綠色技術助氮肥企業脫困

文/閆俊榮

“凈化是合成氨生產的中間環節，在其成本中占比只有10%左右，不是大頭。但是，凈化系統工段較多，包括半水煤氣脫硫、變換、變脫、脫碳、精脫硫、精制等6個工段，流程最多、設備最多，對整個系統的成本影響很大。如果保障不了凈化效果，企業的生產成本就會提高，長周期穩定運行也會受影響。可以這樣說，在當前嚴峻的市場形勢下，如果哪家氮肥企業做不好凈化，就會率先出局。”上海達門化工工程技術有限公司總經理於子方的這番話，反映出了采用綠色技術對氮肥企業脫困的重要性。

那么，目前有哪些新的綠色技術可供氮肥企業選擇應用？筆者對此進行了梳理。

脫硫凈化技術 助力環保

長春東獅科貿實業有限公司項目副總經理何冰認為，脫硫凈化是關系合成氨生產的重要技術，是保證生產裝置長期穩定運行的關鍵。尤其是在環保要求日漸嚴格的今天，脫硫更顯示出其重要性。

據何冰介紹，該公司通過大量的調查研究和多次實驗，克服傳統填料塔易堵塔、系統阻力大、動力消耗高、投資費用高、氣體液體分布難、循環量大且不易調節等難題，最終確定了在常壓脫硫中用空噴技術來取代或部分替代單純的填料塔型，在加壓脫硫中推廣QYD高效復合傳質內件。

何冰表示，所謂空噴技術，就是濕式氧化法脫硫中的無填料技術。通過改變噴頭的霧化技術、噴頭在塔內的布置形式，可徹底解決堵塔、系統阻力大、設備龐大的問題，能降低一次性投資，有效提高了高壓機打氣量，同時也降低了風機的動力消耗。何冰強調，大量的工業應用證明，空噴技術在天然氣、沼氣、焦爐煤氣脫硫方面更有應用價值。

而QYD高效傳質內件，是東獅科貿公司經過多年研究，進行了多次試驗，并借鑒鼓泡塔、泡罩塔、垂直篩板塔、填料塔等各種塔型的優點，最終開發而成的一種新型吸收塔內件。該內件結構簡單、安裝方便、操作彈性大、塔阻力低，在近幾年的應用實踐中經不斷改進完善，更趨成熟可靠，已在齊魯一化公司、河南晉開公司、湖南智成公司、徐州豐成公司等企業得到應用。

何冰告訴筆者，QYD高效傳質內件的技術特點非常明顯。在新塔設計中，塔的高度要比填料塔降低1/3左右；該內件使用后，溶液的循環量要比填料塔降低30%～50%；裝置用于新塔設計時，高度大幅降低，因此在選取泵的揚程時也要比原來低10米左右，這樣可大大降低脫硫的動力消耗；由于氣液接觸時間大幅縮短，更有利于脫硫液對硫化氫的選擇性吸收、溶液的再生、硫泡沫的浮選，以及降低碳酸氫鈉生成率；如果用于新塔設計，與填料塔相比，可節省30%～50%的投資。

等溫變換技術 節能降耗

氮肥生產工藝的進步，對變換技術提出了新要求。在這種情況下，各種等溫變換技術應運而生，也引起了不少氮肥企業的關注。

據湖南安淳高新技術有限公司副總經理戴豐育介紹，隨著新型煤氣化技術的推進，連續氣化技術得到了前所未有的發展，變換氣中的一氧化碳含量在傳統的30%基礎上不斷提高，有的甚至到了70%～85%。而高含量一氧化碳合成氣的變換難度極大，傳統的冷激換熱、氣氣間冷換熱、管式反應器等適應不了新工藝條件的要求，以致大量一氧化碳被白白放空或做燃料燒掉。苛刻的反應條件，向變換技術提出了挑戰，在這種情況下，懸掛水管式等溫反應器應運而生。

戴豐厚告訴筆者，懸掛水管式等溫反應器已在新疆天業集團得到了成功應用，具有如下優點：一是流程簡化，換熱器設在塔內；二是工藝智能化，床層溫度軸向、徑向各點溫度均穩定在219～222℃；三是操作傻瓜化，通過控制汽包蒸汽壓力，可以輕松調節床層溫度；四是成果高效化，幾乎可全部利用產生的中壓蒸汽。

南京敦先化工科技有限公司于近年成功開發出水移熱等溫變換技術。該公司總工程師王慶新告訴筆者，公司的技術已于去年12月6日在湖南安鄉晉煤金牛化工有限公司得到成功應用。

王慶新表示，與傳統工藝相比，采用水移熱等溫變換技術可減少主設備1/3，縮短流程1/3，減少工程投資1/3，并可省去變換循環冷卻水。

應用經驗表明，企業采用水移熱等溫變換技術改造后，變換系統出口的一氧化碳含量由原來的1.2%降至0.6%，系統阻力由原來的1.2兆帕降至0.07兆帕，蒸汽消耗下降了135千克/噸氨，變換冷水消耗下降了20立方米/噸氨，同時副產0.7兆帕飽和蒸汽236千克/噸氨，供造氣使用。王慶新表示，該公司現在擁有適于粉煤加壓氣化、水煤漿加壓氣化、無飽和熱水塔、有飽和熱水塔等技術和裝置的等溫變換技術。

據石家莊正元塔器設備有限公司副總工程師李昌印介紹，一氧化碳變換是合成氨生產過程中的重要工序。依托多年來對變換反應理論的研究，以及工藝設備開發的實踐，該公司完成了等溫變換爐和配套工藝流程的工業設計，通過水管式變換反應器，副產2.5兆帕飽和蒸汽，結合氨合成系統軟水加熱器提供的熱水，實現了變換系統的“準零汽耗”。

該工藝裝置已于2012年11月18日完成催化劑硫化，在中冀正元公司一次開車成功，達到設計指標，裝置規模為12萬噸總氨/年。裝置開車后，企業已全停原中低低變換裝置，徹底改變了原裝置催化劑均已到后期、系統阻力變大、需停車更換催化劑的現狀。就這樣，一臺等溫變換爐完成了原變換爐三段催化劑的生產任務，系統壓降大幅降低，實現了預期效果。

裝置開車到現在的運行情況表明，通過工藝系統的優化調整，可在大型合成氨裝置高一氧化碳的變換過程中得到較好應用。滄州正元公司年產60萬噸合成氨、80萬噸尿素項目也計劃采用該裝置技術。

超重力技術 清潔高效

“當前，氮肥工業該怎樣發展？要走技術創新、節能減排、污染控制的增長之路，要安全、清潔、高效生產，要將原材料全部轉化為產品，盡可能的實現零排放。”談到氮肥工業的發展理念時，山西中北大學校長劉有智做了以上陳述。

“現在氮肥企業身處沼澤，投資力有限，如何用最少的投資實現清潔生產并走出困境，成為企業追求的目標。”劉有智說，“在這種情況下，我們研發了超重力技術并因此獲得了2011年度國家科技進步二等獎。作為一種化工廢氣凈化分離的高效手段，超重力技術的先進性在于，能夠把原先高40多米的塔，在達到相同處理量、相同效率的情況下，縮小體積至1/70，降低高度到3米，節約鋼材40噸。它一改過去氮肥企業設備大、投資多的缺點，使設備體積成幾何級下降，極大減少了占地面積、反應體積和投資額。”

據了解，化工廢氣的治理通常采用塔設備濕法處理技術，但這種技術投資及運行費用高，制約了企業治污工作的推進。同時，設備高、占地大，致使已有生產線廢氣治理的技術改造受場地空間限制難以實施。“在之前的實踐中，由于現場找地方非常困難，我們在一個39米的平臺上就把超重機安上去了，做到了5.5萬立方米/時的處理量。這是超重力技術在天脊集團脫氨除濕項目上的應用。”劉有智說。他表示，因為超重力精餾設備體積小、動力消耗小、密封也較好，在當下中小氮肥企業技術改造過程中有望得到大量使用。

“所有氮肥、甲醇的單元操作，我們都在超重力環境下做過嘗試，我們在這個領域申報了40多項發明專利，得到授權的有24項。超重力的國家標準也是我們制定的，我們還發明了撞擊流旋轉填料床，把原來的傳統氣液超重力環境拓展到了液液超重力環境，使得液液反應、液液萃取、液液分離能夠實現。”劉有智說。

“它為企業技術改造和現有裝備的升級改造，提供了一個很好的思路。”河北陽煤正元化工集團有限公司總經理劉金城這樣評價超重力技術。