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晋城二化合成氨原料气净化工艺路线的选择与应用 天脊集团晋城化工股份有限公司是由原晋城市第二化肥厂逐步改制设立的股份制企业。公司下设煤气化厂(原晋城二化)、化工厂(原6013厂)2家生产厂。本公司2家生产厂的合成氨原料气净化路线均采用取消半水煤气脱硫0. 8 MPa全低温变换湿式栲胶变换气脱硫2. 7MPa碳丙脱碳JTL-4精脱硫12. 5 MPa醇烃化工 艺。现将详情介绍如下。 1 半水煤气脱硫 1996年在原晋城二化厂进行年产25 kt合成 氨技术改造时,变换工段采用了湖北化学研究所 开发成功的全低温变换工艺。根据全低变催化剂 的技术要求,半水煤气中H2S含量必须高于150 mg/m3(标态),这样才能保证其活性,且半水煤气 中H2S含量愈高,催化剂活性愈好,可杜绝催化 剂的反硫化现象。但是,以晋城煤为原料,半水煤 气H2S含量一般在550 mg/m3(标态)左右,取消 半脱后,不但可减少设备投资,节省场地,降低生 产运行费用,而且可延长变换催化剂使用寿命,稳 定变换操作。因此,就取消了半水煤气脱硫。 采用取消半水煤气脱硫工艺的气体净化路线 后,最大的担心是H2S对后工序设备的腐蚀及碳 酸氢铵产品质量影响问题,尤其是对变换饱和热 水塔的腐蚀。但是,从生产运行情况来看,以上问 题基本不存在。1998年技改时拆开1台1 400 mm饱和热水塔进行内部检查,除饱和塔热水进 口管及其分布器损坏外,塔壁无腐蚀现象; 2003 年对1998年更换的2 200 mm饱和热水塔进行 全面检查,也是饱和塔热水进口管及其分布器损 坏,筒体气液接触部分有麻点,可以认为在气液接触部位有可能产生化学腐蚀和气流冲刷腐蚀。 2003年在化工厂新建1套180 kt/a全低变装置 时,并为避免上述现象,将饱和塔上部气液接触部 位及封头、湿煤气出口U形管、热水进口L形管 (长度各1. 5 m)采用不锈钢材质。关于对变换热 交换器的腐蚀问题,采取增设不锈钢预腐蚀器来 保护热交的方式。关于H2S对碳化系统设备的 腐蚀问题,由变换气带过来的H2S在碳化液中与 Fe2+反应生成FeS。由于FeS的存在,在设备内 壁形成了具有防腐作用的保护膜。关于对化肥质 量影响的问题,H2S与NH3反应生成白色结晶硫 化铵,或夹带部分FeS使化肥颜色呈浅灰色。从 农作物生长所需的十大营养元素C、H、O、N、P、 K、Ca、Mg、S、Fe来看, S、Fe也在其中。S是构成 蛋白质和酶的主要成分,对促进植物根系生长有 良好的作用。Fe是叶绿素形成不可缺少的条件, 其能促进作物呼吸,加速生理的氧化。氨加工成 尿素,增加变换气脱硫之后,气体H2S含量[10 mg/m3(标态),不但对后工序没有影响,而且可将 硫泡沫回收加工成高品位硫磺。 2 0. 8MPa全低温变换 从1996年开始将15 kt/a合成氨装置由中串 低变换工艺改造成全低温变换工艺后,合成氨生 产能力不但达到了30 kt/a,而且各种消耗大幅度 降低,为企业取得了较好的经济效益和社会效益。 在初次尝到变换新工艺应用带来的好处后,对装 置不断地进行技改和完善,合成氨生产能力最终 达到60 kt/a。此后,分别于2001年、2002年在所 属的煤气化厂和化工厂各新建1套60 kt/a合成 氨装置,也采用全低变工艺。2003年为建设化工 厂240 kt/a合成氨、300 kt/a大颗粒尿素工程的需要,又新建1套合成氨能力为180 kt/a的全低 温变换系统,同年10月投入运行。9年来,公司2 家厂共有4套全低温变换系统相继建成投运,总 合成氨生产能力已达360 kt/a。 2. 1 典型工艺流程简述 由压缩来的半水煤气经半水煤气冷却器降温 后送至丝网除油过滤器滤掉气体中夹带的油分, 再进入饱和热水塔的饱和段。在塔内气体与塔顶 喷淋而下的热水逆流接触,进行物热的传递。经 提温增湿后的半水煤气进入湿煤气水分离器,分 离掉夹带的液滴后,气体进入预热交换器、主热交 换器提温,混合煤气温度升到180~200e进入变 换炉一段(原中变炉一、二段),在变换炉一段,通 过催化剂保护剂(可用旧催化剂)将气体中的杂 质进一步过滤,再通过抗毒剂除氧后进入变换炉 的一段催化剂床层。经一段变换反应后,气体升 温至380e左右,CO含量由28%降到12%引出, 进入增湿净化炉,在此高热气体与大量的冷凝水 接触,在填料的表面上进行物质与热量的传递。 液相全部被蒸发,增加了气体中的水蒸气含量。 增湿降温至200e左右的气体进入变换炉的二段 催化剂床层,继续进行CO的变换反应。出二段 催化剂床层约280e、CO含量~6%的气体进入 主热交换器、预热交换器换热降温至180e左右, 进入变换炉三段催化剂床层(原2#低变炉),继续 进行CO的变换反应。经三段催化反应