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合成氨节能系统分析
合成氨系统节能分析
摘要:通过热力学分析对流程进行了更为全面和深入的能耗分析,考察了合成氨工艺流程的大能耗单元,发现了合成氨工业进一步节能的潜力所在.从能量的梯级利用概念出发对炯分析结果进行讨论,进而指出该系统节能降耗的新途径和方向.结果表明,热力学分析方法可成为未来节能工业应用的主要方法.新建合成氨系统采用两段式加压干煤粉气化、耐硫变换及低温甲醇洗气体净化、液氮洗合成气精制、低压(15.0 MPa)氨合成、串级斯科特硫回收以及氨法烟气脱硫等国内外先进的工艺和技术。通过采用洁净煤气化和能源梯级利用技术对企业进行原料和动力结构调整,实现原料煤多元化。降低了成本,提高了效益。整套装置工艺先进。技术可靠,具有节能、环保、经济、可持续发展等优点。
关键词:合成氨*节能
现阶段我国中小型化肥厂每吨NH。的能耗在44~77 GJ之间,而国外先进的制氨工艺的能耗已降到每吨30 GJ左右。合成氨系统以实现企业的可持续发展。通过1年多的调查与论证,在充分了解当今各种煤气化技术、净化技术、合成技术的基础上,决定采用两段式加压干煤粉气化技术,后工序采用耐硫变换及低温甲醇洗气体净化、液氮洗合成气精制、低压(15.0 MPa)氨合成、串级斯科特硫回收以及氨法烟气脱硫等国内外先进的工艺和技术。主要工序能耗分析如下。
1 气化工序
1.1气化原理:在两段式加压干煤粉气化炉(图1)中,第l反应区(下段)喷人煤粉和返炭及气化剂(0:+H:O);第2反应区(上段)送入煤粉和蒸汽,在此利用来自第l反应区的高温煤气显热进行煤的裂解及部分气化,在降温方面所起的作用大致相当于一段炉的循环冷煤气急冷。与一段炉相比,采用两段式加压干煤粉气化炉可降低氧耗约10%、省去庞大的辐射式废锅、节省循环冷煤气的压缩功耗。
1.2工艺流程:两段式加压干煤粉气化工艺流程如图2所示。原料煤经煤机磨碎至符合要求的粒度以后,有热风炉的热烟气将煤粉干燥至含水质量分数小于2%;采用高压N2将煤粉加压并通过管道送入气化炉烧嘴;煤粉与来自空分装置的O2在高温高压的气化炉中发生部分氧化反应,生成以(CO+H2)为主要成分的合成气,在经回收热量、湿法洗涤,获得符合要求的合成气送入下游装置。
1.3技术特点:(1)干煤粉进料,冷水壁结构,气化炉内无传动部件,运转周期长,无需备用炉。(2)气化温度高(1400-1500℃),碳转化率99%,有效气(CO+H2)体积分数在85%左右,不含重烃,甲烷含量极低;氧耗低15%-25%,因而可减少配套的空分装置投资。(3)冷煤气效率77%-83%,总热效率在98%左右。(4)气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒,性质稳定,对环境几乎没有影响。气化污水中含氰化物少,容易处理。(5)关键设备寿命长:气化炉(水冷壁)10年(正常操作),进料烧嘴10年(烧嘴端部每年最多维修2次),密相进料系统15年,水冷壁25年。
1.4工艺参数比较:几种不同煤气化工艺参数比较见表1。
1.5能耗比较:几种不同煤气化工艺能耗比较见表2。
2 变换工序
传统铁系中高温变换催化剂必须在变换前设置湿法脱硫工段,先低温脱硫,再升温变换,还需补加中压蒸汽,能耗必然增加。本工程采用适合高水汽比的耐硫变换催化剂,来自气化洗涤塔的高温水煤气无需降温直接变换,而且热回收效率高,能耗较低;充分利用水煤气及变换气温度的不同,分别副产3.8,1.0和0.3 MPa饱和蒸汽;利用变换气本身的热量加热所副产的4.0 MPa饱和蒸汽至过热(380℃),使其转化为更高品位能量;利用变换气低温段热能加热锅炉给水及脱盐水,使其低品位能量得到利用,节约了蒸汽;在催化剂升温还原时,利用中温换热器将低温N:与高温N:换热后再进电加热器,以减小设备的规格并节省电耗。
3 低温甲醇洗
低温甲醇洗脱除酸性气体属于物理吸收过程,对酸性气体的吸收能力强,尤其是在高压、低温下对高浓度酸性气体吸收能力特别强,经过一次净化就能将粗煤气中高浓度的酸性气体吸收干净。该工艺还可以脱除粗煤气中的COS,HCN,H,O以及石脑油等杂质,因此可以将CO变换设置在低温甲醇洗之前,这样就可以缩短气体净化流程。本装置采用国内低温甲醇洗专利技术。此技术是针对林德技术研发的,比林德工艺更节能,主要体现在甲醇循环量、深冷负荷、热再生负荷以及电耗均比林德工艺减少约10%。另外,采用高效绕管式换热器,使装置内的冷量和热量均得到合理利用。在绕管式换热器壳程增加低压N:管线,用于吹除附着在壳程绕管上的杂质,可使低温甲醇洗工段的冷热区甲醇充分换热,避免冷量从冷区带入热区以及热量从热区带入冷区,有利于降低蒸汽和冷冻剂的消耗。低温甲醇洗与液氮洗联合使用,其工艺流程更为经济合理。
4 硫回收工序
硫回收采用串级斯科特工艺技术。该技术将工艺过程中产生的含H:
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