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1、合成氨裝置節(jié)能措施摘要:中石油寧夏石化公司一化合成氨裝置為我國20世紀(jì)80年代引進(jìn)的四套大化肥裝置之一,隨著裝置操作技能的進(jìn)步,節(jié)能意識(shí)的進(jìn)步與原料價(jià)格的不斷上漲,裝置節(jié)能成為每年的關(guān)鍵課題之一,公司圍繞節(jié)能課題,進(jìn)行了不懈的工作。關(guān)鍵詞:節(jié)能;改造;原料結(jié)構(gòu);安全管理;尾氣回收一化肥合成氨裝置原始設(shè)計(jì)為德士古渣油造氣制氨流程,包括造氣、工藝氣變換、工藝氣凈化、氨的合成與冷凍工號(hào),隨著原料渣油價(jià)格的逐步上升,裝置的盈利空間越來越小,為了降低運(yùn)行成本,2003年進(jìn)行了原料氣更換,改為德士古天然氣造氣制氨流程,增加了兩臺(tái)天燃?xì)鈮嚎s機(jī)及相應(yīng)的冷換設(shè)備,停運(yùn)了原炭黑萃取系統(tǒng),進(jìn)行水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能改造,即
2、將氣化裝置4112-cl碳黑洗滌塔進(jìn)行了上下塔體打通,取消二級(jí)文丘里洗滌器,氣化爐出水部分送4113處理,一部分送4112-cl進(jìn)行內(nèi)循環(huán),將原4113-p5、4112-p5改為功率較小的泵。同時(shí)空分工號(hào)進(jìn)行了技術(shù)改造,新增加了分子篩吸附系統(tǒng),凈化空氣。將空氣中雜質(zhì)的清除過程,由冷箱內(nèi)可逆式切換自凈化空氣流程移至冷箱外,甲醇洗工藝同時(shí)也做了較大的改造,由原來的五塔流程改為六塔流程,緩減了天然氣流程co2不足,甲醇洗工藝?yán)淞坎蛔愕臓顩r,改造后,生產(chǎn)成本大幅降低,但尿素的產(chǎn)量減少,氨碳比不平衡,有一定的節(jié)能改造空間,隨著裝置的運(yùn)行,陸續(xù)進(jìn)行了后續(xù)改造。2005年增加了一套甲醇生產(chǎn)線(年產(chǎn)5萬噸甲醇
3、),利用造氣單元富裕的工藝氣生產(chǎn)甲醇,實(shí)現(xiàn)甲醇消耗自給自足,解決了裝置夏季高負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸問題,2008年增加變壓吸附裝置,回收甲醇洗放空尾氣,增加了近2500m3/h的純co2回收,徹底解決了氨碳比不平衡的問題,取得了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益(增加了尿素產(chǎn)量)和環(huán)境效益(減少了co2排放),使裝置能夠全年高負(fù)荷生產(chǎn),2008年將變換催化劑由鈷鉬系改成鐵-鉻系b-113催化劑,取消了cs2加硫裝置,節(jié)約了cs2的消耗。1、通過工況優(yōu)化節(jié)能實(shí)現(xiàn)工況優(yōu)化是另一項(xiàng)效果十分明顯的節(jié)能措施,氨的合成工藝相對(duì)于精細(xì)化工,屬于粗放控制,關(guān)鍵指標(biāo)的控制范圍較寬,這為工況優(yōu)化提供了較大的空間,精細(xì)操作粗放工藝,將會(huì)帶
4、來可觀的節(jié)能效益,造氣工號(hào)的甲燒控制指標(biāo)在0.5%到1.5%,精細(xì)操作,可以控制到0.8%左右,對(duì)千日產(chǎn)千噸氨的工藝來說,甲烷每減低0.1%,氨產(chǎn)量將增加1%,即每天增加10t氨,創(chuàng)造利潤3萬元,變換工號(hào)使用鐵系催化劑變換爐出口工藝氣co控制指標(biāo)小于3%,精細(xì)操作可以控制到1.5%,co每減低0.1%,氨產(chǎn)量將增加1%,同樣每天增加10t氨,創(chuàng)造利潤3萬元,在同樣的氨合成生產(chǎn)強(qiáng)度下,降低人塔氨濃度可相對(duì)減少循環(huán)氣量,也就減少了循環(huán)氣的壓縮功耗,尤其在出塔氨濃度較低的時(shí)候,降低入塔氨濃度可以顯著降低循環(huán)氣量,如出塔氨濃度僅為10%時(shí),若將人塔氨濃度4%降低到2%時(shí),循環(huán)氣量將從14952m3/t
5、氨下降到11214m3/t氨約減少25%,顯著節(jié)約壓縮功耗,入塔氨濃度降低是以增加冷凍功耗為代價(jià),目號(hào)前我公司,冷凍功耗動(dòng)力蒸汽較為富裕,可以為氨合成提供較多的冷量,入塔氨濃度控制指標(biāo)為小于3%,精細(xì)操作可以控制到2%,將顯著節(jié)約高壓蒸汽消耗。目前由此可以看出,通過對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的精細(xì)控制,能夠得到顯著的節(jié)能效益。2通過持續(xù)的支術(shù)改造節(jié)能2.1繼續(xù)優(yōu)化原料氣結(jié)構(gòu),探求節(jié)能新工藝隨著天然氣價(jià)格的不斷上漲,與越來越突出的供應(yīng)緊張問題,公司繼續(xù)積極拓寬思路,尋求可能的替代原料,經(jīng)過慎密調(diào)研,確定了使用焦?fàn)t氣替代天然氣的方案,通過與華油集團(tuán)合作,開發(fā)周邊焦?fàn)t氣(寧夏周邊烏海焦?fàn)t氣數(shù)量可觀,放空消耗過大,可
6、以回收190000m3/h),作為合成氨裝置造氣工號(hào)的原料氣,進(jìn)一步替代天然氣,2012年10月焦?fàn)t氣項(xiàng)目初步具備投用條件,進(jìn)行了初步的試車工作,造氣爐進(jìn)5000m3/h焦?fàn)t氣試燒成功,合成氨綜合能耗明顯降低,經(jīng)過工況分析,預(yù)計(jì)焦?fàn)t氣項(xiàng)目成功投用后,使用50000m3/h焦?fàn)t氣,合成氨綜合能耗將降低2.gj/噸氨,從價(jià)格上也極具優(yōu)勢(shì),投用后將徹底改變天然氣緊張,冬季裝置逼迫停車維護(hù)的局面,可以說是又一次尋求替代原料的巨大成功。2.2實(shí)現(xiàn)液氮洗工藝單元的尾氣回收2010年公司通過與合同化能源公司合作,進(jìn)行合成氨裝置液氮洗單元尾氣回收,此項(xiàng)改造是將液氮洗工藝單元作為鍋爐燃料氣含有效氣成分60%約7
7、000m3/h的工藝尾氣加壓后再送到造氣單元參與氨的合成,2012年成功投用,改造后每天節(jié)約天然氣消耗29495元,每天多產(chǎn)氨在30噸,尿素產(chǎn)量增加70噸,相對(duì)于鍋爐燃燒產(chǎn)生了更大的經(jīng)濟(jì)效益,尾氣中惰性氣氮?dú)庖沧鳛榘焙铣傻脑蠚獾玫接行Ю?,減少了co2的放空消耗(原尾氣中co送火炬、鍋爐燃燒放空),取得良好的環(huán)境效益。2.3增加微米級(jí)超細(xì)過濾器,改善甲醇洗運(yùn)行環(huán)境合成氨裝置造氣單元天然氣流程改造后,甲醇洗單元的部分換熱器結(jié)構(gòu)已不適應(yīng)天然氣流程的高效運(yùn)行,尤其是兩臺(tái)關(guān)鍵的換熱器(4115e10e9)表現(xiàn)最為突出,到2005年已出現(xiàn)無法有效運(yùn)行的情況,逼迫進(jìn)行性化學(xué)清洗,但運(yùn)行周期不到半年,尤其
8、不幸的是隨著化學(xué)清洗次數(shù)增加,換熱器接近報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn),逼迫進(jìn)行更換,新的換熱器更換后仍然出現(xiàn)短期內(nèi)堵塞情況,為此公司考察了許多相關(guān)單位同類裝置的運(yùn)行情況(目前同類裝置純天然氣流程僅此一家),發(fā)現(xiàn)微米級(jí)濾網(wǎng)的應(yīng)用很有潛力,2011年經(jīng)過招標(biāo),采購了兩套微米級(jí)過濾裝置(一套5微米一套10微米),2012年2月成功投用,投用后過濾強(qiáng)度大幅增加,效果十分明顯,截止目前兩臺(tái)換熱器一直保持高效運(yùn)行,未發(fā)現(xiàn)明顯的換熱效率下降趨勢(shì),運(yùn)行周期由不到半年,延長到超過一年(目前巳運(yùn)行超過16個(gè)月),極大地保證了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,其投入帶來了來預(yù)期的效益回報(bào)。2.4充分使用在線開孔技術(shù),實(shí)現(xiàn)裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行裝置隱患的在線消
9、除,尤其是高壓隱患,極具風(fēng)險(xiǎn),多年來逼迫停車檢修的事例舉不勝數(shù),近幾年公司積極與專業(yè)公司合作,引進(jìn)在線開孔消漏,在線開孔加閥技術(shù),取得了了巨大的成功,在線開孔消漏,就是在符合條件的隱患部位通過專業(yè)工具,打開能夠有效控制的孔洞,將堵漏材料通過孔洞注入到泄漏部位,達(dá)到消除漏點(diǎn)的目的,最后從容關(guān)閉開孔部位,公司先后進(jìn)行了變換工號(hào)鍋爐水高壓切斷閥填料泄漏消漏(不能在線更換,緊固無效),兩個(gè)合成塔高壓進(jìn)料閥填料泄漏消漏工作,取得了完全成功,保證了裝置的連續(xù)運(yùn)行。在線開孔就是利用專業(yè)工具,在正在運(yùn)行的工藝管線上開孔,增加甩頭閥門,將工藝介質(zhì)在線引出,合成氨裝置先后進(jìn)行了四大透平機(jī)組主冷凝器循環(huán)冷卻水管線的
10、在線開孔,氨冷凍大型換熱器循環(huán)水管線的在線開孔,使以上換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)在線反沖洗,在線化學(xué)清洗,在線提高換熱效率,尤其是2011年循環(huán)水技術(shù)改造后,系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,雜質(zhì)多換熱器容易堵塞,嚴(yán)重的影響了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,公司通過在線開孔技術(shù),穩(wěn)定了裝置的連續(xù)高效運(yùn)行。2.5從液氮洗工號(hào)抽液氮為甲酵洗工號(hào)提供冷量液氮洗工號(hào)冷箱板式換熱器進(jìn)行更換后,冷箱冷量富裕,為了維持裝置正常運(yùn)行,逼迫進(jìn)行液氮洗滌塔塔底污液氮排放,2010年經(jīng)過與兄弟單位進(jìn)行技術(shù)交流與技術(shù)分析,發(fā)現(xiàn)可以從冷箱抽出高純度液氮,從而實(shí)現(xiàn)將冷箱富裕冷量取出,減少排放損失,2011進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn),取得成功,隨機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造,通過甲醇洗工號(hào)氣
11、體氮管線,將冷箱富裕冷量補(bǔ)充到冷量緊張的甲醇洗工號(hào),實(shí)現(xiàn)操作單元優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),節(jié)約氮?dú)馀欧牛?jīng)測(cè)算其冷量會(huì)使175m3/h循環(huán)甲醇的溫降為0.68,冷量補(bǔ)充量對(duì)甲醇洗系統(tǒng)平均溫降幅度有限,雖不能做為增加裝置負(fù)荷的決定依據(jù)(若要依此增加負(fù)荷,還需再補(bǔ)充2倍以上的冷量),但做為一種穩(wěn)定、優(yōu)化工況的手段,其效果是非常好,更為有利的是,為甲醇洗工號(hào)提供了可觀的冷量蓄積(夜間),為甲醇洗工號(hào)過高溫期(白天)提供了十分有利的保障(2011年6月23日夜間補(bǔ)液氮投用8:00甲醇洗系統(tǒng)溫度降到-19.5,6月24日間補(bǔ)液氮未投用8:00甲醇洗工號(hào)系統(tǒng)溫度只降到-16.9)。3、結(jié)語隨著裝置的運(yùn)行時(shí)間的增加,工藝設(shè)備技術(shù)同時(shí)取得進(jìn)步,操作經(jīng)驗(yàn)持續(xù)積累,為持續(xù)的裝置優(yōu)化、技術(shù)改造提供了有力的基礎(chǔ),在舊的工藝包適應(yīng)新工藝、新流程的過程中,仍有許多改造、優(yōu)化的空間,如:進(jìn)一步使用煉廠干氣作為造氣單元的原料;隨著天然氣管網(wǎng)的提壓,造氣單元可
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