合成氨装置原料天然气替代的实践研究

合成氨装置原料天然气替代的实践研究

陈艳茹

青海盐湖元品化工有限责任公司 青海格尔木 816099

摘要：我公司通过对解析气的综合利用项目，可以将解析气全部回收利用，以减少原煤，燃料天然气的使用。尤其目前受天然气限量影响，可将替代出的燃料天然气作为原料天然气投入生产中，提高生产运行负荷。不仅可以大幅度降低生产成本，提高经济效益，还能减少能源浪费，降低对环境的污染。随着能源价格的飙升，能源问题已经成为制约经济发展和社会发展的重要因素，能源成本在工矿企业生产成本中所占比重迅速飙升。如何降低能耗费用，开源节流，已成为工矿企业亟待破解的问题之一。

关键词：合成氨；装置；原料；天然气；替代

一、调研解析气

1.1二期合成氨解析气

化肥厂合成氨二车间以天然气裂解制乙炔装置的尾气为原料气，经过原料气脱硫、中低温变换及甲烷化、MDEA脱碳、变压吸附制氢、压缩、合成、液氨贮存，共七个工序。装置设计生产能力为年产30万吨氨，所生产的液氨和二氧化碳满足下游33万吨/年尿素装置、元通钾盐综合利用项目生产需求外，部分液氨作为外销。合成氨变压吸附工序在特定压力下从特定的组分（H₂：95.99%、N₂:0.135%、CH₄：2.760%、H₂O：0.92%、CO：0.465%、CO₂：0.1%、C₂H₆：0.248%、Ar：011%）中提取氢气而设计的。净化后99.7%的氢气作为合成氨生产的原料气，解析出来的气体（CO:7.3%；CO21.6%；H227.5%；N28.7%；CH₄46.7%；H₂01.6%；AR2.6%；C₂H₆4.1%）送至合成氨装置中变加热炉和开工加热炉、硝酸盐业作为燃料气使用。

1.2一期合成氨非渗透气

化肥厂一期合成氨装置以天然气部分氧气化法生产乙炔的尾气为原料，采用成达公司提供的低能耗、加压催化转化法生产合成氨。由成达公司提供合成氨工艺基础设计，由四川达科特公司提供膜回收装置设计。装置高压驰放气经膜回收高压水洗塔回收氨，剩余气体经过普林森膜，渗透气主要为含量90%的氢气，补入合成气压缩机入口气中回收，非渗透气的组分（CH₄:25.9%，H₂：24.1%，Ar：4.77%，N₂：45.23%），满负荷时5000Nm³/h。原设计送加热炉及一期乙炔回收，实际生产中，因非渗透气热值太低，加热炉无法燃烧，故放空。

二、解析气的现状与问题

二期合成氨装置副产的解析气外送乙炔和硝酸盐业公司，但乙炔装置一直未使用解析气，造成管道闲置和解析气大量浪费；而乙炔装置的高级炔设计送供热使用；目前，乙炔装置送供热的高级炔因自身改造导致送供热的高级炔管道长期闲置。所以考虑新增合成氨新增管道与高级炔管道连通，提高闲置管道利用率，节省投资。供热界区锅炉内部原高级炔输送管道已在项目建设期完成，只是7号炉未安装连锁切断阀，供热界区改造内容较少，改造内容较少。甲醇变压吸附尾气虽然送一期合成氨原料气系统使用，但在实际生产中由于生产负荷波动较大，造成氢、氮比失调，生产效率不是很高。而且受天然气限量影响，一期合成氨长时间处于停车状态，未回收。元品化工是以天然气为原料的化工企业，由于受天然气限量影响，当前化工分公司生产维持单系列60%低负荷运行（共二期两个系列），造成了能耗高，产率低。为了优化生产，提高生产运行负荷，《元品化工化肥厂解析气综合利用项目》计划将一期合成氨非渗透气、甲醇尾气等热值低的送供热中心锅炉回收利用，减少原煤量。将热值较高的二期合成氨解析气送至片碱装置、碳酸钾装、乙炔装置、合成氨装置做燃料气使用，从而解放出燃料天然气作为原料气投入生产运行中，提高生产运行负荷。

三、解析气系统节能优化

3.1二期合成氨解析气

解析气设计外送乙炔装置和硝酸盐业装置，合成氨装置设计副产解析气量总计6060Nm³/h，合成氨最大自用量约为1000Nm³/h，硝酸盐业装置设计最大使用量为2800Nm³/h，该公司一直未投用。乙炔装置一直未能对解析气进行利用，导致约5060Nm³/h的解析气通过合成氨装置消音器对天放空，造成能源浪费和环境污染。通过对解析气长期运行以来解析气组份计算，其热值为5563.7Kcol/Nm³，比每公斤燃煤的热值还高（煤的热值4600Kcol/kg）。据其热值比较，1Nm³解析气相当于0.7Nm³天然气。将该部分放空的解析气送锅炉燃烧以替代燃煤，可实现经济效益和环境效益双丰收。

3.2一期合成氨非渗透气

非渗透气设计送一期合成氨加热炉及一期乙炔装置。非渗透气设计量为5000Nm³/h，实际生产中，因其热值低，故未回收，一直放空处理，这样不仅造成浪费，且污染环境。通过对实际生产中非渗透气的组份计算，其热值2887.2kcal/Nm³，理论上可以燃烧回收。将其替代燃料天然气作为燃料气使用，即可节约成本，又可杜绝污染环境。

3.3甲醇尾气

自甲醇装置的变压吸附尾气的组分如下：CO:16.33%；CO₂:25.18%；H₂:20.94%CH₄:32.19%；N₂:2.78%；C₂H₆:2.58%，流量为2400-2760Nm³/h。其热值为4189kcal/Nm³。将其送入加热炉燃烧，以替代天然气，可创造可观的效益。解析气的综合利用可以充分优化利用“三废一余”的能量以达到节能的目的。随着节能减排力度的不断深入，将逐步优化对解析气的综合利用的要求。同时对企业减少固定成本，对社会节能具有深远意义。

四、改造方案

4.1二期合成氨解析气

（1）项目计划，二期合成氨送出的解析气新增一条至一期合成氨及一期钾碱装置管线，以解析气替代一期合成氨及钾碱装置加热炉使用的天然气。因合成氨装置使用量较大，故解析气优先考虑合成氨使用。

（2）项目计划新增二期合成氨至二期乙炔装置管道和二期乙炔送供热的高级炔管道（DN200）连接后将解析气送至供热装置使用。具体施工方案按设计院出的施工图为准。流程方案如下图1。

图1

（3）为了实现锅炉切换时利用解析气，综合安全生产角度考虑，对于7号炉进行改造，在原高级炔管道上增加流量计和连锁切断阀。

4.2非渗透气

在一期合成氨装置管廊北头非渗透气管线加三通(DN150)及变径（DN200)，新增管线至6#管廊拐角处，与一期乙炔来高级炔管线联通。

4.3甲醇尾气

将原料气入口分离器处甲醇尾气管线与燃料气缓冲罐入口天然气管线，新增一条管线联通。

五、结语

该项节能改造从技术角度、经济角度皆是可行的，有利于企业的长期良好发展，符合国家政策，应予以广泛推广。不仅能提高能源利用效率，同时也为其它行业和部门对富余能源的开发、更加合理地利用能源提供借鉴，达到抛砖引玉的效果，具有极高的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]徐平坤.合成氨装置用耐火材料的发展(二)[J].中氮肥，2021(1):1-4.

[2]何发明,曾庆,吴剑,等.天然气裂解制氢与水电解制氢合成氨工艺特性比较[J].化肥设计,2020,58(2).