改變加氮位置提高合成氨產能的措施

李　宏，肖　聰，楊曉勤，蔣遠華(湖北宜化集團有限責任公司　湖北宜昌　443000)

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改變加氮位置提高合成氨產能的措施

李宏，肖聰，楊曉勤，蔣遠華
(湖北宜化集團有限責任公司湖北宜昌443000)

摘要因受制氣工藝改變的影響，低溫甲醇洗工段的氣體處理量下降，導致合成氨產能無法達到滿負荷生產要求，為此改變了原工藝加氮位置。經嚴謹的科學計算，得出了合理的氣化爐循環周期時間以及氮氣調整比例。改造后，有效氣含量明顯提高，合成氨產能得到提升，達到了增產節能的目的。

關鍵詞煤制氣合成氨氮氣增產節能

Measures for Promoting Synthetic Ammonia Production by Changing Nitrogen Addition Position

Li Hong，Xiao Cong，Yang Xiaoqin，Jiang Yuanhua
(Hubei Yihua Group Limited Liability Company Hubei Yichang 443000)

Abstract Affected by gasification process change，gas treatment capacity of low-temperature methanol wash section declines，resulted in ammonia synthesis production capacity failing to meet the requirements of full-load operation，so the nitrogen addition position of the original process is changed.Through strict scientific calculation，the rational cycling time of gasifier and nitrogen adaptive proportion are obtained.After the revamp，the content of effective gas is increased significantly，synthetic ammonia production capacity is promoted，attaining the aim of energy saving and production increasing.

Keywords coal gasification synthetic ammonia nitrogen increase production and save energy

近年來，隨著合成氨產業的不斷發展壯大，大批新裝置投入運行;同時，一些老的中、小型合成氨生產企業在原合成氨裝置的基礎上進行了優化改造，大部分裝置在改造后實現了產能增長和消耗下降，但部分裝置因受制氣工藝改變、部分工段不能進行改造等因素影響，優化改造不能實現滿負荷運行。

湖北宜化集團有限責任公司也存在類似的狀況，集團下屬合成氨類子公司中，湖北雙環公司和新疆宜化公司因低溫甲醇洗工段氣體處理量的限制，合成氨裝置無法達到滿負荷生產要求，后經技術改造，將從空分裝置引入的N2經加壓后補入低溫甲醇洗工段，使合成氨產量增加10％、噸氨電耗下降30 kW·h。

1　裝置存在的問題

湖北雙環公司原設計合成氨產能1 000 t/d，2013年5月，為解決整套裝置穩定運行問題，進行了煤制氣改造。湖北雙環公司改造前、后氣體成分見表1，新疆宜化公司富氧連續制氣氣體成分見表2。

由表1可見:改造后，進入低溫甲醇洗工段的CO2含量降低，導致甲醇貧液溫度和氣體處理量下降，合成氨生產能力只能達到900 t/d。

由表2可見:改變加氮位置前，新疆宜化公司300 kt/a合成氨裝置因煤氣中CO2含量偏高、有效氣(CO +H2)含量偏低，壓縮機低壓段至低溫甲醇洗工段的相對產氨能力偏低，只能達到950 t/d。

表1　湖北雙環公司改造前、后氣體成分

表2　新疆宜化公司富氧連續制氣氣體成分

2　提高產能的具體措施

湖北雙環公司和新疆宜化公司采用的脫硫和脫碳工藝均為低溫甲醇洗工藝，因此配備有空分制氮裝置，用于低溫甲醇洗工藝的氣提再生。由于空分裝置生產的N2有富余，因此考慮將富余的N2經氮壓縮機加壓至3.0 MPa后直接補入低溫甲醇洗工段后部，以減少制氣補氮量，提高有效氣含量，從而在相同的氣量下相對提高壓縮機、變換、低溫甲醇洗工段的產氨能力。空分裝置副產的O2則可用于鍋爐煙氣脫硫、制氣補氧和液氧出售。

湖北雙環公司和新疆宜化公司的工藝流程相同，加氮位置改變前、后工藝流程見圖1。

圖1　加氮位置改變前、后工藝流程

3　加氮位置改變前、后物料衡算

3.1氨合成反應需要的H2和N2

按照氨合成化學反應式，噸氨H2和N2消耗量見表3。

3.2氨合成反應的氫氮比調節

不同煤制氣工藝的氫氮比調節方法不同，湖北雙環公司的固定層上下吹交替制氣工藝調整前，通過增減吹風氣回收和上吹加氮時間來調節氫氮比。

新疆宜化公司的固定層富氧連續上吹制氣工藝調整前，通過改變富氧濃度來調節氫氮比。這2種工藝調整后，都盡可能多地在低溫甲醇洗工段后部配氮以調節氫氮比。

表3　噸氨H2和N2消耗量

3.3調整原則及計算

3.3.1調整原則

為盡可能減輕工藝調整對制氣煤耗的影響，必須選擇合適的減氮方式。半水煤氣生產過程的效率是吸熱反應與放熱反應的熱量平衡問題，簡化處理可歸結為C + H2O的吸熱與C + O2的放熱之間的熱平衡。為保證合成氨生產(CO + H2) / N2≈3∶1(物質的量比)的要求，固定層上下吹交替制氣工藝調整原則:①穩定吹風時間、制氣加氮時間不變;②盡可能減少造氣吹風氣回收(甚至吹凈回收)中煤氣的量，以減少氮氣補入量。固定層富氧連續上吹制氣調整原則:①保證H2O: O2物質的量比不變;②盡可能提高氧濃度。

3.3.2可補入N2量的上限計算

(1)固定層上下吹交替制氣

理論吹風氣成分:φ(CO2) 16.96％，φ(O2) 0.40％，φ(CO) 5.45％，φ(H2) 2.90％，φ(CH4) 0.72％，φ(N2) 73.57％。

理論加氮水煤氣成分:φ(CO2) 7.80％，φ(O2) 0.35％，φ(CO) 31.75％，φ(H2) 41.50％，φ(CH4) 0.78％，φ(N2) 17.82％。

按噸氨耗有效氣(CO + H2) 2 100 m3(標態，下同)計，則噸氨耗加氮水煤氣量為2 867 m3。噸氨加氮水煤氣中含N2511 m3，則噸氨高壓段需補入N2=700－511 =189(m3)。

故對固定層上下吹交替制氣工藝，噸氨氮氣調配量為0～189 m3。

(2)固定層富氧連續上吹制氣

理論上說，當固定層富氧連續上吹制氣工藝采用純氧制氣時，補入的N2量最大，因此，噸氨N2的調配量為0～700 m3，實際補入量取決于產量增加與用純氧量成本之間的效益差。

4　運行效果

湖北雙環公司每小時在低溫甲醇洗工段后部補入3 700 m3N2后，煤氣中φ(CO + H2)增加5.0％，氨產量從900 t/d提高至950 t/d。日產合成氨量上升50 t后，噸氨固定成本分攤降低21元，按年生產350 d計，折年增加經濟效益700萬元。

湖北雙環公司加氮位置調整前、后煤氣主要成分含量對比見表4。

表4　湖北雙環公司加氮位置調整前、后煤氣主要成分含量對比

新疆宜化公司每小時在低溫甲醇洗工段后補入4 100 m3N2后，煤氣中φ(CO + H2)增加2.4％，氨產量從950 t/d提高至1 050 t/d。日產合成氨量上升100 t后，噸氨固定成本分攤降低65元，按年生產350 d計，折年增加經濟效益2 352萬元。

新疆宜化公司加氮位置調整前、后煤氣主要成分含量對比見表5。

表5　新疆宜化公司加氮位置調整前、后煤氣主要成分含量對比

(收到修改稿日期2015-03-12)

中圖分類號:TQ113.2; TQ546.8

文獻標識碼:B

文章編號:1006-7779(2016) 01-0046-03

本文作者的聯系方式: 7578590@qq.com