煤制合成氨的生产工艺优化与节能减排措施--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

煤制合成氨的生产工艺优化与节能减排措施

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：张梦雨李克龙

[导读] 摘要：从目前来看整个行业还有一定节能潜力，但从长远来看节能的空间会越来越小，因而各企业在做好节能降耗与小改小革的同时，要加强技术创新，充分与各设计、科研、高校等单位合作，走产、学、研之路，研发更多的节能技术，为今后不断提高节能技术水平建立必要的技术支撑。

        安徽晋煤中能化工股份有限公司安徽省临泉县 236400
        摘要：从目前来看整个行业还有一定节能潜力，但从长远来看节能的空间会越来越小，因而各企业在做好节能降耗与小改小革的同时，要加强技术创新，充分与各设计、科研、高校等单位合作，走产、学、研之路，研发更多的节能技术，为今后不断提高节能技术水平建立必要的技术支撑。在各级政府大力支持与各企业共同努力下，合成氨行业的节能降耗一定会取得成效，“十二五”规划合成氨行业的吨氨综合能耗目标1350kg是完全可以实现的。鉴于此，本文主要分析煤制合成氨的生产工艺优化与节能减排措施。
        关键词：煤制合成氨；生产工艺；节能减排
        1、引言
        目前我国走在前列的部分煤制合成氨工厂的能耗进行相关指标的计算，我们不难发现，现阶段我国吨氨综合能耗（标煤）约为1.5t/t，与“十二五”的国家节能目标（1.350t/t）存在较大差距。经过了近60多年不断发展，我国合成氨总产能已达6000万t/a以上，排在世界的前几位，是我国高耗能重点行业之一。如何降低能源消耗强度、优化节能已成为我国合成氨行业首要面临的问题。传统的合成氨生产方法中，煤、天然气、焦炉气等常常被作为主要的原料。其中，以煤为原料的合成氨总产能占有最大比重，高达76%以上，在整个产业中占据了绝对的优势。
        2、概述
        合成氨是煤制合成氨化肥装置行业发展的基础。对农业发展有很重要的作用。煤在我们国家是一种储量丰富、分布广泛且价格低的一种能源，而煤也是我们国家的不能再生能源之一，但其原料充足等特点导致煤成为了合成氨的首选原料。随着我们国家开放程度不断增加，引进了很多外国技术，同时也在自主研发中取得很好的成绩。在合成氨的研究中，研究出了一氧化碳变换工艺、低温甲醇洗、液氮洗、氨合成等等，提高了自主研发的科技投入量。
        3、合成氨综合能耗的因素
        3.1、合成循环气量的影响
        通过分析综合能耗的统计数据，即吨氨原料煤、燃料煤耗量及耗电量，在整个合成氨系统中，综合能耗与系统的循环气量有着近似反比例函数的关系，即系统综合能耗会随着装置循环气量的增大而逐步减少。可见，在实际运行过程中，一定不能忽视低于或等于装置设计能力的负荷对合成氨综合能耗的降低产生的不利影响。
        3.2、合成气气质的影响
        另一个会对合成氨综合能耗产生较为深远的影响因素就是合成气质的量，它不仅可能直接影响到整个系统的温度、压力控制，甚至会由此引发一系列问题，使整个生产运行过程陷入巨大的困难之中。
        3.3、合成氨运行工况的影响
        在生产时，一套完善而精确的工艺指标是必要的保证，对合成循环气的氢氮比、氨冷温度、合成塔热点温度等进行严格的控制，对工艺条件的变化进行密切的观察，从而及时采取措施进行优化，对于降低合成氨综合能耗大有帮助，具体来说分为以下几种：（1）针对生产过程中的动态变化及时修正控制参数，稳定氢氮比；（2）在相同产量条件下，大循环量压温的方式一般是不可取的，多余的反应热也应通过废热回收器进行回收再利用；（3）在入口温度相同时，首先就是要保证合成塔热平衡，再者就是要想办法提高合成气入废热回收器温度。
        4、节能减排措施
        4.1、新型固定层气化集成工艺
        该技术是在传统固定床气化工艺基础上进行多项系统改造与创新的组合集成，主要包括炉体改造与更新（加压夹套、顶上出气等）、不停炉自动加煤与下灰、入炉过热蒸汽制气、高效造气鼓风机、微机油压控制与DCS优化、高效煤气除尘器、集中式煤气余热回收、集中式高效低阻洗气塔、增氧制气工艺等各项技术措施，采用后取得了明显的节能效果。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        4.2、造气吹风气（炉渣）余热回收技术
        该技术主要是针对固定床间歇气化工艺过程吹风阶段排出的吹风气与制气过程排出的炉渣的合理回收利用。近几年吹风气余热回收技术在原有低温吹风气潜热回收技术基础上又作了不少改进与创新，不仅回收吹风气余热，还能回收造气炉渣的余热。如三废流化混燃炉技术，不少厂家使用后取得了显著的节能与经济效果，目前该技术已作为一项主要节能技术措施得到广泛应用。
        4.3、低汽耗全低变变换工艺
        该技术是在充分利用宽温钴钼低变催化剂低温高活性优点前提下开发成功的一项节能低汽耗新工艺，具有变换率高、流程简单、系统阻力低、蒸汽消耗少等优点，在出系统煤气CO含量1.5%左右时的吨氨蒸汽消耗可＜200kg。
        4.4、低能耗变压吸附脱碳工艺
        经过多年的不断开发与创新，PSA（变压吸附）脱碳技术已成为行业中使用最多的方法，其中二段全回收PSA工艺的节能效果尤为突出。该工艺的核心原理是利用系统内杂质气体的动能和浓度差异，对净化段和提纯段分别进行吹扫、解吸、冲洗、再生，可取代真空泵，提高有效气体的收率。实际运行数据：氢气损失＜0.5%，氮气损失＜2%，一氧化碳损失＜4%，吨氨电耗＜10kW•h。
        4.5、低压氨合成技术
        随着技术的不断提升，氨合成已逐步向低压力、低阻力、低空速、高净值的低能耗方向发展。在学习国外氨合成先进技术基础上，我国不少科技单位（湖南安淳高新技术有限公司、南京国昌化工科技有限公司、石家庄正元塔器设备有限公司、中国成达工程公司等）研发创新了各种低压氨合成工艺技术，取得了十分有效的成果，＜20MPa的低压氨合成技术已在部分企业获得应用成果，具有明显的节能与经济效益，为我国大型氨合成技术装备国产化奠定了良好基础。
        4.6、废水废渣处理
        煤制合成氨化肥装置内的灰水需要进行处理，然后在处理之后可以循环使用。原料中的水煤浆在气化炉中完成反应以后就产生了灰水，灰水污染程度极高，经过处理达标之后才可以排放，可以使用德士古煤气化工艺等，达标之后的气化灰渣、过滤渣等等物质可以分离出现用作其他用途。合成氨的生产中，外排废水具有极高的氨氮含量，极低的COD含量，对其的处理要采取硝化、反硝化才能取得良好的效果。这个过程使用汽提——厌氧——好氧来处理，通过微生物的代谢作用使废水变成溶液交替，把微细悬浮物状态的有机污染物变成无害的废水之后进行处理。
        4.7、改进耐硫变换装置
        传统变换装置一般采用两段式高温转换的设计模式，因而在入口位置通常会含有较高的有机硫，而在出口位置一氧化碳体积分数通常在4.5%左右，与其体积分数应控制在1.5%以下的标准规定严重不符。在未增设反应器的条件下，选用先进轴向耐硫变换炉是提高装置生产性能的一个有效途径：（1）推广使用高水解功能耐硫催化剂，并根据实际情况适当调整温度；（2）使用卡萨利径向反应器代替第二变换炉，填充小粒径含钾型催化剂；（3）将新型废热锅炉安置在第一变换炉与第二变换炉之间，回收装置废热副产低压蒸汽。
        5、结束语
        氨属于一种非常重要的化工产品，其不但能够作为最终产品，而且还能当做重要的中间产品。氨在生产化肥原料中占据了70%，剩余的作为制药、炸药合成树脂等物质的原料（剩余的用于其他合成树脂的原料）。作为化肥行业基础的合成氨装置的投产，对农业生产发展具有重大贡献。
        参考文献
        [1]李忠.分析煤制合成氨装置能耗分析与节能方向[J].化工管理,2018(03):60.
        [2]魏华.关于大型煤制合成氨工艺技术的研究[J].石化技术,2015,22(05):5.
        [3]徐本刚.煤制天然气工艺技术进展[J].广东化工,2014,41(17):100-101.
        [4]张占一,孟强,邹隐文.大中型煤制合成氨装置典型工艺与布置方案探讨[J].化肥设计,2012,50(02):17-21.
        [5]国外劣质煤制合成氨工艺[J].广东化工报导,1976(03):65-72.