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煤制甲醇生产线转合成氨生产线改造方案及工艺路线研究

[日期:2022-04-15] 来源:《中氮肥》2022年第2期  作者: [字体: ]

王江涛,曹真真,孟雪

(河南心连心化学工业集团股份有限公司,河南 新乡453700

 

[摘  要]以气流床加压气化工艺等为龙头的甲醇装置,其盈利能力主要受甲醇产品市场价格的影响,就近年来甲醇和液氨的市场形势来说,甲醇装置盈利能力远低于同等规模的合成氨装置。为此,利用1套闲置的醇氨联产国产化合成氨装置,以某600 kt/a煤制甲醇装置转产400 kt/a合成氨+230 kt/a甲醇为例,对甲醇生产线转合成氨生产线的工艺改造方案及工艺路线进行研究。基于整套装置物料平衡的理论基础,并据改造后各工序设备负荷提升数据,提出对甲醇装置未变换线进行改造(新增变换炉提高粗合成气变换的比例,变换气配部分未变换气经低温甲醇系统净化后作为甲醇合成原料气,原全变换线的变换气经低温甲醇系统净化后作为氨合成原料气)、对低温甲醇洗系统进行扩产改造、对空分装置进行增设中压氮气系统的改造等;研究表明,该工艺路线技术可行性高,经济效益明显,可在不新增原料煤、燃料煤和公用工程消耗的情况下构建“一头两尾”的柔性生产模式,依据市场和产品盈利情况进行生产调节,利于实现企业效益的最大化。

[关键词]煤制甲醇装置;醇氨联产合成氨装置;“一头两尾”柔性生产;改造方案;工艺路线;中压氮气系统;变换系统;低温甲醇洗系统

[中图分类号]TQ113.26   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202202-033-04

 

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在现代煤化工项目中,以气流床加压气化工艺等为龙头的甲醇装置建成投产后,由于装置自身工艺技术相对先进,通常而言通过技术改造实现装置盈利能力提升的潜力较小。甲醇作为基础化工原料产品,甲醇装置的盈利能力主要受甲醇产品市场价格的影响,而近年来甲醇与液氨的市场差价大致在1 5001 800/t,使得甲醇装置的盈利能力远低于同等规模的合成氨装置。鉴于甲醇合成系统与氨合成系统的上游系统有较多相同的工艺配置,如空分、气化、变换、低温甲醇洗等,通过对甲醇装置模块进行补充改造,实现甲醇生产线(简称醇线)与合成氨生产线(简称氨线)的互相切换,构建“一头两尾”的柔性生产模式,则可明显提升甲醇企业抵御市场风险的能力。以下以某600 kt/a煤制甲醇装置为例,对甲醇生产线转合成氨生产线的改造方案及工艺路线进行研究。

1  醇线转氨线的整体工艺改造方案

600 kt/a甲醇装置配套180 000 m3/h空分装置,气化系统配置1 500 t/d水煤浆气化炉3台(两开一备),所用原料煤为神华煤+陕西煤复配,可产有效气约185 000 m3/h;变换系统采用配气流程,低温甲醇洗系统设置变换气洗涤塔和未变换气洗涤塔,净化气经换热器复热后进入甲醇合成系统。

为提升企业抵御市场风险的能力,结合所在园区现有工艺装置情况——有1套闲置的醇氨联产国产化合成氨装置,经技术可行性分析,计划利用该600 kt/a甲醇装置气化系统所产粗合成气进行甲醇生产线转合成氨生产线的工艺改造,其主要内容包括:空分装置新增中压氮气系统,变换系统新增一段变换线,低温甲醇洗系统2个主洗涤塔[变换气洗涤塔(T01)和未变换气洗涤塔(T08)]塔盘改造并增设副塔、CO2解吸系统改造、CO2解吸辅助塔塔盘改造[1]。具体而言,主要对原600 kt/a甲醇装置变换系统和低温甲醇洗系统进行配气改造——提高变换线变换气量占比至70%,将全变换线变换气用于氨合成系统,将未变换气与部分变换气配气用于甲醇合成系统,即将600 kt/a甲醇装置约2/3的合成气用于生产合成氨,实现转产400 kt/a合成氨+230 kt/a甲醇。

2  整体改造工艺路线分析

600 kt/a甲醇装置之醇线转氨线改造,从系统整体物料平衡来说,甲醇合成生产线与氨合成生产线的主要区别在于变换系统和气体净化系统:甲醇合成生产线需将约1/2的粗合成气变换,其低温甲醇洗系统分别设置变换气洗涤单元和未变换气洗涤单元,未变换气与部分变换气配气经低温甲醇洗系统净化后作为甲醇合成系统的原料气;氨合成生产线则需将粗合成气全部变换,单独设置变换气的低温甲醇洗系统,将全变换线变换气经净化后作为氨合成系统的原料气。因此,要实现600 kt/a甲醇装置约2/3的粗合成气用于生产合成氨,需对其未变换线进行改造,即新增变换炉,提高粗合成气变换的比例,同时对低温甲醇洗系统进行扩产改造。改造前甲醇装置工艺流程示意图见图1,改造后主生产系统工艺流程示意图见图2

改造的主要内容是变换系统新增一段绝热变换炉,用来将粗合成气变换的比例由改造前的约50%提高至改造后的约70%,变换气配部分未变换气作为甲醇合成系统的原料气使用;全变换生产线的变换气,经低温甲醇洗系统脱除CO2H2S后作为氨合成系统的原料气,氨合成原料气配氮在醇氨联产合成氨装置中实现,即在合成氨装置高压机部分利用空分装置生产的氮气进行配氮。改造后氨合成系统工艺流程示意图见图3

3  醇线转氨线改造的具体内容

3.1  空分装置氮气系统的改造

更多内容详见《中氮肥》2022年第2

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