某化肥厂合成氨能量系统优化改造可行性研究报告

*化工 有限公司 合成氨 能 量系统优化 改造 可行性研究报告 工 设 计 院 有 限 公 司 工程咨询资格证号：工咨甲 二 九 年 十一 月 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 1 目 录 1 总 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 研究结论 . 10 2 改造规模及方案 . 12 2.1 改造方案符合国家政策 . 12 2.2 改造方案 . 13 3 工艺技术方案 . 15 3.1 合成氨生产工艺概况 . 15 3.2 企业目前生产概况 . 18 3.3 本项目综合节能技术改造方案 . 23 3.4 装置改造前后比较 . 36 3.5 自控技术 方案 . 37 4 原料、辅助材料及动力供应 . 42 5 建厂条件及厂址方案 . 42 5.1 建厂条件 . 42 5.2 厂址方案 . 45 6 总图运输、储运、土建 . 46 6.1 总图运输 . 46 6.2 储运 . 47 6.3 厂区外管网 . 48 6.4 土建 . 48 7 公用 工程方案和辅助生产设施 . 49 7.1 给排水 . 49 7.2 供电及电信 . 51 7.3 辅助设施方案 . 54 8 节能、节水 . 55 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 2 8.1 节 能 . 55 8.2 节 水 . 58 9 消 防 . 58 9.1 设计依据及标准规范 . 58 9.2 设计原则 . 58 9.3 消 防措施 . 59 10 环境保护 . 61 10.1厂址与环境现状 . 61 10.2执行的环境质量标准和排放标准 . 61 10.3本工程新增主要污染源、污染物及治理措施 . 63 10.4环境影响分析 . 64 10.6环保管理与监测机构 . 66 11 劳动保护与安全卫生 . 66 11.1编制依据 . 66 11.2项目生产过程中职业危害因素的分析 . 67 11.3职业安全卫生防护的措施 . 82 12 组织机构与人力资源配置 . 86 12.1工厂体制及组织机构的设置 . 86 12.2生产班制和定员 . 86 12.3人员的来源和培训 . 86 13 项目实施计划 . 87 13.1建设周期的规划 . 87 13.2实施进度规划 . 87 14 投资估算和资金筹措 . 88 14.1投 资 估算 . 88 14.2资 金 筹 措 . 90 15 财务评价 . 90 15.1财务评 价基 础数 据 与参数选 取 . 90 15.2生产成本和费用估算 . 91 15.3销售收入和利润估算 . 91 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 3 15.5不确定性分析 . 93 15.6财务评价结论 . 93 16 结 论 . 94 16.1结论 . 94 16.2建议 . 95 17 项目招标方案 . 95 17.1概述 . 95 17.2发 包方式 . 96 17.3招标组织形式 . 96 17.4招标方式比选 . 97 17.5本项目拟采用的招标方式说明 . 98 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 1 1 总 论 1.1 概述 1.1.1 项目名称、建设单位名称、企业性质及法人 项目名称： 合成氨 能量系统优化 改造 建设单位： *化工 有限公司 企业性质： 有限责任 单位地址： *景县龙华镇 法人代表： * 1.1.2 可行性报告编制的依据和原则 1.1.2.1 编制依据 (1) 中石化协产发（ 2006） 76 号化工投资项目可行性研究报告编制办法、投资项目可行性研究指南、建设项目经济评价方法与参数（第三版）。 (2) *省石油化工 设计 院 有限公司 与 *化工 有限公司 签订的 合成氨 能量系统优化 改造 可行性研究报告编制合同书。 (3) 由 *化工 有限公司 提供的项目有关基础资料。 1.1.2.2 编制原则 (1) 项目建设必须符合国家产业政策和发展方向。 严格贯彻执行国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国家发展和改革委员会关于印发 “ 十一五 ” 十大重点节能工程实施意见的通知*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 2 精神及国家标准、规范、政策。 (2) 走新型工业化发展道路，大力推进节能降耗，以技术创新为动力，以项目实施为基础，实现 “ 十一五 ” 期间单位产品综合能耗大幅下降、废弃 物减排的目标； (3) 考虑 *化工 有限公司 的实际情况和建设要求，工艺技术来源立足于企业拥有的稳妥可靠的技术，并采用技术先进可靠、高效节能的成熟技术，力求做到节能技术先进、设备配置先进可靠、不影响原装置的稳定操作、产品质量符合有关标准。在确保处理效果的前提下，尽量减少占地、降低运行费用和一次性投资； (4) 项目建设与生产同时进行，尽量做到不影响正常生产。充分利用现有的生产设备、公用工程、辅助工程、生活福利设施和人员的有利条件，节约投资，加快建设进度； (5) 严格执行环境保护、消防、安全工业卫 生法规，落实 “ 三废 ” 处理和安全卫生措施，使项目实施后，各项指标符合国家和企业安全卫生要求，企业在获得经济效益的同时，产生良好的社会效益。注重采取环境保护措施，努力避免产生新的污染源。 执行化工建设项目环境保护设计规范，注重采取环境保护措施， 环保工程与工艺装置同步设计、同步施工和同步投产； (6) 厂区总体规划布局、车间的平面布置及生产配套设施，执行危险化学品安全管理条例（国务院令第 344 号）、安全生产许可证条例（国务院令第 397 号）的有关规定和要求。 (7) 项目建设必须符合企业的整体发展规划。充 分利用公司现有生产装置、公用工程、辅助工程、生活福利设施和人员的有利条*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 3 件，节约投资，加快建设进度。在满足生产工艺要求的前提下，严格控制辅助设施的建设规模。 (8) 根据地方和行业基价表，结合企业的实际情况，实事求是地编制工程投资估算。 1.1.3 项目提出的背景、必要性 1.1.3.1 企业概况 *化工有限公司 原名为 *景县化肥厂， 始建于1975 年， 2004 年改制后更名为 *化工有限公司； 座落于景县龙华镇，占地 180000m2,其中建筑面积 42000m2。现有工程技术人员75 人，拥有资产总值 5.8 亿元。该厂现有合成氨装置生产能力 26万吨 /年，两套生产能力共计 35 万吨 /年尿素装置及其配套的公用工程及辅助工程，企业产品 “ 素雪 ” 牌尿素被 *省技术监督局认定为 “ 质量信得过产品 ” ，畅销 *、 *、安徽、江苏、河南、四川、内蒙、东北三省及京津等十几个省区。 景 化公司作为国家 “ 千家企业节能行动 ” 的单位成员，全面树立和落实以人为本、全面协调可持续的科学发展观，坚持把节能降耗放在首位，按照 “ 减量化、再利用、资源化 ” 的原则，从能源的回收再利用着手，提高资源综合利用水平，大力发展 循环经济，实现 “ 资源消耗低，环境污染少 ” 的目标，以提高资源利用效率为核心，从技术、管理等方面采取综合措施，加快推行节约型企业建设，促进了企业的可持续和谐发展。 1.1.3.2 项目提出的背景、投资必要性和 意义 1. 项目提出的背景 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 4 (1) 可持续发展的战略要求 我国是一个人均资源拥有量很少的国家，能源利用率低的问题已严重阻碍了我国经济的发展和企业效益的提高。资源与环境问题、人口问题已被国际社会公认是影响 21 世纪可持续发展的三大关键问题。新中国成立后特别是改革开放以来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，但是，我们在资 源和环境方面也付出了巨大代价。经济增长方式粗放，资源消耗高，浪费较大，污染严重，能源紧缺与环境污染已成为制约我国经济与社会进一步发展及人民生活与健康水平进一步提高的重大因素。党的十六届五中全会提出：“ 要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人体健康的突出的环境问题，在全社会形成资源节约的增长方式和健康文明的消费模式 ” 。因此，企业必须转变经济增长方式，大力推行节能降耗。 我国历来的能源消耗结构中，工业生产部门始终是能源 消费的大户，约占全国能耗量的 70%左右，而先进工业国家：美国只占 27.5%左右；日本 50%左右；德国、英国、法国都在 35%以下。其原因是我国工业生产工艺落后，规模较小，能源综合利用差；设备陈旧，热效率低；自动化水平低；节能意识不强，管理工作不完善；技术改造资金不足的制约等。虽经几个五年国民经济规划建设期的努力，能源利用率从 26%提高到 33%，相对地说，进步不少。但同美国 50%以上、日本 57%以上相比较，我们与他们的差距还很大。根据有关单位研究，按单位产品能耗和终端用能设备能耗与国际先进水平比*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 5 较，目前我国的节 能潜力约为 3 亿吨标准煤。 (2) 行业发展的需要 合成氨工业是一项基础化学工业，在化学工业中占有很重要的地位。中国合成氨生产企业中小型居多，生产规模小，能耗与成本高，部分企业能耗高出世界先进水平近一倍。中国现已是世界上最大的化肥生产和消费大国， 2007 年合成氨产量已超过 5000 万吨。我国的合成氨工业能耗高、节能潜力大，采取有效的技术措施能够获得较好收益。目前平均吨氨能耗在 1700 千克标准煤左右，而世界先进水平这一指标只有约 1570 千克。 2006 年全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开，明确了 “ 十一五 ” 期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达到的具体目标。会议根据 “ 十一五 ” 期间合成氨能量优化节能工程实施方案规划，到 2010 年，合成氨行业节能目标是：单位能耗由目前的 1700 千克标煤 /吨下降到 1570 千克标煤 /吨；能源利用效率由目前的 42.0%提高到 45.5%；实现节能 570 万 585 万吨标煤，减少排放二氧化碳 1377 万 1413 万吨。 (3) 企业发展的需要 2008年通过对合成氨、尿素生产装置的工艺过程分析发现， 景化公司发展面临着一个极不合理的现象：合成氨生产过程中一方面在采用燃煤锅炉向装置供热，一方 面在采用大量 冷却水冷却物料，将余热废热带到环境中，不仅浪费了能源，也增加了 公司的生产成本，不利于市场竞争和经济效益的增长。 (4) 企业的社会责任 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 6 节能减排、保护环境是全社会的共同责任，也是企业生存发展的需要，更是企业重要的社会责任。作为全国节能 “ 千家 ” 重点企业，为贯彻落实国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，实现单位 GDP 能耗降低 20%左右的 约束性目标肩负重要责任， 景 化公司已与 *省人民政府签署了 “ 十一五 ” 节能目标。必须大力实施节能技术改造，加大投入，用先进适用技术改造或新建节能装置，降 低能源消耗，确保 “ 十一五 ” 期间实现万元工业总产值能耗降低 20%的目标目前节能减排是中国经济生活中的一个重点，胡锦涛同志在十七大报告中提出，要坚持节约资源和保护环境的基本国策，建设资源节约型、环境友好型社会。 *化工 有限公司的领导层深深意识到了节能减排的经济效应和社会责任，始终把这项工作作为重点来抓。公司将通过加大技术改造、加强生产管理、加大环保投入、加强节能宣传教育等措施推进节能减排目标的落实，在实现经济效益的同时，实现人与环境的和谐发展，将公司建设成安全型、节约型、环 保型的绿色化工企业。 2. 项目投资必要性和意义 *化工 有限公司是生产合成氨、尿素的 企 业，基础原料为煤，电力消耗也较高，属高能耗企业，因此在节能减排方面面临着一定的压力，但是也存在着较大的节能潜力和空间。 公司一直对节能与环保工作比较重视，先后投资了 7500 余万元建设了 1#三气锅炉、 全厂放空气回收；尿素解吸废液 及甲醇残 液 回收 的综合利用工程； 水处理系统改造工程，全厂稀氨水、工艺冷凝*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 7 液、排污油水回收改造； 年产 12 万吨氨醇醇烃化替代铜洗精制原料气工程； 电器节能综合改造； 新建每小时 废水 80 m3 末端 全厂污水处理站等节能、环保系统。为了达到能源节约、循环、综合利用，本着源头治理、综合回收利用，公司决定对生产系统 进行一系列节能技术改造，并采用成熟的高新处理技术建设合成氨 节能技术改造项目，以达到节能降耗、减少污染物排放的目的。该项目的实施必将产生较好的经济效益和显著的社会效益、环境效益。 此次改造主要通过下列方式进行： 回收造气 合成工段的 吹风气 、 合成放空提氢尾气、 氨槽驰放气，以及造气炉渣、煤粉、煤泥，通过“三废”混燃炉燃烧 来产蒸汽； 采用 膜提 氢 工程回收合 成放空气中的氢，降低氨合成压力，节约动力消耗，增加合成 氨产量 ； 采用无动力氨回收技术， 将合成氨槽驰放气中的氨直接回收为99的气氨，减少了将氨水蒸浓变为氨的蒸气消耗，节约了蒸气，节约了原料煤 。最终达到合成氨系统不需要外补蒸汽，实现向尿素、精甲醇外送蒸汽的目的，年节约标煤 34860 吨。 1.1.4 关键技术 （ 1） 拟采用 *正大热能研究所的专利技术，合成氨造气三废流化混燃炉，简称三废炉 ；专利号： ZL012158496，回收造气吹风气，合成放空提氢尾气及氨槽驰放气，回收造气炉渣 、煤粉、煤泥生产蒸气。 选 用中国科学院理化研究所的专利技术，驰放气 无动力氨 回收装置专利号： ZL200520012139、 4，将氨槽驰放气中的氨直接回收为 99%的气氨；传统的回收工艺是用脱 盐水吸收变为氨水，然后在*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 8 用蒸气加热氨水将其分解解析 为氨，用于生产尿素；即节约了蒸气，节约了能源，还可以减少对环境 的污染。 采 用天帮膜技术国家工程研究中心有限公司的合成氨放空气 中氢回收 技术，回收合成氨驰放气中的氢气，在不增加原料煤消耗的情况下，增加合成氨产量。 1.1.5 经济效益和社会效益 本工程采取的 造气吹风 气 、 合成放空提氢尾气、氨槽驰放气潜热回收 及造气炉渣、煤粉、煤泥回收燃烧 改造 ，膜提 氢回收改 造 ，无动力氨回收改造的 合成氨节能 项目建设。改造后节约造气用原煤7512 吨 /年，新增蒸汽 产 量及节约蒸汽 235514 吨 /年，节电 600 万kWh/年，折算节标煤共计 34860 吨 /年，节能效益明显。 本工程采取的 造气吹风 气、 合成放空提氢尾气、氨槽驰放气潜热回收 及造气炉渣、煤粉、煤泥回收燃烧 改造 ，膜提 氢回收改造 ，无动力氨回收改造的 合成氨节能 项目建设。改造后节约造气用原煤7512 吨 /年，新增蒸汽 产 量及节约蒸汽 235514 吨 /年， 折算节标煤共计 32760 吨 /年， 相当于可减排 CO281900 吨 /年 ,SO2540.54 吨 /年 ,烟尘 314.5 吨 /年。 该项目建成后， 景 化公司合成氨单位综合能耗将达到 1605.1 kg标准煤 /吨。达到氮肥行业清洁生产标准（ HJ/T188-2006）的二级标准（国内氮肥清洁生产先进水平 1640.5Kg 标准煤 /吨） 。 实施该项目需投入总资金 3021 万元。该项目建成投产后年均节约成本 1178 万元，年均上缴国家增值税及附加 249 万元，年均新增利润总额 953 万元，年均新增所得税 238 万元，年均税后利润 715*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 9 万元， 投产后 4 年内可回收全部投资。投资利润率为 30.6%，投资利税率为 38.6%，投资内部收益率税前为 37.9%，税后为 29.5%，生产能力利用率为 32.4%。 综上所述， 景 化公司以技术创新为动力，以项目实施为基础，利用先进的技术成果对合成氨 系统进行节能改造，将为企业创造良好的经济效益，符合公司和社会的发展要求，对增强企业核心竞争力，提高经济效益有着积极的意义，同时可从源头上削减二氧化硫和烟尘的排放，改善周边环境，环保效益明显，因此项目的实施是必要的和必需的。 1.1.6 可行性研究报告研究范围 (1) 项目建设的意义和必要性； (2) 改造规模及方案； (3) 工艺技术方案和设备选择； (4) 原料、辅助材料及动力 的供应； (5) 建厂条件及厂址方案项目的环境保护、劳动安全和卫生评估； (6) 总图运输、储运、土建； (7) 公用工程方案和辅助生产设施； (8) 节能计算； (9) 消防； (10) 环境保护及治理措施； (11) 劳动安全和安全卫生； (12) 组织机构与人力资源配置； *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 10 (13) 项目实施计划； (14) 投资估算及资金筹措； (15) 财务评价； (16) 结论； (17) 项目招标方案。 1.2 研究结论 通过各方面分析，本可行性研究报告认为： (1) 本 项目的建设符合国家产业政策、节能政策和国家“十一五”发展规划。 (2) 项目建设单位具备良好的基础条件和外部环境，本项目可依托公司现有资源，结合生产现状，进行节能改造。 (3) 本项目拟采用的节能技术先进适用、成熟可靠、经济合理。 (4) 本工程充分回收利用现有 造气炉渣 、吹风气及合成驰放气，利用现有资源，有运行成本低的特点，工程实施后能提高工厂原材料和能量利用率。 (5) 由财务评价指标看出：本项目财务内部收益率高于基准收益率，投资回收期短，有 较 好的盈利能力和较强的抗风险能力，符合公司发展要求，对增强企业核心竞争力，提高经济效益有着积极的意义。 因此，项 目的实施是必要的和必需的。 附主要技术经济指标表 1-1。 表 1-1 经济评价指标表 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 11 序号 项 目 名 称 单 位 数 量 备 注 一 生产规模（节标煤） t/a 34860 二 生产方案 1 节造气原料煤 t/a 7512 2 节电 万 kWh/年 600 3 增产蒸汽 t/a 218425 4 减少装置消耗蒸气 t/a 17089 三 年操作日 天 350 四 改造后节约能耗总量 吨标煤 /年 34860 五 项目投入总资金 万元 3021 1 项目报批总投资 万元 3021 2 建设投资 万元 3021 3 建设期贷款利息 万元 0 4 流动资金 万元 0 六 年均利润总额 万元 七 年均税金 万元 八 投资利润率 % 九 投资利税率 % 十 全投资回收期 I(税前 ) II(税后 ) 年 年 含建设期 十 一 全投资内部收益率I(税前 ) (税后 ) % % 十 二 全投资净现值 I (税前 ) II(税后 ) 万元 万元 Ic%=12% *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 12 十 三 生产能力利用率（ BEP） % 2 改造规模 及 方案 2.1 改造 方案符合国家政策 开展资源综合利用，是我国一项重大的技术经济政策，也是国民经济和社会发展中一项长远的战略方针，对于节约资源，改善环境，提高经济效益，促进经济增长方式由粗放型向集约型转变，实现资源优化配置和可持续发展都具有重要的意义。 中国是世界上最大的化肥生产和消费国，其中合成氨 的生产一直是化工产业的耗能大户，在国内化工行业的五大高耗能产业中，合成氨耗能占总量的 40%，单位能耗比国际先进水平高 31.2%，因此，该产业节能的潜力非常大。 中国节能技术政策大纲（ 2005 年修订本）中提出： 2010 年，全国吨合成氨能耗由 2000年的 1699kg标准煤降为 1570kg标准煤 ，2020 年降为 1455kg 标准煤。 “ 大纲 ” 还要求推广新型 J-99、 JR、NC 节能型氨合成系统及 A301、 ZA-5 低温低压氨合成催化剂，提高氨净值，降低合成氨生产过程的压力；推广全渣循环流化床锅炉；推广合成氨蒸汽自 给和 “ 两水 ” （冷却水、污水）闭路循环技术。 2005 年，国家发改委颁布的国家节能中长期规划，已将合成氨列为节能降耗的重点领域和重点工程。规划指出要在重点耗能行业推行能量系统优化，即通过系统优化设计、技术改造和改善管*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 13 理，实现能源系统效率达到同行业最高或接近世界先进水平。根据规划要求，未来 15 年，国家一方面将加快推进以洁净煤或天然气替代石油合成氨的工业改造，以节约宝贵的石油资源，另一方面，将大力推动节能降耗技术的开发和推广应用，到 2010 年，合成氨行业节能目标是：能源利用效率由目前的 42%提高到 45.5%， 实现节能570-585 万吨标煤，减少排放二氧化碳 1377 万吨 -1413 万吨。因此，进一步加快合成氨装置的节能改造已成为众多化肥生产企业节能降耗的必经之路。 “ 十一五 ” 期间，国家重点推出十大节能工程，其中涉及石油和化工行业的主要有 “ 余热余压利用工程 ” 、 “ 节约和替代石油工程 ” 、 “ 电机系统节能工程 ” 和 “ 能量系统优化（系统节能）工程 ”四项。目前，国家发展改革委已启动十大重点节能工程，并对实施工作进行具体部署。通过实施十大重点节能工程， “ 十一五 ” 期间将实现节约 2.4 亿吨标准煤的节能目标。 综上所述， *化 工 有限公司拟实施的 “ 合成氨 能量系统优化 改造项目 ” 符合国家节能政策和节能规划要求。 2.2 改造方案 本项目拟采用的改造方案主要有： (1) 新上一套 “三废”流化混燃锅炉 装置， 回收造气吹风气、合成放空提氢尾气、合成氨槽驰放气，以及造气炉渣、煤粉、煤泥，年可副产 3.82MPa 450 蒸汽 218425 吨。 (2)新上一套处理气量为 2100m3 膜提氢装置，每年可回收8598240 m3氢气。在不增加原煤消耗的情况下，年可多产合成氨 4350*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 14 吨，年可节约原料煤 6342 吨；因采膜提氢技术，氨合成压力下降2.0 MPa，可使压 缩机吨氨醇节电 50KWh，本项目全年可节电 600 万KWh。 (3) 新上一套处理氨槽驰放气量为 2300 m3 的无动力氨回收装置，每年可多回收合成氨 835 吨，年节 煤 1170 吨，年可节省因解吸氨水所消耗 1.0MPa 180 的蒸汽 17089 吨。 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 15 3 工艺技术方案 3.1 合成氨生产 工艺概况 目前 世界 合成氨产量以中国、苏联、美国、印度等国最高，约占世界总产量的一半以上。合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等，因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故 ,世界大多数合成氨装置是以天然气为原料，但是自 从石油涨价后 ， 由煤制氨路线又重新受到重视 ， 而且从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的 10 倍。 我国合成氨工业经过 40 多年的发展，产量已跃居世界第 1 位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、褐煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃等气固液多种原料生产合成氨的技术，形成了我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局 。 3.1.1 装置现状 我国合成氨装置是大、中、小规模并存的格局，总生产能力为4260 万 t/a。大型合成氨装置有 30 套，设计能力为 900 万 t/a，实际生产能力为 1000 万 t/a；中 型合成氨装置有 55 套，生产能力为460 万 t/a；小型合成氨装置有 700 多套，生产能力为 2800万 t/a。 目前我国已投产的大型合成氨装置有 30 套，设计总能力为900 万 t/a，实际生产能力为 1000 万 t/a，约占我国合成氨总生产能力的 23%。除上海吴泾化工厂为国产化装置外，其余均系国外引*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 16 进，荟萃了当今世界上主要的合成氨工艺技术，如 以天然气和石脑油为原料的凯洛格传统工艺（ 9 套）、凯洛格 -TEC 工艺（ 2 套）、托普索工艺（ 3 套）、节能型的 AMV 工艺（ 2套）和布朗工艺（ 4套）；以渣油为原料的德士古渣油气化 工艺（ 4 套）和谢尔气化工艺（ 3套）；以煤为原料的鲁奇粉煤气化工工艺（ 1 套）和德士古水煤浆气化工艺（ 1套）。 我国大型合成氨装置所用原料天然气（油田气）占 50%，渣油和石脑油占 43%，煤占 7%，其下游产品除 1 套装置生产硝酸磷肥外，其余均生产联碱。 70 年代引进的大型合成氨装置均进行了技术改造，生产能力提高了 15% 22%，合成氨吨综合能耗由 41.87GJ 降到 33.49GJ，有的以石油为原料的合成氨装置（如安庆、金陵、广石化）用炼油厂干气顶替一部分石脑油（每年大约 5 万 t）。 我国中型合成氨 装置有 55 套，生产能力为 460 万 t/a；约占我国合成氨总生产能力的 11%，下游产品主要是联碱和硝酸铵，其中以煤、焦为原料的装置有 34 套，占中型合成氨装置的 62%；以渣油为原料的装置有 9 套，占中型合成氨装置的 16%；，以气为原料的装置有 12 套，占中型合成氨装置的 22%；我国小型合成氨装置有 700 多套，生产能力为 2800 万 t/a，约占我国合成氨总生产能力的 66%，原设计下游产品主要是碳酸氢铵，现有 一百多 套的装置经改造生产联碱 、三十多 套的装置经改造生产 联醇 。原料以煤、焦为主，其中以煤、焦为原料的占 96%，以气为原 料的占 4%。 3.1.2 生产技术水平 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 17 我国以煤为原料大型合成氨装置 1 套采用鲁奇粉煤气化工工艺， 1 套采用德士古水煤浆气化工艺，以煤、焦为原料中小型合成氨装置大多采用固定床常压气化传统工艺，现平均吨能耗为68.74GJ。现在国内普遍认为：德士古水煤浆气化技术成熟，适用煤种较宽，气化压力高，能耗低，安全可靠，三废处理简单，投资相对其它煤工艺节省。水煤浆加压气化的引进、消化和改造，解决了用煤造气的技术难题，使我国的煤制氨技术提高到国际先进水平。虽然德士古水煤浆气化理论上适合于很宽范围的煤种，但国内生产经验是原料煤要满足热 值高（大于 20.9kJ/g）、灰熔点低（ T3 小于1350 ）、灰分少等要求。 我国以渣油为原料的合成氨合成工艺很不平衡，以渣油为原料的大型合成氨装置中， 4套采用德士古渣油气化工艺， 3 套采用谢尔气化工艺，平均吨能耗为 45.66GJ，最低为 40.82GJ。大多数以渣油为原料的中型合成氨装置采用 60 年代比较流行的通用设计工艺，采用3.0MPa 部分氧化法加压气化、无毒脱碳、 ADA 脱硫、 3.2MPa 3 套管合成技术，吨能耗在 65GJ 左右，进行改造的装置的吨能耗在 56GJ左右。 我国以天然气、轻油为原料的合成氨装置 主要是大型合成氨装置，目前已建成的大型合成氨装置中，以天然气为原料的有 14 套，以石脑油为原料的有 6 套，采用了凯洛格传统工艺、凯洛格 -TEC 工艺、丹麦托普索工艺、节能型的 AMV 工艺和美国布朗工艺。以天然气为原料（传统工艺）的平均吨能耗为 36.66GJ，最低为 32.84GJ；以天然气为原料（节能型工艺）的平均吨能耗为 34.12GJ，最低为*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 18 31.05GJ；以石脑油为原料的平均吨能耗为 38.68GJ，最低为37.01GJ。 合成氨成本中能源费用占较大比重 (约占 65%)，合成氨生产 装置 的 技术改造 重点放在采用低能耗工艺 、充分回收及合理利用能量 ，节能和降耗。主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等 ,与其 它 产品联合生产。 3.2 企业目前生产概况 *化工 有限公司 生产 装置总能力为 20 万吨合成氨 /年、6 万吨甲醇 /年、 35 万吨尿素 /年，本次改造主要涉及合成氨 生产装置的节能改造。 3.2.1 工艺流程简述 现有合成氨装置以无烟 块 煤为原料，采用固定层间歇式气化技术生产半水煤气，碱液脱硫， 0.8MPa 中 低 低温变换， 1.7MPa 碳丙脱碳 及 1.7MPa 变压吸附脱碳 ， 13MPa 联醇， 13MPa 醋酸铜氨液洗涤净化 及 13MPa 醇烃化原料气精制原料气 ， 31.4MPa 氨合成，水溶液全循环法生产尿素。 采用固体 块 煤 为原料，以空气和水蒸汽为气化剂，在高温条件下，通过固定床层间歇式气化法生产出半水煤气（半水煤气的主要成分详见表 3-1）。经罗茨风机加压后送入脱硫系统，通过碱液脱除 H2S，脱除 H2S 后的气体送入压缩机一段，经压缩至 0.8MPa 后送到变换工序。在催化剂和水蒸汽作用下， CO 变换为 H2和 CO2。变换后的气体经压缩至 1.7MPa 后送到脱碳工序 脱除 CO2，脱除 CO2后的*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 19 净化气经压缩至 13.0MPa 后送到 联 醇工序。在催化剂的作用下，未完全脱除的 CO 和 CO2与 H2反应生成甲醇，未反应的气体送到精炼 或醇烃化 工序，在醋酸铜氨液的洗涤吸收多余的杂质 或经催化剂反应后，纯净的 H2、 N2经压缩至 31.4MPa 后送到合成工序，在催化剂的作用下， H2、 N2合成为 NH3，经冷却分离后的液氨送到液氨贮槽贮存。 液氨贮槽贮存的液氨送到尿素工序，与脱碳解析出的 CO2 气分别经压缩到 22.0MPa 后送到尿素合成塔进行反应生成尿素。 表 3-1 半水煤气成分 % 名称 CO CO2 H2 N2 CH4 O2 H2S g/m3 吹风气 6.0 14 4.5 71 3.2 4.5 1.0 半水煤气 28.7 9.0 40.2 19.2 2.5 0.3 1.5 3.2.2 现有主要设备 3.2.2.1 现有合成氨装置主要设备 现有合成氨装置主要设备 详见表 3-2。 表 3-2 现有合成氨装置主要设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 煤气发生炉 2610 台 22 2 半水煤气脱硫塔 5000 27800 台 2 3 氢氮压缩机 6M25-185/314D 台 3 4M16-73/314B 台 6 6M50-305/314C 台 3 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 20 4 中变炉 3400 、 3800 、 4200 台 各 1 共 3台 5 低变炉 3400 、 3800 、 4200 台 各 1 共 3台 6 脱碳塔 3000、 3800 台 各 1 共 2台 7 变压吸附 塔 2400 台 36 8 铜洗塔 800、 1000 台 各 1 共 2台 9 氨合成塔 1000 、 1200 、 1400 台 各 1 共 3台 10 烃化塔 1000 台 1 3.2.2.2 现有甲醇装置主要设备 现有甲醇装置主要设备详见表 3-3。 表 3-3 现有甲醇装置主要设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 甲醇合成塔 1200 H 18470 台 .1 2 甲醇合成塔 1200 H 19700 台 2 3 醇分 1000 8675 台 1 4 醇分 1000 8360 台 2 5 循环机 DZW3.8-4/285-315 台 4 6 油分 1000 8360 台 1 7 油分 1000 8130 台 台 1000 8360 1 8 油分 805 6025 台 2 9 循环机 DZ-6/134-149 Q=1.3m3/min 台 6 10 循环机 JBD16-6/280-314 Q=3.3m3/min 台 3 11 洗醇塔 1000 9918 台 1 12 醇化水冷器 1200 7210 台 3 3.2.2.3 现有尿素装置主要设备 现有尿素装置主要设备详见表 3-4。 表 3-4 现有尿素装置主要设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 尿素合成塔 1200 台 2 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 21 H=22654V=24m3 1400 H=29532 V=44m3 台 1 2 预精馏塔 1400 H=29532 台 2 3 一吸塔 1200 / 1600 H=11045 台 2 4 二分塔 1200 H=99552 台 2 5 一分加热器 F=550m2 台 2 6 氨预热器 F=34m2 台 2 7 二循一冷凝器 1100 H=8975 F=350m2 台 2 8 二循二冷凝器 800 H=8475 F=125m2 台 2 9 氨冷凝器 ACD 800 L=7226 F=220m2 台 2 10 氨冷凝器 B 1300 L=7876 F=580m2 台 2 11 惰洗器 800/ 110 H=7894 F=69m2 台 2 12 一吸冷却器 AB 800 H=7050 F=156m2 台 2 13 一段蒸发器 2000/ 700 F 上部=33m2 F 下部 =130m2 台 1 14 二段蒸发器 1600/ 400 H=5930 F=12m2 台 1 15 解吸塔 800 H=10225 台 2 16 CO2压缩机 4M20-90/210B 台 2 4M16-66/220 台 3 17 一段蒸发器 2000/ 700 H=9900 F 上 =33m2 F 下=130m2 台 1 18 二段蒸发器 1600/ 400 H=5930 台 1 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 22 F=12m2 19 一段蒸发冷凝器 800 H=5940 F=216m2 台 2 20 液氨泵 3YA8-20/22 台 6 21 一甲泵 3J1A4-12/22 台 6 22 二甲泵 3J2A1.84-5.5/2.5 台 6 23 熔融泵 RB65-40-250 台 4 3.2.3 已有的节能设施 (1) 造气系统：建有热管式废热锅炉 6 台， 50t/h 三气锅炉 1台 （回收造气吹风气、氨槽弛放气等） ；造气炉 夹套 自产 的 蒸汽20t/h 左右。 (2) 变换系统：建有热水网络回收系统一套，利用变换系统的反应热加热脱盐水，将水温提高到 80 送入蒸汽锅炉，节约了烟煤消耗。 (3) 精炼系统：利用 尿素一吸冷却器 热水加热铜液，节约蒸汽3t/h。 (4) 氨合成系统：建有 三 台废热锅炉，回收氨合成的反应热产蒸汽 19t/h； (5) 尿素系统：综合利用高 低压膨胀蒸汽。高压膨胀蒸汽送尿素解吸系统，低压膨胀蒸汽作为系统管道的保温蒸汽，节约蒸汽4.5t/h。尿素系统的冷凝水（ 95 100 ）全部回收到锅炉供水，节约了烟煤消耗。 3.2.4 现有生产装置在节能方面存在的主要问题 (1) 公司现有 部分造气吹风 气 、合成放空提氢尾气及氨槽驰放气 的 潜 热没有回收，造成 能源浪费。 (2) 现 有的一台“ 三 废”流化混燃 锅炉 只能吃掉 50%的炉渣、*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 23 煤粉、煤泥， 使该部分能源没有得到充 分利用，造成能源浪费。 (3) 现有一套膜提氢装置，因该装置建设较早、能力偏小， 已不适应现有生产能力，造成部分合成放 空气 中的氢 不能回收利用。 (4) 合成弛放气有效成份高， 氨回收工艺落后，回收不彻底，回收的氨水需经蒸汽加热分解解析后才能用于尿素生产。浪费蒸气、浪费能源。 随着国家对环保的要求越来越高，提高资源的循环利用率关系到企业的可持续发展，公司原有合成氨装置及尿素装置已经不能满足新形式下节能减排的要求。因此本项目拟对现有生产装置进行综合节能改造，降低装置能耗，使装置充分发挥生产能力。 3.3 本项目综合节能技术改造方案 *化工有限公司拟采用 “三废”流化混燃锅炉 回收 造气吹风气 、 合成放空提氢尾气、氨槽驰放气及造气炉 渣、煤粉、煤泥；采用膜提氢技术 回收 合成放空气中的氢气；采用无动力氨回收技术将氨槽驰放气中的氨以气氨形式 回收用于尿素生产 等改造措施进行合成氨 节能改造的项目建设。 3.3.1 三废流化混燃 锅炉 新建一套 8500 三废流化混燃炉，并配备一套余热锅炉装置，回收造气吹风气、 驰放气 及造气炉渣、煤粉、煤泥 作燃料，充分回收热能。 造气吹风气产生量为 48450 Nm3/h，主要成份包括： CO2 14%，O2 4.5%， CO 6.0%， H2 4.5%， CH4 3.2%， N2 71%。 合成驰放气产生量为 2000 Nm3/h（含 提氢尾气 ），主要成份包*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 24 括： H2 42%， CH4 28%， N2 30%。 1.回收造气吹风气、合成驰放气 燃烧 产生的蒸汽量计算如下： 原料来源： A、造气吹风气： 48450 Nm3/h B、合成驰放气： 2000 m3/h 锅炉进软水温度 90，产生 3.82MPa、 450蒸汽，锅炉效率70%。 2.燃烧造气吹风气、驰放气产蒸汽量计算： 已知条件： （ 1）吹风气成份： H2： 4.5%， CO： 6.0%， CO2： 14%， O2： 4.5%，N2+Ar： 71%。 （ 2）驰放气成份： H2： 42%， CH4： 28%， CO： 0%， CO2： 0%， O2： 0%， N2+Ar： 30%。 （ 3） 造气吹风气： 48450 Nm3/h， 合成驰放气： 2000 m3/h （ 4）锅炉进软水温度 90，产生 3.82MPa、 450蒸汽，锅炉效率 70%。 （ 5）设计烟气排放温度 1400C。 （ 6）入炉预热空气温度 2000C。 （ 7）入系统软水温度 600C。 （ 8）空气过剩系数 1.35，窖炉系数 0.92。 （ 9）产汽压力 3.82Mpa，蒸汽温度 4500C。 计算： （ 1）求烟气量、计算每 1Nm3吹风气耗用理论空气量，用公式*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 25 （ 7 2 1）合成 氨工艺设计手册 VK0=1（ 0.5CO%+0.5H2% O2%） /21% =1（ 0.5 6.0+0.5 4.5 4.5） /21 =0.035714Nm3/Nm3 （ 2）吹风气耗实际空气量 VS= VK0=1.35 0.035714=0.048214Nm3/Nm3 式中 1.35 为空气过剩系数。 实际空气量为： 48450 0.048214=2336Nm3/h （ 3）吹风气燃烧产物 VCO2=0.01（ CO2+CO） =0.01（ 14+4.5） =0.185Nm3/Nm3 VH2O=0.01（ H2+2CH4） =0.01（ 4.5+2 0） =0.045Nm3/Nm3 VO2=0.21（ -1） VK0=0.21（ 1.35-1）0.035714=0.002625Nm3/Nm3 VN2=0.79 VK0+0.01N2=0.79 1.35 0.035714+0.01 71 0.748089Nm3/Nm3 VY=VCO2+VH2O+VO2+VN2=0.185+0.045+0.002625+0.748089 =0.980714Nm3/Nm3 吹风气燃烧产生的烟气量为： 0.980714 48450=47515.59Nm3/h （ 4）驰放气燃烧耗空气量 VK0=（ 0.5H2+2CH4 0.5CO O2） /21 = (0.5 42+2 28 0.5 0 0) /21 =3.67Nm3/Nm3 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 26 计算实际空气量： VS= VK0=1.35 3.67=4.95Nm3/Nm3 式中 1.35 为空气过剩系数。 需空气量为 2000 4.95=9909Nm3/h 总需空气量 2336+9909=12245Nm3/h （ 5）计算驰放气燃烧产物 VH2O=0.01（ H2+2CH4） =0.01（ 42+2 28） =0.98Nm3/Nm3 VN2=0.79 VK0+0.01N2=0.79 1.35 3.67+0.01 30 =4.21Nm3/Nm3 VCO2=0.01（ CH4） =0.01 28=0.28Nm3/Nm3 VO2=0.21（ 1） VK0=0.21（ 1.35 1） 3.67 =0.26974Nm3/Nm3 VY=VCO2+VH2O+VN2+VO2=0.98+4.21+0.28+0.26974 =5.73974Nm3/Nm3 每小时驰放气燃烧产生烟气量为： 20005.73974=11479.49Nm3/h 燃烧炉出口烟气总量为： 47515.59+11479.49=58995.08Nm3/h （ 6）吹风气加驰放气综合计算 驰放气中 H2=2000 42%=840Nm3/h CH4=2000 28%=560Nm3/h N2=2000 30%=600Nm3/h 吹风气中 H2=48450 4.5%=21801Nm3/h CH4=48450 0%=0Nm3/h *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 27 N2=48450 71%=34400Nm3/h CO=48450 6.0%=2907Nm3/h CO2=48450 14%=6783Nm3/h O2=48450 4.5%=2180Nm3/h 驰放气吹风气量为： 48450+2000=50450Nm3/h 驰放气吹风气各组分含量为： H2=3020Nm3/h CH4=560Nm3/h N2=35000Nm3/h CO=2907Nm3/h CO2=6783Nm3/h O2=2180Nm3/h 气体平均成分： H2=5.764% CH4=0.943% N2=69.618% CO=5.797% CO2=13.529% O2=4.348% （ 7）综合耗空气量 VK0=1/21（ 0.5CO+0.5H2+2CH4-O2） =1/21（ 0.5 5.797+0.5 5.764+2 0.943-4.348） =0.158Nm3/Nm3 VS= VK0=1.35 0.158=0.213Nm3/Nm3 式中 1.35 为空气过剩系数。 （ 8）综合燃烧产物 按公式（ 7 2 6）至（ 7 2 11）计算燃烧产物： VCO2=0.01（ CO2+CO+CH4） =0.01（ 13.529+5.797+0.943） =0.203Nm3/Nm3 VH2O=0.01（ H2+2CH4） =0.01（ 5.764+2 0.943） =0.0765Nm3/Nm3 VO2=0.21（ -1） VK0=0.21（ 1.35-1） 0.158=0.0116Nm3/Nm3 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 28 VN2=0.79 VK0+0.01N2=0.79 1.35 0.158+0.01 69.618 =0.865Nm3/Nm3 VY=0.203+0.0765+0.0116+0.865=1.1561Nm3/Nm3 YCO2=0.203 1.1561=17.559% YH2O=0.0765 1.1561=6.617% YO2=0.0116 1.1561= 1.003% YN2=0.865 1.1561=74.820% （ 9）燃烧温度 按式（ 7 2 14）计算最高燃烧温度： IY=YYQ0a+IR+IK qF 已知燃气中 H2=5.764% CH4=0.943% CO=5.797% 燃烧热 Q0a=（ YH2QH2+YCH4QCH4+YCOQCO） =（ 5.764% 10760+0.943% 35847+5.797% 12703） =1694.636KJ/Nm3 入燃烧炉燃料 tI=2800C时，直接查表计算： CO=368.57KJ/Nm3 CO2=523.32KJ/Nm3 O2=376.78KJ/Nm3 H2=364.36KJ/Nm3 CH4=515.35KJ/Nm3 N2=362.27KJ/Nm3 IR=368.57 5.797%+523.32 13.529%+376.784.438%+364.36 5.764%+515.35 0.943%+ 362.27 69.618% =386.525KJ/Nm3 入炉空气 tK=2000C 时， In=89.43KJ/Nm3 Y2取 0.92 则 I=（ 1166.834 0.92+387.341+89.43） /1.1561=1760.2KJ/Nm3 假设燃烧炉最高燃烧温度为 8500C *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 29 CO2=1857.9KJ/Nm3 H2O=1441.4KJ/Nm3 O2=1248.75KJ/Nm3 N2=1179KJ/Nm3 IY=1857.9 17.559%+1441.4 6.617%+1179 74.820% +1248.75 1.003%=1303.734KJ/Nm3 假设燃烧炉最高燃烧温度为 9000C CO2=1983.7KJ/Nm3 H2O=1529.44KJ/Nm3 O2=1321.77KJ/Nm3 N2=1248KJ/Nm3 IY=1983.7 17.559%+1529.44 6.617%+1248 74.820% +1321.77 1.003%=1396.532KJ/Nm3 最高燃 烧温度 tR=850+（ 1760.2-1303.734）（ 900-850） /（ 1396.532-1303.734） 1096 高温余热系数取 0.92 燃烧炉出口温度 ts 1096 0.92 1008.3 （ 10）蒸汽产量计算 燃烧炉带出热量 1008.3时，查表计算 CO2=2219KJ/Nm3 H2O=1712KJ/Nm3 O2=1465KJ/Nm3 N2=1394/Nm3 IY=2219 17.559%+1712 6.617%+1394 74.820% +1465 1.003%=1560.602KJ/Nm3 Q 1560.602 58995.08 92067839.8 KJ/h 140烟气带出的热量 140时，查表计算 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 30 CO2=239.5KJ/Nm3 H2O=211.16KJ/Nm3 O2=185.34KJ/Nm3 N2=182.28/Nm3 IC =239.5 17.559%+211.16 6.617%+182.28 74.820% +185.34 1.003%=194.267KJ/Nm3 Q 194.267 58995.08 11460997.21 KJ/h 预热入燃烧炉空气带出的热量（热效率按 70%） ： 200空气带出的热量 Q=89.43 12245/70%=1564386.2 kJ/h 3.82MPa、 450过热蒸汽焓 i=3333.66KJ/kg 60系统进水焓 i=250.867KJ/kg 锅炉热效率取 70% 锅炉蒸发量 Q=(92067839.8-11460997.21-1564386.2) 70% /(3333.66-250.86) =17948 /h 锅炉蒸发量取 17.9t/h 则 回收 废气锅炉年副产蒸汽量： 17.9 24 350 150360 吨 /年 3 造气炉渣、煤粉、煤泥燃烧产生的蒸汽量 造气炉排放的炉渣及造气除尘器产生的煤粉、造气沉淀池产生的煤泥的量占造气入炉煤的 18.86%,其低 位 发热量约为 9462 KJ/kg,造气入炉煤耗按 1.4 吨 /吨氨醇计 ,年产 12 万吨氨醇产生的炉渣、煤粉、煤泥的量为 : 12 104 1.4 18.86%=31684吨 /年 全部燃烧产生的热量为 31684 9462 103=29979.4 107 KJ *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 31 3.82MPa、 450过热蒸汽焓 i=3333.66KJ/kg 60系统进水焓 i=250.867KJ/kg 锅炉热效率取 70% 则全年产生的蒸汽量为 29979.4 107 70% (3333.66-250.867)=68065 吨 . 4 三 废混燃锅炉回收造气吹风气、合成放空提氢尾气、氨槽驰放气以及造气炉渣、煤粉、煤泥燃烧放出 的 热量， 每小时产生3.82MPa.450的蒸汽 17.9 吨，每年 产生 3.82MPa.450的蒸汽共计 218425 吨 。三废混燃锅炉设计产汽量为每小时产生3.82MPa.450的蒸汽 50 吨，产汽量不足部分掺烧白煤末和煤矸石补充 。 5 三废混燃炉主要 新增 设备 详见 表 3-5 表 3-5 三废混燃炉主要新增设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 三废流化混燃炉 8528 15320 台 .1 2 组合式除尘器 6520 16800 台 1 3 余热锅炉 Q170/1000-50-3.82/450 台 1 4 一次鼓风机 9-19 NO16D 台 1 5 二次鼓风机 9-26NO11.2D 台 1 6 引风机 Y4-73 NO22D 台 1 7 锅炉给水泵 DG85-67 8 台台 1000 8360 2 8 多管除尘器 台 1 9 水膜除尘器 套 1 10 脱硫塔 3000 11000 台 1 10 在线监测 套 1 3.3.2 氢回收改造 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 32 氨合成过程中产生的 放空 气约 2100m3/h，主要成分为： H2 48%，CH4 23.00%， NH3 2.00%， N2 27.00%，其中含有大量的有效气体 -氢，这部分气体过去 未能 全部 回收 ,而直接送去燃烧 ,浪费了大量能源，该气体 的 回收 利用对提高经济效益具有很大的潜力 。 本项目拟上膜提氢回收装置， 采用膜技术装置回收气体中的氢送压缩系统，回收氢后的尾气再送至废气燃烧锅炉作为燃烧炉的 燃料，回收其热能。 氢回收工艺流程为：自合成系统来的 放空 气 (压力 30MPa)经管道过滤器过滤后再经薄膜调节阀减压至 12.6 MPa 左右，然后进入氨吸收塔，气体与循环氨水泵打进的稀氨水在填料层中逆流接触，进行预洗，稀氨水吸收气体中的 NH3，经氨吸收塔水洗后的气体中的NH3 含量低于 200ppm，由塔顶部排出进入气液分离器，分离出的气体在套管加热器中被加热至 50左右，经管道过滤器过滤后进入膜分离器，氢气经渗透汇集后从膜分离器下口排出，未渗透的尾气从膜分离器上口排出，渗透气减压至 1.7MPa，与 压缩三入 新鲜气汇合后进压缩机 四 、五、六 段加压后进入合成系统，未渗透的气体减压至 0.05MPa 后送至废气燃烧锅炉作为燃烧炉的燃料，回收其热能。 气液分离器 加 热 器膜分离器尾气去废气燃烧锅炉渗透气去压缩氨吸收塔氨水槽循环氨水泵氨水去球罐合成吹除气稀氨水 图 3-1 氢回收工艺流程图 本项目进 膜提氢回收装置的 合成系统 放空 气 为 2100m3/h，经提氢后的渗透气为 1200m3/h， 送压缩系统， 主要成分为 H2 85.30%， CH4 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 33 9.30%， NH3 0%， N2 5.40%；经提氢后的尾气为 900m3/h， 送废气锅炉作燃料副产蒸汽， 主要成分为 H210%， CH4 42%， NH3 0.05%， N2 47.95%。 氢回收装置回收氢： 1200 m3/h 85.30% 24 350 8598240m3 按每生产一吨合成氨需要 1976.47 m3氢气， 采用膜技术装置回收氢在不增加原煤的情况下， 年可多产合成氨 8598240 1976.47 4350 吨 按生产一吨合成氨按消耗原煤 1.40 计算，年可节约原煤 4530 1.40 6342 吨。 因采用膜提氢技术，氨合成压力下降 2 MPa 左右，压缩机耗电下降 50 KWh/吨氨醇 ，年产 12 万氨醇则全年可节约电量： 12 104 50=600 万 KWh 膜提氢主要设备 详见 表 3-6 表 3-6提氢主要新增设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 膜分离器 127 13664 台 .5 2 洗氨塔 325 5721 台 1 3 气液分离器 245 2500 台 1 4 高压水泵 3DP60-2/16 台 2 3.3.3 氨槽驰放气中的氨回收改造 （ 1） *化工有限工公司现有氨 槽驰放气量为 2300m3/h，驰放气成分（ v%） NH340% N220% CH413% H224% Ar3%。氨回收工*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 34 艺为：用脱盐水在吸收塔内吸收驰放气中的氨，洗氨后含氨约 7%的驰放气去吹风气回收燃烧炉内燃烧，氨水浓度循环至 10%左右送尿素主厂房碳铵液槽，再与尿素主厂房产生的碳铵液、氨水一同送解吸塔 解析。 该工艺存在以下 问题： 驰放气中的氨回收不彻底，洗氨后的驰放气中仍含氨高达 7%； 回收的氨水需用 高压蒸汽加热将氨蒸出后在用于尿素生产，浪费蒸汽，浪费能源。氨水的跑冒滴漏及无组织排放造成对环境的污染。 （ 2） 无动力氨回收工作原理简介：无动力氨回收设计原理是基于液氨储槽蒸汽各组分沸点不同， 随 温度下降，高沸点的组分先液化。该设计是利用膜提氢装置的尾气压力膨胀制冷，使系统温度降低，从而使氨槽驰放气中沸点高的氨冷凝液化分离出来，达到回收的目的。 回收的氨纯度大于 99%，减压后返流并在系统换热器中蒸发提供冷量，最后以气氨形式出系统。分氨后的驰放气尾气氨含量小于 1%，去吹风气燃烧 炉 燃烧。本设计的显著特点是不需任 何外加动力，达到气氨分离的目的。 工艺流程简介：来自氨槽的驰放气经超滤过滤出其中的大液滴、 油污后，压力在 2.0MPa 温度 5-20进入无动力氨回收系统。经第一、第二级多通道换热器与出无动力氨回收系统的尾气及氨换热，温度降至 -30 -40进入一级分离器分离液氨，余气进入第三级换热器换热，温度降至 -60 -70后进入高效分离器进行彻底分离液氨。分氨后的尾气依次经第三、第二、第一级多通道换热器回收冷量后，进入膨胀机组膨胀制冷。 自膜提氢岗位来的提氢尾气首先经干燥器将其所含水分去除，*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 35 然后进入三级多通道换热 器回收冷量后与分氨后的驰放气一同进入膨胀机组膨胀制冷， 膨胀后的低温气体再进入三级多通道换热器换热，为系统提供冷量，出换热器后送往“三废”流化混燃炉燃烧。 分离器分离出的液氨经调节阀减压后，依次经三级多通道换热器为系统提供冷量， 去合成氨系统气氨总管。 无动力氨回收 主要 新增 设备 表 3-7 表 3-7无动力氨回收主要新增设备 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 干燥器 500 台 .2 2 加热器 F=10m2 台 1 3 除油过滤器 300 台 2 4 气液分离器 300 台 2 5 高效气液分离器 300 台 1 6 透平膨胀机 OLK-1000 台 2 7 透平膨胀机 OLK-1300 台台 1000 8360 2 8 精过滤器 台 2 无动 力 氨回收有关计算： 已知条件： 氨槽驰放气量 2300m3/h，驰放气成分（ v%） NH340% N220% CH413% H224% Ar3%。出 无动力氨回收 系统驰放气氨含量为1%，出氨吸收塔的驰放气氨含量为 7%，年生产天数按 350 天计。 （ A） 无动力氨回收每年回收氨的数量 2300（ 40%-1%） 17 22.4 24 350=5718.37 吨 （ B）现氨回收工艺每年回收氨的数量 2300（ 40%-7%） 17 22.4 24 350=5425.12 吨 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 36 氨水解吸回收氨的回收率按 90%计，则实际年回收氨的数量 5425.12 90%=4882.6 吨 （ C）现氨回收工艺每年回收氨水的数量 （ 5425.12-5425.12 10%） 10%=48826 吨 （ D）解吸 1吨氨水需要 1.0MPa 450的 蒸汽约 350 kg，则每年消耗蒸汽 48826 350 1000=17089 吨 （ E）无动力氨回收技术较现氨回收工艺每年多回收的氨为 5718.37-4882.6=835.77 吨 （ F） 每吨氨耗原料煤 按 1.40 吨 计，则年节源料煤 835.77 1.40=1170 吨 （ G） 年节约脱盐水 48826-5425=43401 吨 3.4 装置改造前后比较 改造后合成氨、尿素装置改造前后原料及动力消耗情况见表3-17。 表 3-17 节能改造前后比较表 项目 合成氨（醇） 尿素 备注 改造前 原煤消耗（吨/吨） 1.414 1.05 电耗（ kWh/吨） 1516 1126.2 水耗（吨 /吨） 16.16 12.00 蒸汽消耗（吨/吨） 0.309 1.37 除自产蒸汽外所需外部蒸汽量 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 37 改造后 原煤消耗（吨/吨） 1.385 1.029 电耗（ kWh/吨） 1493 1109.1 水耗（吨 /吨） 16.16 4.76 蒸汽消耗（吨 /吨） -0.531 1.3212 除自产蒸汽外所需外部蒸汽量 新增量 原煤消耗（吨/吨） -0.029 -0.021 电耗（ kWh/吨） -23 -17.1 水耗（吨 /吨） 0 0 蒸汽消耗（吨 /吨） -0.84 -0.0488 3.5 自控技术方案 3.5.1 自控设计范围 本设计范围包括 *工工业有限公司合成氨节能改造项目装置技术改造的 DCS 及其相关仪表改造的自控设计。 3.5.2 设计标准及规定 本设计按国家和原化工部颁发的有关设计规定、规范、标准进行设计，采用的主要标准有： 过程检测和控制系统用文字代号和图形符号 HG/T20505 2000 分散型控制系统工程设计规定 HG/T20573 2000 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50058 92 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 38 自动化仪表选型规定 HG/T20507 2000 控制室设计规定 HG/T20508 2000 仪表供电设计规定 HG/T20509 2000 仪表供气设计规定 HG/T20510 2000 信号报警连锁系统设计规定 HG/T20511 2000 可燃气体检测报警使用规范 SY65032000 3.5.3 设计原则 根据生产特点、工艺、机械化运输及公用工程对自动控制的要求，结合目前国内行业控制技术的发展趋势，从可靠性、实用性及先进性为原则，确定自控技术方案和仪表设备选型。本工程的自控设计遵循技术先进、投资合理、产品质量稳定、生产管理集中的原则。 3.5.4 控制方案 根据工艺装置的规模、工艺流程的特点及操作上的要求，由于该项目为节能改造项目，为了更好达到节能效果，更好地提高能源利用率，本设计采用 DCS 集散控制系 统改造后的工艺参数将在 CRT上进行显示、记录、控制和报警，将自动完成工艺参数的调节，从*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 39 生产装置的实际情况考虑，调节回路均采用可靠适用的调节系统。对于生产过程的越限变量，设置声光信号报警。 危险场所依照电气专业的划分，本设计在危险场所的仪表，满足电气专业爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB5005892 的要求。 对具有强腐蚀和高粘稠性的工艺介质，本设计在接触介质的检测元件和调节阀的材质与结构方面以及仪表安装都作了相应的考虑。 本装置中还存在可燃性气体，所以还需按照要求，在可燃气体存在的区域设立可燃气 体探测器，现场的一次仪表还必须是隔爆或本安型仪表。 3.5.5 仪表选型 考虑到合成氨、尿素生产的特殊性及生产环境，现场一次仪表以电动型隔爆仪表为主，辅之以其他相应的仪表，有腐蚀性介质的地方还必须选取用防腐蚀材料。 1 温度测量 集中测量时，高温选用隔爆型热电偶，分度号为 K，低温选用隔爆型热电阻，分度号为 Pt100。就地测量时，选用双金属温度计。检测元件配有与其工艺管道的材质相应的保护套管。 2 压力测量 集中测量时，采用本安型压力变送器。 就地测量时，根据不同的工艺介质，分别选用不锈钢压力表、氨用压力表及隔膜式压力 表。与介质接触部分材质和工艺管道的材*化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 40 质一致。 3 流量测量 根据工艺操作的不同要求，在无震动的地方选用旋涡流量计，有震动的地方采用角取标准孔板或高压孔板及金属浮子流量计等流量仪表。 4 液位测量 对易结晶、强腐蚀性的工艺介质，选用本安型法兰式差压变送器，一般工艺介质选用差压变送器，现场液位选用磁翻柱液位计。 5 自动分析仪表 设计采用红外线气体分析仪、磁氧气体分析仪和电导仪等自动分析仪表。 6 执行机构 设计全部采用气动执行机构，与其相配的有单座、套筒、蝶阀等调节阀，对于一般介质，阀体材料采用铸钢，阀芯材料 为1Cr18Ni9Ti；对腐蚀性介质，阀芯为衬四氟，高压选用高压角型气动调节阀。 7可燃气体探测器 可燃气体探测选用总线制在线式全天候气体探测器。 8集散控制系统 选用技术力量雄厚、具有现场经验并有良好售后服务的国内外厂商。 3.5.6 动力供应 仪表电源：来自电气专业，通过不间断电源供给各类仪表使用 。 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 41 交流输入： 220VAC 10%；频率： 50Hz 5% 交流输出： 220VAC 2%；频率： 50Hz 0.2Hz 直流输出： 24V 1% 用电量： 10KVA。 仪表空气为无水无尘无油的净化压缩空气 *化工有限公司 合成氨能量系统优化改造 可行性研究报告 *化工设计院有限公司 42 4 原料、辅助材料及动 力供应 节能改造工程主要原辅料及动力消耗见表 4-1 表 4-1改造前后原材料及动力年耗量 序号 原料名称 单位 技改前数量 技改后数量 技改新增量 备注 1 造气用原煤 万吨 /年 36.764 36.0128 -0.7512 2 电 万 kWh/年 39416 38816 -600 3 水 万吨 /年 420.16 415.82 -4.34 新鲜水 4 蒸汽 万吨 /年 55.984 32.4326 -23. 5514 除自产蒸汽外所需外部蒸汽量 5 建厂条件及厂址方案 5.1 建厂条件 5.1.1 厂址的地理位置 景县位于衡水市东部，距衡水市区约 30公里，东临吴桥县，南与故城县接壤，西连武邑县、枣强县，北与阜城县毗邻。 技改项目建设地点位于龙华镇道北工业区 景化公司 厂