工艺技术方案选择

工艺技术方案选择内容摘要：

，送压缩机六段升压至 25MPa送入氨合成系统，生产合成氨。 合成弛放气采用无动力法回收其中的氨，同时气体进一步通过膜回收氢气，尾气作为燃料气送吹风气余热回收工段生产蒸汽。 一氧化碳变换 目前我国 CO变换工艺主要有两种，一种为中串低变换，另一种为全低变。 所谓中 514 串低就是第一段采用 FeCr等变换催化剂，其余各段采用 CoMo系催化剂。 这种工艺充分利用 了中变催化剂的抗毒性能强，低变催化剂具有很好的低温活性的特点，将它们很好的组合在一起，达到催化剂使用寿命长、降低能耗的目的。 全低变即整个变换炉全部采用 CoMo系变换催化剂， CoMo系低变催化剂具有极强的耐硫性及很好的低温活性。 其操作温度比中变催化剂降低 100℃以下（平均值），故蒸汽用量很低，节能效果好。 由于操作温度低，对设备、管道、法门等的使用条件大大改善，同样规格的设备、管道其生产能力可大幅度提高，或者说在同样规模的生产能力下，设备、管道直径有较小的缩小，从而降低了投资费用。 上述两种 CO变换工艺，前 者于上世纪 80年代开始使用，到了 90年代中期全低变工艺开发成功，经过实践、完善，现已十分成熟，其催化剂的使用寿命大大提高。 低变催化剂特别适用于蒸汽消耗较低的情况。 根据上述各工艺的特点，结合本项目醇 /氨比较高（ 1： 4），一段入口蒸汽比较低的特点，考虑到投资、节能、技术成熟性等，本设计拟采用 CoMo系全低变 CO变换工艺。 氮氢气压缩工艺技术方案的比较和选择 氮氢气压缩机是合成氨生产中的心脏设备。 通常可以使用往复式压缩机或离心式压缩机进行合成气的压缩。 往复式压缩机适用于打气量较小，排出压力高 的工况，投资较低，缺点是易 ～ 损件多，占地大，维护工作量大。 离心式压缩机则是适用于打气量大的工况，具有单机能力大，占地小，运转平稳无脉冲，维修少，无需设备机，可用蒸汽透平驱动以提高能量转换效率等优点，但投资较高，国内外大型合成氨装置如年产 30万吨合成氨将蒸汽动力系统与化工装置紧密结合在一起，都采用离心式压缩机。 本项目合成氨生产能力不大，设计选用对称平衡型往复式氢氮气压缩机。 目前国内往复式压缩机生产厂家有沈阳气压机厂，上海压缩机厂，四川简阳压缩机厂，山东潍坊压缩机厂等，其产品质量较好，制造水平与国外相当， 已在全国大部分合成氨厂中运行。 根据工艺流程需要，本设计选用 6台打气量 340m3/min氮氢气压缩机，单台能力 ～ 4万吨 /年氨。 变换气脱碳工艺技术方案的比较和选择 515 工业生产中脱除 CO2的方法分为干法和湿法。 干法有变压吸附和膜分离。 湿法脱碳按脱碳液的吸收和再生性质分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。 由于本装置合成氨是与联碱装置配套生产，可采用变换气制碱，即将变换气送至联碱装置的碳化工序脱除二氧化碳，由于联碱装置能力不能处理全部变换气，多余的变换气采用脱碳方式。 本设计选用变压吸附法脱碳。 脱 碳方法比较见甲醇装置。 气体精脱硫工艺技术方案的比较和选择 （ 1）概述 变换气经湿法脱硫后，脱碳气中的 H2S已经所剩无几，然而，还有少量有机硫如COS、 CS2 存在，这些有机硫采用一般方法不能脱除。 虽然脱碳气中硫化物（ H2S、 COS、CS2）很少，但它们对甲烷化催化剂的毒害却很大。 根据甲烷化催化剂对硫化物的要求，进入甲烷化炉的气体中总硫化物的含量应小于。 过去这些少量硫化物采用高温 ZnO进行脱除，由于 ZnO价格高，操作温度高，使之设备投资大，经常运行费较高。 这些年来，国内开发了常温 精脱硫技术，使少量 H2S及有机硫的脱除工艺十分简单，设备也处于常温之下，而投资降低，脱硫剂等价格下降，减少了经常运行费用，降低了生产成本。 （ 2）精脱硫工艺选择 湿法脱硫一般只能脱除 H2S，只用于煤气粗脱硫。 而精脱硫都采用干法脱硫。 干法脱硫有活性炭、氧化铁、氧化锌等，而这些脱硫剂只能脱除 H2S，故在脱有机硫时，应先将 COS、 CS2等有机硫转化为 H2S，而后再加以脱除。 一般采用水解催化剂将 COS、CS2水解，其水解反应式为： COS + H2O → H2S + CO2 CS2 + 2H20 → 2 H2S + CO2 水解催化剂有常温、中温、高温之分。 对于变换后气体，因 COS、 CS2很少，特别时 CS2很少，故水解催化剂主要用来水解 COS。 中变、高温水解由于要消耗较多的热量，且需高温热源，如果不是 CS2特别高而不采用。 本设计采用常温水解工艺。 水解催化剂、精脱硫剂采用湖北化学研究所的产品及工艺技术。 其工艺流程为： 由变压吸附脱碳工序系统来的原料气首先进入第一脱硫塔，在该塔脱除气体中的H2S，使之出塔气体中 H2S含量＜。 再通入加热器加热至 60℃进入精脱硫塔，该塔内装有水解催化剂，再水解催化剂作用下，进行 COS + H2O → H2S + CO2反应。 生 516 成的 H2S气体再进入精脱硫塔下部将气体中 H2S脱至＜。 由于水解催化剂对 COS水解率很高，经过两次脱硫之后气体中总硫化物含量达到＜ ，满足醇烃化催化剂对气体中硫化物的要求。 气体精制技术 在合成氨工业中所谓气体精制是指除去原料气中的各种杂质，使之达到氨合成所要求的气体标准。 它包括去除净化后合成气体少量 CO、 CO2的精制等等。 CO、 CO2的精制的工艺很多，如醋酸铜氨溶液精制工艺、甲烷化工艺、低温甲醇洗工艺、液氮洗涤工艺 、双甲（或醇烃化）工艺等等，各种精制工艺各有其特点及适合的应用范围。 下面就其国内常用的一些气体精制工艺进行论述及比较，并从中选择出适合本工程的精制工艺： （ 1）醋酸铜氨溶液气体精制工艺 习惯上简称铜洗，该精制工艺是我国中、小氮肥厂普遍采用的气体精制工艺，其原理是利用醋酸铜氨溶液将气体中的 CO、 CO2吸收，并使气体中 CO、 CO2除去，该工艺的优点在于工艺技术成熟，原材料易得，因国内普遍采用，使用时间又长，故管理及操作经验丰富。 该技术的缺点在于工艺流程复杂，操作管理麻烦。 气体净化度低，部颁标准要求净化气中 CO+CO225PPm，实际上不少厂超过此指标。 铜洗工艺易出事故，一旦出现事故常常影响生产时间较长，该工艺对环境污染大，生产中对贵重的金属铜的消耗。 资源浪费大，目前正逐渐被其它工艺所取代。 （ 2）甲烷化精制工艺 所谓甲烷化精制工艺，是将脱碳气中少量的 CO、 CO2（ CO+CO2%），转变成 CH4而加以除去，其反应式如下： CO+3H2→ CH4+H2O CO2+4H2→ CH4+2H2O 上述两个反应均为放热反应。 甲烷化精制工艺在上世纪 60年代新引进中国后，在一些以天然气、油为原料的合成氨厂普遍推广应用。 国内引进的 30万吨合成氨大多采用甲烷化工艺，以煤为原料的部分中型厂也采用此工艺。 当时在以煤为原料的氮肥厂难以推广的主要原因是因为以 517 煤为原料制气的原料气中硫化物含量高，硫化物型态多，而甲烷化工艺要求 CO深度变换（变换气中 CO≤ %）， CO深度变换必须采用低温变换，而当时的低温变换催化剂为 CuZn系催化剂，对硫化物的净化要求很高，为了达到对气体中硫的要求，使得变换工艺流程复杂，其流程中有两次脱碳，使气体两次加热，两次冷却，不仅使得装置投资大，能耗很高，十分不经济。 上世纪九十年代后，国内开发成功了 COMo系耐硫低变催化剂，并得到普遍采用；常温精脱硫的开发成功，使得以煤制气的甲烷化净化工艺流程大大简化，能耗及投资大大减少，经济性也十分明显。 甲烷化精制工艺的特点在于工艺简单，操作管理容易，工艺自动化水平高，生产稳定，气体净化度高，经精制后的气体中 CO+CO2＜ 10PPm。 该工艺对环境无污染。 其缺点是 CO、 CO2生成 CH4需消耗 H2气，由于精制气中 CH4增加，加大了合成系统放空量。 近年来不少氮肥厂在合成系统增加 H2回收装置，可使气体中 H2回收率达到 90%以上。 这样大大提高了甲烷化精制工艺的竞争能力。 （ 3）低 温甲醇洗精制工艺 此工艺是利用在低温下甲醇对 CO、 CO硫化物有很强的溶解能力，达到净化 CO、CO2的目的。 低温甲醇洗是将变换气脱碳、脱硫及气体精制融为一身的气体净化工艺，通过低温甲醇洗精制后的气体， CO+CO2含量可达到 10PPm，硫化物。 该工艺的优点是显而易见的。 低温甲醇洗精制工艺的操作温度为－ 40～－ 50℃，由于温度低，压力高，对设备、管道等材质要求高，由于需回收冷量工艺流程复杂，且该技术需向国外购买专利，投资大。 除大规模装置外，对规模较小的氨厂投资难以承受。 （ 4）液氮洗气体精 制工艺 液氮洗气体精制工艺，是利用氮压低温、高压下对气体的不同溶解度，来达到气体净化的目的。 由于液氮洗温度很低，且压力高，对设备，管道等材质要求特别高，装置投资大，技术要求高，国内除个别大化肥从国外引进技术外，均不采用此精制工艺。 （ 5）双甲气体精制工艺 双甲气体精制工艺，即甲醇串甲烷化气体净化工艺，目前已进一步发展成为醇烃 518 化工艺。 此工艺与前者不同之处在于将甲烷化塔改为制烃塔，气体在制烃塔内 CO、 CO2不生成 CH4，而生成多碳的烃化物，由于多碳烃化物沸点高，较易从气体中分离出来，以达到减少氨合成系统放空的目 的。 烃化物分离后可作燃料之用。 双甲工艺由两个部分组成：一个是甲醇装置，该装置将气体中大量的 CO、 CO2与H2反应生成甲醇，出甲醇塔气体中 CO控制在 %～ %。 出甲醇塔气体经分离去甲醇后，气体进入甲烷化（或烃化）装置。 在甲烷化装置中气体中 CO、 CO2在甲烷化炉内与 H2反应生成 CH2与 H2O，从而达到气体精制目的，出甲烷化炉的净化气中 CO+CO210PPm。 目前的双甲工艺一般在 12MPa或 32MPa压力下操作，也有将甲醇压力设计在 12MPa下操作，而甲烷化设计在 32MPa压力下。 双甲气体精制的特 点在于：变换气中 CO可控制在较高含量范围（视生产甲醇量而定），有利于降低变换工段的蒸汽消耗。 其二可获得部分甲醇产量。 双甲工艺的缺点在于由于甲醇与甲烷化（或烃化）串在一起而甲醇催化剂在整个生产寿命期内对 CO、 CO2的净化度不相同，即催化剂生产初期 CO、 CO2转化率高，对保证进入甲烷化炉气体中 CO+CO2%是没有问题的，而随着生产周期延长，催化剂活性逐渐下降，对 CO、 CO2转化率逐渐下降，出口气中 CO、 CO2也随之渐渐增加， CO、 CO2的增加意味着原料气中 H2气的消耗增加，生产成本上升。 另外，生产初 期因甲醇催化剂活性高，出塔气中 CO、 CO2含量低，虽然可减少 H2的消耗，但过低的 CO、 CO2含量会使甲烷化炉热平衡难以维持。 所以双甲工艺这些矛盾的存在对生产管理，操作要求都较高。 同时由于在高压下操作，装置投资很大。 （ 6）技术经济比较 综上所述本设计不适合于选择低温甲醇洗及液氮洗气体精制工艺。 只能在铜洗、甲烷化及双甲工艺中进行比较、选择。 现就铜洗、甲烷化、双甲三种气体精制工艺综合比较如下： 三种气体精制工艺技术经济比较表 序号 项目 单位 铜洗 甲烷化 双甲 1 技术成熟性 成熟 成熟 成熟 2 工艺复杂程度 复杂 简单 复杂 3 环保性 污染大 无污染 无污染 519 4 投资比例 % 100 50 300 5 消耗 金属铜 kg / / 醋酸 kg / 氨 kg 6 / / 甲烷化催化剂 kg / 甲醇催化剂 kg / / 蒸汽 kg 200 300(变换 ) 140(甲醇蒸馏 ) 电 kWh 40＋ 27=67(冰 ) ／ 37+21=58 水 12 20 甲醇 / / 68 H2 耗 Nm3 / 60 60 三种气体精制工艺生产成本 （以吨氨计） 序号 项目名称 单位 单价 （元） 铜洗 甲烷化 双甲 数量 总价(元 ) 数量 总价（元） 数量 总价(元 ) 1 冷却水 t 12 5 30 2 电 kWh 67 / / 58 3 蒸汽 t 70 4 金属铜 kg 60 / / / / 5 氨 kg 6 / / / / 6 醋酸 kg / / / / 7 甲醇催化剂 kg 70 / / / / 8 甲烷化催化剂 kg 80 / / 9 H2 Nm3 / / 60 24 60 24 10 甲醇 kg / / / / － 68 － 136 11 甲醇耗气 H2+CO Nm3 / / / / 177 12 人工工资 元 13 折旧 元 14 合计 由上表可知，铜洗精制工艺操作费用最高，双甲化工艺次之，甲烷化工艺略低。 本报告从一次投资、工艺流程操作管理繁简等因素综合考虑，拟选用醇烃化精制工艺。 醇烃化工艺是湖南安淳公司开发的气体精制工艺，具有如下特点： 1）醇化采用。