改变加氮位置提高合成氨产能的措施

李宏，肖聪，杨晓勤，蒋远华

(湖北宜化集团有限责任公司湖北宜昌443000)

摘要：因受制气工艺改变的影响，低温甲醇洗工段的气体处理量下降，导致合成氛产能无法达到满负荷生产要求，为此改变了原工艺加氮位置。经严谨的科学计算，得出了合理的气化炉循环周期时间以及氮气调整比例。改造后，有效气含量明显提高，合成氨产能得到提升，达到了增产节能的目的。

关键词：煤制气合成氨氮气增产节能

中图分类号:TQ113.2;TQ546.8          文献标识码:B                         文章编号:1006-7779(2016)01-0046-U3

Measures for Promoting Synthetic Ammonia Production by

          Changing Nitrogen Addition Position

Li Hong，Xiao Cong，Yang Xiaoqin，Jiang Yuanhua

(Hubei Yihua Group Limited Liability Company  Hubei Yichang  443000)

Abstract   Affected by gasification process change，gas treatment capacity of low- temperature methanol wash section declines，resulted in ammonia synthesis production capacity failing to meet the requirements of full-load operation，so the nitrogen addition position of the original process is changed. Through strict  scientific calculation，the rational cycling time of gasifier and nitrogen adaptive proportion are obtained. After the revamp，the content of effective gas is increased significantly，synthetic ammonia production capacity is promoted，attaining the aim of energy saving and production mcreasmg.

Keywords：coal gasification synthetic ammonia nitrogen increase production and save energy.

    近年来，随着合成氨产业的不断发展壮大，大批新装置投人运行;同时，一些老的中、小型合成氨生产企业在原合成氨装置的基础上进行了优化改造，大部分装置在改造后实现了产能增长和消耗下降，但部分装置因受制气工艺改变、部分工段不能进行改造等因素影响，优化改造不能实现满负荷运行。

    湖北宜化集团有限责任公司也存在类似的状况，集团下属合成氨类子公司中，湖北双环公司和新疆宜化公司因低温甲醇洗工段气体处理量的限制，合成氨装置无法达到满负荷生产要求，后经技术改造，将从空分装置引人的N:经加压后补人低温甲醇洗工段，使合成氨产量增加10%、吨氨电耗下降30 kW·h。1装置存在的问题

       湖北双环公司原设计合成氨产能1 000 t/d ，2013年5月，为解决整套装置稳定运行问题，进行了煤制气改造。湖北双环公司改造前、后气体成分见表1，新疆宜化公司富氧连续制气气体成分见表2。

       由表1可见：改造后，进人低温甲醇洗工段的CO₂含量降低，导致甲醇贫液温度和气体处理量下降，合成氨生产能力只能达到900 t/d。

       由表2可见：改变加氮位置前，新疆宜化公司300 kt/a合成氨装置因煤气中CO₂含量偏高、有效气(CO+H₂)含量偏低，压缩机低压段至低温甲醇洗工段的相对产氨能力偏低，只能达到950 t/d。

2提高产能的具体措施

       湖北双环公司和新疆宜化公司采用的脱硫和脱碳工艺均为低温甲醇洗工艺，因此配备有空分制氮装置，用于低温甲醇洗工艺的气提再生。由于空分装置生产的N₂有富余，因此考虑将富余的N₂经氮压缩机加压至3. 0 MPa后直接补入低温甲醇洗工段后部，以减少制气补氮量，提高有效气含量，从而在相同的气量下相对提高压缩机、变换、低温甲醇洗工段的产氨能力。空分装置副产的O₂则可用于锅炉烟气脱硫、制气补氧和液氧出售。

       湖北双环公司和新疆宜化公司的工艺流程相同，加氮位置改变前、后工艺流程见图1

3加氮位置改变前、后物料衡算

    3.1氨合成反应需要的H₂和N₂。

       按照氨合成化学反应式，吨氨H₂和N₂消耗量见表3。

3. 2氮合成反应的氢氮比调节

      不同煤制气工艺的氢氮比调节方法不同，湖北双环公司的固定层上下吹交替制气工艺调整前，通过增减吹风气回收和上吹加氮时间来调节氢氮比。

      新疆宜化公司的固定层富氧连续上吹制气工艺调整前，通过改变富氧浓度来调节氢氮比。这2种工艺调整后，都尽可能多地在低温甲醇洗工段后部配氮以调节氢氮比。

3.3调整原则及计算

3.3.1调整原则

      为尽可能减轻工艺调整对制气煤耗的影响，必须选择合适的减氮方式。半水煤气生产过程的效率是吸热反应与放热反应的热量平衡问题，简化处理可归结为C+H₂O的吸热与C+O₂的放热之间的热平衡。为保证合成氨生产(CO+H₂ ) /N₂≈3:1(物质的量比)的要求，固定层上下吹交替制气工艺调整原则:①稳定吹风时间、制气加氮时间不变;②尽可能减少造气吹风气回收(甚至吹净回收)中煤气的量，以减少氮气补入量。固定层富氧连续上吹制气调整原则:①保证H₂O；O₂物质的量比不变;②尽可能提高氧浓度。

 3.3.2可补入N₂量的上限计算

 (1)固定层上下吹交替制气

     理论吹风气成分:ψ(CO₂)16.96%，ψ(O₂)0. 40%，ψ(CO)5 .45 %，中(H₂)2. 90%，ψ(CH₄)0. 72%ψ(N₂)73 .57%。

     理论加氮水煤气成分：ψ( CO₂ ) 7. 80%，ψ(O₂)0. 35%，ψ(CO)31 .75%，ψ(H₂)41.50%，ψ(CH₄)0. 78%，ψ(N₂)17.82%。  

 按吨氨耗有效气(CO+H₂) 2 100 m³(标态，下同)计，则吨氨耗加氮水煤气量为2 867m³。吨氨加氮水煤气中含N₂511m³，则吨氨高压段需补入N₂= 700-511=189 ( m³)。

 故对固定层上下吹交替制气工艺，吨氨氮气调配量为0-189 m³。

 (2)固定层富氧连续上吹制气

 理论上说，当固定层富氧连续上吹制气工艺采用纯氧制气时，补入的N₂量最大，因此，吨氨N₂的调配量为0～700m³，实际补入量取决于产量增加与用纯氧量成本之间的效益差。

4运行效果

      湖北双环公司每小时在低温甲醇洗工段后部补人3 700 m³ N₂后，煤气中ψ(CO+H₂)增加5.0% ,氨产量从900 t/d提高至950t/d。日产合成氨量上升50 t后，吨氨固定成本分摊降低21元，按年生产350d计，折年增加经济效益700万元。

      湖北双环公司加氮位置调整前、后煤气主要成分含量对比见表4。    新疆宜化公司每小时在低温甲醇洗工段后补人4100m³ N₂后，煤气中ψ( CO+H₂)增加2.4% ,氨产量从950t/d提高至1 050t/d。日产合成氨量上升100 t后，吨氨固定成本分摊降低65元，按年生产350d计，折年增加经济效益2 352万元。

       新疆宜化公司加氮位置调整前、后煤气主要成分含量对比见表5。

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