固定床富氧制氣節(jié)能降耗改造項(xiàng)目可行性分析

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(diào)研，計(jì)劃采用富氧制氣技術(shù)進(jìn)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?jǐn)?shù)為24%～30% ，噸氨煤耗下降約100 kg，達(dá)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?dú)饣に嚲褪窃趥鹘y(tǒng)的固定床間歇?dú)饣に嚨幕A(chǔ)上，在進(jìn)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?jǐn)?shù)(24%～30%)，即提高O2與C的反應(yīng)速度，縮短吹風(fēng)時(shí)間，其放出的熱量足以滿足C與水蒸氣反應(yīng)所需要的熱量。當(dāng)O2濃度達(dá)到一定值時(shí)，其凈吹風(fēng)時(shí)間為零，增氧空氣與C反應(yīng)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?jǐn)?shù)，下同)左右的O2，經(jīng)自動(dòng)減壓、調(diào)節(jié)閥減壓后進(jìn)入氧氣緩沖罐，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量，通過氧氣濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按要求調(diào)節(jié)入爐空氣總管純度為90%的O2進(jìn)入混合罐，與來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣混合，再進(jìn)入增氧空氣總管，增氧空氣中O2的體積分?jǐn)?shù)為24%～30%[2-3]。通過造氣優(yōu)化DCS系統(tǒng)依次間歇進(jìn)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(yīng)，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(jìn)入氣柜供后工段使用[4-5]。

2 工藝特點(diǎn)

富氧制氣采用變壓吸附裝置制取氧氣，裝置運(yùn)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?yàn)榧最悘S房，純氧管道就不進(jìn)入甲類廠房內(nèi)。

在采用富氧技術(shù)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(duì)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(dú)立的系統(tǒng)，制氧裝置檢修，轉(zhuǎn)為空氣制煤氣，不會(huì)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行，12月底即達(dá)到工藝改造預(yù)期的目標(biāo)。改造完成后，增氧間歇?dú)饣に囅鄬?duì)于常壓空氣間歇?dú)饣に嚨脑鲅蹩諝庋躞w積分?jǐn)?shù)提高至25%左右，純放熱放空反應(yīng)時(shí)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|(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)明顯得到促進(jìn)，放熱反應(yīng)熱效率明顯提高，CO2與CO的比值在同等煤質(zhì)、同等設(shè)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(zhì)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?jǐn)?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(jì)性分析

10臺(tái)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(fèi)用約150萬元、自動(dòng)化控制改造費(fèi)用約50萬元，合計(jì)總投資約1 800萬元。傳統(tǒng)固定床間歇?dú)饣c固定床增氧間歇?dú)饣に噮?shù)對(duì)比見表1。

表1 傳統(tǒng)固定床間歇?dú)饣c固定床增氧間歇?dú)饣に噮?shù)對(duì)比

由表1可知：目前，變壓吸附裝置噸氨耗氧約110 m3，氧氣價(jià)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(jì)效益約54元，則年經(jīng)濟(jì)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(fēng)氣，CO2體積分?jǐn)?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(fēng)氣，CO2體積分?jǐn)?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(jié)語

富氧連續(xù)氣化是一種節(jié)能技術(shù)，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(fēng)時(shí)間，減少吹風(fēng)帶出熱量總量；再者，富氧空氣進(jìn)入造氣爐后，提高煤與O2的反應(yīng)速度，反應(yīng)效率增加，有利于造氣爐的蓄熱。基于此原理，帶來了以下節(jié)能降耗、降低成本等優(yōu)勢(shì)：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(shí)整個(gè)固定費(fèi)用相對(duì)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(tái)，維修費(fèi)用、輔料費(fèi)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(chǔ)上將技術(shù)路線升級(jí)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(shù)，動(dòng)作幅度太大，且影響公司現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。而富氧氣化技術(shù)，適用于固定床工藝改造，在維持原有裝置不變的基礎(chǔ)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?dú)饣铣砂苯岛慕当綶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(jìn)行固定床增氧制氣改造及總結(jié)[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(jié)[J].氮肥技術(shù)，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(shù)探究[J].小氮肥，2015，43(11)：19- 20.