9.45億元、利潤3.01億元、利稅3.4億元的佳績進(jìn)入中國石油和化工化肥行業(yè)百強(qiáng), 全國小尿素行業(yè)綜合效益第一位, 成為中國石油和化工百強(qiáng)企業(yè)十大最具影響力企業(yè)之一。 本公司兩個生產(chǎn)廠的合成氨原料氣凈化路線均采用取消半水煤氣脫硫0.8Mpa全低溫變換濕式栲膠變換氣脫硫2.7Mpa碳丙脫碳JTL4精脫硫12.5Mpa醇烴化工藝?，F(xiàn)將詳情介紹如下：一、半水煤氣脫硫 1996年在原晉城二化廠進(jìn)行年產(chǎn)2.5萬噸合成氨技術(shù)改造時，變換工段采用了湖北化學(xué)研究所開

3、發(fā)成功的全低溫變換工藝。根據(jù)全低變催化劑的技術(shù)要求，半水煤氣中H2S含量必須150mg/Nm3，這樣才能保證其活性，且半水煤氣中H2S含量愈高，催化劑活性愈好，可杜絕催化劑的反硫化現(xiàn)象。但是，我們以晉城煤為原料，半水煤氣H2S含量一般在550mg/Nm3左右，地處晉城有原料質(zhì)量穩(wěn)定供應(yīng)得天獨(dú)厚的條件。取消半脫后，不但可減少設(shè)備投資，節(jié)省場地，降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用，而且可延長變換催化劑使用壽命，穩(wěn)定變換操作。因此，就取消了半水煤氣脫硫。 取消半水煤氣脫硫工藝的氣體凈化，最大的擔(dān)心是H2S對后工序設(shè)備的腐蝕及碳酸氫銨質(zhì)量影響問題，尤其是對變換飽和熱水塔的腐蝕。但是，從生產(chǎn)運(yùn)行情況來看，以上問題基本不存

4、在。1998年技改時拆除一臺1400飽和熱水塔進(jìn)行內(nèi)部檢查，除飽和塔熱水進(jìn)口管及其分布器損壞外，塔壁無腐蝕現(xiàn)象；2003年對1998年更換的2200飽和熱水塔進(jìn)行全面檢查，也是飽和塔熱水進(jìn)口管及其分布器損壞，筒體氣液接觸部分有麻點(diǎn)，我們認(rèn)為在氣液接觸部位有可能造成化學(xué)腐蝕和氣流沖刷腐蝕。2003年在化工廠新上一套18萬噸全低變裝置時，并為避免上述現(xiàn)象，將飽和塔上部氣液接觸部位及封頭，濕煤氣出口U型管、熱水進(jìn)口L型管（長度各1.5m）采用不銹鋼材質(zhì)。關(guān)于對變換熱交換器的腐蝕問題，采取增設(shè)不銹鋼預(yù)腐蝕器來保護(hù)熱交的方式。關(guān)于H2S對碳化系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕問題，由變換氣帶過來的H2S在碳化液中與Fe2+

5、反應(yīng)生成FeS。由于FeS的存在，在設(shè)備內(nèi)壁形成了具有防腐作用的保護(hù)膜。關(guān)于對化肥質(zhì)量影響的問題，H2S與NH3反應(yīng)生成白色結(jié)晶硫化銨，或夾帶部分FeS使化肥顏色發(fā)淺灰色。從農(nóng)作物生長所需的十大營養(yǎng)元素C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe來看，S、Fe也在其中。硫是構(gòu)成蛋白質(zhì)和酶的主要成份，對促進(jìn)植物根系生長有良好的作用。鐵是葉綠素形成不可缺少的條件，鐵能促進(jìn)作物呼吸，加速生理的氧化。氨加工成尿素，增加變換氣脫硫之后，H2S10mgNm3，不但對后工序沒有影響，而且可將硫泡沫回收加工成高品位硫磺。二、0.8MPa全低溫變換 從一九九六年開始將1.5104TNH3/a中串低變換，改造成全

6、低溫變換工藝后，生產(chǎn)能力不但達(dá)到了3.0104TNH3/a而且各種消耗大幅度降低，為企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。初次嘗到變換新工藝應(yīng)用帶來的好處，并不斷的進(jìn)行技改完善，最終生產(chǎn)能力達(dá)到6.0104TNH3/a。此后分別于2001年、2002年在所屬的煤氣化廠和化工廠各上一套6.0104TNH3/a全低變系統(tǒng)。2003年為建設(shè)化工廠24104TNH3/a、30萬噸大顆粒尿素工程的需要，又新上一套18104TNH3a全低溫變換系統(tǒng)，同年十月份投入運(yùn)行。九年來，本公司兩個廠共有四套全低溫變換系統(tǒng)相繼建成投運(yùn)，總生產(chǎn)能力已達(dá)36104TNH3/a。1.典型工藝流程簡述： 由壓縮來的半水煤氣經(jīng)半

7、水煤氣冷卻器降溫后送至絲網(wǎng)除油過濾器濾掉氣體中夾帶的油份，再進(jìn)入飽和熱水塔的飽和段。在塔內(nèi)氣體與塔頂噴淋而下的熱水逆流接觸，進(jìn)行物熱的傳遞。經(jīng)提溫增濕后的半水煤氣進(jìn)入濕煤氣水分離器分離掉夾帶的液滴，氣體進(jìn)入預(yù)熱交換器、主熱交換器提溫，混合煤氣溫度升到180200進(jìn)入變換爐段（原中變爐一、二段），在變換爐一段，通過觸媒保護(hù)劑（可用舊觸媒代）將氣體中的雜質(zhì)進(jìn)一步過濾，再通過抗毒劑除氧后進(jìn)入變換爐的一段催化劑床層。經(jīng)一段變換反應(yīng)后氣體升溫至380左右，CO由28%降到12引出，進(jìn)入增濕凈化爐，在此高熱氣體與大量的冷凝水接觸，在填料的表面上進(jìn)行質(zhì)量與熱量的傳遞。液相全部被蒸發(fā)，增加了氣體中的水蒸汽含量

8、。增濕降溫至200左右的氣體進(jìn)入變換爐的二段催化劑床層，繼續(xù)進(jìn)行CO的變換反應(yīng)。出二段催化劑的氣體約280， CO6的氣體，進(jìn)入主熱交換器、預(yù)熱交換器換熱降溫至180左右進(jìn)入變換爐三段催化劑床層（原2#低變爐），繼續(xù)進(jìn)行CO的變換反應(yīng)。經(jīng)三段催化反應(yīng)的變換氣CO含量達(dá)到4%（聯(lián)醇）或1.5%離開變換爐。 合格的變換氣經(jīng)一水加熱器、飽和熱水塔的熱水段回收熱量后，變換氣溫度約70。為進(jìn)一步回收變換工段的低位熱能，變換氣去軟水冷卻器換熱，回收的熱水送鍋爐。進(jìn)一步降溫的變換氣去變換冷卻器用循環(huán)水冷至常溫，再經(jīng)變換氣水分離器分離掉夾帶的液滴后送入下一系統(tǒng)。2、全低變工藝的優(yōu)點(diǎn)：(1)全低變工藝對原料氣中

9、的硫化氫含量，只有下限要求，而上限要求較寬，原料氣中的硫化氫含量可達(dá)到2gm3，因此可不設(shè)半水煤氣脫硫，只設(shè)變脫，可節(jié)省基建投資，減少占地面積，降低消耗。低變催化劑對有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率高，可更有效地凈化氣體，尤其適用于聯(lián)產(chǎn)甲醇。(2)催化劑的使用時間長，一般在三年以上。(3)節(jié)能效果明顯，噸氨耗蒸汽150左右，低變后氣體中CO含量，比傳統(tǒng)的中變、中串低變，低23個百分點(diǎn)，從而減輕了銅洗的凈化負(fù)荷，同時由于變換率提高，合成氨的產(chǎn)量可相對增加。(4)流程簡單，方便管理和操作。由于采用噴水增濕凈化流程，溫度調(diào)節(jié)靈敏、可靠、安全。3、全低變工藝設(shè)備的選擇： 隨著對全低變工藝的不斷完善，也要不斷的對設(shè)備結(jié)構(gòu)

10、優(yōu)化，提高換熱效果，降低系統(tǒng)阻力。我們主要采取了以下措施：(1).變換系統(tǒng)的預(yù)腐蝕器（預(yù)熱交換器）、水加熱器、熱交換器、調(diào)溫水加熱器等換熱設(shè)備都容易腐蝕，除采取一定的防腐措施外，應(yīng)加強(qiáng)對半水煤氣的除沫，因此在工藝流程中，用絲網(wǎng)除油器代替原來的焦碳過濾器，設(shè)備內(nèi)裝二層不銹鋼絲網(wǎng)除沫器。為了降低入口煤氣冷卻器、絲網(wǎng)除油器的阻力，及時將分離出的油、水、灰塵、清除掉，在煤氣冷卻器換熱管內(nèi)，和絲網(wǎng)除油器內(nèi)，每層絲網(wǎng)的上部，增加熱水沖洗管，定時用熱水沖洗換熱管和絲網(wǎng)，并及時將沖洗的油、水、灰塵等、排入地溝。(2)飽和熱水塔由填料塔，改為垂直篩板塔。增加了飽和熱水塔的換熱效果，氣、液在塔內(nèi)充分接觸，提高了煤

11、氣的溫度和濕度，增加了氣汽比，降低了補(bǔ)充蒸汽量，充分回收變換氣的余熱。同時熱水塔出口變換氣的溫度降至7080左右，充分回收低位熱能。(3)用折流桿式換熱器，代替折流板式換熱器，提高換熱器的換熱效率，減少換熱面積和設(shè)備體積，降低流體阻力。(4)噴水增濕凈化爐內(nèi)使用新型噴頭，其霧化度高，極大地提高了水、氣之間的傳熱、傳質(zhì)效率。(5)采用板式換熱器，具有很高的傳熱系數(shù)，在同樣氣量的情況下，換熱器的面積小，阻力小，即節(jié)約冷卻水、又能降低系統(tǒng)阻力。三、0.8MPa變換氣栲膠法脫硫 從2000年煤氣化廠改產(chǎn)大顆粒尿素開始，變換氣脫硫采用濕式加壓栲膠法脫硫至今，在兩個生產(chǎn)廠已有三套裝置運(yùn)行，通過我們五年生產(chǎn)

12、使用證明，該具有工藝設(shè)備少，工藝流程簡單，投資小。且操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，物料消耗低，脫硫效率高。栲膠法脫硫用在高硫化氫變換氣脫硫效果也很好，在取消半水煤氣脫硫經(jīng)變換后，變換氣H2S在500700mgNm3狀態(tài)下，可保證脫硫后氣體中H2S10mgNm3，脫硫效率99，硫化氫吸收容量達(dá)到0.106kg/m3，達(dá)到國內(nèi)同行目前栲膠法脫硫最好水平，從沒有發(fā)生過液乏、堵塔現(xiàn)象，變脫運(yùn)行狀態(tài)良好。 典型工藝流程簡述如下： 變換氣經(jīng)過變換氣分離器后，從下部進(jìn)入變脫塔，自下而上與栲膠溶液逆流接觸后，由頂部出來經(jīng)分離器分離水份后回高壓機(jī)三段進(jìn)口。栲膠溶液由貧液泵打入變脫塔，由上而下，吸收H 2S后，出變脫塔，經(jīng)

13、過噴射器進(jìn)入再生槽，減壓解析出H 2S并自吸空氣再生，再生好的溶液溢流至貧液槽，經(jīng)貧液泵加壓進(jìn)入變脫塔循環(huán)使用。硫泡沫從再生槽上部分離出后，溢流至硫泡沫槽。所有塔、泵的排出液均回收至地下槽，由地下泵加壓進(jìn)入貧液槽，進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。栲膠法變脫物料消耗很低，噸氨純堿消耗0.17Kg(1.8元Kg)，栲膠0.02Kg(15元Kg)，五氧化二釩0.0025Kg(160元Kg)，噸氨物料費(fèi)僅1.01元。噸氨可回收硫磺1.8Kg，可收入1.44元。足以彌補(bǔ)變脫化學(xué)物料消耗費(fèi)用。四、2.7MPa碳酸丙烯酯脫碳 氮肥行業(yè)所應(yīng)用的主要有PC、MDEA、NHD及PSA等脫碳法，應(yīng)該講這幾種脫碳方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用

14、于合成氨生產(chǎn)其凈化度及解吸CO2純度均能滿足合成氨和尿素生產(chǎn)要求。通過五年生產(chǎn)運(yùn)行證明，碳酸丙烯酯脫碳方法具有流程短、無需加熱和氨冷、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前兩個廠三套碳丙脫碳裝置運(yùn)行穩(wěn)定，DN2800脫碳塔、DN3800再生塔系統(tǒng)合成氨生產(chǎn)能力已超12萬噸年，DN3200脫碳塔、DN5000再生塔系統(tǒng)合成氨生產(chǎn)能力已超15萬噸年。脫碳選用2.7Mpa壓力PC法，該壓力下氣體凈化度較高，不耗熱量和冷量，富液能量可回收，氣液比大，運(yùn)行成本低，裝置投資相對較少。工藝流程簡述： 來自壓縮的2.7MPa變換氣，經(jīng)進(jìn)口分離器分離掉其中油水后，自脫碳塔下部導(dǎo)入，然后經(jīng)分離器，凈化氣洗滌段經(jīng)脫鹽水洗滌回收所夾帶碳

15、丙霧沫后去壓縮機(jī)五段進(jìn)口；碳丙液自脫碳泵打入冷卻器后，自脫碳塔頂部導(dǎo)入，吸收碳丙后，經(jīng)渦輪機(jī)組，閃蒸塔、再生塔的常解、真解、氣提段后循環(huán)使用。碳丙液的再生無需加熱及氨冷，采用四段式分解再生（閃蒸、常解、真解和氣提）及對四氣（凈化氣、閃蒸氣、混解氣、氣提氣）夾帶的碳丙進(jìn)行洗滌回收。五、JTL-4精脫硫 為保護(hù)醇烴化甲醇銅系催化劑，在綜合比較的基礎(chǔ)上，擇優(yōu)選用湖北化學(xué)研究所JTL-4精脫硫工藝，從2002年11月投運(yùn)至今已運(yùn)行三年多，精脫硫后的凈化氣采用HC-2微量硫分析儀進(jìn)行檢測，至今監(jiān)測數(shù)據(jù)仍測不出。原設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為22萬噸年，實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)日產(chǎn)860噸氨醇?？杀ＷC出口總硫（H2S+COS+

16、CS2）0.1mg/m3，CL-0.01ppm的指標(biāo)要求。其工藝流程簡單，操作方便，為合成氨系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。工藝流程簡述： 來自脫碳工段的凈化氣首先經(jīng)過氣液分離器進(jìn)行氣液分離，防止碳丙液夾帶到精脫工段，對脫硫劑使用造成影響。分離后的氣體從第一脫硫塔頂部進(jìn)入，首先通過T102型精脫硫劑脫除H2S，由第一脫硫塔底部出來從第二脫硫塔頂部進(jìn)入，首先通過上段的ET-3型精脫氯劑脫除凈化氣中微量氯。經(jīng)過上述兩步凈化的氣體，再通過T104常溫轉(zhuǎn)化吸收型精脫硫劑，將氣體中有機(jī)硫脫除后送出本系統(tǒng)。工藝特點(diǎn)：(1).工藝流程簡單，只有三臺設(shè)備，不需要加熱、降溫，節(jié)省蒸汽、冷卻水。(2).兩塔氣相進(jìn)口

17、均為上進(jìn)下出流程，可避免開、停車時氣流沖擊脫硫劑床層或帶出脫硫劑。(3).脫硫劑支撐采用駝峰分布器與20mm瓷球鋪底,氣體分布效果好。(4)不需設(shè)專人操作，脫碳或變換崗位操作人兼職管理操作即可。六、醇烴化原料氣精制 我公司化工廠在實(shí)施“1830”工程中，合成氨原料氣精制采用湖南安淳高新技術(shù)有限公司新開發(fā)的醇烴化工藝。該工藝具有原料氣精制度高，操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，物耗少，工作環(huán)境清潔，消除傳統(tǒng)銅洗工藝對水、氣污染等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是可提高資源利用率，將少量的CO+CO2全部轉(zhuǎn)化為甲醇，為企業(yè)增加了產(chǎn)品品種，并根據(jù)市場需求，氨醇比可進(jìn)行調(diào)整。本裝置有兩個2000醇合成塔，設(shè)計能力為22萬噸年醇氨，可副產(chǎn)甲醇35萬噸年，是目前國內(nèi)同行聯(lián)醇規(guī)模最大的裝置。2005年該裝置共生產(chǎn)氨醇26.13萬噸，超出設(shè)計能力，精制原料氣微量（CO+CO2）1.0105（10PPm）。醇烴化精制工藝設(shè)計為三塔流程，A、B醇化塔和烴化塔。A醇化塔以凈化為主，B醇化塔以產(chǎn)醇為主，提高醇氨比B、A塔串聯(lián)運(yùn)行。醇烴原料氣精制工藝流程： 壓縮機(jī)六段（12.5MPa）來原料氣首先經(jīng)系統(tǒng)油分離，再并聯(lián)分別進(jìn)入A、B預(yù)熱器、A、B醇化塔，出塔熱氣返至預(yù)熱器換熱，然后進(jìn)入A、B水冷和A、B醇分。醇分離后氣體合并可循環(huán)或不循環(huán)串聯(lián)進(jìn)入烴化系統(tǒng)；經(jīng)過烴化預(yù)熱器、烴化塔及預(yù)熱器，再至水冷、氨冷，烴分離送入合成系統(tǒng)，烴化