“净化是合成氨生产的中间环节,在其成本中占比只有10%左右,不是大头。但是,净化系统工段较多,包括半水煤气脱硫、变换、变脱、脱碳、精脱硫、精制等6个工段,流程最多、设备最多,对整个系统的成本影响很大。如果保障不了净化效果,企业的生产成本就会提高,长周期稳定运行也会受影响。可以这样说,在当前严峻的市场形势下,如果哪家氮肥企业做不好净化,就会率先出局。”上海达门化工工程技术有限公司总经理于子方的这番话,反映出了采用绿色技术对氮肥企业脱困的重要性。
那么,目前有哪些新的绿色技术可供氮肥企业选择应用?记者对此进行了梳理。
脱硫净化技术 助力环保
长春东狮科贸实业有限公司项目副总经理何冰认为,脱硫净化是关系合成氨生产的重要技术,是保证生产装置长期稳定运行的关键。尤其是在环保要求日渐严格的今天,脱硫更显示出其重要性。
据何冰介绍,该公司通过大量的调查研究和多次实验,克服传统填料塔易堵塔、系统阻力大、动力消耗高、投资费用高、气体液体分布难、循环量大且不易调节等难题,最终确定了在常压脱硫中用空喷技术来取代或部分替代单纯的填料塔型,在加压脱硫中推广QYD高效复合传质内件。
何冰表示,所谓空喷技术,就是湿式氧化法脱硫中的无填料技术。通过改变喷头的雾化技术、喷头在塔内的布置形式,可彻底解决堵塔、系统阻力大、设备庞大的问题,能降低一次性投资,有效提高了高压机打气量,同时也降低了风机的动力消耗。何冰强调,大量的工业应用证明,空喷技术在天然气、沼气、焦炉煤气脱硫方面更有应用价值。
而QYD高效传质内件,是东狮科贸公司经过多年研究,进行了多次试验,并借鉴鼓泡塔、泡罩塔、垂直筛板塔、填料塔等各种塔型的优点,最终开发而成的一种新型吸收塔内件。该内件结构简单、安装方便、操作弹性大、塔阻力低,在近几年的应用实践中经不断改进完善,更趋成熟可靠,已在齐鲁一化公司、河南晋开公司、湖南智成公司、徐州丰成公司等企业得到应用。
何冰告诉记者,QYD高效传质内件的技术特点非常明显。在新塔设计中,塔的高度要比填料塔降低1/3左右;该内件使用后,溶液的循环量要比填料塔降低30%~50%;装置用于新塔设计时,高度大幅降低,因此在选取泵的扬程时也要比原来低10米左右,这样可大大降低脱硫的动力消耗;由于气液接触时间大幅缩短,更有利于脱硫液对硫化氢的选择性吸收、溶液的再生、硫泡沫的浮选,以及降低碳酸氢钠生成率;如果用于新塔设计,与填料塔相比,可节省30%~50%的投资。
等温变换技术 节能降耗
氮肥生产工艺的进步,对变换技术提出了新要求。在这种情况下,各种等温变换技术应运而生,也引起了不少氮肥企业的关注。
据湖南安淳高新技术有限公司副总经理戴丰育介绍,随着新型煤气化技术的推进,连续气化技术得到了前所未有的发展,变换气中的一氧化碳含量在传统的30%基础上不断提高,有的甚至到了70%~85%。而高含量一氧化碳合成气的变换难度极大,传统的冷激换热、气气间冷换热、管式反应器等适应不了新工艺条件的要求,以致大量一氧化碳被白白放空或做燃料烧掉。苛刻的反应条件,向变换技术提出了挑战,在这种情况下,悬挂水管式等温反应器应运而生。
戴丰厚告诉记者,悬挂水管式等温反应器已在新疆天业集团得到了成功应用,具有如下优点:一是流程简化,换热器设在塔内;二是工艺智能化,床层温度轴向、径向各点温度均稳定在219~222℃;三是操作傻瓜化,通过控制汽包蒸汽压力,可以轻松调节床层温度;四是成果高效化,几乎可全部利用产生的中压蒸汽。
南京敦先化工科技有限公司于近年成功开发出水移热等温变换技术。该公司总工程师王庆新告诉记者,公司的技术已于去年12月6日在湖南安乡晋煤金牛化工有限公司得到成功应用。
王庆新表示,与传统工艺相比,采用水移热等温变换技术可减少主设备1/3,缩短流程1/3,减少工程投资1/3,并可省去变换循环冷却水。
应用经验表明,企业采用水移热等温变换技术改造后,变换系统出口的一氧化碳含量由原来的1.2%降至0.6%,系统阻力由原来的1.2兆帕降至0.07兆帕,蒸汽消耗下降了135千克/吨氨,变换冷水消耗下降了20立方米/吨氨,同时副产0.7兆帕饱和蒸汽236千克/吨氨,供造气使用。王庆新表示,该公司现在拥有适于粉煤加压气化、水煤浆加压气化、无饱和热水塔、有饱和热水塔等技术和装置的等温变换技术。
据石家庄正元塔器设备有限公司副总工程师李昌印介绍,一氧化碳变换是合成氨生产过程中的重要工序。依托多年来对变换反应理论的研究,以及工艺设备开发的实践,该公司完成了等温变换炉和配套工艺流程的工业设计,通过水管式变换反应器,副产2.5兆帕饱和蒸汽,结合氨合成系统软水加热器提供的热水,实现了变换系统的“准零汽耗”。
该工艺装置已于2012年11月18日完成催化剂硫化,在中冀正元公司一次开车成功,达到设计指标,装置规模为12万吨总氨/年。装置开车后,企业已全停原中低低变换装置,彻底改变了原装置催化剂均已到后期、系统阻力变大、需停车更换催化剂的现状。就这样,一台等温变换炉完成了原变换炉三段催化剂的生产任务,系统压降大幅降低,实现了预期效果。
装置开车到现在的运行情况表明,通过工艺系统的优化调整,可在大型合成氨装置高一氧化碳的变换过程中得到较好应用。沧州正元公司年产60万吨合成氨、80万吨尿素项目也计划采用该装置技术。
超重力技术 清洁高效
“当前,氮肥工业该怎样发展?要走技术创新、节能减排、污染控制的增长之路,要安全、清洁、高效生产,要将原材料全部转化为产品,尽可能的实现零排放。”谈到氮肥工业的发展理念时,山西中北大学校长刘有智做了以上陈述。
“现在氮肥企业身处沼泽,投资力有限,如何用最少的投资实现清洁生产并走出困境,成为企业追求的目标。”刘有智说,“在这种情况下,我们研发了超重力技术并因此获得了2011年度国家科技进步二等奖。作为一种化工废气净化分离的高效手段,超重力技术的先进性在于,能够把原先高40多米的塔,在达到相同处理量、相同效率的情况下,缩小体积至1/70,降低高度到3米,节约钢材40吨。它一改过去氮肥企业设备大、投资多的缺点,使设备体积成几何级下降,极大减少了占地面积、反应体积和投资额。”
据了解,化工废气的治理通常采用塔设备湿法处理技术,但这种技术投资及运行费用高,制约了企业治污工作的推进。同时,设备高、占地大,致使已有生产线废气治理的技术改造受场地空间限制难以实施。“在之前的实践中,由于现场找地方非常困难,我们在一个39米的平台上就把超重机安上去了,做到了5.5万立方米/时的处理量。这是超重力技术在天脊集团脱氨除湿项目上的应用。”刘有智说。他表示,因为超重力精馏设备体积小、动力消耗小、密封也较好,在当下中小氮肥企业技术改造过程中有望得到大量使用。
“所有氮肥、甲醇的单元操作,我们都在超重力环境下做过尝试,我们在这个领域申报了40多项发明专利,得到授权的有24项。超重力的国家标准也是我们制定的,我们还发明了撞击流旋转填料床,把原来的传统气液超重力环境拓展到了液液超重力环境,使得液液反应、液液萃取、液液分离能够实现。”刘有智说。
“它为企业技术改造和现有装备的升级改造,提供了一个很好的思路。”河北阳煤正元化工集团有限公司总经理刘金城这样评价超重力技术。

在煤化工产业大规模发展及产业链延伸过程中,气体净化技术该如何匹配提升?在环保重压下,气体净化技术会带给煤化工企业怎样的节能减排效益?6月11~12日,在长春东狮科贸实业有限公司于江苏宜兴举办的第十二次脱硫技术交流会上,与会*和学者积极讨论,试图寻找*佳答案。
“在煤制合成气过程中,煤中的硫大多以无机硫化物及少量有机硫化物的形式转化到气相中。其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物,还有少量的有机硫化物,主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等,这些有机硫化物在氢环境、较高温度下大部分可以转化成硫化氢。”
长春东狮科贸实业有限公司副总经理毕宝宽介绍说,因此通常情况下,煤气脱硫主要围绕硫化氢的脱除问题进行。
全国废气净化技术委员会副主任、太原理工大学苗茂谦教授建议,应当针对不同气化技术、原料气差异和目标产品特征,来选择*佳的气体净化方案,同时优化各种变换气脱硫脱碳工艺,开发出满足大型二氧化碳脱除工艺及大型吸收塔器等设备。此外也要注重硫资源回收及含硫化学品的延伸利用,进一步提升强化一氧化碳及二氧化碳分离技术。
他还建议,可以通过湿法净化、干法净化、变压吸附、变温吸附、膜分离、低温精馏等工艺的组合,达到气体深度净化及分离的更高要求,以满足不同生产规模、不同产品品质及环保排放标准的要求。
然而这几年随着新型煤化工的发展尤其是煤气化装置大型化的发展,气体净化技术大多采用低温甲醇洗等湿式非氧化法工艺配套完成。但该工艺投资较大,且在净化过程中硫化氢没有发生化学转化,而是被富集到酸性气体中。为处理硫化氢通常配套采用克劳斯工艺,但克劳斯工艺的硫回收通常只针对高硫含量酸性气,其催化氧化流程长、投资大,酸性气体达标排放存在较大难度,这也就导致目前中小型煤气化及传统煤制合成气工艺净化技术的选择和改造处于一个*尴尬的境地。
毕宝宽为上述问题提供了一个可行的解决方案,他建议无论是中小型煤气化企业,还是煤制合成气工艺,净化技术改造都可采用湿式氧化法脱硫组合技术,一次性完成硫化氢的脱除问题,从而满足新型煤化工气体净化设计和传统煤化工气体净化改造的需求。
全国化工合成氨设计技术中心站技术委员会高级顾问徐京磐也推荐这项湿式氧化法脱硫组合技术。他介绍说,东狮公司的湿式氧化法脱硫组合技术,耦合了他们研发的富液增容技术、无填料传质技术、闪蒸控制技术等,能很好满足高压、高二氧化碳、高硫化氢、高净化度“四高“工况条件下的脱硫需要。这一专有技术已经在多套洁净煤气化的湿法脱硫装置中成功应用,并取得很好效果。
以绍兴化工有限公司为例。该公司采用无填料传质技术及富液增容技术相结合的工艺方案对其水煤浆制气进行脱硫改造。在变换气流量20000~22000立方米/时、压力1.6兆帕、硫化氢含量大于2600毫克/立方米的工况条件下,采用该组合工艺脱硫可使硫化氢含量稳定在
3.7毫克/立方米,且使系统阻力保持稳定,总溶液循环量小于700立方米/时就能满足生产要求。以前针对这种高含硫气体脱硫使用的是传统填料塔,经常会产生堵塔问题。且二氧化碳含量和压力等级越高,这种现象就会越明显。东狮的湿式氧化法脱硫组合技术不仅大幅降低填料塔高和脱硫液循环量,解决了堵塔问题,其中的无填料传质技术还可减少原料气中二氧化碳对脱硫液的影响,有利于脱硫液对硫化氢的选择性吸收,同时还能降低投资和运行费用。
东狮湿式氧化法脱硫组合技术适用范围也非常广。据*介绍,这一技术不仅可用于传统合成氨厂固定床气化装置加压脱硫,也适用于新型煤化工洁净煤气化的加压脱硫,在焦炉煤气脱硫、煤制燃气前脱硫、生物质沼气脱硫、焦油加氢脱硫等应用时都实现了超低排放。

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