甲醇弛放气制合成氨

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2013,23(6)甲醇弛放气制合成氨彭奕*黄维柱李林四川天一科技股份有限公司成都610225艾军河北旭阳焦化有限公司定州100107摘要介绍以焦炉气生产甲醇过程中产生的弛放气与甲醇装置空分系统副产的氮气为原料,生产合成氨的新工艺及其技术性能、能耗和经济指标。关键词驰放气合成氨新工艺目前合成氨生产的主要原料有天然气、石脑常采用甲烷化工艺来脱除微量碳,由于甲烷化反油、重质油和煤等,其工艺技术成熟、可靠,而应本身要消耗一些氢气,同时生成的甲烷又作为利用焦炉气制甲醇的驰放气生产合成氨成则为合惰性气体混入新鲜合成气中,惰性气体含量越高,成氨生产的全新原料路线吹除气量越大,原料气损失越多,氨净值降低。现以某焦化公司甲醇驰放气为原料生产100kt/由于新鲜气净化程度高,采用低压氨合成,a液氨项目为例。该项目利用焦炉气生产甲醇过程合成压力控制在≤15MPa(G)。过去国内自主设计中产生的地放气以及甲醇装置空分系统的氮气为的合成氨装置设计压力多为32MP。氨合成压力的原料生产液氨。利用焦炉气制甲醇装置的弛放气制合成氨的高低,是影响氨合成生产中能量消耗的主要因素之一,主要能量消耗还包括原料气压缩功、循环项目属于典型的废气利用项目,这种生产液氨的气压缩功和氨分离的冷冻功。与32MPa合成工艺新工艺方案,其生产技术、能耗及经济指标均处相比,15MPa合成工艺虽然循环机功率和冰机功率于较先进水平,具有良好的经济效益更大,但新鲜气压缩功率大幅降低,同时降低了1工艺方案和装置能耗指标系统的漏损,节能效果显著。由于操作压力和温来自于甲醇裝置的驰放气经过变压吸附提取度较低,对设备、管道的材质要求有所降低,容氢并除去对合成催化剂有害的一氧化碳、二氧化易制造和管理。在一定空速下,合成压力越高碳和氧。来自空分的氮气压缩之后进行脱氧,再出口氨浓度越高,氨净值越高。随着低温高活性与氢气混合后进行干燥,除去水分。干燥后的混催化剂的研制和改进,压力降低带来的氨净值低合气进入联合压缩机,加压后进氨合成系统。变的不足得到克服。有研究成果表明:15MPa比压吸附的解吸气和氨合成系统放空气都去燃气32MPa节省设备投资12%,其中合成气压缩机及管网。级间设备等费用节省37%原料气的净化流程见图1净化后的新鲜气在合成塔前补进,降低循环氮气新鲜气进合成氨系统功耗和冷冻功耗,并减少吹除气量。采用高净值的氨合成塔。反应气出塔温度300℃以上,出塔气甲醇驰放气解吸气进燃料管压吸附提氢体反应热多级利用,并产生中压饱和蒸汽,出塔图1原料气的净化流程方框图热气在热交换器与进合成塔冷气换热后,再采用项目原料气净化部分采用变压吸附提氢技术水冷降温,达到节水目的。之后反应气采用两级以及等压干燥的专有技术,深度净化后的新鲜气氨冷,收集液氨。放空点设置在循环机进口点当量氧原子小于等于10mm,合成系统的惰性气体此γ目统中氨都已基本分离,含量极低,这样合成系统氨净值高,吹除气量很氨CNMHG。以煤、气、油为原料制合成气的净化工艺通奕:高级工程师。1993年毕业于四川轻化工学院。从事工艺设计和项目管理工作。联系电话:(028)85963543,E-mai:tkee@tianke.com。2013,23(6)奕等甲醇弛放气制合成氨表1合成氨装置能耗氨合成塔热交换器废热锅炉名称吨氨消能耗指标能耗耗量(GJ)9.656油分离言器甲醇驰放气,Nm循环压缩机冷交换器氮气,Nm3700补充气压缩氨泠凝器IⅡ新鲜水2.510.015冰机」气氨液氨分离器脱盐水,t液氨驰放气氨回收液氨减压槽蒸汽1.0MPa,t37630.30氨冷凝液氨贮槽装车蒸汽2.45MPa,t液氨球罐解吸气,12317.2968.981料甲变压吸附提氢,原料气精制能耗合计28.03注:液氨装置单位产品综合能耗是按国家标准GB/^T2589解吸气去燃料管网原料氮气2008计算,28.03GJ/t折标煤为957.6(标准煤的低位发热值为图2全系统流程方框图29271kJ/kg)项目建了一套完善的氨回收系统。合成系统氨行业加权平均综合能耗应降至1515千克标煤需要排放的气体有3种:①从循环气排放的吹除吨。本项目的能耗为971千克标煤/吨,处于领先气,100Nm/h,氨含量约2.9%,氢含量约72%,水平。直接排放至燃料管网做燃料;②液氨减压槽的驰放气,350Nm3/h,其中氨含量约40%,考虑采用2技术经济液氨蒸发冷却的方式,回收其中85%的氨,采用甲醇驰放气生产100kt/a合成氨装置主要技术系统二级氨冷的蒸发压力,让蒸发后的气氨能回经济指标见表2。到液氨冷冻系统的二级冰机入口;③氨球罐的排放气,根据压力情况,排放气回到液氨冷冻系统表2主要技术经济指标的一级冰机入口。项目名称消耗定额单价成本这套氨回收系统与传统的氨回收方式不一样(吨氨)(元)(元)传统的氨回收方式是采用水洗吸收氨,得到稀氨1外购原材料水,需要得到浓氨时再采用精馏的方法制得高浓甲醇弛放气,Nm330500.2度氨。而在这个合成系统里,利用新鲜气净化纯氮气,Nm30.065度高、系统排放气量少的特点,创新了氨回收方合成氨催化剂kg0.l1法,节省氨回收设备投资和运行成本,基本做到提氢吸附剂,kg0.2162,1无废气外排。项目“三废”排放种类少、数量小原料气精制吸附剂,kg0.0740.74甲醇驰放气生产100kta合成氨装置能耗见2外购动力6300.637401.44表1新鲜水,t根据由石油和化学工业规划院2013年2月编脱盐水,10.88制完成的《重点化工行业节能减排规划研究(初仪表气,Nm3稿)》,2011年我国合成氨单位产品平均综合能耗3直接工资,元较2006年全行业平均单耗下降约9.2%,但消耗4折旧费,元仍高达1575千克标煤/吨。其中,天然气头合成氨5修理费,元综合能耗先进水平为1020~1160千克标煤/吨(基3.57本上代表了世界的先进水平),非无烟煤头合成氨中国煤化工能耗先进水平为1500~1700千克标煤/吨,无烟煤CNMHG8其头合成氨先进水平为1365~1570千克标煤/吨,而9扣除副产回收落后值髙达2460千克标煤/吨。《重点化工行业节副产蒸汽,t能减排规划研究(初稿)》建议到2015年,合成10单位生产成本,元(下转第21页)2013,23(6)S31254钢管的应用可采取以下措施:①严格控制材料中硫、磷等有应采用胀焊并用,采用密封焊加强度胀的连接形害杂质的含量;②采用能够形成焊缝双相组织的式,这就要求换热管材料的硬度低于管板材料的焊丝,从而打乱奥氏体不锈钢状晶的方向性,减硬度。S22053钢是抗CI腐蚀良好的双相不锈钢少晶间低溶点共晶的偏析量;③采用低线能量、其布氏硬度值为293(HB),大于S31254钢管的窄焊道技术,提髙熔池的冷却速度;④焊接采用布氏硬度值223(HB),而且焊接性能良好。所钨极氩弧焊,电弧能量大,热量集中,而且有氩以,采用S2053钢锻件作为管板的材料,并在管气流的冷却作用,热影响区小,焊接质量稳定,板孔之间的管桥上开设应力槽。焊缝成型好,且无飞溅和熔渣;为加快焊缝的冷管箱采用Q345R钢板制作,其内表面喷砂除却速度,焊后可用水进行强制冷却;⑤对于换热锈后,烘烤酚醛清漆。管与管板之间的焊接,可在管桥上开设应力槽,4结语以减小甚至消除焊接应力。3S31254钢管的使用在母Ⅱ加热器的设计中,采用S31254钢管作为换热管,管板的材质采用S2053锻件,管箱内母Ⅱ加热器管程中的介质含有高浓度的CⅠˉ、表面采取烘烤酚醛清漆的措施,有效地防止了管HCO3,对于钢材是强腐蚀性介质。换热管若选用程中含有高浓度C、HCO3的母液Ⅱ介质对设备20碳钢管,其使用寿命很短,频繁地更新被腐蚀的腐蚀。实践已证明,用S31254高合金纯奥氏体坏的设备,严重地影响生产能力;换热管若选用不锈钢替代高成本的镍基合金和钛材来防止Cl^、带内防腐20碳钢管,由于防腐层的导热系数太小,HCO3的腐蚀,是一种有效的方法,这对延长设备因而严重降低换热效果;换热管若选用钛管,其的使用寿命、提高生产能力、降低制造成本提供使用寿命长、效果好,但钛管的价格昂贵,是了可靠的保障。S31254钢管价格的三倍。鉴于S31254高合金纯奥参考文献氏体不锈钢耐点腐蚀、耐间隙腐蚀、抗应力腐蚀、抗均匀腐蚀的优秀性能,其焊接接头具有良好的1 ASTM SA213/SA213M-2010,锅炉、过热器和换热器用无耐晶间腐蚀能力,采取有效的焊接工艺完全可以缝、铁素体和奥氏体合金钢管子[S2 ASTM SA312/SA312M-2010,无缝和焊接奥氏体不锈钢公防止焊缝中的热裂纹,所以采用S31254钢管作为称管[S]换热管。ASME,材料D篇性能(公制),第Ⅱ卷[S].2010.因为壳程介质是饱和水蒸汽,换热管要承受4GB150.1-4-2011,压力容器[S]振动和疲劳载荷,所以换热管与管板的连接方式(收稿日期2013-02-22)(上接第13页)3结语表2可知,本项目每吨产品液氨成本为项目以甲醇驰放气以及甲醇装置空分系统副1357.12元,国内外合成氨装置液氨成本在1400产的氮气为原料,采用先进成熟的变压吸附提氢2300元之间。凭借低廉的成本,产品有很强的市工艺,用低压法氨合成工艺技术生产液氨。采用场竞争力。的工艺技术先进、可靠,项目经济效益好,抗风项目投资1.4亿元,利润率为40%,动态投险能力较强。为焦炉气生产甲醇的企业进一步发资回收期(税前)为3年。经济效益十分可观。展中国煤化工根据盈亏平衡点的计算,只要生产达到设计生产CNMHG能力的32%,企业收支即可平衡参考文该项目自2012年12月投产后,稳定运行至1A.Ⅴ.斯拉克,G,R.詹姆斯.合成氨第三分册[M今,各项消耗指标优于设计值,产品质量稳定,北京:化学工业出版社,1980:14达到国家标准(GB536-1988)优等品质量指标。(修改回稿2013-07-02)