綠色技術(shù)助氮肥企業(yè)脫困

文/閆俊榮

“凈化是合成氨生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，在其成本中占比只有10%左右，不是大頭。但是，凈化系統(tǒng)工段較多，包括半水煤氣脫硫、變換、變脫、脫碳、精脫硫、精制等6個工段，流程最多、設(shè)備最多，對整個系統(tǒng)的成本影響很大。如果保障不了凈化效果，企業(yè)的生產(chǎn)成本就會提高，長周期穩(wěn)定運(yùn)行也會受影響?？梢赃@樣說，在當(dāng)前嚴(yán)峻的市場形勢下，如果哪家氮肥企業(yè)做不好凈化，就會率先出局?！鄙虾＿_(dá)門化工工程技術(shù)有限公司總經(jīng)理於子方的這番話，反映出了采用綠色技術(shù)對氮肥企業(yè)脫困的重要性。

那么，目前有哪些新的綠色技術(shù)可供氮肥企業(yè)選擇應(yīng)用？筆者對此進(jìn)行了梳理。

脫硫凈化技術(shù) 助力環(huán)保

長春東獅科貿(mào)實(shí)業(yè)有限公司項目副總經(jīng)理何冰認(rèn)為，脫硫凈化是關(guān)系合成氨生產(chǎn)的重要技術(shù)，是保證生產(chǎn)裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。尤其是在環(huán)保要求日漸嚴(yán)格的今天，脫硫更顯示出其重要性。

據(jù)何冰介紹，該公司通過大量的調(diào)查研究和多次實(shí)驗(yàn)，克服傳統(tǒng)填料塔易堵塔、系統(tǒng)阻力大、動力消耗高、投資費(fèi)用高、氣體液體分布難、循環(huán)量大且不易調(diào)節(jié)等難題，最終確定了在常壓脫硫中用空噴技術(shù)來取代或部分替代單純的填料塔型，在加壓脫硫中推廣QYD高效復(fù)合傳質(zhì)內(nèi)件。

何冰表示，所謂空噴技術(shù)，就是濕式氧化法脫硫中的無填料技術(shù)。通過改變噴頭的霧化技術(shù)、噴頭在塔內(nèi)的布置形式，可徹底解決堵塔、系統(tǒng)阻力大、設(shè)備龐大的問題，能降低一次性投資，有效提高了高壓機(jī)打氣量，同時也降低了風(fēng)機(jī)的動力消耗。何冰強(qiáng)調(diào)，大量的工業(yè)應(yīng)用證明，空噴技術(shù)在天然氣、沼氣、焦?fàn)t煤氣脫硫方面更有應(yīng)用價值。

而QYD高效傳質(zhì)內(nèi)件，是東獅科貿(mào)公司經(jīng)過多年研究，進(jìn)行了多次試驗(yàn)，并借鑒鼓泡塔、泡罩塔、垂直篩板塔、填料塔等各種塔型的優(yōu)點(diǎn)，最終開發(fā)而成的一種新型吸收塔內(nèi)件。該內(nèi)件結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操作彈性大、塔阻力低，在近幾年的應(yīng)用實(shí)踐中經(jīng)不斷改進(jìn)完善，更趨成熟可靠，已在齊魯一化公司、河南晉開公司、湖南智成公司、徐州豐成公司等企業(yè)得到應(yīng)用。

何冰告訴筆者，QYD高效傳質(zhì)內(nèi)件的技術(shù)特點(diǎn)非常明顯。在新塔設(shè)計中，塔的高度要比填料塔降低1/3左右；該內(nèi)件使用后，溶液的循環(huán)量要比填料塔降低30%～50%；裝置用于新塔設(shè)計時，高度大幅降低，因此在選取泵的揚(yáng)程時也要比原來低10米左右，這樣可大大降低脫硫的動力消耗；由于氣液接觸時間大幅縮短，更有利于脫硫液對硫化氫的選擇性吸收、溶液的再生、硫泡沫的浮選，以及降低碳酸氫鈉生成率；如果用于新塔設(shè)計，與填料塔相比，可節(jié)省30%～50%的投資。

等溫變換技術(shù) 節(jié)能降耗

氮肥生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，對變換技術(shù)提出了新要求。在這種情況下，各種等溫變換技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，也引起了不少氮肥企業(yè)的關(guān)注。

據(jù)湖南安淳高新技術(shù)有限公司副總經(jīng)理戴豐育介紹，隨著新型煤氣化技術(shù)的推進(jìn)，連續(xù)氣化技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，變換氣中的一氧化碳含量在傳統(tǒng)的30%基礎(chǔ)上不斷提高，有的甚至到了70%～85%。而高含量一氧化碳合成氣的變換難度極大，傳統(tǒng)的冷激換熱、氣氣間冷換熱、管式反應(yīng)器等適應(yīng)不了新工藝條件的要求，以致大量一氧化碳被白白放空或做燃料燒掉?？量痰姆磻?yīng)條件，向變換技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，在這種情況下，懸掛水管式等溫反應(yīng)器應(yīng)運(yùn)而生。

戴豐厚告訴筆者，懸掛水管式等溫反應(yīng)器已在新疆天業(yè)集團(tuán)得到了成功應(yīng)用，具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是流程簡化，換熱器設(shè)在塔內(nèi)；二是工藝智能化，床層溫度軸向、徑向各點(diǎn)溫度均穩(wěn)定在219～222℃；三是操作傻瓜化，通過控制汽包蒸汽壓力，可以輕松調(diào)節(jié)床層溫度；四是成果高效化，幾乎可全部利用產(chǎn)生的中壓蒸汽。

南京敦先化工科技有限公司于近年成功開發(fā)出水移熱等溫變換技術(shù)。該公司總工程師王慶新告訴筆者，公司的技術(shù)已于去年12月6日在湖南安鄉(xiāng)晉煤金牛化工有限公司得到成功應(yīng)用。

王慶新表示，與傳統(tǒng)工藝相比，采用水移熱等溫變換技術(shù)可減少主設(shè)備1/3，縮短流程1/3，減少工程投資1/3，并可省去變換循環(huán)冷卻水。

應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，企業(yè)采用水移熱等溫變換技術(shù)改造后，變換系統(tǒng)出口的一氧化碳含量由原來的1.2%降至0.6%，系統(tǒng)阻力由原來的1.2兆帕降至0.07兆帕，蒸汽消耗下降了135千克/噸氨，變換冷水消耗下降了20立方米/噸氨，同時副產(chǎn)0.7兆帕飽和蒸汽236千克/噸氨，供造氣使用。王慶新表示，該公司現(xiàn)在擁有適于粉煤加壓氣化、水煤漿加壓氣化、無飽和熱水塔、有飽和熱水塔等技術(shù)和裝置的等溫變換技術(shù)。

據(jù)石家莊正元塔器設(shè)備有限公司副總工程師李昌印介紹，一氧化碳變換是合成氨生產(chǎn)過程中的重要工序。依托多年來對變換反應(yīng)理論的研究，以及工藝設(shè)備開發(fā)的實(shí)踐，該公司完成了等溫變換爐和配套工藝流程的工業(yè)設(shè)計，通過水管式變換反應(yīng)器，副產(chǎn)2.5兆帕飽和蒸汽，結(jié)合氨合成系統(tǒng)軟水加熱器提供的熱水，實(shí)現(xiàn)了變換系統(tǒng)的“準(zhǔn)零汽耗”。

該工藝裝置已于2012年11月18日完成催化劑硫化，在中冀正元公司一次開車成功，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，裝置規(guī)模為12萬噸總氨/年。裝置開車后，企業(yè)已全停原中低低變換裝置，徹底改變了原裝置催化劑均已到后期、系統(tǒng)阻力變大、需停車更換催化劑的現(xiàn)狀。就這樣，一臺等溫變換爐完成了原變換爐三段催化劑的生產(chǎn)任務(wù)，系統(tǒng)壓降大幅降低，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果。

裝置開車到現(xiàn)在的運(yùn)行情況表明，通過工藝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，可在大型合成氨裝置高一氧化碳的變換過程中得到較好應(yīng)用。滄州正元公司年產(chǎn)60萬噸合成氨、80萬噸尿素項目也計劃采用該裝置技術(shù)。

超重力技術(shù) 清潔高效

“當(dāng)前，氮肥工業(yè)該怎樣發(fā)展？要走技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能減排、污染控制的增長之路，要安全、清潔、高效生產(chǎn)，要將原材料全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，盡可能的實(shí)現(xiàn)零排放。”談到氮肥工業(yè)的發(fā)展理念時，山西中北大學(xué)校長劉有智做了以上陳述。

“現(xiàn)在氮肥企業(yè)身處沼澤，投資力有限，如何用最少的投資實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)并走出困境，成為企業(yè)追求的目標(biāo)?！眲⒂兄钦f，“在這種情況下，我們研發(fā)了超重力技術(shù)并因此獲得了2011年度國家科技進(jìn)步二等獎。作為一種化工廢氣凈化分離的高效手段，超重力技術(shù)的先進(jìn)性在于，能夠把原先高40多米的塔，在達(dá)到相同處理量、相同效率的情況下，縮小體積至1/70，降低高度到3米，節(jié)約鋼材40噸。它一改過去氮肥企業(yè)設(shè)備大、投資多的缺點(diǎn)，使設(shè)備體積成幾何級下降，極大減少了占地面積、反應(yīng)體積和投資額?！?/p>

據(jù)了解，化工廢氣的治理通常采用塔設(shè)備濕法處理技術(shù)，但這種技術(shù)投資及運(yùn)行費(fèi)用高，制約了企業(yè)治污工作的推進(jìn)。同時，設(shè)備高、占地大，致使已有生產(chǎn)線廢氣治理的技術(shù)改造受場地空間限制難以實(shí)施?！霸谥暗膶?shí)踐中，由于現(xiàn)場找地方非常困難，我們在一個39米的平臺上就把超重機(jī)安上去了，做到了5.5萬立方米/時的處理量。這是超重力技術(shù)在天脊集團(tuán)脫氨除濕項目上的應(yīng)用?！眲⒂兄钦f。他表示，因?yàn)槌亓s設(shè)備體積小、動力消耗小、密封也較好，在當(dāng)下中小氮肥企業(yè)技術(shù)改造過程中有望得到大量使用。

“所有氮肥、甲醇的單元操作，我們都在超重力環(huán)境下做過嘗試，我們在這個領(lǐng)域申報了40多項發(fā)明專利，得到授權(quán)的有24項。超重力的國家標(biāo)準(zhǔn)也是我們制定的，我們還發(fā)明了撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床，把原來的傳統(tǒng)氣液超重力環(huán)境拓展到了液液超重力環(huán)境，使得液液反應(yīng)、液液萃取、液液分離能夠?qū)崿F(xiàn)?！眲⒂兄钦f。

“它為企業(yè)技術(shù)改造和現(xiàn)有裝備的升級改造，提供了一個很好的思路?！焙颖标柮赫ぜ瘓F(tuán)有限公司總經(jīng)理劉金城這樣評價超重力技術(shù)。