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        固定床富氧制氣節(jié)能降耗改造項目可行性分析

        2018-06-27 07:10:40左慶波
        氮肥與合成氣 2018年5期
        關鍵詞:造氣增氧固定床

        劉 明,姚 飛,左慶波

        (1.江蘇德邦興華化工有限公司合成氨分廠,江蘇連云港 222023; 2.阜陽市節(jié)能化工工程有限公司,安徽阜陽 236030)

        江蘇德邦興華化工有限公司一分公司150 kt/a合成氨系統(tǒng),采用固定床制半水煤氣,氣化劑采用空氣,噸氨煤耗為1 190 kg。根據(jù)調研,計劃采用富氧制氣技術進行改造,總投資約為1 800萬元。在空氣中增加氧氣含量,富氧體積分數(shù)為24%~30% ,噸氨煤耗下降約100 kg,達到了節(jié)能降耗、減排環(huán)保和降低生產(chǎn)成本的目的。

        固定床增氧間歇氣化工藝就是在傳統(tǒng)的固定床間歇氣化工藝的基礎上,在進入煤氣發(fā)生爐的空氣中加入O2,通過提高入爐空氣中O2的體積分數(shù)(24%~30%),即提高O2與C的反應速度,縮短吹風時間,其放出的熱量足以滿足C與水蒸氣反應所需要的熱量。當O2濃度達到一定值時,其凈吹風時間為零,增氧空氣與C反應生成的氣體全部回收到氣柜,供合成氨生產(chǎn)的需要,這樣可減少甚至不向大氣排放CO2,減少污染,還可以大大提高煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能力,降低造氣煤耗[1]。

        1 工藝流程

        來自制氧崗位純度為90%(體積分數(shù),下同)左右的O2,經(jīng)自動減壓、調節(jié)閥減壓后進入氧氣緩沖罐,經(jīng)流量計計量,通過氧氣濃度自動調節(jié)閥按要求調節(jié)入爐空氣總管純度為90%的O2進入混合罐,與來自鼓風機的空氣混合,再進入增氧空氣總管,增氧空氣中O2的體積分數(shù)為24%~30%[2-3]。通過造氣優(yōu)化DCS系統(tǒng)依次間歇進入各煤氣發(fā)生爐,作為氣化劑與煤氣發(fā)生爐中的碳發(fā)生反應,供煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)半水煤氣,半水煤氣經(jīng)除塵、降溫后進入氣柜供后工段使用[4-5]。

        2 工藝特點

        富氧制氣采用變壓吸附裝置制取氧氣,裝置運行穩(wěn)定可靠。產(chǎn)生的氧氣為低壓氧氣,送入造氣崗位使用前為25%左右富氧,因造氣工序為甲類廠房,純氧管道就不進入甲類廠房內。

        在采用富氧技術后,同樣的產(chǎn)熱能力,入爐空氣量減少25%以上,CO2排放量將減少,節(jié)能減排,符合國家環(huán)保要求。

        變壓吸附改造老系統(tǒng),對原有造氣裝置基本不做改變,配氧系統(tǒng)在造氣裝置外,且變壓吸附制氧裝置屬獨立的系統(tǒng),制氧裝置檢修,轉為空氣制煤氣,不會影響造氣工序正常生產(chǎn),系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

        3 同類廠家應用情況

        目前,富氧制氣節(jié)能減排效果比較明顯的企業(yè)有安徽金禾化工、江蘇華爾潤化工、河南心連心有限公司等,最終選擇了安徽金禾化工、江蘇華爾潤進行了考察研究。

        江蘇華爾潤化工采用5 000 m3/h變壓吸附空分裝置,通過管道送至造氣工段進行增氧間歇工藝改造,于2009年11月底完成改造,12月初投入運行,12月底即達到工藝改造預期的目標。改造完成后,增氧間歇氣化工藝相對于常壓空氣間歇氣化工藝的增氧空氣氧體積分數(shù)提高至25%左右,純放熱放空反應時間減少了10%~15%,單爐發(fā)氣量提高近20%,噸氨煤耗130 kg,下降了11%以上,爐渣中殘?zhí)假|量分數(shù)降低30%以上,上行溫度還略低于原工藝條件。顯然,潛熱損失明顯降低,C與O2的完全燃燒反應明顯得到促進,放熱反應熱效率明顯提高,CO2與CO的比值在同等煤質、同等設備條件下由1.823提高至1.895,提高了4%;噸合成氨減少純CO2排放 122 m3。

        安徽金禾化工造氣工段使用小籽白煤,產(chǎn)地均在焦作、晉城,原料煤采用劣質白煤,2015年上半年投產(chǎn)1套5 000 m3/h變壓吸附制氧裝置,變壓吸附裝置制氧含量約83%(體積分數(shù))。富氧制氣工藝投用后,噸氨白煤消耗由1.18 t降低至1.08 t,降低了100 kg,合成氨產(chǎn)能提高10%以上。

        4 投資情況及經(jīng)濟性分析

        10臺Φ2 650mm造氣爐,9開1備,年產(chǎn)合成氨150 kt。投資1套4 000 m3/h變壓吸附空分裝置約1 600萬元、工藝管道配置費用約150萬元、自動化控制改造費用約50萬元,合計總投資約1 800萬元。傳統(tǒng)固定床間歇氣化與固定床增氧間歇氣化工藝參數(shù)對比見表1。

        表1 傳統(tǒng)固定床間歇氣化與固定床增氧間歇氣化工藝參數(shù)對比

        由表1可知:目前,變壓吸附裝置噸氨耗氧約110 m3,氧氣價格0.6元/m3,系統(tǒng)產(chǎn)氨18.75 t/h,全年產(chǎn)量約150 kt,變壓吸附裝置投產(chǎn)后,噸氨經(jīng)濟效益約54元,則年經(jīng)濟效益約810萬元。

        經(jīng)核算,傳統(tǒng)工藝下每生產(chǎn)1 t合成氨產(chǎn)生2 323 m3吹風氣,CO2體積分數(shù)在15.5%;在25%增氧工藝下每生產(chǎn)1 t合成氨產(chǎn)生1 323 m3吹風氣,CO2體積分數(shù)在18%,則年可減少CO2排放19 508 000 m3,投資回收期為2.2年。

        5 結語

        富氧連續(xù)氣化是一種節(jié)能技術,其原理在于提高空氣中氧氣濃度,入爐富氧空氣總量減少,減少熱量損失,降低煤耗;其次,縮短固定床間歇制氣中吹風時間,減少吹風帶出熱量總量;再者,富氧空氣進入造氣爐后,提高煤與O2的反應速度,反應效率增加,有利于造氣爐的蓄熱?;诖嗽恚瑤砹艘韵鹿?jié)能降耗、降低成本等優(yōu)勢:①富氧制氣投用后,噸氨白煤消耗由1.18 t降低至1.08 t,降低了100 kg;②合成氨產(chǎn)能提高10%以上,銷售收入提高,同時整個固定費用相對下降;③單爐產(chǎn)氨量增加,固定床造氣爐開爐數(shù)至少1~2 臺,維修費用、輔料費用下降。

        江蘇德邦興華化工有限公司造氣工序采用了固定床氣化老工藝,后面配套低壓凈化,變換、壓縮等工序,如果在此基礎上將技術路線升級改造為水煤漿等連續(xù)氣化,后工段基本需要拆除,改為新技術,動作幅度太大,且影響公司現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)任務。而富氧氣化技術,適用于固定床工藝改造,在維持原有裝置不變的基礎上,與現(xiàn)有裝置無縫銜接,能夠保證穩(wěn)定生產(chǎn),投資小,見效快。

        [1] 錢伯章.增氧間歇氣化助合成氨降耗降本[J].大氮肥,2014(6):426- 426.

        [2] 張鵬,龔普勤,王天峰,等.利用空分富余純氧進行固定床增氧制氣改造及總結[J].河南化工,2016,33(8):57- 58.

        [3] 顧朝暉,周翔,曹重陽,等.固定床增氧制氣管道施工總結[J].氮肥技術,2016,37(5):20- 21.

        [4] 曹襄宜,謝冠斌,李素平.合成氨兩步法固定床塊煤富氧制氣[J].化肥工業(yè),2003,30(4):44- 48.

        [5] 黃文安,令狐瓦奇.固定層煤氣爐富氧制氣技術探究[J].小氮肥,2015,43(11):19- 20.

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