工艺改造方案

11湖北三宁公司“4030”工程产品结构调整醇烃化改造方案（安淳）一、概述湖北三宁化工有限公司拟将“4030”工程（即尿素厂）产品结构进行相应调整，即减少10万吨甲醇，增加10万吨合成氨产量，并为此进行相应的技术改造，即：新上一套醇烃化净化系统与氮肥厂∮1400氨合成（26.0MPa）系统配套。相关设计条件为：a、气量按～40000Nm3/h设计；b、进醇烃化气量成份：CO≤3.5%、CO2≤1.0%。1.1方案编制指导思想A.选用先进可靠的工艺技术，技术成熟的关键设备及配置；确保装置稳定，安全运行，节能降耗，经济合理。B.采取积极措施，按照主体工程与“三废”治理“三同时”的原则，洁净环保，消除生产对环境和职工所造成的危害。C.认真贯彻“五化”设计原则：一体化、露天化、轻型化、国产化、社会化。D.运用最新的标准、规程、规范来设计系统，系统的设计方法及规范力争与国际标准接轨。1.2方案应用的核心技术方案应用的核心技术为“安淳三大品牌技术”之：合成氨原料气醇烃化（双甲净化精制新工艺的更新换代技术）精制工艺（国家科技进步二等奖）。二、合成氨原料气醇烃化精制新工艺介绍合成氨原料气醇烃化净化工艺是湖南安淳高新技术有限公司国际首创的“双甲工艺”的升级技术。“双甲工艺”是湖南安淳高新技术有限公司在二十世九十年代初开发的取代铜洗工艺或深度变换+甲烷化工艺的合成氨原料气净化精制技术，即用甲醇化、甲烷化反应的方法来净化精制合成氨原料气，控制合成氨原料气中CO、CO2（俗称气体中的“微量”指标）总量10ppm左右。吨氨运行费用显著降低，运行安全平稳，操作方便，环保洁净。22二十世九十年代末期湖南安淳高新技术有限公司通过催化剂研发，成功地将甲醇甲烷化（双甲）工艺提升为醇烃化精制工艺。达到了进一步降低新鲜气消耗的效果，相同的新鲜气量比甲烷化增产合成氨2-3%；双甲工艺升级为更加先进、更加节能的醇烃化工艺，得到了同行的一致认同，2004年成功地获得了国务院颁发的国家科技进步二等奖。“双甲”提升为“醇烃化”后，具有如下优点：①烃化产生醇烃类物质（30%CH3OH及少许C2H5OH、C3—C5烃类物质），高压常温下冷凝分离，全部回收利用，且系统放空量几乎不增加（与铜洗工艺比较），而甲烷化产生甲烷大大增加氨合成系统放空量；②在同样醇化出口CO、CO2指标下，烃化耗氢较甲烷化少（少30%以上）；③烃化系统操作温度较甲烷化系统低40℃～60℃，外供热热源品质要求较低；④烃化催化剂活性温区宽，不易破损过热老化，使用寿命长（安淳公司保用五年，期望值八年），而甲烷化催化剂使用寿命三年左右；⑤烃化催化剂单价便宜（和烷化催化剂比，同炉催化剂价格省10%—20%）；⑥烃化反应可产生少量甲醇，因而甲醇带入烃化塔内无不良反应，而甲醇进入烷化塔内先分解为CO、CO2，再反应生成甲烷，大大增加系统放空量；⑦醇烷化系统醇化出口必须设置净醇塔，增加系统投资与运行费用，甲醇稀溶液也增加甲醇精馏的蒸汽消耗；⑧甲烷化镍基催化剂在检修操作时存在生存剧毒物质羰基镍的隐患，不利于安全生产。不论是双甲工艺还是醇烃化工艺净化精制原料气都比传统的、目前很多厂家在用的铜洗法和深度低变──甲烷化法比较有着明显优点。目前，该工艺在全国合成氨厂已推广使用47家，还有8家在进行工程设计，推广的最大处理气量达总氨能力400KT/a。湖南郴州桥口氮肥厂的双甲工艺工程被评为国家创新工程。双甲工艺评为1995年度原化学工业部十二大重大科技成果之一，给予重点推广，2000年被授予湖南省科技进步一等奖。2002年合成氨原料气双甲精制新工艺被授予部级（中石化）科技进步二等奖，2003年醇烃化工艺获国务院颁发的科技进步二等奖；山西丰喜集团临猗化肥厂150Kt/a总氨双甲工艺获2002年全国化工优秀工程设计奖，江苏新沂恒盛化工股份有限公司150Kt/a总氨醇烃化工程获2004年全国化工工程勘察设计二等奖。1.1联产甲醇的合成气醇烃化精制流程33将甲烷化镍系催化剂改成湖南安淳高新技术有限公司开发的烃化催化剂，则形成可调氨醇比的醇烃化精制流程：H2蒸汽放空液氨液态烃化物粗醇粗醇可调氨醇比的醇烃化原则流程1.2双甲（醇烃化）工艺与传统联产甲醇+铜洗工艺的比较双甲（醇烃化）工艺与传统联产甲醇铜洗工艺比较有节能、节物、运行稳定、净化环境的四个明显优点⑴节约蒸汽a采用醇烃化工艺，变换气中CO%提高，变换需要补充蒸汽减少。如醇:氨=1:3时，变换气中CO为4.9%，而铜洗工艺，一般变换气中CO为2.4～2.5%，则变换过程中，吨氨补加蒸汽最少可减少300Kg/tNH3。b醇烃化工艺废除铜洗，节约铜液再生供热(蒸汽)，生产实际数据约300Kg/tNH3。⑵节约原料气a铜洗流程，铜液在每次循环时铜液成份都在变化，都要调节，波动较大，精制气体微量经常超标，铜洗气带液、冒液。在小氮肥厂中因此影响总产量2%，折成含氢74%原料气约62Nm3/tNH3，废除了铜洗，此项即为节约量。b铜洗流程中，铜液中吸收了CO，并溶解了H2等有效气体，再生时，成为再生气。再生气因为回收不完全，损失25Nm3/tNH3，废除铜洗此项即可节约。c铜洗流程中，要不断补充液氨，除了回收为氨水外，生产一吨氨约有8～10Kg氨消耗d醇烃化工艺中，醇后气中尚有CO＋CO20.3%，这些CO与CO230%生成甲烷，需要消耗氢气；生成的甲烷在氨合成中要增加放空量，两者多耗含氢74%原料气20Nm3/tNH3。氨合成系统烃化系统2#甲醇系统常温水解1#甲醇系统半脱硫中变低变半水煤气精脱硫脱碳44以上四项的代数和为96Nm3,即醇烃化工艺节约原料气(折氢为74%)96Nm3/tNH3⑶节约电耗a废除铜洗，节约铜泵耗电20KWh/tNH3；b废弃铜洗，节约氨冷铜液冷冻电耗10.97KWh/tNH3；c废弃铜洗，节约铜洗再生气回收压缩机电耗17.3KWh/tNH3；d双甲工艺中的甲醇化采用双级双压法，其中第一级压力为5.0～7.0MPa,使压缩机最后两级气量减少，估算节电60.98KWh/tNH3。以上共计节电109.25KWh/tNH3。⑷节约铜、醋酸、液氨。吨氨节电解铜0.12公斤，节冰醋酸0.2423公斤，减少自用氨8.2公斤。表2醇烃化工艺流程与铜洗流程的费用比较表单位：吨总氨项目名称单价（元）铜洗醇烃化备注吨氨消耗运行费/元吨氨消耗运行费/元自用氨2.28.2kg18.040电解铜900.12kg10.80冰醋酸100.24kg2.40蒸汽0.055350kg19.250电0.3583.87kwh29.3535.6kwh12.46含铜洗和烃化的冰机电耗冷却水1.0025t25.0021.92t21.92烃化触媒3000.000.021kg0.63醇化触媒4200.000.10kg4.2合计104.8439.21表2为上述指标进行分析后，有一部分尚未计入的计算数据，（2006年数据）可供参考。由上表可见，双甲或醇烃化工艺的初略计算的运行费用将显著降低。吨氨降低65.63元，生产1万吨氨，将节约运行费用65.63万元。⑸铜洗的微量一般都在20ppm以上，且经常带液喷液，生产运行不稳定。醇烃化（双甲）工艺很稳定，微量5～10ppm。铜洗操作过程中，跑、冒的铜液污染大气、55河水及生产现场，醇烃化（双甲）工艺没有液体、气体的渗漏，环境良好。三、方案设置1、方案一：新建成套醇烃化系统（两套DN1200醇化+壹套DN1000烃化）1.1兴建可串可并、可前可后的两套PN15MpaDN1200醇化系统，每系统装填催化剂11.4m3，前系统主产醇、后系统主净化，出醇化系统CO+CO2控制在0.05%—0.3%范围。1.2兴建PN15MpaDN1000烃化系统壹套，装填催化剂7.9m3，主精制，烃化系统进口气CO+CO2约0.05%—0.3%，烃后气“微量”不大于10PPm。新上两台6m3/min循环机，醇化系统、烃化系统共用，正常运行时二级醇化与烃化均不开循环机。2、方案二：新建配套醇烃化系统（壹套DN1400醇化+壹套DN1200烃化）1.1兴建单套PN15MpaDN1400醇化系统，系统装填催化剂14.2m3，系统出口接前期醇烃化系统二级醇化进口和新建烃化系统。在醇化催化剂活化的前期，醇化出口CO+CO2较低时（0.05%—0.3%），气体直接进烃化系统；在醇化催化剂使用中、后期，醇化出口CO+CO2较高时（0.3%以上时），气体进入前期二级醇化系统。1.2兴建PN15MpaDN1200烃化系统壹套，装填催化剂11.2m3，与前期烃化系统并联运行。1.3新增醇化、烃化系统是否增加循环机，视前期醇烃化系统循环机设置及余量确定；新增醇化、烃化系统布置须视前期醇烃化系统布置及周围环境确定。四、设备配置(方案一)PN15DN1200醇化系统设备工艺参数序号设备名称主要参数数量主体材质参考价（万元）1醇化塔外筒DN1200H净=16m216MnR20MnMo138醇化塔内件DN1200Vc=11.4m320Cr18Ni9Ti1762醇化预热器外筒DN800H净=10m216MnR16Mn锻55醇化预热器内件F=435m2216MnR2015CrMo433醇化水冷器F=480m2(U型管)216MnR20MnMo20924醇分离器DN1000H净=7.5m216MnR16Mn锻Q235-A735油分离器DN1000H净=6.5m216MnR16Mn锻Q235-A696粗甲醇中间槽PN1.5Vc=20m3116MnR10667醇化循环机6m3/min2120776PN15DN1000烃化系统设备工艺参数1烃化塔外筒DN1000H净=16m116MnR20MnMo锻55烃化塔内件DN1000Vc=7.9m310Cr18Ni9Ti632烃化预热器外筒DN800H净=10m116MnR16Mn锻27.5烃化预热器内件F=435m2116MnR2015CrMo21.53烃化水冷器F=400m2(U型管)116MnR20MnMo20414烃、水分离器DN800H净=6.5m216MnR16Mn锻Q235-A34.55立式氨冷器F169m2116MnR2020MnMo216过热蒸汽加热器F=130m2120MnMo锻，10MoWVNb787烃化物收集槽PN1.0V=6m3(立式)116MnRQ235-A4.5346五、投资估算(方案一)六、醇烃化工艺的有关问题讨论1.烃化产物的处理醇烃化精制工艺，当烃化系统进口气中CO+CO20.1%时，每吨合成氨的原料气生成烃类物3KG（其中甲醇33%、多元醇16%、烃类5%、水46%）左右。烃类物的处理有四种形式：A、用中间槽收集后送蒸汽锅炉燃烧（河南心连心化工集团模式）；B、用PN15Mpa醇烃化投资预算表序号工程项目或概算价值（万元）备注费用名称设备购置费安装工程费建筑工程费其它费用合计1静止设备100240100611482运转设备12012841443工艺管道26013020104204仪表自控5031545工艺触媒1951956电器60632717设计费等4040合计207277中间槽收集后送造气炉水夹套汽化产生蒸汽供造气使用（湖南天乘化工处理甲醇精馏残液模式）；C、有甲醇精留岗位的企业烃类物可直接送粗甲醇贮槽精留处理（山西天脊集团晋城二化模式）；D、直接向外销售，价格在1000元以上（江苏新沂恒盛化工模式）。2.烃化取热方式：因烃化系统进口气中CO+CO2较低，无法维持系统自热平衡，需由系统外部补充热。补热方式有如下四种形式：a、河南心连心、山东德齐龙集团方式：过热蒸汽降温不冷凝（较经济，发电企业较多）；b、山西晋二化、江苏恒盛方式：直接带电炉运行（最方便，较多）；c、河北景化方式：醇烃化反应全自热（最经济，已投运，推广之中）；d、理论方式：从造气、变换或合成工段取热（流程复杂、操作不便、安全隐患大）。本方案采用过热蒸汽降温不冷凝方式。3.经济指标：进烃化系统的气体CO+CO2指标不宜高，亦不宜低。通过理论计算与已运行的系统数据的总结：进烃化系统的气体CO+CO