李贵， 朱咏， 张继贤
（内蒙古鄂尔多斯化学工业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯016064）
［摘 要］蒸汽烃类转化工艺合成氨装置中，虽然由于历史原因、生产规模所限等，以及大型气头合成氨装置吨氨综合能耗已接近理论能耗，但装置中部分热能并未达到最佳回收效果（主要是中低位热能未充分回收利用），系统局部优化空间仍然存在。经分析，现有蒸汽烃类转化工艺合成氨装置中转化废热锅炉排污水和甲烷化炉出口工艺气的热能未被回收利用。通过对其他大型气头合成氨装置的考察，结合内蒙古鄂尔多斯化学工业有限公司540 kt/a合成氨装置的实际生产情况，探讨转化废热锅炉排污水和甲烷化炉出口工艺气余热的回收利用方案，并基于热量计算分析与论证两项余热回收利用方案实施后粗略的节能量，以期优化整套合成氨装置的余热回收效率，达到节能降耗、增产增效的目的。
［关键词］气头合成氨装置；低位热能；转化废热锅炉排污水；甲烷化炉出口工艺气；回收利用；热量计算；探讨
［中图分类号］TQ083+.4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）06-0034-04
0 引 言
内蒙古鄂尔多斯化学工业有限公司（简称内蒙古鄂化）540 kt/a合成氨及950 kt/a尿素技改扩能项目于2013年开工建设，项目以天然气为原料，合成氨装置为凯洛格工艺，采用成套国外二手设备进行扩能技改（合成氨装置原设计产能为450 kt/a），尿素装置新建，并配套建设辅助工程。2017年3月项目建成投产，实现一次性开车成功，并稳定运行至当年11月停车检修（因原料天然气冬季保民生用）。本套合成氨装置为国内最大的单系列装置，在环保、安全、能耗等方面优势显著。
蒸汽烃类转化工艺合成氨装置中，虽然由于历史原因、生产规模所限等，以及大型气头合成氨装置吨氨综合能耗（28～30 GJ）已接近理论能耗（22 GJ），但装置部分热能并未达到最佳回收效果——主要是中低位热能未充分回收利用，系统局部优化空间仍然存在。经分析，现有蒸汽烃类转化工艺合成氨装置中转化废热锅炉排污水热能和甲烷化炉出口工艺气热能未被回收利用，通过对其他大型气头合成氨装置的考察，并结合内蒙古鄂化的实际生产情况，拟对此两部分热能进行回收利用——将转化废热锅炉排污水热能回收用于对燃料气进行预热、将甲烷化炉出口工艺气热能重新回收用于对锅炉给水（入转化脱氧槽脱盐水）进行预热，从而提升整套合成氨装置的余热回收效率，达到节能降耗、增产增效的目的。以下进行有关分析论证。
1 转化废热锅炉排污水余热回收利用
余热回收利用方案实施后的节能量，将基于热量计算进行分析与论证，计算过程涉及到燃料气及工艺气中各组分定压比热容取值，查取的燃料气及工艺气各组分的定压比热容（温度25 ℃、压力0.255 MPa）［1］如下：甲烷1.710 1 kJ/（kg·℃），乙烷1.729 kJ/（kg·℃），丙烷1.693 kJ/（kg·℃），丁烷1.722 8 kJ/（kg·℃），正戊烷1.733 4 kJ/（kg·℃），异戊烷1.703 7 kJ/（kg·℃），氢气14.3 kJ/（kg·℃），氮气1.042 kJ/（kg·℃），一氧化碳1.043 kJ/（kg·℃），二氧化碳0.828 9 kJ/（kg·℃），氦气5.193 0 kJ/（kg·℃），氩气0.52 kJ/（kg·℃），水4.18 kJ/（kg·℃）。
1.1 转化废热锅炉排污水概况
转化废热锅炉排污水经闪蒸槽（156-F）闪蒸后，气相去低压蒸汽系统，液相（即排污水，流量4 000 kg/h、温度140 ℃）通过闪蒸槽（156-F）底部导淋排放至地沟。
1.2 燃料气概况
合成氨装置用天然气分为原料气（即原料天然气）和燃料气（即燃料天然气）。入厂天然气经分离罐除杂后，一部分经天然气压缩机（102-J）压缩后进入一段转化炉参与反应；另一部分经燃料气预热盘管被加热至约100 ℃后，分别送至各个烧嘴燃烧，为一段转化炉转化反应及辅助锅炉提供热量。燃料气流量16 000 m3/h、温度18 ℃，组分为甲烷93.42%、乙烷3.88%、丙烷0.66%、丁烷0.22%、正戊烷1.7×10-6、异戊烷9.89×10-6、氢气1.33×10-6、氮气0.81%、二氧化碳1.01%、氦气3.67×10-6。
1.3 转化废热锅炉排污水余热回收方案及计算
1.3.1 余热回收方案
增设1台换热器，用于转化废热锅炉排污水与进入燃料气预热盘管前的燃料气换热，换热后转化废热锅炉排污水就地排放，燃料气则进入燃料气预热盘管继续加热。
1.3.2 热量计算
转化废热锅炉排污水的余热回收计算过程中有关符号及其意义的说明见表1。
更多内容详见《中氮肥》2020年第6期