4—PAGE260萬噸醇氨技術(shù)方案XXXX合成氨項目最初基于貴州無煙塊煤儲量豐富、價格便宜、塊煤與無煙粉煤市場價格相差不大，同時能消化掉能化公司富余的塊煤情況下，認為高端技術(shù)的投資效益優(yōu)勢得不到應(yīng)有發(fā)揮，從技術(shù)層面上，采用了投資相對較低的環(huán)境保護較好的折衷的消化塊煤的技術(shù)路線作為項目立項的主導(dǎo)技術(shù)路線。富氧連續(xù)氣化技術(shù)由于投資相對低廉、環(huán)境保護方面的進步成為推薦技術(shù)方案。最近，由于國家大力整治小煤窯和國家經(jīng)濟發(fā)展和能源重化工業(yè)的強力拉動，貴州省無煙煤價格隨著需求的增加正在節(jié)節(jié)上揚；加之，貴州西部煤炭出省通道逐漸通暢，通過瀘州走水運的路徑已經(jīng)打通，通過高速運往廣西、湖南、湖北已經(jīng)非常便捷。目前塊煤市場供不應(yīng)求，質(zhì)量下降，價格由項目建議書時的260元／噸上升到500元／噸，預(yù)計短時間內(nèi)價格難以降低。貴州無煙粉煤價格一直徘徊在較低的相對穩(wěn)定的水平上，價格不會有大的上調(diào)。根據(jù)目前貴州塊煤和粉煤價格相差較大情況提出改變原料工藝路線，項目技術(shù)方案由使用塊煤和富氧連續(xù)氣化技術(shù)改為使用粉煤和粉煤氣化技術(shù)，是符合事實的，繼續(xù)沿用原定工藝技術(shù)方案中富氧連續(xù)氣化方式，項目的投資利潤率僅8.67％,凈現(xiàn)值為負,已經(jīng)不具有經(jīng)濟可行性，而采用粉煤氣化技術(shù)，效益會大大改觀。因此，本工程選用XXXX能化有限公司生產(chǎn)的無煙粉煤為合成氨原料，采用國內(nèi)外成熟可靠工藝，技術(shù)先進并投資最省，同時保證環(huán)保的要求。1原料路線和工藝方案的確定本工程合成氨裝置以無煙粉煤為原料，依照工藝上要先進、節(jié)能，技術(shù)要成熟可靠，經(jīng)濟上要合理的原則，生產(chǎn)合成氨50萬噸/年，采用的工藝方案如下：（1）煤氣化：采用GSP粉煤加壓氣化工藝。（2）變換：采用中串低變換工藝，節(jié)省蒸汽消耗。（5）變換氣凈化：采用國內(nèi)專利最先進的低溫甲醇洗工藝。（6）合成氣的最終精制采用液氮洗工藝。（7）合成氣壓縮機采用全凝式蒸汽透平驅(qū)動的離心式壓縮機組，同循環(huán)機合二為一。（8）氨合成采用卡薩利合成技術(shù)，合成塔為兩臺。（9）新上一套48000Nm3/h制氧裝置，選用國內(nèi)新型全低壓單系列，分子篩凈化節(jié)能工藝，空壓機選用雙軸或整體齒輪多級離心式壓縮機，全凝式蒸汽透平驅(qū)動，可做到節(jié)電。并附帶液氧液氬裝置。（10）生產(chǎn)裝置控制全部集中在中央控制室由DCS自動優(yōu)化調(diào)節(jié)，以最少的原材料、動力投入，獲得最大產(chǎn)出。（11）全廠供水采用原水處理、循環(huán)冷卻水、脫鹽水站、消防水、污水處理及排水一體化，節(jié)能節(jié)水、環(huán)保新技術(shù)。2全廠工藝物料平衡和消耗定額2.1全廠概略工藝流程原料煤經(jīng)破碎、干燥后用高壓氮氣送入氣化爐，與高壓氧氣、蒸汽等一起燃燒，生產(chǎn)出含有CO、H2的粗合成氣送到變換工段，在變換工段，大部分的CO和水蒸汽反應(yīng)生成H2和CO2，變換氣中的CO2和H2S等酸性氣體在低溫甲醇洗工段中被脫除，得到的凈化氣送入液氮洗工段精制，并使合成氣中的氫氮比達到3：1，精制氣進入合成氣壓縮機，升壓至15.0MPa后送入氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)合成氨。2.2附全廠方塊流程圖和物料平衡表4—PAGE933空分裝置3.1概述3.1.1裝置設(shè)計規(guī)模裝置組成與各工序名稱。1）本空分裝置公稱制氧能力為48000m3(標)/h，負荷調(diào)節(jié)范圍75~105%。生產(chǎn)中壓氧氣、高壓氮氣作為氣化用氣；中壓氮氣作為合成氨配氮用，低壓氮作為凈化氣提用氮氣和全廠公用氮氣；液氧、液氬作為產(chǎn)品出售；液氮作為備用保安氣源和產(chǎn)品出售2）裝置組成裝置：由空氣的過濾和壓縮、預(yù)冷和純化系統(tǒng)、冷量制取和空氣精餾，氮氣壓縮、液產(chǎn)品貯罐等工序組成3.1.2生產(chǎn)方法、流程特點本裝置采用蒸汽透平驅(qū)動離心式空氣壓縮機組、全低壓分子篩吸附、增壓透平膨脹機制冷、氧、氮雙內(nèi)壓縮的工藝流程。采用蒸汽透平驅(qū)動離心式氮氣壓縮機組流程先進、技術(shù)成熟、運行安全可靠、操作方便、能耗低。裝置主要技術(shù)性能：1）裝置啟動時間～36小時(從膨脹機啟動到氧氣純度符合合同要求)2）裝置加溫解凍時間～36小時3）裝置運行周期二年以上(二次大加溫時間間隔)3.2原材料、產(chǎn)品及吸附劑主要技術(shù)規(guī)格3.2.1原材料技術(shù)規(guī)格空分裝置以大氣空氣為原料，空氣中不含重塵和油，大氣質(zhì)量要求如下：表4-2-1名稱最大含量（ppmv）CO2400CH45C2H40.1C2H60.1C3H80.05C2H20.3C3H60.2C4+1CO1H21NH31NOX(NO+NO2)0.1N2O0.32H2S0.1Cl20.1FClHC1SO2+SO31HCl1NO213.2.2吸附劑技術(shù)規(guī)格表4-2-2序號名稱規(guī)格(型號、尺寸)控制組分名稱標準備注1分子篩吸附劑13-APG/φ3~φ5Al2O33.2.3產(chǎn)品及副產(chǎn)品產(chǎn)量及技術(shù)規(guī)格表4-2-3產(chǎn)品流量Nm3/h純度%V裝置出口壓力MPa(G)溫度℃?zhèn)渥⒀鯕?700099.6837內(nèi)壓液氧100099.6液氮50099.99O2<2ppm液氬1200O2<1ppmN2<2ppm高壓氮氣1500099.996.040內(nèi)壓中壓氮氣2700099.993.840氮壓機中壓氮氣300099.992.540氮壓機低壓氮氣1600099.990.640氮壓機裝置空氣2000露點：<-40℃0.520注：液產(chǎn)品為折合氣態(tài)量。3.4工藝流程簡述3.1壓縮、預(yù)冷和純化系統(tǒng)從入口空氣過濾器出來的空氣被去除了塵埃和其他機械雜質(zhì)后，經(jīng)過空氣壓縮機壓縮至約0.63MPa(A)進入進入空氣冷卻塔，在其中被水冷卻和洗滌?？諝饫鋮s塔采用循環(huán)水和經(jīng)水冷塔及氨冷器冷卻過的低溫水冷卻，空氣冷卻塔頂部設(shè)有游離水分離裝置和獨特的防液泛裝置，以防止工藝空氣中游離水份帶出。出空氣預(yù)冷系統(tǒng)的工藝空氣進入用來吸附除去水份、二氧化碳、碳氫化合物的空氣純化系統(tǒng)，純化系統(tǒng)中的吸附器由兩臺容器組成；吸附容器采用立式內(nèi)絕熱軸-徑層床結(jié)構(gòu)，當(dāng)一臺運行時，另一臺則由來自冷箱中的污氮通過蒸汽加熱器加熱后進行再生。在分子篩吸附器之后抽出一股空氣作為全廠儀表空氣送到全廠管網(wǎng)。3.2分餾塔系統(tǒng)（1）空氣精餾凈化后的空氣主氣流直接進入冷箱，這部分氣體先在主換熱器與從分餾塔上塔即低壓精餾塔出來的氣態(tài)產(chǎn)品進行對流熱交換而冷卻至接近于露點，然后進入分餾塔下塔即中壓精餾塔底部作首次分離。另一部分凈化空氣送入空氣增壓機，從空氣增壓機中部抽出一股的空氣進入增壓透平膨脹機組的增壓機，增壓至后進入冷箱，在主換熱器中冷卻，然后經(jīng)增壓透平膨脹機組的膨脹機膨脹至0.5MPa(G)后與主氣流一起進入分餾塔的中壓精餾塔?？諝庠鰤簷C最終出口的中壓空氣，經(jīng)空氣增壓機后冷器冷卻后進入冷箱的中壓主換熱器冷卻，冷卻后的空氣經(jīng)一膨脹閥的膨脹后液體大部分進入中壓精餾塔中部作為回流液，另一部分減壓后進入低壓精餾塔中部作為回流液。這股中壓空氣在中壓主換熱器中與精餾塔出來的高壓液氧換熱，使液氧氣化成氣體產(chǎn)品?？諝庠诜逐s塔的中壓精餾塔中，上升氣體和下降液體接觸傳質(zhì)后上升氣中氮的含量升高。所需回流液來自中壓精餾塔頂部的主冷凝蒸發(fā)器，在此低壓精餾塔底部的液氧蒸發(fā)，中壓精餾塔頂部的氮氣冷凝得到液氮。從上到下，中壓精餾塔產(chǎn)出如下產(chǎn)品：·純液氮產(chǎn)品及回流液·低純氮回流液·含38%~40%氧的“富氧液空”低純氮回流液在過冷器中過冷后，用作低壓精餾塔中上部的回流液。富氧液空在過冷器中被過冷后送入上塔即低壓精餾塔中下部參與精餾。中壓精餾塔塔頂部的液氮則一部分作為中壓精餾塔回流液，其余部分在過冷器中過冷后分為幾部分：一部分送入低壓精餾塔塔頂作回流液；一部分經(jīng)液氮泵加壓進入主換熱器復(fù)熱后（6.0MPa(G)），作為產(chǎn)品送出界區(qū)使用；一部分進入液氮儲罐，作為產(chǎn)品送出界區(qū)；過冷器的冷源為來自低壓精餾塔的純氮氣和污氮氣。低壓精餾塔產(chǎn)生如下產(chǎn)品：·底部產(chǎn)生液氧·中上部產(chǎn)生污氮·頂部產(chǎn)生純氮氣從低壓精餾塔的底部抽出液氧。大部分液氧通過高壓液氧泵增壓至8MPa(G)后進入中壓主換熱器，在其中被氣化并復(fù)熱至大氣溫度作為產(chǎn)品高壓氧氣送出。另一部分經(jīng)過冷器過冷后進入液氧貯罐，然后由液氧產(chǎn)品泵加壓后送出。低壓精餾塔頂部產(chǎn)生純氮氣，送到氮壓機分別壓到0.6MPa(G)、2.5MPa(G)3.8MPa(G)送到用戶。低壓精餾塔中上部的污氮進入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后進入低壓主換熱器復(fù)熱，然后分成兩路，其中一路用于對空氣純化器中的分子篩進行再生，另一股進入水冷塔用于冷凍水的降溫。低壓精餾塔頂部得到高純度常壓氮氣。該氣氮送入過冷器以過冷來自中壓精餾塔的液體，然后部分去送管網(wǎng)；其余部分進入水冷塔或放空。為了提取氬，從低壓精餾塔中部抽出的氬餾分送入粗氬塔，以除去氧氣成份。該塔的回流液由粗氬塔冷凝器中的液態(tài)富氧空氣蒸發(fā)而產(chǎn)生，該富氧空氣來自中壓精餾塔塔底，并在過冷器中過冷。粗氬流進入精氬塔分離除去氮成份，塔底的產(chǎn)品液氬進入液氬貯罐，再由液氬泵加壓后送出。液氬貯罐中蒸發(fā)的氬氣送回冷箱，經(jīng)蒸發(fā)氬再冷凝器冷凝后與產(chǎn)品液氬一起返回貯罐。精氬塔底部的蒸發(fā)熱量由精氬塔蒸發(fā)器冷凝來自中壓精餾塔（的少量中壓氮氣而產(chǎn)生。冷凝下的液氮進入低壓精餾塔塔頂作回流液。精氬塔冷凝器的冷量由來自中壓精餾塔的液氮經(jīng)過冷器過冷后的部分液氮在精氬塔冷凝器中蒸發(fā)獲得。產(chǎn)生的純氮氣與低壓精餾塔中上部出來的污氮混合后進入過冷器。（2）冷量的制取裝置所需的大部分冷量由透平膨脹機和壓縮空氣節(jié)流膨脹所提供。從空氣純化系統(tǒng)來的部分空氣，進入增壓透平膨脹機增壓端增壓冷卻后，進入冷箱內(nèi)的液氧換熱器，冷卻至一定溫度后進入透平膨脹機。這股膨脹空氣經(jīng)膨脹機膨脹制冷后進入下塔，參與精餾。3.5主要設(shè)備的選擇1）空氣冷卻塔、水冷卻塔采用填料塔，壓降低、能耗低、傳熱和傳質(zhì)效果好。操作彈性范圍大，對水質(zhì)的適應(yīng)能力強。與篩板塔相比可大大地縮小塔徑、減小占地面積。2）純化器采用雙層床結(jié)構(gòu)，下層裝填活性氧化鋁，上層裝填分子篩。3）膨脹機（1）增壓透平膨脹機組由主機和供油系統(tǒng)兩個撬裝塊組成。（2）膨脹機和增壓機采用NREC設(shè)計軟件進行設(shè)計和分析，使其效率達到最佳設(shè)計值，氣動性能和流場分布更加合理。4）分餾塔（1）下塔結(jié)構(gòu)采用了對流式篩板塔，具有有效流通面積大，精餾效果好的特點。（2）上塔采用填料塔結(jié)構(gòu)，具有阻力小，空壓機排壓低，節(jié)能。（3）主換熱器采用了大截面真空釬焊的鋁制板翅式換熱器。（4）采用氧氣內(nèi)壓縮，另有部分液氧產(chǎn)品從主冷抽出，可使主冷中的液氧抽出量增加,充分防止碳氫化合物在主冷中積聚,更好地保證空分裝置的安全運行。5）空氣壓縮機空氣壓縮機是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調(diào)導(dǎo)葉，由蒸汽透平驅(qū)動。該壓縮機具有等溫效率高，可靠性高，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好，可操作范圍寬，制造方便，成本低等優(yōu)點。6）氮氣壓縮機氮氣壓縮機是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備，該壓縮機采用單臺單軸型多級離心式壓縮機，帶進口可調(diào)導(dǎo)葉，由蒸汽透平驅(qū)動。4氣化1氣化工藝方案的確定1.1氣化工藝技術(shù)簡介氣化工藝一般分為三種類型：移動床（有時也被稱為固定床），流化床和氣流床。1）移動床氣化爐是最老的氣化爐，它很長時間在煤氣化工藝中占主要地位。移動床氣化爐中的氧化劑與煤的流動方向相反，通過由煤變?yōu)榻褂?，再到灰等一系列反?yīng)區(qū)。當(dāng)空氣被作為氧化劑時，溫度通常不會超過灰熔點，而純氧氣流床氣化爐既可以是干灰也可以是熔渣。由于合成氣出口溫度（400-500℃）相對較低，粗合成氣中通常會有液態(tài)碳氫化合物。富養(yǎng)氣化的特點是投資少，操作簡單，在中型氮肥廠中具有豐富的操作經(jīng)驗，是國家重點推薦的中氮廠造氣技術(shù)。由于國家大力整治小煤窯和國家經(jīng)濟發(fā)展和重化工業(yè)的強力拉動，貴州省無煙煤價格隨著需求的增加正在節(jié)節(jié)上揚。加之，貴州西部煤炭出省通道逐漸通暢，通過瀘州走水運的路徑已經(jīng)打通，通過高速運往廣西、湖南、湖北已經(jīng)非常便捷，無煙塊煤價格幾年來一直在上漲。目前已經(jīng)漲到500元/噸，使合成氨成本大幅上升，項目的技經(jīng)評價指標比項目建議書時下降很多，繼續(xù)沿用原定工藝技術(shù)方案中富氧連續(xù)氣化方式，項目的投資利潤率僅8.67％,凈現(xiàn)值為負,已經(jīng)不具有經(jīng)濟可行性，所以可研報告決定不采用富氧氣化工藝。2）流化床氣化爐采用粉碎了的煤作為原料，用氧化劑（氧氣或空氣）來進行床體流化，其溫度保持在1000℃以下，以預(yù)防灰熔化后與爐床里的物質(zhì)發(fā)生結(jié)聚。氧化劑的有限流量意味著大多數(shù)煤粒不會充分燃燒，而是收縮成碳素粒，被合成氣帶出氣化爐。這就需要大量的碳素粒循環(huán)，或被傳送到分離燃燒室中燃燒。在我國具有典型代表的有：恩德煤氣化技術(shù)：恩德粉煤常壓氣化技術(shù)是在德國溫克勒粉煤常壓氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上改進發(fā)展形成的。在我國已有成功的工業(yè)生產(chǎn)運行裝置。中科院山西煤化所也開發(fā)了先進的灰熔聚流化床粉煤氣化，并實現(xiàn)了工業(yè)化裝置生產(chǎn)。3）BGL加壓熔渣氣化爐是固定床和氣流床相結(jié)合的工藝，其操作工藝和爐體結(jié)構(gòu)與魯奇爐相似，主要差別在于爐底排渣部分，通過調(diào)節(jié)供入燃燒區(qū)蒸汽和氧氣的量來控制燃燒區(qū)的溫度，以實現(xiàn)液態(tài)排渣。氣化蒸汽消耗量與魯奇爐相比大大降低，同時提高了氣化溫度，減少了氣化產(chǎn)生的廢水量，減輕了環(huán)境保護負擔(dān)。當(dāng)使用煤的灰熔點較高時，則可以加入一定助熔劑，以確?；以鲃有?，使它能順利的從灰渣流到淬冷器中，被水淬冷成為粒狀燒結(jié)物，然后通過過灰渣的閉鎖斗排出氣化爐。4）氣流床氣化爐屬第三代先進的煤氣化技術(shù)，是最清潔，也是效率最高的煤氣化類型。粉煤在1200-1700℃時被氧化，高溫保證了煤的完全氣化，煤中的礦物質(zhì)成為熔渣后離開氣化爐。氣流床所使用的煤種要比移動床和流化床的范圍更廣泛。使用氧氣可以使氣化更有效，并可避免合成氣被氮氣稀釋，合成氣的熱值也高于空氣氧化爐所產(chǎn)生的合成氣的熱值。目前以煤為原料生產(chǎn)合成氣的氣流床氣化工藝具有典型代表的有：德士古(TGP)水煤漿加壓氣化工藝；新型對置式多噴嘴水煤漿加壓氣化；殼牌（SHELL）干粉煤加壓氣化工藝（SCGP）；德國未來能源公司的GSP干粉煤加壓氣化工藝；國內(nèi)的多噴嘴對置粉煤加壓氣化技術(shù)；1.2先進的煤氣化技術(shù)的工藝特點1）德士古(TGP)水煤漿加壓氣化：水煤漿氣化可列為第三代煤氣化技術(shù)。該工藝采用水煤漿進料，制成60～65%濃度的水煤漿，在氣流床中加壓氣化，水煤漿和氧氣在高溫高壓下反應(yīng)生成合成氣，液態(tài)排渣。使用氣化壓力在2.7～6.5MPa,氣化溫度在1300～1400℃，CO+H2達到80%。氣化過程對環(huán)境污染影響較小。煤種適應(yīng)性廣年輕煙煤，粉煤皆可作原料，除褐煤、泥煤及熱值低于22940kJ/kg煤以外，灰融點要求不超過1350℃（否則必須添加助熔劑），煤可磨性和成漿性好，制得煤漿濃度要高于60%為宜。德士古水煤漿氣化在上世紀80年代投入工業(yè)生產(chǎn)，中國已在渭河、魯南、上海焦化、淮南、黑龍江浩良河化肥廠中石化金陵化肥等引進該技術(shù)。由于本工程是采用的煤質(zhì)（白煤）灰熔點較高，成漿性差，不能作為德士古水煤漿加壓氣化的原料。因此本項目不宜采用水煤漿加壓氣化技術(shù)。2）新型（對置式多噴嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)也是最先進煤氣化技術(shù)之一。是在德士古水煤漿加壓氣化法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來。該項目是被科技部列入了“九五”國家重點科技攻關(guān)項目，由華東理工大學(xué)、原魯南化肥廠（水煤漿工程國家中心的依托單位）、XXXX化學(xué)工程公司共同承擔(dān)開發(fā)完成。新型（對置式多噴嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)在2004年11月在德州投入工業(yè)生產(chǎn)；由于和德士古水煤漿加壓氣化相同的原因，本項目不宜采用此技術(shù)。3）殼牌干粉煤加壓氣化工藝(SCGP)殼牌干粉煤氣化是Shell公司開發(fā)的具有特色的第三代煤氣化工藝，于1972年開始在殼牌公司阿姆斯特丹研究院（KSLA）進行煤氣化研究，1976年應(yīng)用于一臺6t/d煤氣化爐，1978年第一套中試裝置在德國漢堡郊區(qū)哈爾堡煉油廠建成并投入運行日處理煤量150噸，1987年在美國休斯頓迪爾·帕克煉油廠建成日投煤量250～400噸的示范裝置投產(chǎn)稱作SCGP－1示范裝置。1993年在荷蘭的德姆克勒(Demkolec)電廠建成投煤量2000噸/日的大型煤氣化裝置，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，稱作SCGP工業(yè)生產(chǎn)裝置。裝置開工率最高達73%。該套裝置的成功投運表明SCGP氣化技術(shù)是先進可行的。（1）SCGP煤氣化工藝過程Shell粉煤氣化工序由以下主要單元組成：①磨煤及干燥、②煤加壓及進煤、③氣化及合成氣冷卻、④除渣、⑤除灰、⑥洗滌、⑦廢水汽提及澄清、⑧氣化公用工程系統(tǒng)等。（2）SCGP氣化爐SHELL氣化爐為立式圓筒形氣化爐，爐膛周圍安裝有由沸水冷卻管組成的膜式水冷壁，其內(nèi)壁襯有耐熱涂層，氣化時熔融灰渣在水冷壁內(nèi)壁涂層上形成液膜，沿壁順流而下進行分離，采用以渣抗渣的防腐辦法，基本解決了高溫耐火材料損壞嚴重和檢修頻繁的難題。水冷壁與簡體外殼之間留有環(huán)形空間，便于輸入集水管和輸出集汽管的布置，便于水冷壁的檢查和維修；環(huán)形空間內(nèi)充滿250~300℃溫度的有壓合成氣。爐體設(shè)有對稱的四個煤粉燒嘴，燒嘴使用壽命保證期為一年，美國休斯頓示范廠燒嘴使用壽命據(jù)說已達9500h以上。（3）SCGP技術(shù)的特點①適合于氣化原料煤的范圍較寬采用高溫加壓干粉煤氣流床SCGP氣化方法，拓寬了適應(yīng)制取合成氣原料煤的煤種，如褐煤、煙煤、無煙煤等各種煤均可使用，對煤的性質(zhì)如：粒度、結(jié)焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。②成功地設(shè)計了膜式水冷壁氣化爐采用水冷壁氣化爐，基本消除了頻繁檢修、更換爐內(nèi)耐火襯里和耗費昂貴的弊端。同時單爐產(chǎn)氣能力大，具有高效、大型化和長周期運行的顯著特點。③SCGP技術(shù)具有較高的熱效率煤炭利用率高，碳轉(zhuǎn)化率可達99％，其原料煤能量回收率高，80％~83％以合成氣形式回收(即冷煤氣效率)，14％~16％以蒸汽形式回收。④環(huán)境質(zhì)量高SCGP氣化工藝，殼牌公司稱它為“潔凈煤”工藝，其生產(chǎn)的合成氣是含甲烷量很低的高潔凈合成氣。在煤氣化過程中，煤粉制備采用密閉系統(tǒng)，無粉塵排放；煤中灰分在氣化爐排出時被轉(zhuǎn)化為玻璃體顆粒，可作為道路建筑材料，不污染環(huán)境；合成氣水洗排放液經(jīng)汽提冷卻后循環(huán)使用，汽提逐出的H2S氣體送硫回收裝置。3）德國未來能源公司的GSP干粉煤加壓氣化工藝未來能源公司位于德國來比錫附近的弗來堡市（Freibarg），原為東德黑水泵煤氣聯(lián)合企業(yè)弗來堡燃料研究所。1980年建成兩套粉煤加壓氣化裝置：W100（處理煤量100－250kg/h），W500（處理煤量5－25t/h），1983年12月又建成一套大型粉煤加壓氣化裝置，W30處理煤量30t/h稱為GSP工藝。2004年從巴高克電力公司分離出來，并由瑞士SH公司收購以東德煤炭工業(yè)學(xué)院為依托加強開發(fā)煤的氣化技術(shù)。公司1956年成立以來，最初開發(fā)固定床氣化技術(shù)，70年代末開始流化床的研究工作，原料煤主要是含硫的褐煤。（1）GSP干粉煤加壓氣化工藝流程GSP氣化工藝流程由①磨煤及干燥、②煤加壓及進煤、③煤氣化及合成氣激冷、④渣水處理等幾個工序組成。GSP氣化工藝的磨煤及干燥、煤加壓及進煤工序和SCGP工藝相同；渣水處理工序和TGP水煤漿加壓氣化工藝相同；煤氣化工序也和TGP工藝相似，不同之處在于它獨特的氣化爐設(shè)計。（2）GSP氣化爐GSP氣化爐為圓柱形結(jié)構(gòu)（見右圖），粉煤、蒸汽和氧氣從爐頂噴嘴進入氣化爐反應(yīng)室，氣化爐內(nèi)周圍裝有水冷壁管，水壓高于反應(yīng)室壓力。冷卻盤管內(nèi)側(cè)裝有密集的銷釘，用以固定碳化硅涂層，涂層厚度約20mm。耐火涂層用水冷卻，其表面溫度低于液渣的流動溫度，形成渣膜可以保護耐火層。GSP水冷壁氣化爐的特點：·環(huán)模水冷壁·無耐火磚·盤管內(nèi)有溫度達285℃冷卻水·內(nèi)涂薄耐火材料層·隨著水冷壁降溫，灰渣會固化在爐壁上，渣厚約5.5mm·該技術(shù)可以將爐壁溫度控制在500度以下·可以有效地延長氣化爐壽命（壽命在10年以上）（如果使用耐火磚，那么每隔12到20個月就需要更換一次）（3）GSP流化床煤氣化工藝技術(shù)特點：·能高效生產(chǎn)富氫和一氧化碳的合成氣，甲烷含量少，熱值高·燃料可完全氣化，不生成冷凝副產(chǎn)品，氣體不含焦油、酚等污染物·液態(tài)排渣，熔融淬冷成透明狀，硬度大對環(huán)境無污染·能氣化劣質(zhì)褐煤，也可氣化硬煤和焦煤，煤種適應(yīng)范圍廣·煤氣化碳轉(zhuǎn)化率高于99％·可處理高Cl-的物料，原料適應(yīng)性強·水管冷壁型氣化爐，壽命長，維修工作量小·新型水冷氣化噴咀，壽命長，效率高·流體上進下出，單噴咀，工藝有水冷激型、廢鍋型、混合型流程4）多噴嘴對置粉煤加壓氣化技術(shù)多噴嘴對置粉煤加壓氣化技術(shù)是在新型多噴嘴對置氣化爐中試裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)的，是對新型氣化爐攻關(guān)成果的拓展和延伸。由魯南化肥廠、華東理工大學(xué)、XXXX化學(xué)工程公司共同承擔(dān)的《日投料30噸能力粉煤加壓氣化爐工業(yè)中試裝置》項目，2001年11月被科技部列入了“十五”國家重點科技攻關(guān)項目。該項目已于2003年3月完成工程設(shè)計，2004年10月在魯化建成并一次投料成功。于2004年12月6~8日，通過由科技部組織的國家72小時考核。裝置運行良好，各項主要技術(shù)指標達到和超過設(shè)計要求。于2005年2月1日，通過由科技部組織的國家項目驗收。項目試驗的成功，可望使我國在煤化工氣化整體技術(shù)水平處于國際先進水平，氣化爐結(jié)構(gòu)及工藝效果處于國際領(lǐng)先水平。考慮到該工藝目前還沒有工業(yè)化裝置，從日投煤30噸擴大到1000~2000噸的裝置存在一定的風(fēng)險，而且關(guān)鍵缺陷是氣化爐燃燒室采用耐火磚，而不是水冷壁，耐火磚使用壽命短，生產(chǎn)成本高，效益低。要在貴州使用魯化干煤粉氣化技術(shù)，必須解決水冷壁問題，但目前魯化還沒有開展此項工作，我們認為在貴州使用魯化干煤粉氣化技術(shù)在時間銜接上存在問題，是不太合適的。所以暫不推薦此工藝。5）BGL熔渣氣化技術(shù)的特點·與其它氧氣為主的氣化技術(shù)相比，BGL氣化爐耗氧量較低?！せ以琴|(zhì)地緊密的固體物質(zhì)，封存了微量元素?；以鼰o害并具非浸溶性，適于作建筑材料?！饣^程中無飛灰產(chǎn)生?！怏w成分中CO2含量低?！饣癄t可快速開車、停車?！ぴ跉饣癄t底部的高溫區(qū)爐壁被一層固體灰渣所保護?！っ褐?0％以上的能量被轉(zhuǎn)化成可利用的煤氣?！GL氣化技術(shù)對煤種適應(yīng)性寬，不但在燃用劣質(zhì)煤方面具有較大優(yōu)勢，還可以氣化焦油、工業(yè)垃圾等?！っ毫洗岔敳康臍饣瘻囟纫话銥?50℃，可以不用要昂貴的熱回收設(shè)備，但氣體中甲烷含量較高，并含有焦油，增加了后續(xù)工段氣體處理的負荷和投資?！ぴ嚎杀粴饣?，對煤的粒度要求不高，5～50mm的煤都可采用。1.3氣化工藝技術(shù)選擇綜上所述，適合本工程選用的氣化技術(shù)有SCGP、GSP和BGL三種工藝，技術(shù)和經(jīng)濟性比較如下①SCGP干粉煤氣化只能采用廢鍋流程，氣化爐和廢鍋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，制造難度大；合成氣冷卻需要循環(huán)氣壓縮機輸送循環(huán)合成氣和合成氣換熱來完成，因此，其投資比同樣生產(chǎn)規(guī)模的GSP氣化激冷流程高出40%以上。操作和維修費用大，生產(chǎn)成本也高。合成氣中CO高達60%，而水氣比只有0.15，必須同時補加其副產(chǎn)蒸汽的85%才能滿足變換的需要。②BGL工藝雖然具有氧耗低、煤的適應(yīng)性好、投資省的優(yōu)點，但因為氣化溫度低，氣體中含甲烷、焦油等在后續(xù)工段難以處理的物質(zhì)，無疑將增加后續(xù)工段的消耗和投資。BGL氣化過程中產(chǎn)生的廢水成分較為復(fù)雜，一般含有焦油、酚、氨、塵等多種物質(zhì)。它們在水中的含量都較高，雖然煤種不同，各種成分的含量也不盡相同，但這種廢水用常用的生化、過濾、反滲透等方法不能直接處理，都必須首先將水種的油、塵、酚、氨等進行分離、回收，流程復(fù)雜，投資高，很難達到國家污水排放標準。建在黃河上游的蘭州煤氣廠，采用魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)，因污水處理不能達標，國家已經(jīng)下令關(guān)閉。XXXX水資源豐富，河水流入下游河流，如果不能解決污水處理問題，本項目環(huán)評可能將無法通過。同時BGL工藝有求煤的粒度為5～50mm，原料煤中<5mm的煤粉無法使用。原料煤塊煤的進價比粉煤的價格高200元/噸，相當(dāng)于噸氨成本增加了250元左右，盡管投資稍低，但總體效益并不理想。③GSP采用激冷流程，其氣體被水蒸汽飽和，水氣比約為1.1~1.3，足以滿足變換反應(yīng)對水蒸汽的需要，且流程設(shè)置按耐硫中串低比較順暢。氣化溫度高，所有的有機成分幾乎完全被分解，并且不會有新的化合物生成，灰渣和廢水中都不會存在對環(huán)境有較大危害的物質(zhì)。SCGP、GSP、BGL及富氧氣化工藝生產(chǎn)合成氨經(jīng)濟性比較氣化方法指標BGLSCGPGSP富氧氣化總投資15.38825.519.9115.53生產(chǎn)規(guī)模（萬噸/年）40505040原料煤消耗（萬噸/年）50.6462.471.9461.6燃料煤消耗（萬噸/年）38.1639.232.3029.64總用電負荷（萬kWH）0488757385485總用水量（萬噸/年）633.6880880905環(huán)保性能一般好好一般技術(shù)成熟程度一般較好較好好噸氨完全成本（元/噸）1360.7120010991420項目內(nèi)部收益率（稅前%）11.8315.6920.3710.53凈現(xiàn)值（稅后，萬元）370412071555963.78－15362項目年利潤（萬元）231503048533121.8513793項目年凈利潤（萬元）1740620425245919514投資回收期（稅后，年）8.438.256.449.03注：上表中BGL、富氧氣化原料塊煤灰份按15％考慮，SCGP、GSP所用原料粉煤灰份分別按15％和30％考慮。綜上所述，本項目首推GSP激冷流程粉煤加壓氣化技術(shù)，可以從根本上降低生產(chǎn)成本，增強了企業(yè)的競爭力。2氣化工藝流程敘述2.1磨煤及干燥合格粒度的原料煤用膠帶輸送機由原料煤堆場送入原料煤儲倉。原料煤經(jīng)過計量給料機加入磨煤機中，進行磨煤加工生產(chǎn)煤粉。磨煤機采用的是中速磨，在磨煤的同時向磨煤機內(nèi)吹入由惰性氣體加熱器（熱風(fēng)爐）加熱的氣體，對煤進行干燥。惰性氣體加熱器的燃料主要是由液氮洗排出的弛放氣，不足部分由粗合成氣補充。磨煤機磨出煤粉由熱風(fēng)攜帶經(jīng)磨煤機的旋轉(zhuǎn)分離器，將合格的煤粉送出，再通過布袋除塵器將煤粉與氣體分離，煤粉經(jīng)旋轉(zhuǎn)下料閥、螺旋輸送機輸送到煤粉儲斗。分離后的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機吹入惰性氣體加熱器循環(huán)使用。原料煤儲斗設(shè)有除塵用的風(fēng)機和布袋除塵器，用于防止煤粉塵飛揚。惰性氣體加熱器配有助燃風(fēng)機。2.2煤加壓及給料來自磨煤及干燥單元的粉煤進入粉煤儲倉，同時由粉煤過濾器過濾下的煤粉也進入粉煤儲倉。粉煤經(jīng)煤粉發(fā)送罐送入煤粉鎖斗，一旦此過程完成，后者即與所有低壓設(shè)備隔絕。煤粉鎖斗與煤粉給料倉之間的平衡閥門打開后，高壓氮氣進入煤粉鎖斗加壓直至壓力與煤粉給料倉相同。粉煤進入煤粉給料倉后，煤粉鎖斗開始卸壓并重新進料，周而復(fù)始。2.3煤粉氣化來自煤粉給料倉的粉煤用中壓氮氣通過加料器送入氣化爐粉煤燒嘴。中壓過熱蒸汽進入氧氣/蒸汽混合器與來自空分的純氧混合后也進入粉煤燒嘴。氧/蒸汽比保持恒定，而氧/煤比則根據(jù)合成氣產(chǎn)量及其組份（CO2和CH4）含量進行調(diào)節(jié)。粉煤、氧氣和蒸汽混合物由粉煤燒嘴噴入氣化爐內(nèi)進行燃燒反應(yīng)。反應(yīng)后的高溫合成氣（~1350℃）在氣化爐激冷室被激冷至約216℃后進入下工序。高溫氣化使煤中所含灰份成熔融狀并流到氣化爐下部激冷室中，由于激冷迅速分解成灰渣小顆粒，然后灰渣顆粒隨水進入渣收集罐中?；宜裳h(huán)泵輸送，經(jīng)水力旋流器和冷卻器循環(huán)回到激冷室，并將熔渣的熱量帶走。渣由收集罐進入排渣罐，在此過程中，水通過灰水泵循環(huán)回到收集罐中，同時部分高壓新鮮水將補充到系統(tǒng)。當(dāng)所有的渣進入排渣罐后，排渣罐即與收集罐隔絕并開始卸壓，然后將渣全部倒入渣池，由洗滌水儲罐出來的低壓灰水對排渣罐進行沖洗，當(dāng)沖洗和重新注水完成后，用中壓氮氣進行加壓，然后與收集罐重新連通。渣池中的渣由鏈式撈渣機撈出并經(jīng)渣輸送帶送往渣場。渣池中含細微顆粒的灰水通過渣水排放泵輸送至渣水處理的真空閃蒸罐中。2.4渣水處理合成氣通過兩級文丘里洗滌器洗除去灰分，經(jīng)帶有高效除霧器的分離器除水后，送變換裝置。文丘里洗滌器出來的黑水經(jīng)過高壓閃蒸和真空閃蒸，分離出其中溶解的合成氣，最后進到澄清槽澄清。高壓閃蒸罐頂出來的閃蒸氣經(jīng)過灰水加熱器、脫鹽水加熱器塔頂冷凝器分離出酸性氣送火炬燃燒放空。澄清槽上部清水為灰水，灰水溢流到灰水槽。澄清槽底部渣水通過底流泵送到壓濾機分離出細渣和濾液，濾液自流到濾液受槽，濾液再從濾液受槽和灰水槽來的灰水一起經(jīng)過廢水冷卻器冷卻之后送污水處理場。3主要設(shè)備的確定氣化裝置的操作工況和工藝介質(zhì)對設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)具有較高的要求，在結(jié)構(gòu)上不但要有足夠的強度，還必須考慮防腐、耐磨蝕性，材料采用的是國內(nèi)生產(chǎn)的碳鋼、低合金鋼及不銹鋼00Cr17Ni14Mo2（316L）。磨煤機根據(jù)國內(nèi)發(fā)電廠制備煤粉的經(jīng)驗，初選國內(nèi)生產(chǎn)的輥盤式中速棒磨機2臺，處理能力75t/h。煤磨機內(nèi)襯耐磨橡膠板以降低噪音。磨煤機的最終選型及詳細規(guī)格待做不同煤種的磨煤試驗后再研究決定。氣化爐氣化爐參數(shù)如下：殼體內(nèi)徑： φ2460mm氣化爐為GSP專利設(shè)備，有專利商供應(yīng)。3）鎖斗鎖斗是為氣化爐提供高壓煤粉的主要設(shè)備之一，根據(jù)鎖斗功用的特點，本裝置鎖斗內(nèi)部承壓0→6.0MPa為交換規(guī)律進行的循環(huán)應(yīng)力，本設(shè)備需按應(yīng)力分析及疲勞壽命分析設(shè)計。此設(shè)備為專利設(shè)備，專利商要求由專利商供貨。5變換5.1概述變換工段的主要任務(wù)是將氣化送來的水煤氣中的CO經(jīng)變換反應(yīng)得到合成氨生產(chǎn)需要的H2，并根據(jù)不同的溫度范圍產(chǎn)生不同等級的蒸汽進行工藝余熱回收。5.2工藝技術(shù)路線選擇由于本工程的氣化采用GSP氣化工藝，水煤氣中的CO含量較高（V%：59～65%），且水/干氣比較高（1.1～1.3），采用傳統(tǒng)的一段變換爐無法控制變換爐的出口溫度，極易出現(xiàn)“飛溫”現(xiàn)象，給選擇變換爐設(shè)備材料帶來困難。為克服上述問題，本流程選用中-中-低、中變分氣（激冷液）激冷變換流程。由氣化來的水煤氣經(jīng)煤氣水分離器分離夾帶的水后，水煤氣分兩股：第一股經(jīng)中溫換熱器升溫后進入第一中溫變換爐AB（并連操作，采用軸徑向變換爐，該爐型氣體分布均勻，催化劑裝填量少，并可降低壓力降），變換氣在中溫換熱器內(nèi)和第一股水煤氣換熱后與第二股水煤氣一起進入激冷器，調(diào)至合適溫度進入第二中溫變換爐進行變換反應(yīng)。而后經(jīng)蒸汽過熱器、中壓廢熱鍋爐、鍋爐給水加熱器調(diào)節(jié)進入低壓變換爐的變換氣溫度，使出低壓廢熱鍋爐的變換氣最終控制CO含量為0.4%（mol干基）。5.3本裝置三廢治理及環(huán)境保護措施變換工段排出的不凝氣來自氣提氣冷凝分離器頂部，送入氣化火炬焚燒。冷凝液廢水來自氣提氣冷凝分離器底部，含有一定量的NH3，送污水處理裝置處理后達標排放。變換爐的催化劑需要每三年更換一次，送制造廠處理。5.4催化劑、吸附劑、化學(xué)品技術(shù)規(guī)格序號名稱規(guī)格(型號、尺寸)控制組分名稱標準備注1耐硫變換催化劑φ3.7～0×8～14mmMoO3:8.0±1.0%CoO:1.8±0.2%比重0.8~0.855.5裝置危險性物料主要物性序號物料

名稱分子量熔點沸點閃點燃點爆炸極限(V%)毒性程度火險分類爆炸級組國家衛(wèi)生標準備注上限下限1水煤氣2072.68.28中度甲類dⅡCT3CO≤

30mg/m32變換氣21.670.97.60中度甲類dⅡCT35.6工藝流程簡述從氣化工段來的水煤氣（3.8MPa（A）、216℃）進入本工段第一水分離器（V1）。分離出冷凝液后的水煤氣分為兩股：第一股氣經(jīng)中溫換熱器E1換熱至250℃后進入第一中溫變換爐R1A/B（兩臺變換爐可單獨操作，亦可并連操作，爐型為軸徑向式），出第一變換爐A/B的變換氣在中溫換熱器E1內(nèi)與第一股水煤氣進行換熱，溫度降至387℃，與第二股水煤氣混合并噴入激冷液，溫度調(diào)至250℃后進入第二中溫變換爐R2，出第二中溫變換的變換氣進入蒸汽過熱器E2，在蒸汽過熱器中將來自管網(wǎng)的3.82MPaG的飽和蒸汽及本工段中壓廢熱鍋爐E3產(chǎn)生的3.82MPaG的飽和蒸汽一并加熱至380℃，然后變換氣經(jīng)中壓廢熱鍋爐E3后進入中壓鍋爐給水加熱器E4，溫度降至220℃后進入低溫變換爐R3，出低溫變換爐的變換氣中CO含量為0.8%（mol干基）經(jīng)高壓鍋爐給水加熱器E5將高壓鍋爐給水加熱至148.7℃分離出冷凝液后進入第一低壓廢熱鍋爐E6，產(chǎn)生0.6MPaA飽和蒸汽，分離冷凝液后進入第二低壓廢熱鍋爐E7，產(chǎn)生0.3MPaA飽和蒸汽，分離冷凝液后依次經(jīng)脫鹽水加熱器E8、第三水分離器V5、變換氣水冷器E9、第四水分離器V6溫度降至40℃后至凈化工段。第一、二水分離器分離出的冷凝液一起減壓至3.5MPaG送至氣化工段。第三、四水分離器（V5、V6）分離出的冷凝液經(jīng)氣提氣冷凝分離器（E10）加熱后進入氣提塔（T1）用低壓蒸汽進行氣提，氣提后的冷凝液經(jīng)冷凝液加壓泵（P3A,B）加壓后送入氣化，氣提氣則經(jīng)氣提氣冷凝分離器（E10）冷卻分離，分離出的冷凝送至污水處理，不凝氣則送至氣化火炬焚燒。第二低壓廢熱鍋爐（E7）產(chǎn)生的0.3MPaA飽和蒸汽除本工段氣提塔（T1）和脫氧槽（V8）消耗部分外，其余外送。所有廢鍋的鍋爐排污送至排污膨脹槽（V9），用一次水降溫后排放。管網(wǎng)來的脫鹽水經(jīng)脫鹽水加熱器（E8）加熱后，除補充脫氧槽用水外送至鍋爐房。除氧器用本工段產(chǎn)的低壓蒸汽進行除氧，經(jīng)除氧后的鍋爐給水分為兩股，第一股經(jīng)低壓鍋爐給水泵（P1A,B）加壓后送至第一、二低壓廢熱鍋爐；第二股經(jīng)中壓鍋爐給水泵（P2A,B）加壓后，一部分送至合成氨工段，另一部分經(jīng)中壓鍋爐給水加熱器（E4）加熱送至中壓廢熱鍋爐（E3）。另設(shè)有開工用氮氣加熱器（F1）和二硫化碳貯槽（V7），并配有開工催化劑升溫還原管路。6低溫甲醇洗6.1概述凈化工段的主要任務(wù)是脫除變換氣中的對分子篩干燥和和成催化劑有毒的氣體H2S、COS、CO2等。6.2工藝方案選擇目前，合成氨廠中脫除H2S的方法有改良A.D.A法、栲膠法、G-V法、NHD法，脫除CO2的方法主要有改良熱鉀堿法，NHD法、MDEA法、低溫甲醇洗法（同時脫除H2S）等，但對于GSP粉煤加壓氣化所生產(chǎn)的水煤氣，因為水汽比大、壓力高、硫含量高、CO2含量高等特點，可供選擇的凈化方法主要有以下兩種選擇：1）低溫甲醇洗；2）NHD脫硫脫碳。低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（-50℃~-60℃下），溶劑吸收能力大，溶液循環(huán)量小，氣體凈化度高，再生熱耗少，操作費用低，能綜合脫除氣體中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蝕，H2S濃縮簡單，在原料煤硫含量波動較大的情況下，H2S的濃度也可滿足硫回收的要求。上述工藝雖然存在部分設(shè)備和工藝管道需要采用低溫鋼材，需要引進國外的低溫材料，所以基建投資高，但其最大優(yōu)點是溶劑價格便宜，消耗指標和能耗均低于其它凈化工藝，在大型合成氨廠中普遍采用。低溫甲醇洗的專利技術(shù)具有代表性專利商為：國外為林德和魯奇的技術(shù)；國內(nèi)為大連理工大學(xué)的技術(shù)，兩種技術(shù)都為成熟技術(shù)，但國外專利費、基礎(chǔ)設(shè)計費較高，因此，本工程為節(jié)省投資選用國內(nèi)技術(shù)。NHD法是中國南化公司研究院等單位開發(fā)成功的新技術(shù)，屬于物理吸收凈化技術(shù)，該工藝在常溫條件下操作，溶劑無毒，飽和蒸汽壓低，溶劑損失小，再生熱耗低，設(shè)備材質(zhì)大部分為碳鋼，取材范圍廣，價格也便宜，相對低溫甲醇洗而言，溶液循環(huán)量大，消耗高，另外，NHD溶劑對有機硫的吸收能力差，對高硫煤要增加有機硫水解設(shè)備。該工藝的主要優(yōu)點是投資少，能耗低于除低溫甲醇洗以外的其它凈化方法。低溫甲醇洗和NHD凈化方法比較。凈化方法單位NHD脫硫脫碳低溫甲醇洗生產(chǎn)規(guī)模t/dNH34841000原料煤煤凈化氣H2S<1PPm0.1PPmCO2<0.1%20PPm溶液成份NHDCH3OH再生方法氮氣氣提

或空氣氣提閃蒸+氣提電耗度/tNH3脫S：117脫C：59.5合計：73.67合計：25蒸汽t/tNH3脫S：0.32脫C：0合計：0.31水t/tNH3脫S：17.04脫C：0.72合計：17.16合計：8.16冷量0.288GJ/tNH3溶劑消耗kg/tNH3脫S：0.2

脫C：0.2

合計：0.41總能耗kJ×106/tNH3脫S：1.080

脫C：1.034

合計：2.1141.4486XXXX能化有限公司XXXX60萬噸醇氨（I期50萬噸合成氨）工程來講，從工程規(guī)模、工藝先進性、降低能耗等方面考慮，I期50萬噸合成氨酸性氣脫除采用低溫甲醇洗工藝較好。6.3本裝置三廢治理及環(huán)境保護措施凈化工段排出的二氧化碳氣和尾氣分別來自CO2氣提塔和H2S濃縮塔頂部，主要含有CO2、N2、CO等，H2S含量<25ppm，此兩種氣體經(jīng)換熱器回收冷量后通過消音器后放空，排放高度70m。廢水來自甲醇水分離塔，含有微量甲醇（<2％），送污水處理裝置處理后達標排放。6.4催化劑、吸附劑、化學(xué)品技術(shù)規(guī)格序號名稱規(guī)格(型號、尺寸)控制組分名稱標準備注1甲醇GB338-926.5工藝流程簡述來自變換工段的3.6MPa（A），40℃變換氣進入本工段，與循環(huán)氣體混合，并在原料氣中注入防止結(jié)冰及形成水合物的貧甲醇后，氣體經(jīng)原料氣冷卻器（E01）與從液氮洗來的凈化氣、CO2氣提塔塔頂出來的二氧化碳氣和從H2S濃縮塔出來的尾氣換熱降溫，經(jīng)水分離器（V01）分離出冷凝的甲醇、水混合物后，原料氣從底部進入甲醇洗滌塔（T01），與自上而下的貧甲醇逆流接觸，脫除氣體中的CO2、H2S和COS，塔頂出來的凈化氣去液氮洗工段。從水分離器（V01）分離出的甲醇、水混合物經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E16）加熱后進入甲醇水分離塔（T05）中上部。在甲醇洗滌塔(T01)上部，用來自熱再生工段溫度較低的貧甲醇液脫除CO2，在甲醇洗滌塔（T01）底部對H2S、COS進行吸收，CO2吸收的熔解熱部分通過去下塔的甲醇帶走，再通過循環(huán)甲醇冷卻器（E06）用來自H2S濃縮塔（T03）的冷甲醇液冷卻循環(huán)甲醇及通過3＃甲醇急冷器（E05）用冷凍劑冷卻循環(huán)甲醇，帶走部分熱量。由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S在甲醇中的溶解度低，送入甲醇洗滌塔中CO2脫除段的甲醇流量要比送入H2S脫除段的要大。甲醇洗滌塔（T01）CO2脫除段中多余的甲醇從塔的中部抽出。甲醇洗滌塔（T01）底部富含H2S甲醇通過甲醇換熱器（E07）和1＃甲醇急冷器（E03）分別被溫度較低的甲醇和冷凍劑液氨冷卻。經(jīng)過冷卻，這部分甲醇減壓膨脹后壓進入１＃循環(huán)氣閃蒸罐（V02）回收閃蒸出來的H2。來自１＃循環(huán)氣閃蒸罐（V02）的閃蒸氣經(jīng)循環(huán)氣壓縮機（C01）壓縮，經(jīng)壓縮機后冷卻器冷卻，在進入原料氣冷卻器之前并入上游變換氣中。來自甲醇洗滌塔（T01）的富含CO2甲醇與上述過程一樣，先經(jīng)甲醇換熱器（E07）和2＃甲醇急冷器（E04），分別被來自CO2氣提塔給料泵（P02A,B）的甲醇和冷凍劑液氨冷卻，減壓膨脹后進入2＃循環(huán)氣閃蒸罐（V03），閃蒸后的閃蒸氣再經(jīng)１＃循環(huán)氣閃蒸罐（V02）由循環(huán)氣壓縮機（C01）壓縮。循環(huán)氣壓縮機（C01）同時壓縮來自液氮洗工段的閃蒸氣以提高Ｈ2回收量。來自２＃循環(huán)氣閃蒸罐（V03）的富含CO2的甲醇先膨脹進入CO2氣提塔頂，在CO2氣提塔（T02）中，富含CO2甲醇液膨脹后產(chǎn)生無硫CO2氣體，經(jīng)原料氣冷卻器（E01）回收冷量后與來自H2S濃縮塔（T03）的尾氣一起經(jīng)高點放空。從CO2氣提塔（T02）中較低的升氣管式塔板上抽出來的溫度較低的甲醇液送入H2S濃縮塔（T03）的中上部，來自CO2氣提塔（T02）底部的富含H2S甲醇也進入H2S濃縮塔下段。為了提高裝置H2S餾分的濃度,在H2S濃縮塔下部用來自空分工段的低壓氮氣對CO2進行氣提，同時在塔的上部，用來自CO2氣提塔（T02）頂部的另一股沒有被用作CO2氣提塔（T02）回流洗滌液的無硫甲醇對氣提出來的H2S和COS進行洗滌。出H2S濃縮塔的尾氣基本上不含硫，經(jīng)原料氣冷卻器（E01）換熱后與來自CO2氣提塔（T02）的CO2氣一起放空。從H2S濃縮塔（T03）升氣管式塔板上抽出溫度較低的甲醇液作為冷卻劑先后用在３＃貧甲醇冷卻器（E08）、循環(huán)甲醇冷卻器（E06）及甲醇換熱器（E07），在經(jīng)過循環(huán)甲醇冷卻器（E06）換熱升溫后進入甲醇閃蒸罐（V07）,閃蒸出來的閃蒸氣進入CO2氣提塔（T02）的底部與來自上部的甲醇逆流接觸脫除閃蒸氣的H2S組分。來自甲醇閃蒸罐（V07）的閃蒸液經(jīng)CO2氣提塔（T02）給料泵（P02A,B）加壓后進入甲醇換熱器（E07）作為冷卻劑，在此換熱過程中產(chǎn)生的閃蒸氣在進入CO2氣提塔（T02）脫硫之前在CO2氣提塔（T02）底部進行分離。從H2S濃縮塔（T03）底部出來的富含H2S甲醇經(jīng)甲醇再生塔給料泵（P03A,B）通過2＃貧甲醇冷卻器（E09）、1＃貧甲醇冷卻器（E10）進入甲醇再生塔（T04）。在甲醇再生塔（T04）中由甲醇再生塔再沸器（E11）加熱產(chǎn)生的甲醇蒸汽及來自甲醇水分離塔（T05）的甲醇蒸氣氣提，對富甲醇中所含有的H2S及CO2進行完全解吸，甲醇再生塔（T04）頂部氣體經(jīng)甲醇再生塔回流冷卻器（E12）、酸性氣換熱器（E14）及甲醇再生塔回流冷凝器（E13）分別被冷卻水、冷酸性氣及冷卻劑液氨冷卻。冷凝液經(jīng)H2S濃縮塔（T03）底部及經(jīng)甲醇再生塔回流泵（P06A,B）送回甲醇再生塔（T03）頂部。離開酸性氣分離器（V05）的酸性氣，通過酸性氣換熱器（E14）加熱后作為硫回收工段原料，離開本工段。離開甲醇再生塔（T04）塔底經(jīng)過再生的貧甲醇在1＃貧甲醇冷卻器（E10）中冷卻到42℃，經(jīng)甲醇收集槽（V04）緩沖，再用貧甲醇泵（P04A,B）升壓。升壓后的貧甲醇經(jīng)水冷卻器（E18）、2＃貧甲醇冷卻器（E09）、3＃貧甲醇冷卻器（E08）冷卻后進入甲醇洗滌塔（T01）。來自水分離器（V01）的甲醇和水混合物冷凝液經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E16）加熱，送入甲醇水分離塔（T05），通過蒸餾將水和甲醇進行分離。該塔由甲醇水分離塔再沸器（E15）進行加熱，塔頂甲醇蒸汽送甲醇再生塔（T04），而水作為廢水排出，送往污水處理系統(tǒng)。甲醇水分離塔（T05）所需的回流甲醇由甲醇再生塔（T04）再生甲醇提供，通過甲醇水分離塔給料泵（P05A,B），經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E16）冷卻后入塔。大部分循環(huán)的再生甲醇，通過甲醇粗過濾器（S02A,B）除去甲醇循環(huán)系統(tǒng)中的固體及其他顆粒。甲醇粗過濾器（S02A,B）位于甲醇再生塔給料泵（P03A,B）的下游。進入甲醇再生塔（T05）的所需的回流甲醇在進入甲醇再生塔（T05）之前要經(jīng)過甲醇過濾器（S01）進行進一步的過濾以除去固體及其他顆粒。來自硫回收工段的尾氣含有少量H2S，進入H2S濃縮塔底部，甲醇洗滌后和尾氣一起排入大氣。為了提高去硫回收工段的H2S濃度，一部分來自酸性氣分離器的酸性氣體循環(huán)進入H2S濃縮塔（T03）的下部。循環(huán)的CO2離開H2S濃縮塔（T03）塔頂，同時循環(huán)H2S用甲醇進行洗滌。為了減少甲醇損失，配置有甲醇污水系統(tǒng)。各個支管將所有泄露甲醇的設(shè)備連接到總管。總管將泄露的甲醇收集起來匯入排放甲醇槽（V08）。配置的污甲醇泵（P07）可將排放甲醇送入甲醇水分離塔（T05）。安裝在原料貯存工段的甲醇貯罐（V09）用于貯存甲醇。并裝有甲醇供給泵（P08）。該貯槽可在停工時收集甲醇。6.6主要設(shè)備的選擇凈化工段主要設(shè)備有甲醇洗滌塔（T01）、CO2氣提塔（T02）、H2S濃縮塔（T03）、甲醇再生塔（T04）和甲醇水分離塔（T05）。根據(jù)目前國內(nèi)低溫甲醇洗裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗，甲醇洗滌塔、CO2氣提塔、H2S濃縮塔和甲醇再生塔仍采用浮閥塔，浮閥型式為國內(nèi)先進的導(dǎo)向浮閥。導(dǎo)向浮閥具有以下優(yōu)點：1.可以減少或消除塔板上的液面梯度；2.塔板上液體返混??；3.可以消除液體滯止區(qū)；浮閥無磨損，無脫落。甲醇水分離塔選用的篩板塔。此五塔的主要規(guī)格如下：1、甲醇洗滌塔（T01）塔徑：φ3000/3800mm塔高：～67500mm塔型：導(dǎo)向浮閥塔塔板數(shù)：81塊主要材質(zhì)：SA203Gr.E、SA516Gr70+S5和3042、CO2氣提塔（T02）塔徑：φ3200mm塔高：～57000mm塔型：導(dǎo)向浮閥塔塔板數(shù)：56塊主要材質(zhì)：SA203Gr.E和3043、H2S濃縮塔（T03）塔徑：φ4600mm塔高：～48900mm塔型：導(dǎo)向浮閥塔塔板數(shù)：73塊主要材質(zhì)：SA203Gr.E和3044、甲醇再生塔（T04）塔徑：φ3600/5000mm塔高：～29635mm塔型：導(dǎo)向浮閥塔塔板數(shù)：30塊主要材質(zhì)：16MnR和3045、甲醇水分離塔（T05）塔徑：φ1400mm塔高：～29635mm塔型：篩板塔塔板數(shù)：51塊主要材質(zhì)：16MnR和3047氣體精制7.1工藝方案選擇氣體精制有兩種方法：1、低溫甲醇洗配液氮洗耐硫變換只采用中溫變換，出變換的氣體中CO含量在1.0％左右經(jīng)熱回收和冷卻進低溫甲醇洗后，再進入液氮洗，一次性將氣體中所有雜質(zhì)包括CO，AR，CH4等全部脫除，合成新鮮氣的惰性氣含量小于10ppm.。變換氣經(jīng)低溫甲醇洗凈化后的氣體溫度在－55℃左右下進入液氮洗時，液氮洗的冷量可以自身平衡。由于氣體精度很高，因而在合成回路中無弛放氣，減少了氣體損失，壓縮功耗也較低。但該法壓力損失較大，投資較高。2、甲烷化精制采用耐硫中變串低變，使CO含量降至0.4%以下，進甲烷化反應(yīng)，甲烷化后新鮮氣中CH4+Ar含量約為0.7%。甲烷化工藝的缺點是甲烷化過程中消耗H2，同時合成回路中弛放氣增加，不但損失有效氣體，而且壓縮功耗增加。甲烷化流程只適合于壓力小于0MPa、水汽比較高的工藝。變換操作壓力太高時，受平衡壓力的影響，CO的濃度只能達到1.0%，此時若采用甲烷化流程，甲烷化觸媒容易超溫，消耗氫氣量增加，同時合成回路中弛放氣增加，壓縮功耗也增加。采用甲烷化的優(yōu)點是：流程短、壓降小、投資約為液氮洗的三分之一。結(jié)論：雖然液氮洗比甲烷化投資高，但由于液氮洗氣體凈化度高，新鮮氣消耗低，壓縮功耗低，其和低溫甲醇洗相配合的低溫凈化流程是最佳的，凈化流程能耗、正常操作費用均低，技術(shù)先進。同時，本工程采用GSP氣化工藝，水汽比為1.1~1.2，變換氣中CO濃度達到0.4%時，需要補加蒸汽，變換催化劑也要增加，因此不宜采用甲烷化流程。所以本方案推薦采用低溫甲醇配液氮洗精制流程，除去對氨合成催化劑有害的CO和CO2組分，同時也除去CH4和Ar等其它雜質(zhì)。7.2工藝流程簡述來自低溫甲醇洗工段凈化氣進入可切換的兩個CO2—甲醇吸附器（V01A,B)之一，除去甲醇和CO2，以防止該工段低溫部分的堵塞。經(jīng)過吸附之后的凈化氣體進入本工段低溫部分，低溫部分包在冷箱內(nèi)以最大限度地減少外部熱量的滲入。合成氣通過1號、2號原料氣冷卻器經(jīng)產(chǎn)品物流進行冷卻，然后進入氮洗塔，在氮洗塔中的Ar、CO、CH4等雜質(zhì)用液氮洗滌除去，這些雜質(zhì)與少量氫氣溶解在氮洗塔底部排出的尾液中。含有液氮的凈化氣體離開氮洗塔頂部。液氮洗工段調(diào)整合成氣適當(dāng)N2/H2比所需的氮氣，在環(huán)境溫度下進入液氮洗工段，通過高壓氮冷卻器和1號原料氣冷卻器與產(chǎn)品物流進行換熱冷卻。在1號原料氣冷卻器下游，氮分成兩股。一部分通過2號原料氣冷卻器與產(chǎn)品物流進一步換熱冷卻，作為洗滌劑進入氮洗塔頂。另一部分氮匯入來自氮洗塔頂經(jīng)2號原料氣冷卻器復(fù)熱的凈化氣中，作為合成氣所需H2：N2=3：1的配氮量。合成氣經(jīng)1號原料氣冷卻器復(fù)熱后，分成兩部分，一部分去凈化（低溫甲醇洗）工段復(fù)熱，另一部分經(jīng)過高壓氮冷卻器復(fù)熱，然后兩部分氣體匯合離開液氮洗工段。H2：N2比的微調(diào)通過在冷箱（M01）外直接把高壓氮通入合成氣中實現(xiàn)。離開氮洗塔底的液體膨脹至中壓進入H2分離器。閃蒸氣經(jīng)2號、1號原料氣冷卻器及高壓氮冷卻器復(fù)熱后，送入凈化（低溫甲醇洗）工段的循環(huán)氣壓縮機（C01）以提高氫氣的回收率。另一方面，出H2分離器的液體膨脹至低壓。然后經(jīng)2號、1號原料氣冷卻器，高壓氮冷卻器復(fù)熱蒸發(fā)，這部分氣體中主要含有CO和N2，作為燃料送到氣化裝置。為補償冷損失所需的低溫效應(yīng)通過給凈化后的氫氣中注入氮氣實現(xiàn)，這種效應(yīng)產(chǎn)生冷量類似于焦耳-湯姆遜效應(yīng)。通過膨脹、蒸發(fā)離開H2分離器的液體進一步產(chǎn)生冷量，不需要單獨配置一套制冷系統(tǒng)。另外，液氮還可用于冷箱開車期間降溫。7.3主要設(shè)備選擇：液氮洗冷箱規(guī)格：4m×4m×25m8壓縮、氨合成、氨庫、氨回收8.1合成氣壓縮合成壓縮機用于精制氣及循環(huán)氣的壓縮，來自氨合成系統(tǒng)的循環(huán)氣進入壓縮機高壓段中間吸入口與進入高壓段新鮮氣混合，被壓至185MPa（絕）進入合成系統(tǒng)。對于那些輸氣量大、而需要多段引入、壓縮比小、介質(zhì)組成多變的工況，采用離心壓縮機，只需一臺就可以滿足生產(chǎn)要求。因此本工程合成氣壓縮機選用離心式壓縮機，用蒸汽透平驅(qū)動。離心式壓縮機具有如下優(yōu)點：（1）輸氣量大而連續(xù)，運轉(zhuǎn)平衡；（2）易損件少，使用期限長，能保證常年連續(xù)動轉(zhuǎn)，日常維修工作量很少；（3）機組外形尺寸小，重量輕，占地面積少，從而節(jié)省基建費用；（4）由于離心式壓縮機轉(zhuǎn)速較高，可用蒸汽透平直接驅(qū)動，從而節(jié)省了寶貴的電能；（5）機體內(nèi)部不需要潤滑，氣體不會被潤滑油污染，從而能保證氣體的質(zhì)量，滿足工藝生產(chǎn)對氣體無油的要求。離心式壓縮機的主要缺點是對壓力的適應(yīng)范圍較窄，有喘振現(xiàn)象，另外離心式壓縮機的效率比往復(fù)式壓縮機低。壓縮機選型：新鮮氣： 氣量：173047Nm3/h壓力：3.0MPa(A)循環(huán)氣； 氣量：385240Nm3/h壓力： 11MPa(A)出口壓力 185MPa8.2氨合成工段氨合成工段是合成氨廠生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而合成塔又是合成工段的關(guān)鍵設(shè)備。近年來許多公司在氨合成塔技術(shù)方面進行了大量的工作，一些新型的氨合成塔相繼問世，如丹麥Topsφe公司開發(fā)Topsφe-200、Topsφe-300型氨合成塔，瑞士Casale公司的軸徑向氨合成塔，美國Kellogg公司的臥式氨合成塔等，在世界上處于領(lǐng)先地位。降低塔的壓降、改善氣流分布、提高塔的容積利用率和觸媒利用率、提高氨凈值，減少循環(huán)壓縮功率是氨合成塔技術(shù)發(fā)展中的主要特點。選用高效、節(jié)能的氨合成塔為工廠帶來最好的經(jīng)濟效益是本設(shè)計所追求的目標。Casale公司及Topsφe公司建造氨合成裝置工程主要業(yè)績Casale公司1）中國吉林石化公司 生產(chǎn)能力：1000MTD2）中國陜西天際煤化工有限公司 生產(chǎn)能力：1000MTD3）澳大利亞W.M.C.FERTILIZERSYBELLACreeK 生產(chǎn)能力：1000MTD4)美國FARMLAND.Ccoeffyille.Kansas 生產(chǎn)能力：1000MTDTopsφe公司1）中國渭河化肥廠 生產(chǎn)能力：1000MTD2）孟加拉化肥 生產(chǎn)能力：1000MTD3）印度化肥 生產(chǎn)能力：1350MTD4）泰國化肥 生產(chǎn)能力：1000MTD5）印度尼西亞拉化肥 生產(chǎn)能力：1000MTD（1）卡薩利合成塔內(nèi)件有如下優(yōu)點：1）氣體軸徑向流過觸媒床，從而降低了塔的壓降，根據(jù)卡薩利公司給本工程的初步報價，全塔壓降在2.5bar左右。2）氨凈值高，可達18%左右。充分利用全部催化劑床層，包括頂層。3）采用床間換熱和床間冷激相結(jié)合的方法，調(diào)節(jié)觸媒床的溫度，調(diào)節(jié)靈活快捷。4）第一、二觸媒筐可單獨從內(nèi)件中抽出，三個觸媒筐之間分別采用重力密封的形式，第三觸媒筐固定于內(nèi)件上，不需密封。上、下兩個換熱器用密封墊固定在一起，兩換熱器之間采用迷宮密封的形式，使其很容易取出。（2）托普索合成塔內(nèi)件特點1）Topsφe-300合成塔采用全徑向反應(yīng)床。床層阻力降低，全塔阻力降2.5bar左右。2）全塔凈氨值達18%左右。3）采用床間換熱和床間冷激相結(jié)合的方法，調(diào)節(jié)觸媒床。氨合成塔操作條件比較型式CasaleTopsφe-200Topsφe-300三床層二床層三床層凈氨值18.3%15.5%18.5%催化劑m348.5100－惰性濃度%0.028－合成壓力MPaA17512廢熱回收106kJ/tNH32.592.55壓縮（包括合成氣和床機）106kJ/tNH31.053.81注：以上數(shù)據(jù)是參考Topsφe其他工程技術(shù)指標。（3）廢熱鍋爐的選型廢熱鍋爐一般有以下幾種形式1）列管式廢熱鍋爐其特點：阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價低。缺點：在高溫高壓下壓力載荷和熱膨脹載荷變化產(chǎn)生的應(yīng)力，易產(chǎn)生管束與管板連接焊縫的損壞，造成安全事故。一般高溫高壓鍋爐不宜采用列管式廢熱鍋爐。2）插入管式廢熱鍋爐其特點：在高溫區(qū)域沒有原管板，不需要補償因溫差而產(chǎn)生的相對伸長量，插管本身能自由伸縮，受熱面換熱均勻。具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝和維修方便的優(yōu)點，但是插入管的外套管，下部無法排污，易產(chǎn)生沉淀物積聚，使管子局部過熱甚至燒壞。故對鍋爐水質(zhì)要求很高。3）U型管式廢熱鍋爐a、特點：U型管式廢熱鍋爐的U型換熱管兩端都是固定在同一側(cè)的管板上，與鍋爐殼體無直接連接。管子可以在殼體內(nèi)自由伸縮，不存在管殼之間的熱應(yīng)力問題，很適用在管、殼之間溫差較大的場合。這種鍋爐結(jié)構(gòu)比較簡單，管束可以抽出，維修方便。b、U型管式廢熱鍋爐可分為臥式和立式兩種。臥式U型管式廢熱鍋爐，可與合成塔直接連接，水汽側(cè)循環(huán)效果好，熱效率高。但設(shè)備安裝要求高。立式U型管式廢熱鍋爐，安裝、檢修方便，結(jié)構(gòu)簡單。本工程推薦使用U型管式廢熱鍋爐。（4）合成催化劑在新合成塔設(shè)計中使用國際上最好合成催化劑的生產(chǎn)廠商有：英國的ICI公司、丹麥的Topsφe公司、中國南京化學(xué)工業(yè)公司（A110-1）、德國的BASF公司，挪威的HYDRO公司。以上，各種型號的催化劑都能用到本工程合成塔設(shè)計中。使用壽命可達10年以上。技術(shù)特性：催化劑（組成）： 主要成份：Fe3O4 助催化劑：K2O、Al2O3、M9O、BaO等外形： 不規(guī)劃形狀尺寸： 1.5~3mm密度（振動后） 氧化態(tài)：2.8~3.2kg/l 還原態(tài)：2.2~2.4kg/l熱穩(wěn)定性 ＜530℃合成塔催化劑填裝量以Cascle為例（單臺）第一床層： 9.4m3還原態(tài)第二床層： 13m3 氧化態(tài)第三床層： 28m3 氧化態(tài)總量： 48.5m3設(shè)備尺寸：φ2700X18000mm可研報告按卡薩利工藝設(shè)計，工程設(shè)計階段可根據(jù)招標情況進行修改。8.3氨合成工藝簡述氨合成反應(yīng)如下：N2+3H32NH3△H298=-92.44kJ/mol來自合成氣壓縮機的185MPa、53℃的氣體進入熱氣-氣換熱器。在換熱器中與來自鍋爐給水預(yù)熱器的反應(yīng)氣通過交換被加熱到173.5℃。然后氣體送往氨合成塔R01在合適的氨合成催化劑下反應(yīng)以增加氨的體積濃度到20.65%?？赏ㄟ^支路管線分流部分氣體來控制進塔氣的溫度。反應(yīng)氣可回收廢熱量，可產(chǎn)生~4140kg/h的40bar(A)飽和蒸汽。廢熱回收裝置是由兩個換熱器構(gòu)成的：·廢熱鍋爐，產(chǎn)生40bar的蒸汽，氣體冷卻到290℃；·鍋爐給水預(yù)熱器，預(yù)熱進入廢熱鍋爐鍋爐的水，氣體冷卻到199℃。在開車操作的早期階段，為加快熱循環(huán)部分，廢熱鍋爐也能用作加熱器。來自廢熱鍋爐的反應(yīng)氣進入到熱氣-氣換熱器的管程被冷卻到74℃，加熱合成原料氣。自的反應(yīng)氣體再送往水冷卻器，在這里氣體被冷卻并有部分氨被冷凝。出口溫度是39℃。來自的合成氣和液氨混合物進入冷氣-氣換熱器，用自氨分離器1冷的循環(huán)氣在這里進行冷卻。來自出口的反應(yīng)氣體被送往高溫冷凝器，在這里被用氨冷凍工段提供的液氨（在4℃）的蒸發(fā)冷卻到8℃。再進入低溫冷凝器，用液氨（在-15℃）蒸發(fā)冷卻到

-9℃，發(fā)生進一步的氨冷凝。進入分離器。從進入合成氣壓縮機循環(huán)段的吸入口，為了使氨合成循環(huán)氣中惰性氣體濃度不超過氨合成反應(yīng)過程的允許量，在氨分離器的出口氣體中連續(xù)排放一定量的吹除氣，送往氫回收工段。來自分離器的液氨經(jīng)減壓，進入到中壓氨閃蒸罐，在這里分離閃蒸氣體，并得到最終產(chǎn)品液氨輸送到界區(qū)外。來自中壓氨閃蒸罐閃蒸氣體，輸送到合成氣壓縮機新鮮氣吸入口。8.4氨貯存和氨輸送8.1氨貯存液氨貯存有常壓、低壓0.4MPa和中壓2.0~2.5MPa三種型式。常壓貯存液氨溫度較低為-33℃，貯罐需用耐低溫鋼材，適于大型氨貯存。需要設(shè)置冷凍保安系統(tǒng)。低壓液氨貯存，為考慮到環(huán)境及安全因素，也需要設(shè)置冷凍保安系統(tǒng)。同時，需設(shè)置氨輸送泵，將液氨回壓到2.2MPa，才能達到本工程裝置的需求。中壓液氨貯存，不需冷凍保安系統(tǒng)及氨輸送泵，但壓力貯罐造價太高。只適用于中小型氨貯存。氨貯存（10000m3）比較貯存形式壓力MPaG；溫度投資

（萬元）電耗kWh備注低壓（球罐）4℃2.5MPa130060常壓(立式)-33℃0.002MPa708120因此本設(shè)計，推薦常壓低溫貯存。為考慮運輸?shù)臅r間，確保合成氨裝置的正常生產(chǎn)，確定存貯量為合成氨生產(chǎn)4天的生產(chǎn)量。即：5333/0.68/0.9=8715m3選用5000m3常壓貯存罐2臺。并設(shè)有保安氨冰機系統(tǒng)。8.2氨輸送本工程的廠址距用戶的中間罐區(qū)管道距離大約5.5公里，由中間罐區(qū)到隧道口6公里，有隧道到西峰17公里，為節(jié)省投資和安全考慮，采用管道輸送，輸送方案為兩條管道并聯(lián)輸送，同時敷設(shè)一條氮氣管道沖壓和吹掃作用。8.5氨回收氨回收是將液氨中間貯槽和氨庫液氨貯罐氣中的氨用蒸氨后含少量氨的殘液(軟水)吸收，所回收的稀氨水進入氨蒸餾塔進行蒸餾，所回收的液氨送回液氨貯罐。來自合成工段的貯罐氣，進入氨吸收塔底部。由軟水貯槽來的軟水，經(jīng)洗滌液泵升壓后送入吸氨塔頂部。同時由氨洗滌塔底部出來的12%左右的氨水也進入吸氨塔中部。由氨吸收塔頂出來的尾氣經(jīng)減壓送至燃料氣系統(tǒng)，塔底出來的氨水送入氨蒸餾塔回收濃度99.5%以上的液氨返回液氨球罐，氨蒸餾塔地的殘液供氨吸收塔使用。9硫回收9.1技術(shù)路線簡介從含硫化氫的酸性氣體中回收硫磺，已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用的有=1\*GB3①改良Claus工藝；=2\*GB3②低溫Claus工藝（例如Clinsulf、Sulfreen、Clauspol、MCRC、CBA）；=3\*GB3③催化氧化工藝（例如SuperClaus、Selectox、Cansolv、Crystasulf、A.D.A、PDS）。（1）改良克勞斯工藝最早的克勞斯反應(yīng)是在一個高溫燃燒反應(yīng)爐內(nèi)完成的，后來在早期克勞斯法的基礎(chǔ)上加以改進，使用催化劑在較低的溫度下加速克勞斯反應(yīng)，以提高硫化氫的轉(zhuǎn)化率，這就是所謂的“改良克勞斯法”。當(dāng)酸性氣體中硫化氫含量在15%~50%,采用分流的克勞斯法；當(dāng)酸性氣中硫化氫含量在30％以上時，采用部分燃燒克勞斯法，而當(dāng)硫化氫含量低于15％時，不適合采用克勞斯法，而用選擇氧化法?？藙谒狗ɑ痉磻?yīng)如下：H2S+3/2O2→SO2+H2O+Q1H2S+1/2SO2→H2O+3/4S2+Q2改良克勞斯法可分為兩種方法：部分燃燒法將含硫化氫的酸性氣體導(dǎo)入燃燒反應(yīng)爐，配入一定量的空氣，使H2S/O2為2，或氧氣稍過量一些，進行部分燃燒，然后經(jīng)過兩段或三段催化轉(zhuǎn)化和冷卻冷凝分離出硫。最后的尾氣進入尾氣處理裝置。分流法當(dāng)原料氣中硫化氫含量在15～50％的情況下，若采用部分燃燒法，則反應(yīng)熱不足以維持反應(yīng)爐高溫轉(zhuǎn)化的操作溫度，故宜采用分流法（若提供燃料氣燃燒，則也可以采用部分燃燒法）。分流法是把三分之一的酸性氣體導(dǎo)入燃燒爐，通入定量的空氣使燃燒反應(yīng)爐內(nèi)硫化氫全部變成二氧化硫，然后與旁通管路導(dǎo)入的其余的酸性氣體混合，再去繼續(xù)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。傳統(tǒng)的Claus硫回收工藝經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前其硫回收率已接近其熱力學(xué)平衡值，達96~99%，但其尾氣中硫化物濃度仍達0.8~2.8%，如果直接燃燒排放，既浪費了大量硫資源，也污染了環(huán)境，因此，必須對尾氣進一步凈化利用。下面將要談到的Clinsulf、SuperClaus等工藝既可以取代改良克勞斯工藝，也可以用作克勞斯工藝的尾氣處理。（2）低溫克勞斯工藝克勞斯反應(yīng)是一個可逆的放熱反應(yīng)，因此降低反應(yīng)溫度對平衡的硫轉(zhuǎn)化率有利，但溫度降低，反應(yīng)的速度也同時減慢了，但是采用合適的催化劑就可以加速這個反應(yīng)。正是基于這種思想Linde公司開發(fā)出了Clinsulf系列工藝。Clinsulf工藝Clinsulf為H2S直接氧化為硫單質(zhì)的氣相催化過程。含H2S酸性氣體被直接加熱到220℃左右，與預(yù)熱的空氣混合送到Clinsulf反應(yīng)器，在此H2S直接氧化，通過一個內(nèi)置的冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器出口溫度略高于硫的露點溫度，將反應(yīng)熱傳給鍋爐給水產(chǎn)生中壓蒸汽，硫在下游的冷凝器內(nèi)析出。該工藝的核心是Linde公司開發(fā)的內(nèi)冷式反應(yīng)器。該反應(yīng)器分為兩部分，入口部分設(shè)置一個非冷卻絕熱床，允許反應(yīng)溫度迅速上升以提高反應(yīng)速度。下部分有一個催化床，內(nèi)設(shè)一個盤管式換熱器，該換熱器提供有效冷卻，以使反應(yīng)器出口溫度降至接近于硫的露點溫度，這樣就可以盡可能多的產(chǎn)生硫。上部分反應(yīng)器不預(yù)冷是為了當(dāng)催化劑受進料中雜質(zhì)影響時便于清理和更換，并且保證靠反應(yīng)熱能達到COS和CS2等有機硫化物水解所需的300～320℃的溫度。該反應(yīng)器使用的是常規(guī)克勞斯催化劑，但裝置的總硫回收率可以達到94～95％，與兩級催化轉(zhuǎn)化的克勞斯裝置相當(dāng)，但Clinsulf工藝比普通克勞斯工藝節(jié)省20％的裝置投資費用。如果使用Linde公司最新開發(fā)的Clinsulf－DO工藝或Clinsulf－SDP工藝，則不但可以節(jié)省投資，還可以提高硫回收率到99.6％，而不用再設(shè)置尾氣處理裝置。（3）催化氧化工藝催化氧化工藝有氣－固相催化氧化和氣－液催化氧化兩種，其中SuperClaus、Selectox是氣－固相催化反應(yīng)，Cansolv、Crystasulf、A.D.A、PDS是氣－液催化反應(yīng)。但是，用的最多的就是SuperClaus工藝。SuperClaus工藝Superclaus工藝采用特殊的選擇性氧化催化劑，直接將H2S氧化為元素硫。Superclaus工藝有兩種，一種是Superclaus-99，另一種是Superclaus-99.5。Superclaus-99工藝是在克勞斯工藝的第二級轉(zhuǎn)化器后設(shè)置一臺Superclaus反應(yīng)器，使總硫回收率達99%。這種工藝中Superclaus反應(yīng)器處理的是不經(jīng)加氫處理的Claus尾氣。Superclaus-99.5與Superclaus-99不同之處是在第二級轉(zhuǎn)化器和Superclaus反應(yīng)器間設(shè)置一臺加氫反應(yīng)器，先將沒有反應(yīng)的二氧化硫都還原成硫化氫，這樣總硫回收率可以提高到99.5%，一般也就不用設(shè)置尾氣處理裝置了。Superclaus的工藝氣體在選擇性氧化時，通入過量氧對選擇性無明顯影響，并且不需尾氣處理，使得Superclaus工藝過程簡單，操作容易，能耗低，投資少。9.2工藝路線選擇在本工程中，我們決定選擇傳統(tǒng)的改良三級催化反應(yīng)的克勞斯工藝，然后將克勞斯尾氣加氫處理后通過壓縮機送回凈化裝置。我們作出這種選擇是基于以下因素：（1）在克勞斯高溫反應(yīng)階段，可以使65％的硫化氫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。在一級催化反應(yīng)器中使用三分之一的脫漏氧保護催化劑LS-971和三分之二的常規(guī)高效催化劑LS-300，這樣可以使23％的硫化氫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。二級催化反應(yīng)器中也裝填同樣的催化劑，可以使7％的硫化氫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。這樣總的硫磺回收率可以達到95％（2）在滿足總硫回收率95％的情況下，克勞斯尾氣中硫化氫和二氧化硫濃度還過高，不能達標排放，我們借鑒其它已經(jīng)設(shè)計施工的項目經(jīng)驗，將克勞斯尾氣加氫處理，然后通過螺桿壓縮機送回凈化裝置的酸性氣提濃段處理。這樣硫回收裝置就不會有大量含有硫化氫和二氧化硫的廢氣排放，既滿足了環(huán)保要求又可以很好的保護操作人員的身心健康和減少設(shè)備腐蝕。（3）我國的很多中小型硫回收裝置都是采用改良克勞斯工藝，因此工藝技術(shù)成熟；在催化劑方面，中石化硫磺回收技術(shù)協(xié)作組的主辦單位齊魯石化研究院就開發(fā)了LS系列的高效硫回收催化劑，經(jīng)中石化系統(tǒng)幾十套硫回收裝置應(yīng)用，反應(yīng)情況良好。（4）如果采用Clinsulf、Sulfreen、Clauspol、MCRC、SuperClaus、Selectox、Cansolv、Crystasulf等工藝路線，要交高價的專利使用費，而且催化劑幾乎都是專用的，需要從歐美國家的專業(yè)廠家進口。9.3工藝流程簡述來自脫硫工段酸性氣經(jīng)過酸性氣分水罐（V01）除去液態(tài)水后進入酸性氣燃燒爐（F01），與按一定比例配入的空氣混合燃燒。爐內(nèi)發(fā)生H2S部分氧化反應(yīng)：H2S+3/2O2→SO2+H2O+Q1H2S+1/2SO2→H2O+3/4S2+Q2在燃燒爐內(nèi)有65％的H2S轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。出爐后的高溫氣體分成三股，一股去一級高溫摻合閥，一股去二級高溫摻合閥，另一股經(jīng)廢熱鍋爐（E01）降溫到330℃再進入一級冷凝器（E02）冷卻至150℃，在此分離出液硫。從一級冷凝器（E02）出來的氣體經(jīng)過一級高溫摻合閥提溫到270℃進入一級Claus轉(zhuǎn)化器（R01A）進行催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。主要反應(yīng)為：2H2S+SO2→3/2S2+2H2O+Q反應(yīng)后的氣體進入二級冷凝器（E03）回收硫磺，脫去硫磺后的氣體經(jīng)過二級高溫摻合閥提溫至220℃進入二級Claus轉(zhuǎn)化器（R01B），再次進行催化轉(zhuǎn)化反