国产大型化肥装置新工艺应用及节能降耗实践_杨学智.pdf

石油石化节能 https:/杨学智：国产大型化肥装置新工艺应用及节能降耗实践 第 13卷第 1期（2023-01）国产大型化肥装置新工艺应用及节能降耗实践杨学智（中国石油宁夏石化公司）摘要：发展大型化肥装置，是降低化肥装置污染物排放和确保安全运行的重要途径，结合宁夏石化公司大型化肥装置的管理现状，越来越多的的新工艺不断投入到生产中，为提高设备利用率，通过技术创新确保设备安全稳定运行，及时消除和发现隐患，从而为企业创造更好的经济效益。宁夏石化公司国产大型化肥装置开停车过程中，国产大型新型的日产 1 500 t氨合成塔工艺技术、设备制造技术等许多指标都优于国外公司。宁夏石化公司从提质增效、节能降耗上加大了技术创新和新技术的运用。在物料平衡，蒸汽消耗、循环水利用、降低吨氨消耗天然气，优化压缩机运行等方面，找出了影响装置综合能耗的因素。利用过去两套大型化肥管理运行经验，并结合国产大型化肥装置运行实际，提出一系列可行措施，为国产大型化肥装置综合能耗达到国际一流水平奠定了坚实基础。关键词：提质增效；综合能耗；合成氨；一段炉；压缩机；合成塔DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.01.007New process application and energy conservation and consumption reducing practiceof domestic large-scale chemical fertilizer deviceYANG XuezhiNingxia Petrochemical Company，CNPCAbstract：Developing large-scale fertilizer device is an important way to reduce the pollutant emis-sion of fertilizer device and ensure safety operationCombined with the management status of large-scale fertilizer devices in Ningxia Petrochemical Company，more and more new processes are continu-ously put into production in order to improve the utilization rate of equipment，ensure safe and stableoperation of equipment through technological innovation，timely eliminate and discover hidden dangersUsing this way can create better economic benefits for enterprisesDuring the start-up and shut-down of domestic large-scale fertilizer device in Ningxia Petrochemical Company，the process tech-nology of large-scale new domestic ammonia synthesis tower with a daily capacity of 1 500 t，equip-ment manufacturing technology and many other indicators are better than foreign companiesBy thequality improvement and energy conservation and consumption reducing，Ningxia PetrochemicalCompany has increased technological innovation and the application of new technologyIn particular-ly，finding out the factors affecting the comprehensive energy consumption of the device is necessarythrough the aspects of material balance，steam consumption，circulating water utilization，reducingnatural gas consumption per ton of ammonia and optimizing compressor operationThrough the man-agement and operation experience of the past two sets of large-scale chemical fertilizer devices，a seriesof feasible measures are put forward based on the actual operation of domestic large-scale chemical fer-tilizer devices，which lays a foundation for the comprehensive energy consumption of domestic large-scale chemical fertilizer devices to reach the international first-class levelKeywords：quality improvement；comprehensive energy consumption；synthetic ammonia；first-stage furnace；compressor；synthetic tower作者简介：杨学智，高级技师，1993年毕业于中国政法大学（函授法律专业），从事合成氨装置生产技术与操作优化工作，13995117280，xzhyang_，宁夏石化公司化肥一部生产科，2977000。引文：杨学智国产大型化肥装置新工艺应用及节能降耗实践J石油石化节能，2023，13（1）：30-34.YANG XuezhiNew process application and energy conservation and consumption reducing practice of domestic large-scalechemical fertilizer deviceJEnergy Conservation in Petroleum&PetroChemical Industry，2023，13（1）：30-34.30技术应用/Technology Application石油石化节能 https:/宁夏石化公司国产大型化肥装置是中国石油在国内首套采用自主技术建设的工业化生产装置，工艺技术全部实现国产化，各项工艺技术指标均达到了国际先进水平，拥有自主知识产权，设计年产合成氨 45104t、尿素 80104t。其中合成氨采用蒸汽转化工艺技术，尿素采用 CO2汽提工艺技术。天然气压缩机、空气压缩机、氨压机、合成气压缩机、CO2压缩机等五台机组全部由国内厂家制造，机组全部采用 12.0 MPa 和 5.0 MPa 过热蒸汽作为动力源。主要设备国产化率达到 95%以上，总体工艺流程和设备结构进行了集成、优化和创新，具有能耗低、操作简单、安全等特点。是具有国际先进水平的大型氮肥装置。近年来，通过工艺管理和员工培训、工艺优化等手段，减少了非计划停车次数，通过优化一段炉运行、降低水碳比、投用炼厂干气等措施，保持工况优化运行，保证装置安全稳定长周期运行，确保了装置综合能耗维持最低，氨产量尿素产量达到了较高的水平。1装置特点1.1合成氨装置特点合成氨装置以天然气为原料，转化部分采用一、二段蒸汽转化工艺，变换部分采用高温变换和低温变换工艺，脱碳采用 MDEA 脱碳技术，氨合成部分采用三床轴径向复合床间接换热式合成塔，氨合成压力 15.5 MPa，冷冻系统为两级氨冷，并设有5 000 m3氨储罐和氢回收装置。1.2尿素装置特点80104t/a 尿素生产装置，依托 CO2汽提工艺技术，采用了尿素高效浸没式冷凝，三级真空浓缩新方法。尿素生产工艺主要包括：CO2压缩和脱氢、液氨升压、高压合成与汽提回收、低压分解回收与真空预浓缩、蒸发与造粒、工艺冷凝液处理等工序。1.3装置中技术特点1）工艺国产化。45104t 合成氨、80104t尿素装置中技术创新工艺国产化。宁夏石化 45/80104t项目作为成果转化平台，是中国石油第一套自主开发的大氮肥成套工艺技术建设的具有国际先进水平的大型化肥装置，也是国产化的 DCS分析技术建立的合成氨、尿素装置三组模型，进行工艺管线和设备布局的整体优化，总体工艺流程和设备结构进行了集成、优化和创新，合成氨综合能耗等主要技术指标达到了国际先进水平，并获得了自主知识产权数十项。2）设备国产化。在装置建设中，集成国内行业领先的设备制造商，采取自主设计，国内制造的方式，先后完成了一段转化炉、氨合成塔内件、尿素高压设备、尿素高压氨泵、合成气压缩机、工艺空气压缩机、氨气压缩机、天然气压缩机、CO2压缩机等多项重大设备的专项研究。关键设备国产化率达到 95%以上，投资成本仅为国外的 80%。不仅为国家节约了大量的外汇投资，更在设备自主研发制造上取得了新的突破。3）控制系统国产化。宁夏石化公司三化肥装置全流程使用了国内最新推出的 MACS-K 大型分布式控制系统，该系统采用了全冗余，多重隔离等可靠技术，吸收了安全系统的设计理念。改进、完善、组态软件的友好性和易用性，降低了入门难度，提 高 了 用 户 组 态 的 效 率，提 升 了 用 户 的 体验感。2技术创新及应用2.1技术创新在合成氨装置中采用较高的转化压力。虽然低压有利于转化反应的进行，但提高压力可以节省压缩功、减少设备投资、有利于工艺余热的利用1-3。该装置一段转化出口压力设计为 4.05 MPa。另外装置中还采用比较温和的一段转化方案。考虑国内制造厂的制造水平，为了使一段转化炉炉管的操作条件不太苛刻，该工艺在二段转化炉加入了 20%的过量空气，使一部分一段转化炉的负荷转移到二段转化炉中。一段转化出口温度为 803，CH4残留量为 14.23 mol%（干基）。延长了一段转化炉管的使用寿命。同时综合考虑一段转化炉对流段能量的回收利用，提高原料气预热温度，将一段转化炉的混合进料 和 工 艺 空 气 预 热 到 尽 可 能 高 的 温 度，分 别 为560 和 500。增加一段炉对流段各组能量回收盘管之间的温度调节措施，设计充分考虑了一段转化炉对流段的能量回收利用和盘管材料的选择，有效保证了装置安、稳、长、满、优运行。2.2技术应用1）合成塔的应用：1 500 t/d“三床轴径向复合床间接换热式高效节能型氨合成塔为立式反应器，有高压外壳和内件两部分构成。典型操作压力为1115 MPa，合成气进气温度一般在 185230，具有较高的氨净值，塔出口氨浓度可达到 18.88%。31石油石化节能 https:/杨学智：国产大型化肥装置新工艺应用及节能降耗实践 第 13卷第 1期（2023-01）氨合成塔内部有三个催化剂床层，均装有铁系催 化 剂。一 层 装 催 化 剂 15.5 m3、二 层 装 催 化 剂29.2 m3、三层装催化剂 48.2 m3。合成气在第一床层为轴向流动，汽提分布均匀，并可减少有害物质对催化剂的影响，能充分有效利用催化剂。由于第二层和第三层催化剂装填量大，为减少气体阻力，所以采取了轴径向流动，全塔阻力压降小，循环压缩机功耗低。合成塔