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本文由 马后炮化工论坛 转载自互联网
甲醇造气与合成氨工艺的结合
作者：张儒全（山东红日阿康化工股份有限公司，山东 临沂 276021） 日期：2008-11-17
０ 前 言
目前，国内合成氨和甲醇生产仍普遍采用UGI煤气发生炉制气，这种造气工艺的特点是循环间歇操作，主要有吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净等过程。其中在吹风时一般采用空气，而不是富氧或纯氧，这对合成氨生产来说没影响；但对于甲醇生产来讲，如何降低N2含量是个关键，因为N2的存在不仅加大了甲醇合成的放空量，而且在整个工艺流程中大大增加了功耗，进而增加了生产成本。如何在工艺中减少无用气体（N2，CH4等）的存在，是采用UGI煤气发生炉制气生产甲醇的一个关键。
我公司在1999年建有一套100kt/a合成氨生产装置，有8台UGI煤气炉；在2006年建成投产了100 kt/a甲醇生产装置，有10台UGI煤气炉。如何利用甲醇和合成氨工艺的特点做到二者互补，在甲醇装置建设初期进行设计规划时，我公司技术人员就对此进行了研究。考虑到甲醇系统中无用的气体N2在合成氨系统中却是原料气，因此把甲醇造气吹风过程中积存在设备及管道中的含N2气体（富氮气）送到合成氨系统中去，这样，既减少了甲醇装置中的无用气体，又增加了合成氨装置中的有效气体，避免了甲醇生产为减少无用气体而大量放空富氮气或将富氮气送到吹风气回收装置燃烧的不经济做法，达到了二者的有机结合、互补余缺的优化目的。
１ 主要工艺过程
每个制气循环过程（甲醇装置）主要分成七个步骤，具体控制及操作流程（介质为各阶段相应气体）如下。
（1）吹风阶段：风机→ 蝶阀→ 吹风阀→煤气炉→除尘器→回收阀→吹风气回收装置（三废混燃炉）。
（2）上吹阶段前期（去合成氨）：蒸汽贮罐→总蒸阀→上吹阀→煤气炉→除尘器→上行阀→检修水封→富氮阀→富氮联合废锅→富氮洗气塔→合成氨气柜。
（3）上吹阶段后期（去甲醇）：蒸汽贮罐→总蒸阀→上吹阀→煤气炉→除尘器→上行阀→检修水封→煤总阀→联合废锅→洗气塔→甲醇气柜。
（4）下吹阶段：蒸汽贮罐→总蒸阀→下吹阀→煤气炉→下行阀→检修水封→煤总阀→联合废锅→洗气塔→甲醇气柜。
（5）二次上吹阶段（去甲醇）：蒸汽贮罐→总蒸阀→上吹阀→煤气炉→除尘器→上行阀→检修水封→ 煤总阀→联合废锅→洗气塔→甲醇气柜。
（6）吹净阶段前期（送甲醇）：风机→蝶阀→吹风阀→煤气炉→除尘器→上行阀→检修水封→煤总阀→联合废锅→洗气塔→甲醇气柜。
（7）吹净阶段后期（送合成氨）：风机→蝶阀→吹风阀→煤气炉→除尘器→上行阀→检修水封→富氮废锅→富氮洗气塔→合成氨气柜。
工艺结合后的甲醇装置水煤气成分见表1。由表1可见，富氮气送合成氨后，水煤气中有效气体（H2＋CO，不计CO2）含量大于92%，而无用气体（N2 ＋CH4）含量只有2%左右，这个指标相对于其他造气方式，是非常好的。
表1 甲醇装置水煤气成分 ％
送合成氨富氮气成分见表2。对于合成氨生产，由表2可见，富氮气中有效气体（H2＋CO）和N2含量分别达到46%和39%以上，N2相对体积含量较高，在合成氨造气操作过程中，通过减少上吹加氮量，调整N/H即可。
表2 送合成氨装置富氮气成分 ％
在甲醇装置一次开车成功投产后，因甲醇净化、合成工段生产能力还有一定余量，而合成氨车间的造气炉也由于改烧型煤后发气量不足，所以决定在合成氨造气车间新增两台造气炉，并将原来的一台造气炉进行改造，并入新上的两台造气炉为一组；参照甲醇装置调整了制气操作过程，这一组造气炉的上吹后期、下吹和二次上吹煤气全部送到甲醇生产装置，而上吹前期和吹净阶段的富氮气送到合成氨生产装置。
针对两套生产装置各自的特点而进行工艺结合调整后，水煤气质量非常高，大大节省了无用损耗，吨醇合成放空气可由原设计的383 m3降至230 m3 左右，原设计最大产量为120 kt/a的甲醇装置，达到了140 kt/a的实际产量。
2 效益估算
2.1 利用富氮气产蒸汽与合成氨的效益比较
2.1.1 利用富氮气产蒸汽
假如富氮气7500 m3/h去吹风气回收装置进行燃烧生产蒸汽，利用吹风气燃烧热值及各燃气组分，可计算出由此产生的蒸汽及其效益，具体如下。
CO＋0.5O2===CO2＋12650 kJ/m3
H2＋0.5O2===H2O＋10805 kJ/m3
CH4＋2O2=== CO2＋2H2O＋35960 kJ/m3
以上各方程式中热值以每方燃气计。结合表2中各燃气的平均含量，则每小时的燃烧热值为：
Q＝QCO＋QH2＋QCH4＝7500×（21.83%×12650＋25.66%×10805＋1.42%×35960）＝41505435 kJ/h
这些热量可以将20 ℃水（84.0 kJ/kg）转化为160 ℃蒸汽（2767.2 kJ/kg）的量为
g＝41505435/（2767.2－20）＝15468 kg/h
蒸汽以90元/t计，动力消耗、材料消耗、折旧、工资等其他费用不计，则可以创造效益约1400元/h。
2.1.2 利用富氮气产合成氨
如果这部分富氮气用来生产合成氨，除去煤成本外其他所有材料成本约1000元/h，7500 m3富氮气可以生产合成氨 7500×（21.83%＋25.66%）＝3562 m3，CO转化为H2后，与N2可生成NH31781 m3，折算成质量后为1781 m3×0.771 kg/m3＝1373 kg；经净化、变换、脱碳等工序后，并有驰放气的损耗计算在内，总的收率按88%计，则生成氨为1373 kg×88%＝1208 kg，液氨售价按3100元/t计，则可以创造效益（3100－1000）×1.208＝2536.8元/h。
与富氮气产蒸汽比较，富氮气送至合成氨装置生产氨可以多创造效益2536.8－1400＝1136.8元/h，全年1136.8×7200＝8184960。
2.2 利用富氮气产甲醇
如果富氮气用于甲醇装置生产甲醇，那么将多出7500×（40.24％－1.3％）＝2920.5 m3/h的N2进入，按2750 m3原料气可以生产1 t甲醇、电耗900 kW·h/t，电费0.62元/kW·h计，则这些无用的N2将白白消耗掉电费2920.5/2750×900×0.62＝593元/h，全年593×7200＝4269600元。
此外，还会增加弛放气（其组成见表3）部分的损耗。随这些富氮气要多放掉2920.5/19.4%×（59.3%＋5.3%＋5.4%）＝10538 m3/h的有效气体；虽然通过提氢工艺可以把约90%的H2回收，但仍有10%左右的H2损失掉，而且这部分气体的压缩还需要90kW的电耗，约合90×0.62＝55.8元/h，全年55.8×7200＝401760元。
表3 甲醇驰放气成分 ％
3 结 语
总之，甲醇造气与合成氨工艺相结合，创造的效益是非常明显的，这对应用UGI造气炉生产甲醇和合成氨的企业来讲是非常有利的，尤其是目前注重节能降耗、降低成本的形势下，更显意义重大。 |
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发表于 2012-8-12 21:08:41
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