合成氨"双甲"工艺在原料气净化中的优势分析

　　摘 要：合成氨原料气净化工序在工业生产领域具有相当重要的地位，其中超高的原料气微量必然会引起氨催化剂中毒，同时会影响净化工序的正常运行。其次，原料气净化的经济性对合成氨的经济效益具有决定性的作用。基于此，“双甲”（甲醇化-甲烷化）工艺应运而生，该新型净化工艺研发的基础为深度低变甲烷化工艺，其凭借着自身独特的优越性而被广泛应用。本文结合实际案例，就合成氨“双甲”工艺在原料气净化中的优势展开讨论。

　　关键词：合成氨原料气 “双甲”工艺 经济性

　　一、研究背景

　　我厂年产合成氨约18万T、年产尿素约30万T。我厂原料净化变换工段为全低变工艺，由于该净化工艺采用全低变工艺蒸汽消耗大、变换气指标要求低造成触媒更换频繁。其次，由于采用3.3MPa甲烷化没有甲醇化造成精制气中甲烷在2.0%、合成氨塔后放空气量在16000～17000m3/h，合成氨产量665T/天（640T/天），有效气体成份浪费较多。针对变化工段净化工艺的诸多弊端，其一方面造成了大量资源浪费，用时也对经济效益的增长造成了不良的影响。基于此，我厂决定将现有甲烷化工段净化工艺改为“双甲”净化工艺，其中净化变换工段工艺基本不变，由脱碳出口直接进合成气压缩机提压至7.1MPa，经过双甲工段副产粗甲醇1万吨/年，同时甲烷化工段蒸汽（5.0MPa）使用以后送变换工段进行二次使用。我厂双甲工段由上海国际化建设计，中国化学工程第十六化建设有限责任公司2012年10月安装结束，同年10月30日满负荷生产，运行至今达到了设计要求和效果，满足了工艺要求。

　　二、“双甲”净化工艺的化学反应机理与工艺流程

　　1.“双甲”净化工艺的化学反应机理

　　2.1来自造气的半水煤气进入洗涤塔除去部分灰尘和冷却降温之后，半水煤气再通过入口水封流至脱硫塔底部，然后半水煤气经塔内填料与钠碱液逆流接触，除去半水煤气内富含的大部分硫化氢，此时需把出口气内的硫化氢质量浓度控制到≤100mg/m3以内，而硫化氢再通过气柜进入电滤器除尘岗位。

　　2.2把电除尘器出口煤气内的含尘质量浓度控制到≤3mg/m3以内，煤气经原料气压缩机压缩Ⅰ段、压缩Ⅱ段、压缩Ⅲ段、压缩Ⅳ段，此时提升半水煤气的压力至3.5MPa，再经变换工序，控制中变出口气体内CO的体积分数至0.3～0.6%以内。

　　2.3通过对变换气实施第二次脱硫脱碳后，出口气内硫化氢的质量浓度可降至0.5～1.0%以内，再对变换气实施精脱硫，此时气体内硫量的总含量可被控制到0.1*10-6。

　　2.4当气体经过合成压缩机一段后，再把压力提升到7.1MPa，此时再经甲醇合成塔，随即开始甲醇化反应。

　　2.5待气体发生甲醇化反应后，其通过换热器流出甲醇合成塔，此时再经水冷器冷却降温至40℃以内，之后进入甲醇水洗塔。

　　2.6经甲醇水洗塔的液态粗甲醇进入甲醇储槽，此时气体内CO+CO2的体积分数达到0.1～0.2%，该部分气体被送入甲烷化系统，经甲烷化系统反应后，气体内CO+CO2的体积分数≤10*10-6，此时再通过换热冷却把水份分离出来，随即经合成气压缩机二、三段，待压力提升至15.0MPa后再进入氨合成系统。

　　三、“双甲”净化工艺的优势

　　由第二章节可知，理论上已经印证了“双甲”净化工艺的优势，即净化效果显著，同时能够有效控制资源浪费等问题。由此可见，“双甲”净化工艺能够为工程提高综合效益提供技术支持。接下来主要通过几种净化工艺的对比，由此剖析“双甲”净化工艺的应用优势。

　　目前脱CO/CO2的常用工艺包括低温液氮洗涤法、铜洗法、深度低压变甲烷化法，其中铜洗法的应用历史最悠久，目前我国部分小型氮肥厂尚有沿用，其缺点和局限性较多，如工艺复杂、设备繁多、净化度低（出口CO+CO2的体积分数一般皆≥25*10-6）、操作程序繁琐、成本高、物料消耗量大（如乙酸、铜、蒸汽等的消耗量大）、环境影响大（铜液泄漏等）等。低温液氮洗涤法主要利用-190℃的超低温液氮和来自“空分”系统的冷量洗涤原料气，该净化法对去除原料气的组分（除N2/H2以外）具有特别显著地效果，但该净化法却存在投资成本高、空分冷冻分离装置体积庞大等缺陷。深度低变甲烷化法存在蒸汽消耗量大等缺点。与上述三种净化工艺相比较，“双甲”净化工艺将彻底改善低温液氮洗涤法、铜洗法、深度低压变甲烷化法所存在的不足，具体表现为蒸汽消耗量低、产品结构灵活可调、对CO+CO2微量的控制效果显著等。此外，“双甲”净化工艺的经济性亦是其他净化工艺所不能匹及的，具体表现为：有效控制蒸汽的消耗量、最大化降低变换的负担、切实提高了原料气的利用率（副产出甲醇）等。

　　四、讨论

　　总体而言，我厂对原煤气净化工艺的改进取得了相当大的成功，具体表现为：（一）有效降低了变换工段的蒸汽使用量且变换气CO指标由0.3%提至0.6%，触媒使用寿命可以延长2～3年。（二）精制气中甲烷降至1.0～1.2%、同时合成氨塔后放空气量减少至10000～12000m3/h。（三）合成氨产量冬季和夏季增加了5T左右。（四）副产甲醇实现利润1000余万元/年。由此可见，“双甲”净化工艺具有蒸汽消耗量低、气体精制效果明显、净化成本低、经济效益高等优点，值得大力推广。

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