李　宏，肖　聰，楊曉勤，蔣遠(yuǎn)華(湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司　湖北宜昌　443000)

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改變加氮位置提高合成氨產(chǎn)能的措施

李宏，肖聰，楊曉勤，蔣遠(yuǎn)華
(湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司湖北宜昌443000)

摘要因受制氣工藝改變的影響，低溫甲醇洗工段的氣體處理量下降，導(dǎo)致合成氨產(chǎn)能無(wú)法達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)要求，為此改變了原工藝加氮位置。經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計(jì)算，得出了合理的氣化爐循環(huán)周期時(shí)間以及氮?dú)庹{(diào)整比例。改造后，有效氣含量明顯提高，合成氨產(chǎn)能得到提升，達(dá)到了增產(chǎn)節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞煤制氣合成氨氮?dú)庠霎a(chǎn)節(jié)能

Measures for Promoting Synthetic Ammonia Production by Changing Nitrogen Addition Position

Li Hong，Xiao Cong，Yang Xiaoqin，Jiang Yuanhua
(Hubei Yihua Group Limited Liability Company Hubei Yichang 443000)

Abstract Affected by gasification process change，gas treatment capacity of low-temperature methanol wash section declines，resulted in ammonia synthesis production capacity failing to meet the requirements of full-load operation，so the nitrogen addition position of the original process is changed.Through strict scientific calculation，the rational cycling time of gasifier and nitrogen adaptive proportion are obtained.After the revamp，the content of effective gas is increased significantly，synthetic ammonia production capacity is promoted，attaining the aim of energy saving and production increasing.

Keywords coal gasification synthetic ammonia nitrogen increase production and save energy

近年來(lái)，隨著合成氨產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，大批新裝置投入運(yùn)行;同時(shí)，一些老的中、小型合成氨生產(chǎn)企業(yè)在原合成氨裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改造，大部分裝置在改造后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能增長(zhǎng)和消耗下降，但部分裝置因受制氣工藝改變、部分工段不能進(jìn)行改造等因素影響，優(yōu)化改造不能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。

湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司也存在類似的狀況，集團(tuán)下屬合成氨類子公司中，湖北雙環(huán)公司和新疆宜化公司因低溫甲醇洗工段氣體處理量的限制，合成氨裝置無(wú)法達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)要求，后經(jīng)技術(shù)改造，將從空分裝置引入的N2經(jīng)加壓后補(bǔ)入低溫甲醇洗工段，使合成氨產(chǎn)量增加10％、噸氨電耗下降30 kW·h。

1　裝置存在的問題

湖北雙環(huán)公司原設(shè)計(jì)合成氨產(chǎn)能1 000 t/d，2013年5月，為解決整套裝置穩(wěn)定運(yùn)行問題，進(jìn)行了煤制氣改造。湖北雙環(huán)公司改造前、后氣體成分見表1，新疆宜化公司富氧連續(xù)制氣氣體成分見表2。

由表1可見:改造后，進(jìn)入低溫甲醇洗工段的CO2含量降低，導(dǎo)致甲醇貧液溫度和氣體處理量下降，合成氨生產(chǎn)能力只能達(dá)到900 t/d。

由表2可見:改變加氮位置前，新疆宜化公司300 kt/a合成氨裝置因煤氣中CO2含量偏高、有效氣(CO +H2)含量偏低，壓縮機(jī)低壓段至低溫甲醇洗工段的相對(duì)產(chǎn)氨能力偏低，只能達(dá)到950 t/d。

表1　湖北雙環(huán)公司改造前、后氣體成分

表2　新疆宜化公司富氧連續(xù)制氣氣體成分

2　提高產(chǎn)能的具體措施

湖北雙環(huán)公司和新疆宜化公司采用的脫硫和脫碳工藝均為低溫甲醇洗工藝，因此配備有空分制氮裝置，用于低溫甲醇洗工藝的氣提再生。由于空分裝置生產(chǎn)的N2有富余，因此考慮將富余的N2經(jīng)氮壓縮機(jī)加壓至3.0 MPa后直接補(bǔ)入低溫甲醇洗工段后部，以減少制氣補(bǔ)氮量，提高有效氣含量，從而在相同的氣量下相對(duì)提高壓縮機(jī)、變換、低溫甲醇洗工段的產(chǎn)氨能力?？辗盅b置副產(chǎn)的O2則可用于鍋爐煙氣脫硫、制氣補(bǔ)氧和液氧出售。

湖北雙環(huán)公司和新疆宜化公司的工藝流程相同，加氮位置改變前、后工藝流程見圖1。

圖1　加氮位置改變前、后工藝流程

3　加氮位置改變前、后物料衡算

3.1氨合成反應(yīng)需要的H2和N2

按照氨合成化學(xué)反應(yīng)式，噸氨H2和N2消耗量見表3。

3.2氨合成反應(yīng)的氫氮比調(diào)節(jié)

不同煤制氣工藝的氫氮比調(diào)節(jié)方法不同，湖北雙環(huán)公司的固定層上下吹交替制氣工藝調(diào)整前，通過(guò)增減吹風(fēng)氣回收和上吹加氮時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)氫氮比。

新疆宜化公司的固定層富氧連續(xù)上吹制氣工藝調(diào)整前，通過(guò)改變富氧濃度來(lái)調(diào)節(jié)氫氮比。這2種工藝調(diào)整后，都盡可能多地在低溫甲醇洗工段后部配氮以調(diào)節(jié)氫氮比。

表3　噸氨H2和N2消耗量

3.3調(diào)整原則及計(jì)算

3.3.1調(diào)整原則

為盡可能減輕工藝調(diào)整對(duì)制氣煤耗的影響，必須選擇合適的減氮方式。半水煤氣生產(chǎn)過(guò)程的效率是吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的熱量平衡問題，簡(jiǎn)化處理可歸結(jié)為C + H2O的吸熱與C + O2的放熱之間的熱平衡。為保證合成氨生產(chǎn)(CO + H2) / N2≈3∶1(物質(zhì)的量比)的要求，固定層上下吹交替制氣工藝調(diào)整原則:①穩(wěn)定吹風(fēng)時(shí)間、制氣加氮時(shí)間不變;②盡可能減少造氣吹風(fēng)氣回收(甚至吹凈回收)中煤氣的量，以減少氮?dú)庋a(bǔ)入量。固定層富氧連續(xù)上吹制氣調(diào)整原則:①保證H2O: O2物質(zhì)的量比不變;②盡可能提高氧濃度。

3.3.2可補(bǔ)入N2量的上限計(jì)算

(1)固定層上下吹交替制氣

理論吹風(fēng)氣成分:φ(CO2) 16.96％，φ(O2) 0.40％，φ(CO) 5.45％，φ(H2) 2.90％，φ(CH4) 0.72％，φ(N2) 73.57％。

理論加氮水煤氣成分:φ(CO2) 7.80％，φ(O2) 0.35％，φ(CO) 31.75％，φ(H2) 41.50％，φ(CH4) 0.78％，φ(N2) 17.82％。

按噸氨耗有效氣(CO + H2) 2 100 m3(標(biāo)態(tài)，下同)計(jì)，則噸氨耗加氮水煤氣量為2 867 m3。噸氨加氮水煤氣中含N2511 m3，則噸氨高壓段需補(bǔ)入N2=700－511 =189(m3)。

故對(duì)固定層上下吹交替制氣工藝，噸氨氮?dú)庹{(diào)配量為0～189 m3。

(2)固定層富氧連續(xù)上吹制氣

理論上說(shuō)，當(dāng)固定層富氧連續(xù)上吹制氣工藝采用純氧制氣時(shí)，補(bǔ)入的N2量最大，因此，噸氨N2的調(diào)配量為0～700 m3，實(shí)際補(bǔ)入量取決于產(chǎn)量增加與用純氧量成本之間的效益差。

4　運(yùn)行效果

湖北雙環(huán)公司每小時(shí)在低溫甲醇洗工段后部補(bǔ)入3 700 m3N2后，煤氣中φ(CO + H2)增加5.0％，氨產(chǎn)量從900 t/d提高至950 t/d。日產(chǎn)合成氨量上升50 t后，噸氨固定成本分?jǐn)偨档?1元，按年生產(chǎn)350 d計(jì)，折年增加經(jīng)濟(jì)效益700萬(wàn)元。

湖北雙環(huán)公司加氮位置調(diào)整前、后煤氣主要成分含量對(duì)比見表4。

表4　湖北雙環(huán)公司加氮位置調(diào)整前、后煤氣主要成分含量對(duì)比

新疆宜化公司每小時(shí)在低溫甲醇洗工段后補(bǔ)入4 100 m3N2后，煤氣中φ(CO + H2)增加2.4％，氨產(chǎn)量從950 t/d提高至1 050 t/d。日產(chǎn)合成氨量上升100 t后，噸氨固定成本分?jǐn)偨档?5元，按年生產(chǎn)350 d計(jì)，折年增加經(jīng)濟(jì)效益2 352萬(wàn)元。

新疆宜化公司加氮位置調(diào)整前、后煤氣主要成分含量對(duì)比見表5。

表5　新疆宜化公司加氮位置調(diào)整前、后煤氣主要成分含量對(duì)比

(收到修改稿日期2015-03-12)

中圖分類號(hào):TQ113.2; TQ546.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1006-7779(2016) 01-0046-03

本文作者的聯(lián)系方式: 7578590@qq.com