优化设计 节能减排 提升氮肥企业竞争力

河南省昊利达化工有限公司 魏常致 金向平 郝国庆

小氮肥产业升级后，如何推广清洁生产，走可持续发展道路，不断提升企业核心竞争力，河南昊利达通过探索与实践，在大力推进节能减排工作中，对各种新工艺、新技术、新设备进行集成优化和推广应用，经济效益与环境效益、社会效益比翼齐飞，成效显著。

河南省昊利达化工有限公司成立于2002年9月29日，其前身是我国小氮肥碳铵改产尿素首批三家4万t/a小尿素示范厂之一的辉县市化肥厂。建厂四十多年来，通过不断技术改造，由原设计年产5000t合成氨的小化肥厂逐步发展为9万t/a合成氨、15万t/a尿素、3万t/a甲醇的中型企业。近年来先后通过“氮肥生产污水零排放综合治理环保工程”、“合成氨生产能量系统优化工程”、“安全生产标准化”验收及清洁生产审核，各项经济技术指标接近行业先进水平，公司实现快速发展，并获得了较好的经济效益。

按先进实用、节能降耗、环境友好、安全稳定的要求确定工艺技术改造路线

技术改造的思路是按先进实用、节能降耗、环境友好、安全稳定的要求确定工艺技术改造路线，经改造后的工艺流程如图1。

采用低压氨合成和醇烃化精制联产甲醇的工艺特点：

①氨合成压力≤26.0MPa时，合成氨综合电耗降至最低值。

②低压氨合成联产甲醇工艺，降低了变换、脱碳及醇烃化气体精制的生产负荷，同时降低了氨合成压力，使生产达到安全、稳定、低耗，催化剂使用周期延长，开车率提高。

图1 改造后工艺流程图

③氨醇联产时煤气组分同时满足了H2/N2=3.0的氨合成和的醇合成的要求。煤气中含有一定组分的N2气，煤气化操作条件宽松，排净气量小，维持了煤气炉的气化强度，有利于降低原料煤消耗。

④合成氨和甲醇联产系统中的排净气、放空气、弛放气等得到合理的回收利用，减少了气体排放量，有利于清洁生产。

煤气化装置的优化设计及操作

由于造气生产费用占整个成本的60%以上，而且目前企业面临煤价猛升的压力，因此煤气化装置的优化设计及操作尤为重要，造气系统采用DCS优化控制系统，突出节能减排，降低煤耗的技术要求。

①煤气炉保持单炉单系统配置，四炉一台风机和一套余热回收系统，消除了各煤气炉间的相互影响及串气倒气的可能性。

②炉体的夹套高度、破渣条、防流板、炉篦选用及工艺阀门的位置均一一进行精心安排设计，旨在有效地稳定炉况，改善下灰质量，提高蒸汽分解率。

③煤气炉上行煤气管道由侧出改为上出，同时设置炉内除尘器，减少带出物，回收吹风、上吹热量，兼有下吹均匀分布的作用。

④采用机电一体化加煤机，220℃过热蒸汽制气，蒸汽压力前馈补偿调节，上吹加N2工艺，严格控制炉温，稳定气体质量和产气能力，使原料煤消耗长期低于1150kg/t 氨。

重点抓好气体净化和工艺水质

大、中、小氮肥在稳定的生产周期上存在较大差距，重要原因是工艺气质和水质差异较大，在技改工程中，力求提升工艺气质和水质的水平。

①抓好气源的洗涤净化，设置微涡流塔板澄清器，使用絮凝剂使造气污水浊度≤50mg/L，同时强化合成氨和尿素循环水投加阻垢缓蚀剂效果。

②压缩机入口前低压煤气做到三级水洗涤，二级焦炭过滤和电除焦油，延长压缩机一段活门清洗周期。

③做好脱除气体总硫为主要内容的净化，做到多级脱除，深度净化。通过煤气常压湿式栲胶脱硫，变换气NDC湿法脱硫，PC脱碳脱硫，精脱硫串脱氯和脱羰基铁，使气体入塔总硫体积分数≤0.1×10-6,湿法脱硫的硫回收率≥90% 。

④脱盐水采用反渗透串阴阳离子混床交换。脱盐水电导指标控制≤10μS/cm。

由于气质和水质的提高，脱硫、变换、脱碳、醇烃化及氨合成各工序的系统阻力和催化剂保持相对稳定。

醇烃化气体精制新工艺的应用

以煤为原料的合成氨原料气精制工艺由醇烃化替代了铜洗，是一项重大技术突破。醇烃化工艺中（CO+CO2）微量指标稳定，不再使用铜、醋酸、蒸汽及氨等，不仅降低了物料消耗，而且在环境保护和产品结构调整方面亦有较大贡献，以醇烃化替代铜洗工艺是合成氨生产技术水平提高的重要体现。

①醇烃化为两级醇化串一级烃化工艺。设备布置集中，管道安装规范,循环机共用，生产操作及联系调节方便。

②两级醇化可串可并，醇氨比调节灵活，控制好适宜的入塔（CO+CO2）组分，醇烃化可做到不开循环机，不开电炉。

③醇烃化系统技改工程开车以来，（CO+CO2）微量始终保持其体积分数在10×10-6以下，各项物能消耗或消除或大幅度降低，使每吨合成氨生产成本降低80元以上。醇烃化做到了零排放和零污染，是企业废水零排放的一项重要措施，醇烃化工艺体现出显著的节能减排、经济环保及社会效益。

“三废”的综合回收和利用

为强化节能减排，推进循环经济，在技改中积极采用节能新技术，对“三废”资源进行回收利用，减少排放量，提高能源的利用效率，是一项环境友好的技改项目。

①造气吹风气是煤气化排放最多的废气，含有较多的污染气体：二氧化碳、一氧化碳及氢气，热值≥1200kJ/Nm3,通过设置吹风气燃烧余热回收装置达到副产1.27MPa蒸汽16t/h供尿素使用，副产0.6MPa低压蒸汽5t/h供造气自用，使污染废气变废为宝，并达标排放。

②氨合成放空气和氨贮槽弛放气中含有较多CH4、H2和NH3，放空气经脱盐水洗涤净氨后采用PSA工艺进行H2回收，H2体积分数≥96%的回收气回至压缩机三进，处理后富含CH4的尾气作为助燃气体送至吹风气燃烧炉燃烧，回收余热，副产蒸汽。

③醇中间贮槽的弛放气40Nm3/t 醇，其中含醇体积分数 ≥15%，H2体积分数≥35%,同样进行了洗涤净醇吸收，稀醇水送精醇作为萃取水，含 H2尾气返回罗茨风机进口，入系统回收。

⑤精馏残液含有机碳，具有细菌营养液的作用，送至末端生化水处理装置中给生化细菌进行补碳，收到变废为宝的效果。

把节能减排的技术措施贯彻到生产的全过程

企业是节能减排的主体，推进节能降耗，降低成本是企业体现综合竞争力的根本。应增强节能意识将清洁生产的各项技术措施，贯彻于生产全过程中。氮肥协会历年推荐的行之有效的各项节能措施，我们均积极引用采纳。

①生产工序中重要电机均升为高压电机，普遍采用变频调速技术，生产稳定，操作方便，节能效果明显，此项年节电60万kW·h。

②造气炉渣废料经加工掺烧于“三废”锅炉，降低煤耗，年节约燃料煤1.59万t。

③变换炉段间采用喷水增湿调温，并回收氨合成塔废热锅炉出口气体热量，加热变换饱和塔热水，年节省蒸汽2.15万t。

④脱碳塔出口富液通过涡轮机回收能量用于差压发电，降低合成氨电耗，自投运以来运转正常，年节电174万kW·h。

⑤冷冻系统采用蒸发式冷凝器，换热与冷却功能合一，提高效率，节电节水并节省占地，年节循环水量475万t，节电150余万kW·h。

⑥尿素装置增设蒸发洗涤器后，工艺冷凝液中的尿素含量由1.4%降为0.2%，年可回收尿素2000t。采用预浓缩蒸发工艺改造后，吨尿素汽耗由1.4t降为1.2t以下，年节省蒸汽3.3万t。

实现造气污水零排放，减轻终端污水处理负荷

①煤气化冷却水与煤气直接接触传热降温，造成冷却水含煤焦油、挥发酚、氰化物及悬浮物，污染组分高，是合成氨生产的主要污染源。实现废水零排放是一项系统工程，涉及气化操作，设备改造及污水治理。在治理方面以两级1600m3平流沉淀池进行处理，以微涡流塔板澄清器为中心，加入絮凝剂及澄清器三级反应室加速沉淀澄清，浊度≤50mg/L，使洗气塔及凉水塔的冷却效果得到提高，实现了造气污水不外排。

②终端污水处理仅是环境保护的一项补救措施，重点应抓好源头的治理。我公司在抓好源头的同时，又增设了终端污水处理设施，日处理能力为2400m3，采用SBR工艺，集曝气—推流—沉淀—排水于一体，一池多用，不建二沉池，其次抗进水负荷冲击力强，三是产生污泥极少，处理后排水COD≤25mg/L，。均低于当地环保排放标准，具有显著的环境效益。

近年来，公司在节能减排技改方面初见成效，尚有不少需要改进之处，所采用的技术亦多是行业协会推广的先进技术。今后，我们将继续采用更多的先进技术进一步对装置进行完善和改造，进一步提高节能减排水平，发展循环经济，做优化肥，更好地为现代农业服务。