化肥装置节能改造技术总结

山东恒通化工股份有限公司是集煤化工、盐化工和热电联产为一体的大型化工企业。公司目前主导产品及生产能力为：合成醇氨20万t／a、尿素25万t／a、烧碱25万t／a、氯产品25万t／a、聚氯乙烯树脂10万t／a、过氧化氢10万t／a、热电装机容量225 MW。近年来，公司先后投资6亿元技改资金扩建氯碱、热电装置规模，逐步形成了以尿素为主的煤化工、以氯碱为主的盐化工、热电联产综合利用的生产格局。    随着氯碱、热电装置规模的扩大，技术水平的提高，突显出化肥装置的落后，设备的老化，部分工序超负荷运行，消耗指标和生产成本偏高等问题。公司于2007年投资3000万元对化肥装置进行了改造，取得较好的效果，年综合效益增加2353万元。笔者现将技术改造情况进行总结。
1  装置概况
    公司化肥厂是以无烟块煤为原料，采用固定层间歇制气生产半水煤气。半水煤气经过常压栲胶脱硫、0.8 MPa中低低变换和变脱、NHD脱碳、中压联醇、醋酸铜氨液精炼，生产合成氨并联产甲醇。尿素采用水溶液全循环法生产工艺。主要生产装置的自动控制采用DCS系统。
1.1  设备配置
    （1）造气系统  13台DN 2650mm和1台DN2800 mm造气炉，配置流程为单台炉配单台过热器、废锅和洗气塔，配置20000m3湿式直升气柜。
    （2）脱硫系统  DN 6000 mm脱硫塔1台、DN7000mm再生槽1个。
    （3）变换系统  2套DN 3800mm中低低变换；2套变脱塔DN 3000mm配DN 6000mm再生槽。
    （4）脱碳系统  2套NHD脱碳装置，其中设计压力1.7 MPa的DN 2600 mm脱碳塔和DN 2400mm脱碳塔各1台；设计压力2.7 MPa的DN 2000mm脱碳塔1台。
    （5）联醇系统  2套DN 1200 mm中压联醇装置，串联运行。
    （6）铜洗系统  2套铜洗，1套DN 1000mm铜塔、1套DN 700mm铜塔，并联运行。2套铜洗共用1套DN 2000 mm再生系统。
    （7）合成系统  2套合成均采用DN 1000mm合成塔，其中1套为三套管内件，1套为轴径向内件。
    （8）尿素系统  2套水溶液全循环法尿素装置采用双塔并联运行。
1.2  吨氨消耗和制造成本
    （1）与省内同行业相比，恒通化工与山东省部分企业吨氨消耗、制造成本对比见表1，吨尿素消耗、制造成本对比见表2。

    （2）合成氨消耗  原料煤消耗比全省平均水平高60kg，电耗高221.8 kW·h；原料煤消耗比全省最好水平高299 kg，电耗高456 kW·h。
    （3）尿素消耗  尿素氨耗比全省平均水平高5 kg，电耗高32 kW·h，蒸汽消耗高163 kg；尿素氨耗比全省最好水平高28 kg，电耗高50 kW·h，蒸汽消耗高232 kg。
2  改造前装置存在的问题
    （1）造气设备陈旧、老化，室外流程配置不合理，系统管道阻力偏高，产量低，消耗高。
    （2）脱硫效率低，再生效果差，溶液悬硫高，易堵塔，多年来一直没有得到有效解决。
    （3）变换触媒使用时间长，蒸汽用量大，系统阻力大。
    （4）脱碳系统超负荷，净化气中CO2含量偏高，CO2体积分数全年平均1.3％左右，导致联醇耗H2多，产水多，醇含量低。
    （5）脱碳高闪气含CO2成分较高，直接回压缩机循环压缩，导致功耗增加。
    （6）2套联醇系统运行压力偏高，塔阻力大，醇后气CO含量增加，其结果是增加了后续工序铜洗工段的各项消耗，影响了合成氨的成本。
    （7）冰机系统采用传统管壳式冷却器，换热效率不高，用水量大。
    （8）2套合成触媒使用时间长（已超过5年），触媒活性差，系统压力高。合成套管式冷排冷却效果差，氨冷负荷大，动力消耗高。
    （9）尿素装置中压分解回收设备能力偏小，导致低压及蒸发超负荷，消耗较高。
3  技术改造措施
3.1  节能降耗、降低成本
    （1）新增腐植酸煤球项目  由于原料块煤价格的上涨，且煤末与块煤价格相差较大，用煤末生产腐植酸煤球替代块煤，成本可大幅降低。
    公司投资530万元新增2条年产10万t煤球生产线，以替代块煤制气。同时采取多项改造措施：①对13台DN 2650 mm造气炉进行改造，全部更换为DN 2650 mm／DN 2800 mm锥形炉；②对室外流程进行调整；③改造单炉上、下行集尘器，4台炉共用1台热管式联合过热器、废锅（DN 2600mm）和1台洗气塔（DN 3500 mm），以提高自产蒸汽量和蒸汽品质，降低出系统煤气温度。
    （2）造气送风系统新增1台400 kW的C600风机。现为3台鼓风机（2台C600、1台D400），12台造气炉满量运行，优化了工艺设备配置。停开2台220kW、D400鼓风机和2台75 kW加压风机，节约用电190 kW·h。
    （3）脱硫系统采用双塔串联，多烧高硫煤，以降低成本。将闲置的1台DN 5000mm×33000mm清洗塔改为第2脱硫塔，与现有DN 6000mm脱硫塔串联使用，流程改为可并可串；新增1台DN10000mm×9100 mm再生槽，配置42组喷射器；增加脱硫泵、再生泵。
    （4）脱碳系统新增1套高闪气PSA脱碳装置脱除CO2，净化气返回压缩机，可减少循环压缩气量1200 m3／h，降低压缩机的三段（6段机）或二四段（7段机）功耗。
    （5）冰机系统新增5组蒸发冷凝器CXV－T791、标准排热量4803kW（5.5kW电机10台，30kW风机5台），淘汰原有效率差的立式、板式冷凝器。
    （6）尿素系统  新增改进型中压自汽提塔（φ1300／φ1200，F＝350m2）替代现有一分塔。现有一分塔及一分加热器改造为二分塔和二分加热器。同时对一吸冷却器（DN900mm，F＝150 m2）和尿素蒸汽冷凝疏水系统进行改造。
3.2  提高气体净化质量，降低消耗
    （1）为保证逃脱硫系统气体质量，新增1台处理能力为2000 m3／h的微涡流澄清器（DN 22500mm×12600 mm），将自然通风式曝气塔改为机械强制通风冷却塔。通过添加药剂絮凝沉降，净化水质，避免冷却塔、洗气塔喷头堵塞，延长运行周期，提高冷却和洗涤效果。
    （2）原有2套NHD脱碳装置，其中1套设计压力1.7MPa的DN 2600mm脱碳塔和DN 2400mm脱碳塔各1台；1套设计压力2.7 MPa的DN 2000mm脱碳塔1台。由于系统超负荷，净化气中CO2含量年平均在3.5％以上。通过论证，2套脱碳系统分别新增1台脱碳塔，实行双塔并联，以提高气体净化质量，减少联醇耗氢产水，同时提高粗醇含量。
    （3）更换联醇触媒，降低醇后气CO、CO2含量，降低后工序铜洗的负荷和各项消耗。
3.3  降低运行压力和系统阻力
    由于触媒运行时间较长，虽然部分触媒还可继续使用，但从降低系统运行压力、降低系统阻力、减少功耗考虑，更换了变换、联醇、合成等3炉触媒，以降低压缩机各段压力和各工序阻力。
3.4  优化工况，调整电机配置
    （1）压缩循环水新增1台1260m3／h、132kW循环水泵，替代4台45kW水泵，节约用电48kW·h。
    （2）脱硫系统新增1台1170m3／h、220kW再生泵，替代2台486m3／h、132kW水泵，小时节电44kW。
    （3）尿素压缩机冷却循环水新增1台720m3/h、75 kW低扬程循环水泵，停开1台720 m3／h、155 kW高扬程水泵，节约用电75 kW·h。
4  运行效果和经济效益
    整体项目改造完成后取得了较好的运行效果，部分合成氨消耗指标与2006年全年平均相比均有不同程度地下降：吨氨块煤耗由1280 kg下降至818 kg（由于造气烧煤球替代了块煤，煤球消耗668kg）；蒸汽耗下降112kg；尿素汽耗下降110kg、电耗下降17 kW·h；年综合效益增加2353万元以上。
    （1）煤球项目投运后，经过测试，造气烧煤球比烧块煤吨氨成本降低了83.7元。
    （2）造气炉由DN 2650 mm改成DN 2800 mm锥形炉后，产气量进一步提高，改造前开14台造气炉（其中4台烧煤棒，10台烧块煤）供26.5机（折M8压缩机）生产，目前仅需开12台炉（其中6台专烧煤球，6台烧块煤）。联合废锅过热器、综合洗气塔投运后，出联合废锅煤气温度由改造前的165～170℃降低到了140℃，降低了30℃，提高了造气自产蒸汽量和入炉蒸汽品质。出洗气塔煤气温度由改造前的65～70℃降到了45℃左右； 吨氨块煤耗从大修前（2006年）平均1058 kg降至日前831 kg。蒸汽耗由大修前（2006年）平均436kg降至324kg。
    （3）油压系统的改造拆除了原2台HB50小泵站，更换为HBl00泵站，同时将油压系统总管加大为DN 65mm，油路上的节流阀全部更换为阻力小的球阀。采用大通量的电液阀取代电磁阀，提高了油压阀门的过油量，每台造气炉都配置了蓄能器，稳定了油压。改造后油压阀门开启时间缩短，DN600mm和DN700mm油压阀门的起落时间缩短了2～3s，延长了制气时间，提高了产气量。
    （4）污水通过增设微涡流澄清器加药澄清处理，污水水质明显改变，降低了悬浮物含量（SS≤50mg／m3），提高了冷却效果，延长了冷却设备的运行周期，同时实现了造气污水零排放。
    （5）脱硫系统通过进行双塔串联改造，新增设DN 10000mm再生槽，提高了再生效果，降低了悬浮硫含量，目前脱硫液中悬浮硫含量在0.5 g／L以下。脱硫后H2S含量可降低至7 mg／m3，脱硫效率由原来的90％提高到现在的98％以上。提高了高硫煤的掺烧比例，降低了生产成本。
    （6）变换系统通过更换1#中变触媒、硫化低变触媒，蒸汽用量明显减少，蒸汽加入量由更换前的2.6 t／h降到目前的1.6 t／h，降低了1 t／h。单套年节约蒸汽4800t，年节约效益43.2万元。
    （7）1#脱碳DN 2600 mm塔净化气中CO2含量由1.67％降至0.8％以下。DN 2400 mm塔由3.5％降至0.52％左右。2#脱碳净化气中CO2含量由1.33％降至0.5％。
    （8）联醇系统通过更换1#联醇触媒，系统阻力由2.7～3.0MPa降到2.0MPa。
    （9）冰机系统通过新增5组蒸发冷CXV－T791（5.5 kW电机10台，30kW风机5台），淘汰了原有冷凝器，降低了0.33 MPa的运行压力，节约用电396kW·h。由于采用软水闭路循环，减少了加药量和一次水用量，提高了冷却效果。
    （10）合成系统通过更换2套合成触媒，触媒升温还原后运行效果较好。合成系统压力由原来的29.5 MPa降低到目前的26.5 MPa，运行压力降低3.0MPa，且氨净值进一步提高。
    （11）2#尿素装置新增中压气提塔（DN 1300／DN1200mm×15450mm，F＝350m2），一分塔改造成二分塔，新增换热面积为150m2的一吸冷（DN 900mm×7100mm），明显提高了2#系统的负荷，优化了工况，降低氨耗2kg、蒸汽110kg、电牦17kW·h。
5  存在的不足
    （1）单烧腐植酸煤球后，造气炉况有待进一步摸索、优化调整，消耗仍有一定的降低空间。
    （2）煤气管道系统膨胀节设置不合理，管道出现多处因热膨导致的漏点。
    （3）部分工序有待进一步引用先进的新技术、新工艺、新设备。
    （4）尿素系统蒸汽消耗与同行相比仍然偏高，许多节能措施待择机采取。
    （5）一次水使用量仍然偏大，须进一步采取措施，做好装置节水减排工作。