王伟，梁志敏，郭金柱
（中海石油天野化工有限责任公司，内蒙古 呼和浩特010070）
［摘 要］ 中海石油天野化工有限责任公司300 kt/a合成氨装置采用Shell渣油气化流程。2005年，合成氨装置进行了“油改气”（原料由渣油改为天然气）技改。近年来，原料天然气价格上涨，生产成本逐年增高，能耗较高的“二步法”低温甲醇洗系统（工艺气净化历经“两次降温两次升温”过程）改造势在必行。鉴于工艺气中硫含量及碳黑含量较低，认为停运脱硫单元并增设转化气直接去变换单元流程、停运气化单元碳黑洗涤塔并在增湿塔前增设碳黑过滤器完全可满足变换单元、脱碳单元的工艺要求。2016年8—9月，利用合成氨装置停车机会实施了本项技改，节能技改效果评价及性能考核数据表明，系统运行状况良好，吨氨节能1.067 GJ（折标煤12 000 t/a），年可创效约1 124万元。
［关键词］ 合成氨装置；脱硫单元；变换单元；脱碳单元；“二步法”低温甲醇洗系统；节能技改；效果评价；性能考核
［中图分类号］ TQ113.28［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）06-0005-04
1 概 述
中海石油天野化工有限责任公司（简称天野化工）300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素装置中，合成氨装置主要生产单元包括空分、气化、净化（脱硫+变换+脱碳+液氮洗等4个工段）及氨合成；其中，空分单元采用林德全低压液氧泵流程，气化单元采用Shell非催化部分氧化废锅流程，变换单元采用饱和热水塔流程，脱硫、脱碳单元采用林德低温甲醇洗流程，氨合成单元采用凯洛格卧式合成塔、组合式氨冷器流程。
2005年，因原油价格不断上涨，原料渣油供应持续减少，企业经济效益明显下滑，天野化工对合成氨装置实施了“油改气”技改。项目实施后，合成氨装置运行平稳，但其综合能耗略有上升。以下对合成氨装置的能耗进行分析，并对合成氨装置的节能技改等情况作一总结。
2 “冷热病”问题分析
2005年以前，天野化工合成氨装置气化单元采用Shell非催化部分氧化废锅流程，20世纪70年代本技术已非常成熟，全世界应用很广泛。2005年，天野化工合成氨装置原料由渣油改为天然气，气化单元的原料气中碳黑含量及硫含量大幅降低，综合评估当时的气价、技改投资及天然气成分的不确定性，当时对系统流程没有进行大的改动。
近年来，随着原料天然气价格的上涨，生产成本逐年增高，挖潜增效、节能降耗成为天野化工的必经之路。其中，能耗较高的“二步法”低温甲醇洗系统，其间有“两次降温两次升温”过程，即所谓的“冷热病”问题，一直制约着天野化工合成氨装置的节能降耗，实施改造势在必行。
2.1 “冷热病”的由来
2.1.1 第一步：两个降温过程
一次降温：气化单元产出的转化气由209 ℃降至45 ℃进入净化单元。
二次降温：净化单元入口气由45 ℃降至-23 ℃进入H2S吸收塔脱硫。
2.1.2 第二步：两个升温过程
一次升温：净化单元的入口气脱硫后，脱硫气由-32 ℃升至31 ℃去净化系统变换单元。
二次升温：净化系统变换单元入口气由31 ℃升至210 ℃进入变换炉进行变换反应。
2.2 节能技改思路
气化单元转化气不经碳黑洗涤降温和净化系统脱硫单元，直接进入净化系统变换单元，简化流程，解决“冷热病”问题，以实现节能降耗。
3 节能技改可行性分析
2005年“油改气”前，合成氨装置原料渣油硫含量＞400×10-6；2005年“油改气”后，原料是以甲烷为主的天然气，组分轻、杂质少，与渣油相比，其含硫量大幅度下降（硫含量在1×10-6以下），原料气中的碳黑含量降至微量（碳黑含量在1 mg/L左右），实际所用天然气中硫含量平均为0.30×10-6，脱硫单元入口转化气中实际硫含量平均为0.08×10-6。可见，采用低硫的天然气，停运脱硫单元后，可满足变换催化剂对工艺气硫含量＜200×10-6的要求，且现采用的变换催化剂抗硫能力达200×10-6，也为转化气处理过程的简化及节能创造了的条件，完全可以对“二步法”低温甲醇洗流程进行节能技改。
节能技改前，增湿塔循环水泵（GA302）入口碳黑含量平均为10 mg/L，脱湿塔循环水泵（GA301）入口碳黑含量平均为4 mg/L。节能技改方案中，通过增设碳黑过滤器降低碳黑含量，以免碳黑在增湿塔（DA301）填料层形成堵塞。
简言之，从转化气中硫含量和碳黑含量对净化系统变换单元影响的角度来考虑，本节能技改方案是可行的。
4 流程改造
更多内容详见《中氮肥》2019年第6期