合成氨節(jié)能降耗措施實(shí)施探討

張華，馮曉斌，簡(jiǎn)廷強(qiáng)

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川750026）

合成氨節(jié)能降耗措施實(shí)施探討

張華，馮曉斌，簡(jiǎn)廷強(qiáng)

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川750026）

寧夏石化公司化肥一廠合成氨裝置采用德士古非催化部分氧化工藝，能耗較高。通過(guò)技術(shù)改造，將合成氨各單元放空尾氣進(jìn)行有效回收，并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，進(jìn)行裝置內(nèi)查漏和消漏，對(duì)降低裝置消耗起到了一定的作用。

合成氨；尾氣；回收

寧夏石化公司一化肥合成氨裝置始建于1983年，包括空分-4111工段（林德可逆式換熱器自清除流程）、氣化-4112工段（德士古油氣化）、碳黑回收-4113工段（德士古）、一氧化碳變換-4114工段、甲醇洗-4115工段（林德）、液氮洗-4116工段（林德）、氨合成-4117工段（拖普索）、氨冷凍及貯存-4118工段。裝置于1988年投產(chǎn)以來(lái)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且實(shí)現(xiàn)了安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造了連續(xù)運(yùn)行383天、年產(chǎn)合成氨39.3萬(wàn)t的運(yùn)行記錄。2003年前后，先后進(jìn)行了兩臺(tái)氣化爐的原料替代改造，由以渣油為原料的德士古非催化部分氧化工藝改為天然氣非催化部分氧化工藝。由于建廠較早，生產(chǎn)工藝上采用具有20世紀(jì)70年代先進(jìn)水平的德士古非催化部分氧化工藝，存在能耗較高的問(wèn)題。

公司積極推進(jìn)節(jié)能降耗各項(xiàng)改造措施的實(shí)施。2013年以來(lái)先后進(jìn)行了合成氨尾氣送鍋爐助燃、壓縮機(jī)入口放空氣回收、CO2變壓吸附放空尾氣回收和裝置內(nèi)查漏和消漏等各項(xiàng)工作，對(duì)裝置的節(jié)能降耗起到了一定的促進(jìn)作用。

1　各項(xiàng)回收措施的實(shí)施情況

1.1回收合成氨尾氣作為鍋爐燃料氣的補(bǔ)充

寧夏石化公司一化肥合成氨尾氣包括4116（液氮洗）尾氣、4118（氨冷凍）尾氣和4119（聯(lián)醇）尾氣。2011年公司通過(guò)技術(shù)改造，將液氮洗尾氣通過(guò)加壓后送天然氣壓縮機(jī)入口，替代一部分原料天然氣作為氣化爐原料，緩解了冬季天然氣壓力低、供應(yīng)不足問(wèn)題。由于尾氣中含有大量的惰性氣體，為防止惰性氣體在系統(tǒng)內(nèi)聚集和累積，尾氣回收并入系統(tǒng)后，回收量控制在4 500 m3/h～5 000 m3/h，保持一定量的放空。為進(jìn)一步回收這部分尾氣，需要通過(guò)進(jìn)一步技術(shù)改造，將尾氣送鍋爐做燃料。4118、4119尾氣由于氣量較小，單獨(dú)回收難度大。通過(guò)制定方案，將這部分尾氣與4116剩余尾氣合并后，送鍋爐做燃料。2014年3月，公司組織對(duì)4116剩余尾氣、4118尾氣和4119尾氣送水汽部鍋爐回收，在減少火炬排放的同時(shí)，節(jié)約了鍋爐助燃的天然氣，達(dá)到了預(yù)期的目的。

表1　合成氨各尾氣組分

圖1　合成氨尾氣回收至鍋爐示意圖

1.2實(shí)施技改措施，減少壓縮機(jī)入口氣體放空

合成氨裝置液氮洗氫氣壓縮機(jī)4116-K1由于壓縮機(jī)打氣量不足，入口始終有一定的放空量，不能有效回收4116液氮洗裝置減壓閃蒸出來(lái)的氫氣，而且設(shè)備老舊造成維修周期長(zhǎng)成本高，檢修期間會(huì)造成大量的氫氣浪費(fèi)。通過(guò)技術(shù)改造，將4116-K1入口氫氣回收至聯(lián)醇裝置配氫管線，可以減少放空損失，達(dá)到有效回收氫氣的目的。2014年7月實(shí)施以來(lái)，回收了4116-K1入口的放空氫氣，達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖2　氫氣壓縮機(jī)4116-K1入口尾氣回收至聯(lián)醇示意圖

1.3關(guān)鍵放空閥查漏和消漏

為減少和消除裝置內(nèi)泄漏點(diǎn)，公司制訂了專(zhuān)門(mén)的查漏和消漏制度，在每次裝置停車(chē)開(kāi)車(chē)后都進(jìn)行重點(diǎn)法蘭等各密封點(diǎn)和安全閥、放空閥等放空系統(tǒng)的檢查和消漏。

合成氨裝置液氮洗放空調(diào)節(jié)閥4116-PCV-18是裝置內(nèi)一臺(tái)關(guān)鍵的放空閥，用于裝置開(kāi)停車(chē)階段的壓力控制。經(jīng)過(guò)裝置內(nèi)放空點(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)此閥存在內(nèi)漏，漏量大約在2 000 m3/h左右。由于此閥閥芯存在一定的磨損，徹底修復(fù)需要很大的投資。經(jīng)過(guò)分析后，決定利用裝置現(xiàn)有流程，對(duì)調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)閥之間投氮塞，減小泄漏損失。2014年3月投用以來(lái)，取得了良好的效果。另外，對(duì)裝置內(nèi)分子篩放空閥4116-XSCV-13等存在內(nèi)漏的放空閥進(jìn)行了檢修，減少了由于閥門(mén)內(nèi)漏造成的產(chǎn)量損失。

1.4CO2變壓吸附放空尾氣回收

CO2變壓吸附裝置（PSA）主要作用是回收公司一化肥甲醇洗硫化氫濃縮塔4115-C3塔尾氣，將4115-C3塔頂出來(lái)的尾氣提壓后送PSA裝置處理后，回收4 000 m3/h的CO2送尿素裝置，剩余尾氣主要成分為氮?dú)猓瑥奈剿敳糠趴眨瑴囟?0℃，壓力0.25 MPa，流量3 000 m3/h。

圖3　關(guān)鍵放空閥4116-PCV-18投氮塞示意圖

4115-C3塔需要低壓氮?dú)鈦?lái)降低塔內(nèi)CO2分壓，使溶解在甲醇中的CO2逐步解吸出來(lái)。低壓氮?dú)鈦?lái)自空分裝置，溫度40℃，流量5 802 m3/h。因此利用PSA放空的氮?dú)鈦?lái)替代部分空分送來(lái)的低壓氮，進(jìn)入4115-C3作為氣體氮是可行的。2014年5月實(shí)施以來(lái)，通過(guò)回收，解決了裝置夏季低壓氮供應(yīng)不足的問(wèn)題。

圖4　變壓吸附放空尾氣回收示意圖

2　各項(xiàng)回收措施的實(shí)施效果

通過(guò)將4116、4118、4119尾氣送水汽部做助燃?xì)猓诒３皱仩t熱負(fù)荷一定的前提下，可以節(jié)約助燃天然氣600 m3/h。回收CO2變壓吸附裝置（PSA）放空的低壓氮?dú)猓谙募究梢怨?jié)約空分裝置外送低壓氮?dú)? 500 m3/h～3 000 m3/h左右，緩解了空分裝置夏季冷量不足的問(wèn)題。通過(guò)裝置內(nèi)查漏和消漏，對(duì)液氮洗放空調(diào)節(jié)閥4116-PCV-18、分子篩放空4116-XSCV-13閥等存在內(nèi)漏的放空閥進(jìn)行消漏，減少了裝置的泄漏損失。

各項(xiàng)回收措施實(shí)施后，對(duì)整個(gè)一化肥合成氨裝置節(jié)能降耗起到了一定的作用。隨著各項(xiàng)回收措施的實(shí)施，2014年8月一化肥重要技術(shù)指標(biāo)噸氨天然氣單耗達(dá)到了905 m3/h，噸氨綜合能耗37.9 GJ的水平。

3　存在的問(wèn)題和下步工作

各項(xiàng)回收措施的實(shí)施和投用，對(duì)整個(gè)合成氨裝置的節(jié)能降耗起到了促進(jìn)作用，使公司一化肥合成氨裝置的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)得到優(yōu)化，綜合能耗達(dá)到并超過(guò)了實(shí)際水平。但是由于各項(xiàng)技改回收措施都采用以物料互送為前提，將本裝置內(nèi)富裕能量合理回收轉(zhuǎn)送到其他裝置的回收思路，所以必須要特別關(guān)注物料互竄的可能。在技改的流程優(yōu)化方面，通過(guò)增設(shè)可靠的單項(xiàng)閥，和必要的緊急速斷閥納入到裝置的停車(chē)聯(lián)鎖并定期進(jìn)行精心的維護(hù)和調(diào)校，才能有效避免物料互竄的可能。另外，在管理上要加強(qiáng)各項(xiàng)改造措施的投用監(jiān)督工作，保障寄給措施能夠長(zhǎng)期投用，才能取得可觀效益。

公司一化肥合成氨裝置采用20世紀(jì)70年代先進(jìn)水平的德士古非催化部分氧化工藝，具有先天不足的問(wèn)題。其中粗合成氣采用激冷流程，無(wú)法副產(chǎn)蒸汽；同時(shí)依靠相對(duì)獨(dú)立的空分裝置提供純氧和氮?dú)猓涮淄钙津?qū)動(dòng)的四大機(jī)組，蒸汽消耗量大造成能耗偏高。要想進(jìn)一步降低裝置消耗，需要采用新型節(jié)能型的制氨工藝。如：Kellogg公司的KREP工藝、Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、ICI公司的AMV工藝、Topsoe工藝［2］。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，以提高氨合成轉(zhuǎn)化率、降低合成壓力、減小回路壓降、合理利用能量，使合成氨綜合能耗能夠控制在35 GJ以?xún)?nèi)，進(jìn)一步降低能物耗和運(yùn)行成本。

［1］蔣德軍.合成氨工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.適用技術(shù)市場(chǎng)，2005，（9）：9-11.

［2］趙博，于剛.高效回收合成氨裝置的尾氣［J］.西部煤化工，2013，（2）：28-30.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.02.029

TQ113.26

A

1673-5285（2015）02-0107-03

2014－12-17

張華，男，2004年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，目前在寧夏石化公司生產(chǎn)運(yùn)行處任工藝技術(shù)員。