優化設計 節能減排 提升氮肥企業競爭力

河南省昊利達化工有限公司 魏常致 金向平 郝國慶

小氮肥產業升級后，如何推廣清潔生產，走可持續發展道路，不斷提升企業核心競爭力，河南昊利達通過探索與實踐，在大力推進節能減排工作中，對各種新工藝、新技術、新設備進行集成優化和推廣應用，經濟效益與環境效益、社會效益比翼齊飛，成效顯著。

河南省昊利達化工有限公司成立于2002年9月29日，其前身是我國小氮肥碳銨改產尿素首批三家4萬t/a小尿素示范廠之一的輝縣市化肥廠。建廠四十多年來，通過不斷技術改造，由原設計年產5000t合成氨的小化肥廠逐步發展為9萬t/a合成氨、15萬t/a尿素、3萬t/a甲醇的中型企業。近年來先后通過“氮肥生產污水零排放綜合治理環保工程”、“合成氨生產能量系統優化工程”、“安全生產標準化”驗收及清潔生產審核，各項經濟技術指標接近行業先進水平，公司實現快速發展，并獲得了較好的經濟效益。

按先進實用、節能降耗、環境友好、安全穩定的要求確定工藝技術改造路線

技術改造的思路是按先進實用、節能降耗、環境友好、安全穩定的要求確定工藝技術改造路線，經改造后的工藝流程如圖1。

采用低壓氨合成和醇烴化精制聯產甲醇的工藝特點：

①氨合成壓力≤26.0MPa時，合成氨綜合電耗降至最低值。

②低壓氨合成聯產甲醇工藝，降低了變換、脫碳及醇烴化氣體精制的生產負荷，同時降低了氨合成壓力，使生產達到安全、穩定、低耗，催化劑使用周期延長，開車率提高。

圖1 改造后工藝流程圖

③氨醇聯產時煤氣組分同時滿足了H2/N2=3.0的氨合成和的醇合成的要求。煤氣中含有一定組分的N2氣，煤氣化操作條件寬松，排凈氣量小，維持了煤氣爐的氣化強度，有利于降低原料煤消耗。

④合成氨和甲醇聯產系統中的排凈氣、放空氣、弛放氣等得到合理的回收利用，減少了氣體排放量，有利于清潔生產。

煤氣化裝置的優化設計及操作

由于造氣生產費用占整個成本的60%以上，而且目前企業面臨煤價猛升的壓力，因此煤氣化裝置的優化設計及操作尤為重要，造氣系統采用DCS優化控制系統，突出節能減排，降低煤耗的技術要求。

①煤氣爐保持單爐單系統配置，四爐一臺風機和一套余熱回收系統，消除了各煤氣爐間的相互影響及串氣倒氣的可能性。

②爐體的夾套高度、破渣條、防流板、爐篦選用及工藝閥門的位置均一一進行精心安排設計，旨在有效地穩定爐況，改善下灰質量，提高蒸汽分解率。

③煤氣爐上行煤氣管道由側出改為上出，同時設置爐內除塵器，減少帶出物，回收吹風、上吹熱量，兼有下吹均勻分布的作用。

④采用機電一體化加煤機，220℃過熱蒸汽制氣，蒸汽壓力前饋補償調節，上吹加N2工藝，嚴格控制爐溫，穩定氣體質量和產氣能力，使原料煤消耗長期低于1150kg/t 氨。

重點抓好氣體凈化和工藝水質

大、中、小氮肥在穩定的生產周期上存在較大差距，重要原因是工藝氣質和水質差異較大，在技改工程中，力求提升工藝氣質和水質的水平。

①抓好氣源的洗滌凈化，設置微渦流塔板澄清器，使用絮凝劑使造氣污水濁度≤50mg/L，同時強化合成氨和尿素循環水投加阻垢緩蝕劑效果。

②壓縮機入口前低壓煤氣做到三級水洗滌，二級焦炭過濾和電除焦油，延長壓縮機一段活門清洗周期。

③做好脫除氣體總硫為主要內容的凈化，做到多級脫除，深度凈化。通過煤氣常壓濕式栲膠脫硫，變換氣NDC濕法脫硫，PC脫碳脫硫，精脫硫串脫氯和脫羰基鐵，使氣體入塔總硫體積分數≤0.1×10-6,濕法脫硫的硫回收率≥90% 。

④脫鹽水采用反滲透串陰陽離子混床交換。脫鹽水電導指標控制≤10μS/cm。

由于氣質和水質的提高，脫硫、變換、脫碳、醇烴化及氨合成各工序的系統阻力和催化劑保持相對穩定。

醇烴化氣體精制新工藝的應用

以煤為原料的合成氨原料氣精制工藝由醇烴化替代了銅洗，是一項重大技術突破。醇烴化工藝中（CO+CO2）微量指標穩定，不再使用銅、醋酸、蒸汽及氨等，不僅降低了物料消耗，而且在環境保護和產品結構調整方面亦有較大貢獻，以醇烴化替代銅洗工藝是合成氨生產技術水平提高的重要體現。

①醇烴化為兩級醇化串一級烴化工藝。設備布置集中，管道安裝規范,循環機共用，生產操作及聯系調節方便。

②兩級醇化可串可并，醇氨比調節靈活，控制好適宜的入塔（CO+CO2）組分，醇烴化可做到不開循環機，不開電爐。

③醇烴化系統技改工程開車以來，（CO+CO2）微量始終保持其體積分數在10×10-6以下，各項物能消耗或消除或大幅度降低，使每噸合成氨生產成本降低80元以上。醇烴化做到了零排放和零污染，是企業廢水零排放的一項重要措施，醇烴化工藝體現出顯著的節能減排、經濟環保及社會效益。

“三廢”的綜合回收和利用

為強化節能減排，推進循環經濟，在技改中積極采用節能新技術，對“三廢”資源進行回收利用，減少排放量，提高能源的利用效率，是一項環境友好的技改項目。

①造氣吹風氣是煤氣化排放最多的廢氣，含有較多的污染氣體：二氧化碳、一氧化碳及氫氣，熱值≥1200kJ/Nm3,通過設置吹風氣燃燒余熱回收裝置達到副產1.27MPa蒸汽16t/h供尿素使用，副產0.6MPa低壓蒸汽5t/h供造氣自用，使污染廢氣變廢為寶，并達標排放。

②氨合成放空氣和氨貯槽弛放氣中含有較多CH4、H2和NH3，放空氣經脫鹽水洗滌凈氨后采用PSA工藝進行H2回收，H2體積分數≥96%的回收氣回至壓縮機三進，處理后富含CH4的尾氣作為助燃氣體送至吹風氣燃燒爐燃燒，回收余熱，副產蒸汽。

③醇中間貯槽的弛放氣40Nm3/t 醇，其中含醇體積分數 ≥15%，H2體積分數≥35%,同樣進行了洗滌凈醇吸收，稀醇水送精醇作為萃取水，含 H2尾氣返回羅茨風機進口，入系統回收。

⑤精餾殘液含有機碳，具有細菌營養液的作用，送至末端生化水處理裝置中給生化細菌進行補碳，收到變廢為寶的效果。

把節能減排的技術措施貫徹到生產的全過程

企業是節能減排的主體，推進節能降耗，降低成本是企業體現綜合競爭力的根本。應增強節能意識將清潔生產的各項技術措施，貫徹于生產全過程中。氮肥協會歷年推薦的行之有效的各項節能措施，我們均積極引用采納。

①生產工序中重要電機均升為高壓電機，普遍采用變頻調速技術，生產穩定，操作方便，節能效果明顯，此項年節電60萬kW·h。

②造氣爐渣廢料經加工摻燒于“三廢”鍋爐，降低煤耗，年節約燃料煤1.59萬t。

③變換爐段間采用噴水增濕調溫，并回收氨合成塔廢熱鍋爐出口氣體熱量，加熱變換飽和塔熱水，年節省蒸汽2.15萬t。

④脫碳塔出口富液通過渦輪機回收能量用于差壓發電，降低合成氨電耗，自投運以來運轉正常，年節電174萬kW·h。

⑤冷凍系統采用蒸發式冷凝器，換熱與冷卻功能合一，提高效率，節電節水并節省占地，年節循環水量475萬t，節電150余萬kW·h。

⑥尿素裝置增設蒸發洗滌器后，工藝冷凝液中的尿素含量由1.4%降為0.2%，年可回收尿素2000t。采用預濃縮蒸發工藝改造后，噸尿素汽耗由1.4t降為1.2t以下，年節省蒸汽3.3萬t。

實現造氣污水零排放，減輕終端污水處理負荷

①煤氣化冷卻水與煤氣直接接觸傳熱降溫，造成冷卻水含煤焦油、揮發酚、氰化物及懸浮物，污染組分高，是合成氨生產的主要污染源。實現廢水零排放是一項系統工程，涉及氣化操作，設備改造及污水治理。在治理方面以兩級1600m3平流沉淀池進行處理，以微渦流塔板澄清器為中心，加入絮凝劑及澄清器三級反應室加速沉淀澄清，濁度≤50mg/L，使洗氣塔及涼水塔的冷卻效果得到提高，實現了造氣污水不外排。

②終端污水處理僅是環境保護的一項補救措施，重點應抓好源頭的治理。我公司在抓好源頭的同時，又增設了終端污水處理設施，日處理能力為2400m3，采用SBR工藝，集曝氣—推流—沉淀—排水于一體，一池多用，不建二沉池，其次抗進水負荷沖擊力強，三是產生污泥極少，處理后排水COD≤25mg/L，。均低于當地環保排放標準，具有顯著的環境效益。

近年來，公司在節能減排技改方面初見成效，尚有不少需要改進之處，所采用的技術亦多是行業協會推廣的先進技術。今后，我們將繼續采用更多的先進技術進一步對裝置進行完善和改造，進一步提高節能減排水平，發展循環經濟，做優化肥，更好地為現代農業服務。