改變加氮位置提高合成氨産能的措施

李宏，肖聰(cōng)，楊曉勤，蔣遠華(huá)

(湖北宜化集團(tuán)有限責(zé)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，導緻合成氛産能無法達到滿負荷生産要求，爲此改變瞭原工藝加氮位置。經嚴謹的科學計算，得出瞭合理的氣化爐循環周期時間以及氮氣調整比例。改造後，有效氣含量明顯提高，合成氨産能得到提升，達到瞭增産節能的目的。

關鍵詞：煤制氣合成氨氮氣增産節能

中圖分類(lèi)号:TQ113.2;TQ546.8          文獻标識碼:B                         文章編(biān)号:1006-7779(2016)01-0046-U3

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 mcreasmg.

Keywords：coal gasification synthetic ammonia nitrogen increase production and save energy.

    近年來，随著(zhe)合成氨産業的不斷發展壯大，大批新裝置投人運行;同時，一些老的中、小型合成氨生産企業在原合成氨裝置的基礎上進行瞭(le)優化改造，大部分裝置在改造後實現瞭(le)産能增長和消耗下降，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産要求，後經技術改造，将從空分裝置引人的N:經加壓後補人低溫甲醇洗工段，使合成氨産量增加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産能1 000 t/d ，2013年5月，爲解決整套裝置穩定運行問題，進行瞭煤制氣改造。湖北雙環公司改造前、後氣體成分見表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：改造後，進人低溫甲醇洗工段的CO₂含量降低，導緻甲醇貧液溫度和氣體處理量下降，合成氨生産能力隻能達到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産氨能力偏低，隻能達到950 t/d。

2提高産能的具體措施

       湖北雙環公司和新疆宜化公司採用的脫硫和脫碳工藝均爲低溫甲醇洗工藝，因此配備有空分制氮裝置，用於低溫甲醇洗工藝的氣提再生。由於空分裝置生産的N₂有富餘，因此考慮将富餘的N₂經氮壓縮機加壓至3. 0 MPa後直接補入低溫甲醇洗工段後部，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、低溫甲醇洗工段的産氨能力。空分裝置副産的O₂則可用於鍋爐煙氣脫硫、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、後工藝流程見圖1

3加氮位置改變前、後物料衡算

    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氮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種工藝調整後，都盡可能多地在低溫甲醇洗工段後部配氮以調節氫氮比。

3.3調整原則及計算

3.3.1調整原則

      爲盡可能減輕工藝調整對制氣煤耗的影響，必須選擇合适的減氮方式。半水煤氣生産過程的效率是吸熱反應與放熱反應的熱量平衡問題，簡化處理可歸結爲C+H₂O的吸熱與C+O₂的放熱之間的熱平衡。爲保證合成氨生産(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(甚至吹淨回收)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(céng)上下吹交替制氣(qì)

     理論吹風氣成分:ψ(CO₂)16.96%，ψ(O₂)0. 40%，ψ(CO)5 .45 %，中(H₂)2. 90%，ψ(CH₄)0. 72%ψ(N₂)73 .57%。

     理論加氮水煤氣成分：ψ( CO₂ ) 7. 80%，ψ(O₂)0. 35%，ψ(CO)31 .75%，ψ(H₂)41.50%，ψ(CH₄)0. 78%，ψ(N₂)17.82%。  

 按噸氨耗有效氣(CO+H₂) 2 100 m³(标态，下同)計，則噸氨耗加氮水煤氣量爲2 867m³。噸氨加氮水煤氣中含N₂511m³，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，噸氨氮氣調配量爲0-189 m³。

 (2)固定層(céng)富氧連(lián)續上吹制氣

 理論上說，當固定層富氧連續上吹制氣工藝採用純氧制氣時，補入的N₂量最大，因此，噸氨N₂的調配量爲0～700m³，實際補入量取決於産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後部補人3 700 m³ N₂後，煤氣中ψ(CO+H₂)增加5.0% ,氨産量從900 t/d提高至950t/d。日産合成氨量上升50 t後，噸氨固定成本分攤降低21元，按年生産350d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、後煤氣主要成分含量對比見表4。    新疆宜化公司每小時在低溫甲醇洗工段後補人4100m³ N₂後，煤氣中ψ( CO+H₂)增加2.4% ,氨産量從950t/d提高至1 050t/d。日産合成氨量上升100 t後，噸氨固定成本分攤降低65元，按年生産350d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、後煤氣主要成分含量對比見表5。

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