中国大型氮肥生产装置改造方案概述

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发表于 2002-10-14 05:56 |只看该作者 |倒序浏览

中国大型氮肥生产装置改造方案概述(2002年文献)

中国化工信息
张凌霄

一、以天然气为原料大型氮肥企业的改造
我国现有从国外引进技术和装置建设的以天然气为原料的大型氮肥装置，虽经扩能、改造，但生产能力仅提高5％--15％，且技术水平还有较大差距，主要对装置的改造力度小，新技术采用不多，而国外同类装置改造后生产能力可提高35％--65％。
1．原工艺路线基本不变，采用国内外先进技术，改造原有装置，增加或更换一些关健设备的瓶颈，达到节能增产的目的。
①合成氨装置
原料气的转化一段转化炉辐射段薄壁HP转化管不改，但因阻力降偏高，转化管下段改为大尺寸的催化剂，以降低阻力降；顶部烧嘴更换为低NOx烧嘴；更换大的对流段的换热管以增大换热面积；二段转化炉只更换燃烧器；增加1台空压机，满足扩能后所需的空气量。
变换工序将变换炉由轴向改为轴--径向流，提高变换炉能力。
变换气脱碳因负荷增加，采取吸收液更换新活化剂、吸收塔底层及再生塔改为高效填料，达到满足新增负荷的需要。
合成气压缩合成气压缩机高低压缸的转子改为三元流叶轮，以提高打气能力。增设分子筛干燥系统进一步净化合成气，降低能耗。为充分利用增设分子筛的优点，需对合成回路管线做相应修改。
合成塔合成塔的内件改成Casale内3床层段间冷激内换热件。加大对氨和氢回收装置的换热器及泵等设备。
②尿素装置
原料氨和CO2压缩因压缩能力不足，需增加一台小CO2压缩机，同时在压缩机二段出口设置脱氢反应器；增加一台小高压氨泵。
合成和汽提合成塔的塔板更换成斯塔米卡邦公司高效塔板，以提高合成塔的生产能力，并联小型汽提塔，更换能力大的甲铵冷凝器，高压洗涤器加装填料及增设一台调温水冷器，满足汽提及洗涤负荷的提高。
循环工序并联小型循环系统（增加一套小型的低压分解系统），解决低压分解系统能力的不足，并增设一台常压吸收塔及相应的冷却器和泵，为降低一段蒸发器的负荷，设置预蒸发器，使尿素浓度提高到80％后，入尿液槽。
蒸发工序为补足原尿素造粒塔能力的不足，在一段蒸发器后，增设至熔融尿素泵的旁路管线，尿素溶液送新建大颗粒造粒装置。
2．原料气的转化采用换热式工艺路线。
为充分利用现有的天然气资源，通过部分工艺路线的改变，达到节能增产。在现有生产吨氨消耗原料、燃料天然气总量中，尽量减少燃料气的用量，以减下来的燃料气作为原料气，增产合成氨，同时以煤锅炉生产高压蒸汽替代原二段转化炉副产的高压蒸汽，解决生产装置蒸汽的平衡问题。
目前国际上以天然气为原料生产合成氨的换热式工艺技术有英国ICI公司GHR、俄罗斯GIAP公司Tandem以及美国KBR公司KRES等专利技术，都有生产工厂，装置规模为合成氨350--600t／d，运行较正常，吨氨原料、燃料天然气消耗约750me3，比传统的一、二段转化工艺要节省约300m3。我国新疆化肥厂有1套600t／d装置，运行较正常。3种工艺技术中关键设备自热式转化炉结构基本相同，但换热式转化炉结构差异较大，并较复杂，其中KRES工艺换热式转化炉，采用冷管板吊管式设计，克服了热涨等问题，结构相对较简单，工程放大较容易，KBR公司已完成了1800t／d合成氨装置的详细设计，采用引进其工艺技术及关键设备，风险相对较小。
①合成氨装置
原料气的转化取消传统的一段转化及二段高压辅助系统，改二段转化炉为富氧空气自热式转化炉，新增换热式转化炉及工艺加热炉，原料气经工艺加热炉加热到约600℃，并联进富氧空气自热式转化炉及换热式转化炉，自热式转化炉的转化气进换热式转化炉作为热源后与换热式转化炉的转化气一同进入预热高压蒸汽系统预热高压蒸汽。原空压机的能力已不能满足富氧空气的压缩量，新增一台空压机并联操作。
为满足富氧空气所需的氧量，新建约8000me3／h氧量的空分装置一套。
变换、脱碳、甲烷化、合成气压缩、合成回路、合成塔等均对原有工序进行扩能改造，其改造的措施基本上与上述方案中的合成氨装置的同工序基本相同。
②尿素装置
改造的措施与上述方案中的尿素装置基本相同。
③NPK复肥装置
新建1套30万t／aNPK复肥装置，采用部分尿液或固体尿素的工艺技术，国内已有其他地方在建设同类装置，工艺技术可靠。
二、以轻油为原料大型氮肥企业的改造
我国选择以煤代油改变以轻油为原料大型氮肥企业的原料路线，是符合国内能源资源的特点，现已具备采用煤代油的各种条件。当前国际上先进的煤气化技术有壳牌（Shell）粉煤气化和德士古水煤桨气化（Texaco）2种。
1．以壳牌粉煤气化替代轻油转化的改造方案（适合于煤的灰熔点比较高、煤质差的煤）。
以壳牌公司在荷兰Demkolec电厂单炉日处理煤2000t的粉煤气化装置，替代以轻油为原料的大型氮肥装置。由于生产原料气工序规模未变，工艺与设备可按原荷兰粉煤气化装置建设，这样工艺与设备风险较小，同时采取与壳牌公司合资，风险也可共担。因此整个改造第一部分为壳牌粉煤气化生产原料气，新建规模为日处理煤2000t壳牌粉煤气化装置，生产煤气（CO+H2）约14．2万me3／h（折约每小时生产69t氨的原料气），供原30万t／a合成氨装置及新建的20万t／a甲醇装置作原料气用。第二部分为改造原合成氨装置的煤气变换、脱碳、甲烷化等工序及新建20万t／a的甲醇装置，改造后合成氨及甲醇的吨能耗分别达到41．95GJ及37．65GJ。
①合成氨装置
新建壳牌粉煤气化装置，替代原轻油一、二段转化炉工艺，生产合成氨及甲醇的原料气，主要包括新建产氧4．8万me3／h的空分装置、煤的磨碎及干燥、煤的加压及进煤、煤气化（气化炉的直径约4．5m、气化压力4．0MPG、气化温度约1400--1700℃，废热锅炉1台）、煤气的冷却及洗涤、除渣及除灰、废水汽提及澄清等。
国内配套厂改造中，粉煤气化生产的原料气比轻油转化生产的原料气中CO含量要高约3．2倍，含硫也高，原有变换工序的负荷及功能已不能适应，因此要求采用CO耐硫变换，需新建变换工序，CO变换后，变换气进入脱碳工序的CO2量要比原来高3倍，含硫也高。目前的苯菲尔脱碳工艺已不能适应，需新建低温甲醇洗脱除酸性气体。为节省投资，不应新建低温液氮洗，而应利用原有甲烷化工序精制合成气；氨合成及冷冻工序也应充分利用原有设备；增加冰机，满足低温甲醇及空分装置对冷量的需要。
因原料气生产工艺的改变原合成氨合成气压缩机透平用的高压蒸汽，必须由外部供给。本工艺采取由锅炉房提供高压蒸汽，供氨合成气压缩机透平用，同时抽出其中的中压蒸汽，与粉煤气化及中温变换副产的中压蒸汽一起供合成氨、空分及甲醇装置各工序用，做到高、中、低三级蒸汽的合理利用。
②新建甲醇装置
用粗煤气经合成氨低温甲醇洗脱硫及低温甲醇洗脱碳后，从不同部位抽气配制甲醇合成气，甲醇反应器为管束式，应回收产生的中压蒸汽，并用二塔精馏粗甲醇。
2．以德士古水煤桨气化替代轻油转化的改造方案（适合于煤的灰熔点比较低、煤质较好的煤，或在煤中掺加石油焦）。
德士古水煤桨气化已在国内多家氮肥厂应用，采用此工艺技术替代轻油转化，工艺技术成熟、风险小，完全可行。目前国外已发展到德士古水煤桨在原料煤中大量掺加石油焦进行气化，最高掺烧量的比例为石油焦：煤＝95：5，生产运行较正常，现已积累了用石油焦替代部分煤的生产经验。因石油焦含炭高、灰分及水分低、热值高于煤，可使其消耗指标低于煤，不但降低了能耗，同时也解决炼油厂石油焦的出路。目前国内沿海炼油厂加工进口高硫原油后，生产的石油焦需要寻找出路，如在德士古水煤桨气化掺加作原料用，既解决了炼油厂石油焦的出路，又为德士古水煤桨气化提供了较合适原料。由于我国轻油为原料的大型氮肥厂，大多数与炼油厂结合在一起，因此本改造方案选择的煤代油，采用德士古水煤桨气化，煤中掺加石油焦作原料生产煤气，并扩大生产规模，提高项目的经济效益，每日的投煤与石油焦量为2160t（煤1327t、石油焦833t），产煤气量（CO+H2）约为13．7万me3／h（折约每小时生产63t氨的原料气），供原有30万t／a合成氨及新增炼油厂3万t／a氢气的原料用，改造后合成氨吨能耗46．05GJ，其改造要点与新建壳牌粉煤气化装置大体相同，不再赘述。