合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯產工藝的應用

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合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯產工藝的應用

張亮葛精訊劉建軍

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司稷山分公司山西稷山043200)

山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司稷山分公司的前身為稷山縣化肥廠，經過多年的技術改造和發展，現具有年產65 kt合成氨、180 kt純堿、200 kt氯化銨、25 kt三聚氰胺以及80 kt碳酸氫銨的生產能力。

1合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯產工藝

圖1合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯產工藝流程示意

合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯產工藝流程示意見圖1。

造氣系統采用以無煙塊煤為原料的固定層造氣技術，在高溫條件下，以空氣和蒸汽為氣化劑發生氣化反應，產出合格半水煤氣輸送至脫硫系統。

脫硫系統采用PDS脫硫。氣柜出口的半水煤氣經靜電除焦后去羅茨風機加壓(40.0～46.7 kPa)，然后經洗滌塔降溫至35 ℃去脫硫塔脫除H2S，再經洗滌塔、分離器和靜電除焦后的半水煤氣[H2S 為80～100 mg/m3(標態)，35 ℃]去壓縮系統，脫硫液再生后循環使用。

變換系統采用全低變工藝，半水煤氣中的CO在約350 ℃、鈷鉬催化劑作用下，與水蒸氣進行變換反應生成CO2和H2，制得合格變換氣；經變脫系統進一步脫除H2S后，送到變換氣制堿系統。

進入變換氣制堿系統的變換氣經冷卻分離油、水后，送入外冷塔底部進行碳化反應，制取顆粒粗大的碳酸氫鈉結晶，頂部出氣(碳化塔尾氣)通入副塔底部經洗滌后送精脫硫系統。

精脫硫系統來的原料氣中含有少量的CO和CO2，在銅基、鎳基催化劑作用下，CO，CO2和H2作用生成甲醇、甲烷，使精煉氣中φ(CO+CO2)<10×10-6。

由壓縮系統送來30～45 ℃的新鮮補充氣經氨分離器、氨冷器、冷交換器后進入循環機加壓，加壓后的氣體經油分離器分離油污，然后一路經主閥由頂部進入合成塔，另一路經副閥自塔底直接進入合成塔中心管，在氨合成塔內生成合成氨。

以從合成氨系統氨冷器過來的氨氣為載氣，經預熱后進入流化床反應器，在反應溫度為380～400 ℃的條件下，液態尿素在催化劑——硅膠/硅鋁膠的作用下，生成三聚氰胺、NH3和CO2；經處理后，三聚氰胺冷卻析出分離，反應尾氣直接送到純堿和氯化銨的母Ⅰ、母Ⅱ(MI和MII)吸收崗位。

從循環法三聚氰胺系統出來的尾氣與純堿煅燒爐氣中的CO2反應生成碳酸氫銨。

2全廠物料平衡

圖2　全廠物料平衡示意

全廠物料平衡示意見圖2(此工藝物料平衡計算按噸純堿耗氨0.355 t、噸三聚氫胺耗尿素3.07 t、噸三聚氫胺產生的尾氣中含氨量和三聚氫胺裝置出口載氣中含氨量共1.02 t、噸三聚氫胺需反吹氨量0.25 t、噸碳酸氫銨耗氨0.22 t計)。

3運行總結

氯化銨的MI吸氨的目的是降低母液中溶解度較小的重碳酸鹽的含量，從而降低NH4Cl相變溫度，降低冷析制冷負荷，所以，理論上應用純氨吸收。但純氨氣作為載氣，經過一步法三聚氰胺系統后，氣體中包含了CO2，控制氨I(AI)溶液游離氨 (FNH3)2.40～2.65 mol/L，結合氨 (CNH3)≥3.6 mol/L，總氯(TCl)在5.3～5.7 mol/L，CO2在2.5 mol/L，可維持氯化銨正常生產。

一步法三聚氰胺尾氣與純氨混合后被MII溶液吸收，吸氨的同時，也吸收了CO2， AII溶液中CO2含量增大，相當于已進行了預碳化，工藝控制AII溶液指標為FNH3在3.15～3.50 mol/L、CNH3在1.80～2.10 mol/L、TCl在5.05～5.40 mol/L、CO2在1.00～1.40 mol/L。否則，碳化過程中會產生大量的細堿，給重堿過濾操作造成困難，即：重堿含水量增大，煅燒蒸汽消耗高，收率下降，洗滌操作困難，破壞母液系統的平衡；大量的細堿穿過濾網進入MI，從而通過AI進入結晶系統，嚴重時可造成AII溶液的熔疤(碳酸氫鈉)能力下降，增加了倒塔和煮塔的次數，煮塔水水量隨之增加，蒸汽消耗增大。

循環法三聚氰胺尾氣用脫鹽水吸收，制成合格的氨水(總氨濃度達到9 mol/L)送至碳酸氫銨碳化塔內與純堿煅燒爐尾氣中的CO2反應生成碳酸氫銨，反應后母液中CO2應控制在4.0～4.5 mol/L，以維持正常的碳酸氫銨生產。

4結語

近幾年的生產實踐證明，生產1 t三聚氰胺可副產約0.8 t氨和約1.0 t CO2，這些氣體參與聯堿生產中的吸氨和碳化反應，噸氨生產成本可降低800元左右，噸純堿生產成本降低260元左右。利用合成氨裝置的氨氣作為三聚氰胺的載氣，三聚氰胺反應尾氣與載氣混合后輸送至聯堿系統生產純堿、氯化銨，循環法三聚氰胺中的尾氣與純堿煅燒爐尾氣反應生成碳酸氫銨，屬于循環經濟的典型示范項目，在原料、產品、副產物及排放的廢物形成物質、能量的生態產業鏈，推動不同產業鏈的延伸和耦合，提高了資源的產出效率，實現了企業內部、產業之間資源的梯級循環流動和利用。

(收到修改稿日期2015- 06- 11)