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1、 工艺技术方案选择5.1 合成氨工艺技术方案5.1.1合成气原料路线确定的原则 选择生产合成气的原料，可以从原料储量、现有生产能力、成本、投资费用与技术水平等来综合考虑。 从技术水平上看，以煤或天然气、重油等为原料制合成气的生产工艺都比较成熟，国内外都有工业化装置在运转。油、气、煤是生产合成气的三大主要原料，由于不同国家和地区资源条件的差异，不同时期原料供应和价格的变化，合成气的原料路线也随之改变。国外多以油、气为主，除南非等少数国家外，一般不以煤为原料。我国由于煤炭多、气少、缺油的能源结构及其他原因，使以煤为原料建设合成气装置成为一种主要发展方向，本项目合成气配套装置所需原料以煤为原料。5.
2、1.2 煤气化工艺技术方案的比较和选择本方案在总结国内氮肥生产现有工艺流程的特点上，进一步采用氮肥行业各种节能、降耗措施，发挥建厂投资省，技术新，见效快的优势，力求做到设计切实可行，又安全，环保，先进，节能。5.1.2.1 煤气化在以煤为原料生产合成氨的工艺中，煤的处理及气化部分所占总投资比例较高，因而选择合适可靠的煤气化工艺对项目影响较大。工业上以煤为原料生产煤气已有百余年历史。煤气化工艺已从第一代常压煤气化工艺发展到第二代加压气化，两代气化工艺之间有很大差异，主要表现在早期的煤气化大都使用焦炭、块煤和小粒煤为原料,随着采煤机械化程度提高，粉煤量已占50%以上，这部分粉煤资源不能有效利用。针
3、对第一代煤气化工艺的不足，煤气化工艺向原料粉煤化、气化压力加压化方向发展。特别是自20世纪80年代以后，随着“煤的洁净气化”和“煤气化联合循环发电”的发展，采用先进的气流床反应器、以粉煤为原料、大型化的加压气化工艺成功地实现了工业化，成为煤气化技术的主流。现在比较先进的第二代煤气化工艺技术主要有：荷兰壳牌公司的SCGP粉煤加压气化工艺、德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺、美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺、美国Dynegy公司的Destec加压气化工艺、德国Lurgi公司的Lurgi碎煤加压气化工艺等。在水煤浆加压气化工艺中，美国Dynegy公司Destec工艺的技术指标较好，但操作经验
4、较少，商业应用不多。Texaco工艺在中国的化肥工业中有一些应用的业绩。Shell公司的SCGP粉煤加压气化工艺，是近年发展起来的先进煤气化工艺之一，已被成功地用于荷兰联合循环发电工厂的商业运营。目前国内已有湖北双环、广西柳化、大连大化、中石化湖北分公司、洞氮、安庆、云南天安、云南沾化、神华、河南永城、河南中原大化、大唐国际等多套装置在建或已投入运行。（一）德士古（Texaco）水煤浆气化工艺Texaco水煤浆气化工艺为第二代先进煤气化技术。美国Texaco公司很早就开发了以天然气和重油为原料生产合成气技术，经多年研究以后，推出了水煤浆气化工艺。该工艺采用水煤浆进料、液态排渣、在气流床中加压气
5、化，水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。国内引进的渭河、鲁南、上海焦化、淮南四套装置，现均已投运，Texaco水煤浆气化工艺具有如下特点：（1）对煤种有一定适应性。除了含水高的褐煤以外，各种烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣均可作为气化原料，以年轻烟煤为主，对煤的粒度、粘结性、硫含量没有严格要求。但是，国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质仍有一定的选择性：气化用煤的灰熔点温度t3值低于1350时有利于气化；煤中灰分含量不超过15%为宜，越低越好，煤的热值高于26000kJ/kg，并有较好的成浆性能，使用能制成6065%浓度的水煤浆之煤种，才能使运行稳定，又较为经济，并能充分发挥技术优势。（2）气化
6、压力高。工业装置使用压力在2.86.5MPa之间，可根据使用煤气的用途加以选择。（3）气化技术成熟。制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化炉为专门设计的热壁炉，为维持13501400温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。热回收有激冷和废锅两种类型，可以煤气用途加以选择。（4）合成气质量较好。其有效组分（CO+H2）含量占80%，甲烷量0.1%。碳转化率9598%。冷煤气效率7076%，气化指标较为先进。由于水煤浆中含有3540%水分，因而氧气用量较大。（5）对环境影响较小。气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物，故废水治理简单，易达到排放指标。高温排出的融渣，冷却固化后可用
7、于建筑材料，填埋时对环境也无影响。（二）壳牌（Shell）干煤粉气化工艺壳牌（Shell）干煤粉气化工艺是壳牌（Shell）公司开发的煤粉气化工艺，具有鲜明的技术特色，是当前先进的第二代煤气化工艺。早在1972年就开始基础研究，1978年德国汉堡壳牌150t/d投煤量中试装置运行几年并取得丰富的基础数据。1987年在美国休斯顿建设了一套投煤量250t/d的示范装置，在此示范装置中壳牌公司使用了十几种煤，包括烟煤、无烟煤、褐煤、石油焦等，其运行表明，该示范装置能适应上述所有煤种并累计运行了15000小时。在取得大量数据基础上，于1993年在荷兰建在日处理煤量为2000吨的单系列大型气化装置，19
8、94年首次将生产的煤气用于发电，并且使用了多种世界各地煤种，取得了丰富的数据。该煤气化装置用于联合循环发电经过3年示范运行，已于1998年1月正式交付用户使用，气化装置连续运转率达95%，其负荷可在40100%之间调整，生产操作数据表明已达到预期目标。壳牌粉煤气化工艺具有如下特点：（1）采用干煤粉作气化原料，煤粉用惰气输送，操作十分安全。对煤种的适应性比较广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用；对煤的灰熔点适应范围比其它气化工艺更宽，即使是高灰分、高水分、高硫的煤种也能使用。（2）气化温度高，一般在14001600，碳转化率高达99%，合成气质量好。煤气中甲烷含量极少，不含重
9、烃，CO+H2达到90%。由于气体中有效组分高，煤气总量有所减少，因而气化消耗煤量也可降低。（3）氧耗低。采用干煤粉进料与水煤浆气化相比不需在炉内蒸发水分，氧气用量因而可减少1525%，从而降低了成本。配套空分装置规模相对缩小，投资可相应降低。（4）气化炉采用水冷壁结构，无耐火砖衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用维持量很小，运行周期长，也无需设置备用炉。商业化运行单台炉日处理煤量已达2000吨，目前，正在设计更大规模的装置。（5）每台气化炉设有46个烧嘴，故对生产负荷调节比GSP或Texaco单个烧嘴更为灵活，范围也更宽。Shell烧嘴保证寿命为8000小时，已超过连续16000小时运
10、行。烧嘴的使用寿命长，也是气化装置能长期运行的一个重要保证。（6）热效率高。Shell煤气化的冷煤气效率达到7883%，其余15%副产高压或中压蒸汽，总的原料煤的热效率达98%，处于很高水平。（7）对环境影响小。气化过程无废气排放。系统排出的融渣和飞灰含碳低，可作为水泥等建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水不含焦油、酚等，容易处理，需要时可作到零排放。（三）鲁奇（Lurgi）碎煤加压气化鲁奇碎煤加压气化技术产生于20世纪40年代，是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术，运行中的气化炉达数百台。鲁奇气化炉生产能力大、煤种适应性广，主要用于生产城市煤气。生产合成气的厂较少。我国云南解化集团和山西
11、天脊集团采用该技术生产合成氨，解放军化肥厂为年产30万吨合成氨。但鲁奇气化炉生产合成气时，气体成份中甲烷含量高（8-10%），且高焦油、酚等物质，气化炉后需设置废水处理及回收、甲烷分离转化等装置，用于合成气生产流程长、投资大，因此，单纯生产合成气较少采用鲁奇气化炉。以上三种气化工艺技术比较如下：国外不同气化工艺技术性能比较表项目Texaco法Sell法Lurgi法气化炉参数炉膛内径/m1.67-3.0484.52.4-5.0气化炉炉体高度/m14.27-19.8512-13.2气化煤种低灰熔类烟煤烟煤褐煤，烟煤入炉煤粒度mm0.076占70%0.15占90%5-50入炉煤含水量%（质量系数）3
12、0-402.013气化炉进煤量/td-1500-2000400-2000气化条件气化压力/MPa3.8-6.52.0-4.02.5-2.9气化温度/1400-15001400-1700950-1100入炉蒸汽温度/不加蒸汽250400加煤方式水煤浆干煤碎煤消耗定额氧气消耗率/m3(标)kg-1(煤)0.62-0.650.56-0.570.15-0.20蒸汽消耗率/kgkg-1(煤)00.13-01.511.1-1.4粗煤产气率/m3kg-1(煤)1.9-2.11.7-1.861.4-1.6干煤气组成/(v%)H235-3626-2838-39CO45-4661-6315-18CO217-181
13、.3-1.831-32CH40.02-0.030.01-0.0210-12N2+Ar0.7-0.84.3-5.41.2-1.5O20.1-0.20.10.15-0.30CO+H280-8289-9253-57干煤气的低热值/MJ(m3)-1(标)9.6-9.7210.5-11.010.2-10.5以上气化技术虽然技术先进，却也有技术复杂及关键设备需要引进，投资大的缺点，建厂周期长，本工程不考虑以上技术。（四）国内煤气化技术国内中小型企业常用的几种煤气化技术中，常压固定床气化技术成熟且投资少，二十世纪六十年代以来，一直是我国中、小氮肥企业煤制气的主要方法。这种方法要用无烟块煤或焦炭为原料。国内可
14、以用于工业生产的烟煤气化工艺技术是灰熔聚流化床粉煤气化技术和恩德炉粉煤气化技术。恩德粉煤气化技术是朝鲜“七、七”化工厂在二十世纪五十年代从苏联引进德国温克勒（winkler）粉煤气化技术的基础上，结合该国实际情况，经改造而成的新型煤气化技术，在朝鲜用于气化褐煤合成气生产合成氨、甲醇（已停产）。1996年抚顺市黎明机械厂引进了该技术，并结合我国国情进行了开发和完善，提高了技术水平。于2001年初在江西景德镇焦化厂，建成了一套2.5m气化炉，产气量为10000Nm3/h的气化装置，生产低热值工业燃料煤气，煤气热值为4389kJ/Nm3（1048kcal/Nm3）。吉林长山化肥集团公司建设的2台恩德
15、粉煤流化床气化装置于2003年12月投产。2004年2月下旬进行了实际运行数据测试。由于运行时间较短，消耗指标较高，煤气夹带粉尘量大，污水处理量大，有待进一步改进提高。黑龙江黑化集团有限公司合成氨装置技术改造安装一台恩德炉，用以代替UGI气化炉3台，已投入使用。恩德炉要求使用活性高的褐煤、长焰煤、气煤作原料，对挥发份低于20%的瘦煤、贫煤和挥发份低于10%的无烟煤则不适用。灰熔聚流化床粉煤气化技术，由陕西联合煤气化工程技术有限公司进行总体规划和协调，于2001年6月建成并开始化工试车，2002年2月完成了示范装置的实验，取得了工业化示范成果。2002年3月，陕西省科技厅、省计委、省环保局，组织
16、专家组，进行了72小时考核，对该装置进行了技术成果鉴定，鉴定结果表明：该技术原料煤消耗较高。我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，开发出了具有中国知识产权的煤气化技术。华东理工大学会同鲁南化肥厂等单位合作开发了水煤浆四喷嘴撞击流气化技术，该技术氧耗、煤耗比德士古气化技术低，碳转化率可达98，有效气体成分（COH2）8385，这些指标均比德士古气化技术高。从水煤浆制备、纯氧气化、灰水处理等试验中取得工艺流程的优化，最终工艺条件的选择、设备材料的选择、自动控制，软件开发等一系列工程数据。采用该技术建立的日处理煤量20吨的工业性试验装置已运转400小时以上，并经过72小时考核，取得了国家专利，经过
17、科技部组织的评审与验收。为配合水煤浆气化的研究试验工作，洛阳材料研究所研究制成了水煤浆气化的耐火砖，原化工部化工机械研究所开发了二流道、三流道的烧嘴，重庆热工仪表研究所开发了适于水煤浆气化的测温度计等。这一系列科研成果得到了化工部科技司、国家科委的大力支持和技术鉴定，为今后我国水煤浆气化工程应用奠定了基础，也为工程设计提供了基础数裾。因而水煤浆气化技术经过我国有关科研、设计、生产、制造部门的多年研究，已基本掌握该技术，并能设计大型工业化装置，国产化率达90%以上。（五）推荐的气化工艺技术方案根据以上煤气化工艺的分析，能够选用的煤气化工艺不多，根据耀隆公司实际情况，对技术扬长避短，选用型煤固定层
18、气化工艺。该工艺在传统工艺基础上采取以下改进措施：采用吹风气回收和吹风气脱硫技术，副产蒸汽和消除污染；造气炉渣回烧和供循环流化床锅炉利用；采用自动加煤、蒸汽优化等先进技术改造传统工艺；积极开发富氧连续气化工艺，提高气化效率，彻底解决吹风气污染问题，为我国煤气化技术升级作贡献。到富氧连续气化技术的发展，本项目留有空分和煤气化装置改造预留场地。5.1.2.2工艺流程简述1). 型煤制备以煤为原料合成气生产方面，国内常用常压固定层气化炉，以无烟块煤或焦为原料，该工艺虽然技术成熟可靠，设备全部国产化，投资较省，但能耗高、煤质要求高，需用无烟块煤或焦炭，资源利用率低。气化型煤技术已经历了几十年的发展，现
19、已具有较成熟的成套型煤加工机械。使用的粘结剂分有机粘结剂、无机粘结剂和复合粘结剂三类。型煤加工工艺有冷压成型和热压成型两大类，冷压成型又可分为无粘结剂和有粘结剂成型，无粘结剂成型主要用于年轻褐煤的成型。国内外目前普通采用的型煤加工工艺为有粘结剂冷压成型工艺。 国内气化型煤主要由煤棒和煤球两种。煤球制气因煤球热稳定性不好，入炉遇热易粉化，基本上处于与块煤掺烧的状态；而煤棒实现了全烧，其稳定性很好。且煤棒制作时加入的粘结剂用量一般为4%左右，而煤球粘结剂加入量为5%以上，粘结剂含量高，一方面增加了型煤生产成本，另一方面降低了型煤的固定碳含量，不利于制气。煤棒在挤压机螺旋挤压时，发热至70左右，加热
20、改变了原料煤的塑性，提高了原料煤自身的粘结性。而煤球成型时没有发热过程，故煤棒其冷强度高和热稳定性好。 综上所述，煤棒制气比煤球制气有以下优势：冷强度高、热稳定性好、粘结剂加入量少、固定碳降低值少。国内多家化肥企业型煤生产均采用原料粉煤加工生产煤棒，加工工艺采用有粘结剂冷压成型工艺，取得较好的经济效益和社会效益。根据国内同类厂家经验，本技改项目采用原料粉煤加工生产煤棒，加工工艺采用有粘结剂冷压成型工艺。2).造气原料煤经筛分后，块状煤或型煤经自动加煤机加入煤气发生炉进行气化，合成氨生产半水煤气而甲醇生产为水煤气。造气过程分为吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹和空气吹净（甲醇生产无此阶段）几个阶
21、段。吹风：空气由鼓风机加压后送入炉底，与燃料层燃烧放热，热量存于炭层。吹风气由炉顶部出来，经旋风除尘器除尘后去总管汇合，再送吹风气余热回收工序回收显热及潜热。上吹制气：蒸汽与加氮空气混合后自炉底进入，在高温下与碳反应生成半水煤气，半水煤气由炉顶出炉，经旋风除尘器除尘、显热回收器，去总管汇合洗气箱后进入洗涤塔，用水冷却洗涤后送人脱硫工段。下吹制气：蒸汽与加氮空气混合后，从煤气炉顶部入炉，在气化层内与赤热的碳进行化学反应制得半水煤气，半水煤气由炉底出炉，经下吹集尘器除尘、后去煤气总管汇合进入显热回收装置，再进入洗气箱洗涤塔，用水冷却、洗涤后送入脱硫工段。二次上吹：过程同一次上吹，使用蒸汽吹净置换炉
22、下部和管道中的煤气，以免在进行下一制气循环时，形成空气和煤气混合物而引起爆炸。空气吹净：过程同上吹制气。炉渣由炉底排出后由渣车送往排渣场供造气三废混燃炉用。3).吹风气余热回收选用山东正大热能研究所专利技术造气三废混燃炉装置。造气炉渣、煤灰由螺旋给煤机送入三废流化混燃炉下部与换热后120左右的一次空气进行燃烧反应，使三废流化混燃炉内温度升高，待炉内温度650以上时，才可先通入合成放空气与换热后120左右的二次空气，一并进入无焰燃烧器，再进入炉内燃烧。温度350的吹风气与换热后120左右的二次空气一并进入预混器，再进入三废流化混燃炉内进行燃烧反应，烟气温度可达9501050。出三废流化混燃炉的高
23、温烟气进入组合式除尘器、蒸汽过器、余热锅炉、省煤器、空气预热器、电除尘器、烟气脱硫装置。再经引风机，最后150的烟气由烟囱放空。余热锅炉产的中压过热蒸汽经过驱动压缩机或6000kw背压发电机发电，低压蒸汽供造气装置使用。4).主要设备选择型煤制备根据煤特点型煤量，设备规模按照2套30万吨/年设计选型。a)破碎机 本研究选择LF800型立式破碎机，外型尺寸为1400X960X2400（LBH），电机功率45kW。立式破碎机与笼式破碎机相比有结构简单，维修方便，电耗低，对原料煤粒度、水分适应性宽等优点，唯一的缺点是破碎效果差一点。本研究选择3台生产能力为10-15t/h的加长型的破碎机并联运行，减
24、少入料量，加强破碎效果。在原料水分不特别高的情况下，能达到90%以上原料破碎至3mm以下。b)双轴搅拌机 液体粘结剂与原料煤搅拌均匀与否对煤棒制作影响较大。本研究选择2台型号为XG-18带正反叶片的双轴搅拌机串联安装，确保搅拌效果。双轴搅拌机电机功率18kW，外型尺寸为3600X1300X700（LBH），生产能力为15-20t/h，又扩产的余地。c)单轴搅拌机 单轴搅拌机主要起向煤棒机输送物料的作用，同时起二次搅拌作用。本研究选择6台JB445型单轴搅拌机，外型尺寸为2800X1200X600（LBH），电机功率5.5kW，生产能力为6-8t/h，每台煤棒机配1台单轴搅拌机。d)煤棒机煤棒机
25、是煤棒生产线最重要的设备之一，它由电机、减速机、主轴、叶片、缸套、易卸机头组成。本研究选择7台ZMJ30改进型煤棒机，外型尺寸为3000X2500X900（LBH），电机功率110kW，生产能力为5-6t/h。煤棒大小由易卸机头开孔孔径决定，一般开孔孔径为25-30mm。正常生产时，10台煤棒机开7-8台，按每台产煤棒5吨计算，每小时产煤棒40吨，按年8000小时计算，年产30万吨煤棒。e）烘干炉烘干炉也是煤棒生产线中最重要的设备之一，本研究烘干炉按20t/h设计，主要是考虑扩产的富余量。烘干炉由主塔体、上部加料组件、卸料器组件、护栏平台、外风道、电控装置等组成，烘干炉外形尺寸为7500X25
26、00X10800（LBH）。主塔体由16组风道组成，10mm后钢板制作，主塔体内容积约55m3，煤棒在烘干炉内停留时间约2.5-3.5小时。烘干炉主体先预制，现场拼装，扶梯、护栏、支撑、雨棚等现场制作。造气a) 煤气发生炉根据国内煤气发生炉使用状况考察，决定采用的2800m造气炉，该型号煤气发生炉操作平稳、产气量高、消耗较低。期合成氨装置煤气炉台数计算：合成氨装置（甲醇按照1：1折氨）2800煤气炉小时产半水煤气按7500N计选18台，16开2备。期甲醇装置（含CO制备）2800煤气炉小时产半水煤气按6500N计供给醋酸装置一氧化碳折成水煤气量为：煤气炉需台数为：选18台，16开2备。b）造气
27、空气鼓风机D600造气炉鼓风机具有九十年代的国际水平，它可配用于煤气发生炉上，使用该机具有压力高、流量大、耗电省、噪音小的特点。在使用过程中的实际效率远高于其它类型造气炉鼓风机，该风机的推广使用具有较大的技术经济效益。本设计合成氨系统选用D600造气炉鼓风机6台，5开1备。甲醇系统6台，5开1备。吹风气余热锅炉吹风气余热回收是在固定层气化技术中，对吹风气的潜热进行回收，通过余热锅炉的能量转换，产生过热蒸汽。吹风气余热回收系统采用正大热能研究所专利技术三废混燃炉。燃烧炉采用立式中燃式、内置式高温喷头燃烧炉；废热锅炉采用水管，现场组装式锅炉。本套吹风气余热回收系统具有设计合理、结构紧凑、热回收效率
28、高、水容量大 、造型美观、运行操作简便、工作安全可靠、节约能源、保护环境、适用广、寿命长等特点，在国内处于先进水平。根据系统吹风气量等选用产汽能力为35t/h的吹风气余热锅炉4套可满足生产。5). 消耗定额（以吨氨计） 序号名 称规 格单位消耗定额备 注1型煤原煤t1.802蒸 汽0.2MPat2.3不含副产蒸汽3电380VkWh10.210000VkWh994循环冷却水35m3675脱盐水70m32.6用于自产蒸汽及余热锅炉产汽5.1.2.2 电除尘1).工艺技术方案的确定根据半水煤气和水煤气气量，气柜采用V=10000m3直升式气柜合成氨装置和甲醇装置各设一座,为确保半水煤气柜的正常工作，
29、防止气柜抽瘪和掀翻，气柜设置高低位声光报警及联锁，当气柜升起高度处于规定的最低高度时，联锁煤气鼓风机停车。半水煤气出气柜后采用静电除焦塔除掉半水煤气中的尘埃、油雾等细微粒。为保证电除尘器能安全连续地正常运行，必须确保半水煤气中氧含量控制在0.5%以下，最高不得超过0.8%。要做到投运前必须对系统进行彻底置换；运行中必须保证氧自动分析系统与联锁装置处于完好状态，在氧含量超标时，电除尘器能自动断电。煤气加压本次扩建采用运行稳定、噪音低、振动小的煤气鼓风机。2).电除尘工艺流程简述从造气工序洗气塔来的半水煤气，经半水煤气柜进口水封，进入半水煤气柜，半水煤气在气柜中充分混合、稳压后，经半水煤气柜出口水
30、封去电除尘装置；半水煤在电除尘器中除去残余粉尘微粒及焦油，再进入煤气鼓风机升压到49kPa后送至脱硫工段。3).电除尘主要设备选择 气柜选用直升起式湿式气柜，容积V=10000m3。 电除尘器根据生产实际情况，脱硫前后分别选用2台电除尘器。 煤气鼓风机设计选用ZR7-580A，r=490rpm，打气量495.5m3/min，电机560kW，升压49kPa。选用4台，3开1备，满足要求。4).消耗定额 （以吨氨醇计）序号名 称规 格单位消耗定额备注1循环水30oC 0.2MPa(表)t9.62电380VkWh5.06000VkWh86.03蒸汽158oC 0.6MPat0.15.1.2.3 半水
31、煤气脱硫1). 工艺技术方案的确定本项目脱硫工段拟建合成氨装置及甲醇装置的半水煤气及水煤气脱硫装置各1套。考虑原料煤硫含量稍高的特点，本方案煤气中H2S含量按3g/Nm3考虑。目前国内脱硫方法较多，但脱高硫均采用湿式氧化法，该工艺适用于不同的催化剂。催化剂有：栲胶、888、PDS、ADA、MSQ、KCA等。本项目推荐栲胶脱硫剂，采用Na2CO3水溶液作为吸收剂，三级脱硫。栲胶脱硫剂具有成熟、可靠、脱硫效率高、活性稳定、价廉易得、无毒、无腐蚀、不堵塔等优点。脱硫液再生采用自吸空气氧化再生，该法具有氧化性强、能耗低、再生效果好、操作方便等特点。硫磺回收采用连续熔硫工艺回收硫磺，该工艺操作简单、无污
32、染。2). 工艺流程简述由煤鼓来的半水煤气（49kPa）依次进入级脱硫塔，与栲胶脱硫贫液逆流接触脱除H2S,级脱硫塔出来的半水煤气中H2S含量70mg/Nm3，送至压缩工段。吸收硫化氢后的脱硫富液从脱硫塔底部出来进入富液槽,由泵送至再生槽喷射器，经喷射器自吸空气进入再生槽内氧化再生，浮选出来的硫泡沫自流入硫泡沫中间槽，由硫泡沫泵送至硫泡沫贮槽，用泵送入连续熔硫釜加热熔融后制得副产品硫磺。从再生槽分离出来的贫液自流入贫液槽，由脱硫泵将贫液送至脱硫塔循环使用。3).主要设备选择脱硫塔本项目半水煤气中硫化氢含量高，为保证脱硫效果，同时又减少占地，选用高塔三段高效填料脱硫塔，延长设备运行周期，防止堵塔
33、。 考虑到液气比高，选用4800半脱塔2台。合成氨装置和甲醇装置各设2个塔。喷射再生槽喷射再生槽是利用喷射器使脱硫液以高速通过喷嘴形成射流，产生局部负压吸入空气。两相流体被高速分散而处于高度涡流状态，空气呈气泡状态分散于液体中，从而使脱硫液的吸氧速度大为增加，传质过程大为强化，在较短的时间内即可完成再生过程。采用2个喷射再生槽，喷射再生槽直径9000/10000mm。4). 消耗定额消耗定额序号名 称规 格单位消耗定额备注1电380VkWh81000VkWh902蒸汽158，0.6MPa(绝)t0.153软水化学软水t0.124新鲜水20 0.3MPa(绝)m325循环水30 0.3MPa(绝
34、)m3136栲胶脱硫剂kg0.17纯碱总碱量（以Na2CO3计）99kg8.08五氧化二钒V2O597kg0.19副产硫磺kg155.1.3 合成氨装置工艺技术方案合成氨生产采用粉煤成型技术、固定床制半水煤气，经气柜、电除尘、煤气鼓风、常压栲胶脱硫后，进入氢氮气压缩机一段，经一、二、三段升压到2.1MPa，送全低温变换及变脱系统后，进变压吸附系统脱碳，精脱硫脱碳气再经压缩机四、五段升压至13MPa进醇烃化精制后，送压缩机六段升压至25MPa送入氨合成系统，生产合成氨。合成弛放气采用无动力法回收其中的氨，同时气体进一步通过膜回收氢气，尾气作为燃料气送吹风气余热回收工段生产蒸汽。5.1.3.1 一
35、氧化碳变换目前我国CO变换工艺主要有两种，一种为中串低变换，另一种为全低变。所谓中串低就是第一段采用Fe-Cr等变换催化剂，其余各段采用Co-Mo系催化剂。这种工艺充分利用了中变催化剂的抗毒性能强，低变催化剂具有很好的低温活性的特点，将它们很好的组合在一起，达到催化剂使用寿命长、降低能耗的目的。全低变即整个变换炉全部采用Co-Mo系变换催化剂，Co-Mo系低变催化剂具有极强的耐硫性及很好的低温活性。其操作温度比中变催化剂降低100以下（平均值），故蒸汽用量很低，节能效果好。由于操作温度低，对设备、管道、法门等的使用条件大大改善，同样规格的设备、管道其生产能力可大幅度提高，或者说在同样规模的生产
36、能力下，设备、管道直径有较小的缩小，从而降低了投资费用。上述两种CO变换工艺，前者于上世纪80年代开始使用，到了90年代中期全低变工艺开发成功，经过实践、完善，现已十分成熟，其催化剂的使用寿命大大提高。低变催化剂特别适用于蒸汽消耗较低的情况。根据上述各工艺的特点，结合本项目醇/氨比较高（1：4），一段入口蒸汽比较低的特点，考虑到投资、节能、技术成熟性等，本设计拟采用Co-Mo系全低变CO变换工艺。5.1.3.2 氮氢气压缩工艺技术方案的比较和选择氮氢气压缩机是合成氨生产中的心脏设备。通常可以使用往复式压缩机或离心式压缩机进行合成气的压缩。往复式压缩机适用于打气量较小，排出压力高的工况，投资较低
37、，缺点是易损件多，占地大，维护工作量大。离心式压缩机则是适用于打气量大的工况，具有单机能力大，占地小，运转平稳无脉冲，维修少，无需设备机，可用蒸汽透平驱动以提高能量转换效率等优点，但投资较高，国内外大型合成氨装置如年产30万吨合成氨将蒸汽动力系统与化工装置紧密结合在一起，都采用离心式压缩机。本项目合成氨生产能力不大，设计选用对称平衡型往复式氢氮气压缩机。目前国内往复式压缩机生产厂家有沈阳气压机厂，上海压缩机厂，四川简阳压缩机厂，山东潍坊压缩机厂等，其产品质量较好，制造水平与国外相当，已在全国大部分合成氨厂中运行。根据工艺流程需要，本设计选用6台打气量340m3/min氮氢气压缩机，单台能力4万
38、吨/年氨。5.1.3.3 变换气脱碳工艺技术方案的比较和选择工业生产中脱除CO2的方法分为干法和湿法。干法有变压吸附和膜分离。湿法脱碳按脱碳液的吸收和再生性质分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。由于本装置合成氨是与联碱装置配套生产，可采用变换气制碱，即将变换气送至联碱装置的碳化工序脱除二氧化碳，由于联碱装置能力不能处理全部变换气，多余的变换气采用脱碳方式。本设计选用变压吸附法脱碳。脱碳方法比较见甲醇装置。5.1.3.4 气体精脱硫工艺技术方案的比较和选择（1）概述变换气经湿法脱硫后，脱碳气中的H2S已经所剩无几，然而，还有少量有机硫如COS、CS2 存在，这些有机硫采用一般方法不能脱除
39、。虽然脱碳气中硫化物（H2S、COS、CS2）很少，但它们对甲烷化催化剂的毒害却很大。根据甲烷化催化剂对硫化物的要求，进入甲烷化炉的气体中总硫化物的含量应小于0.1ppm。过去这些少量硫化物采用高温ZnO进行脱除，由于ZnO价格高，操作温度高，使之设备投资大，经常运行费较高。这些年来，国内开发了常温精脱硫技术，使少量H2S及有机硫的脱除工艺十分简单，设备也处于常温之下，而投资降低，脱硫剂等价格下降，减少了经常运行费用，降低了生产成本。（2）精脱硫工艺选择湿法脱硫一般只能脱除H2S，只用于煤气粗脱硫。而精脱硫都采用干法脱硫。干法脱硫有活性炭、氧化铁、氧化锌等，而这些脱硫剂只能脱除H2S，故在脱有
40、机硫时，应先将COS、CS2等有机硫转化为H2S，而后再加以脱除。一般采用水解催化剂将COS、CS2水解，其水解反应式为：COS + H2O H2S + CO2CS2 + 2H20 2 H2S + CO2水解催化剂有常温、中温、高温之分。对于变换后气体，因COS、CS2很少，特别时CS2很少，故水解催化剂主要用来水解COS。中变、高温水解由于要消耗较多的热量，且需高温热源，如果不是CS2特别高而不采用。本设计采用常温水解工艺。水解催化剂、精脱硫剂采用湖北化学研究所的产品及工艺技术。其工艺流程为：由变压吸附脱碳工序系统来的原料气首先进入第一脱硫塔，在该塔脱除气体中的H2S，使之出塔气体中H2S含
41、量0.03ppm。再通入加热器加热至60进入精脱硫塔，该塔内装有水解催化剂，再水解催化剂作用下，进行COS + H2O H2S + CO2反应。生成的H2S气体再进入精脱硫塔下部将气体中H2S脱至0.03ppm。由于水解催化剂对COS水解率很高，经过两次脱硫之后气体中总硫化物含量达到0.1ppm ，满足醇烃化催化剂对气体中硫化物的要求。5.1.3.5 气体精制技术在合成氨工业中所谓气体精制是指除去原料气中的各种杂质，使之达到氨合成所要求的气体标准。它包括去除净化后合成气体少量CO、CO2的精制等等。CO、CO2的精制的工艺很多，如醋酸铜氨溶液精制工艺、甲烷化工艺、低温甲醇洗工艺、液氮洗涤工艺、
42、双甲（或醇烃化）工艺等等，各种精制工艺各有其特点及适合的应用范围。下面就其国内常用的一些气体精制工艺进行论述及比较，并从中选择出适合本工程的精制工艺：（1）醋酸铜氨溶液气体精制工艺习惯上简称铜洗，该精制工艺是我国中、小氮肥厂普遍采用的气体精制工艺，其原理是利用醋酸铜氨溶液将气体中的CO、CO2吸收，并使气体中CO、CO2除去，该工艺的优点在于工艺技术成熟，原材料易得，因国内普遍采用，使用时间又长，故管理及操作经验丰富。该技术的缺点在于工艺流程复杂，操作管理麻烦。气体净化度低，部颁标准要求净化气中CO+CO225PPm，实际上不少厂超过此指标。铜洗工艺易出事故，一旦出现事故常常影响生产时间较长，
43、该工艺对环境污染大，生产中对贵重的金属铜的消耗。资源浪费大，目前正逐渐被其它工艺所取代。（2）甲烷化精制工艺所谓甲烷化精制工艺，是将脱碳气中少量的CO、CO2（CO+CO20.7%），转变成CH4而加以除去，其反应式如下：CO+3H2CH4+H2OCO2+4H2CH4+2H2O上述两个反应均为放热反应。甲烷化精制工艺在上世纪60年代新引进中国后，在一些以天然气、油为原料的合成氨厂普遍推广应用。国内引进的30万吨合成氨大多采用甲烷化工艺，以煤为原料的部分中型厂也采用此工艺。当时在以煤为原料的氮肥厂难以推广的主要原因是因为以煤为原料制气的原料气中硫化物含量高，硫化物型态多，而甲烷化工艺要求CO深度
44、变换（变换气中CO0.3%），CO深度变换必须采用低温变换，而当时的低温变换催化剂为Cu-Zn系催化剂，对硫化物的净化要求很高，为了达到对气体中硫的要求，使得变换工艺流程复杂，其流程中有两次脱碳，使气体两次加热，两次冷却，不仅使得装置投资大，能耗很高，十分不经济。上世纪九十年代后，国内开发成功了CO-Mo系耐硫低变催化剂，并得到普遍采用；常温精脱硫的开发成功，使得以煤制气的甲烷化净化工艺流程大大简化，能耗及投资大大减少，经济性也十分明显。甲烷化精制工艺的特点在于工艺简单，操作管理容易，工艺自动化水平高，生产稳定，气体净化度高，经精制后的气体中CO+CO210PPm。该工艺对环境无污染。其缺点是
45、CO、CO2生成CH4需消耗H2气，由于精制气中CH4增加，加大了合成系统放空量。近年来不少氮肥厂在合成系统增加H2回收装置，可使气体中H2回收率达到90%以上。这样大大提高了甲烷化精制工艺的竞争能力。（3）低温甲醇洗精制工艺此工艺是利用在低温下甲醇对CO、CO2、硫化物有很强的溶解能力，达到净化CO、CO2的目的。低温甲醇洗是将变换气脱碳、脱硫及气体精制融为一身的气体净化工艺，通过低温甲醇洗精制后的气体，CO+CO2含量可达到10PPm，硫化物0.1PPm。该工艺的优点是显而易见的。低温甲醇洗精制工艺的操作温度为4050，由于温度低，压力高，对设备、管道等材质要求高，由于需回收冷量工艺流程复
46、杂，且该技术需向国外购买专利，投资大。除大规模装置外，对规模较小的氨厂投资难以承受。（4）液氮洗气体精制工艺液氮洗气体精制工艺，是利用氮压低温、高压下对气体的不同溶解度，来达到气体净化的目的。由于液氮洗温度很低，且压力高，对设备，管道等材质要求特别高，装置投资大，技术要求高，国内除个别大化肥从国外引进技术外，均不采用此精制工艺。（5）双甲气体精制工艺双甲气体精制工艺，即甲醇串甲烷化气体净化工艺，目前已进一步发展成为醇烃化工艺。此工艺与前者不同之处在于将甲烷化塔改为制烃塔，气体在制烃塔内CO、CO2不生成CH4，而生成多碳的烃化物，由于多碳烃化物沸点高，较易从气体中分离出来，以达到减少氨合成系统放空的目的。烃化物分离后可作燃料之用。双甲工艺由两个部分组成：一个是甲醇装置，该装置将气体中大量的CO、CO2与H2反应生成甲醇，出甲醇塔气体中CO控制在0.3%0.4%。出甲醇塔气体经分离去甲醇后，气体进入甲烷化（或烃化）装置。在甲烷化装置中气体中CO、CO2在甲烷化炉内与H2反应生成CH2与H2O，从而达到气体精制目的，出甲烷化炉的净化气中CO+C
