合成氨与纯碱、三聚氰胺、碳酸氢铵联产工艺的应用



合成氨与纯碱、三聚氰胺、碳酸氢铵联产工艺的应用

张亮葛精讯刘建军

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司稷山分公司山西稷山043200)

山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司稷山分公司的前身为稷山县化肥厂，经过多年的技术改造和发展，现具有年产65 kt合成氨、180 kt纯碱、200 kt氯化铵、25 kt三聚氰胺以及80 kt碳酸氢铵的生产能力。

1合成氨与纯碱、三聚氰胺、碳酸氢铵联产工艺

图1合成氨与纯碱、三聚氰胺、碳酸氢铵联产工艺流程示意

合成氨与纯碱、三聚氰胺、碳酸氢铵联产工艺流程示意见图1。

造气系统采用以无烟块煤为原料的固定层造气技术，在高温条件下，以空气和蒸汽为气化剂发生气化反应，产出合格半水煤气输送至脱硫系统。

脱硫系统采用PDS脱硫。气柜出口的半水煤气经静电除焦后去罗茨风机加压(40.0～46.7 kPa)，然后经洗涤塔降温至35 ℃去脱硫塔脱除H2S，再经洗涤塔、分离器和静电除焦后的半水煤气[H2S 为80～100 mg/m3(标态)，35 ℃]去压缩系统，脱硫液再生后循环使用。

变换系统采用全低变工艺，半水煤气中的CO在约350 ℃、钴钼催化剂作用下，与水蒸气进行变换反应生成CO2和H2，制得合格变换气；经变脱系统进一步脱除H2S后，送到变换气制碱系统。

进入变换气制碱系统的变换气经冷却分离油、水后，送入外冷塔底部进行碳化反应，制取颗粒粗大的碳酸氢钠结晶，顶部出气(碳化塔尾气)通入副塔底部经洗涤后送精脱硫系统。

精脱硫系统来的原料气中含有少量的CO和CO2，在铜基、镍基催化剂作用下，CO，CO2和H2作用生成甲醇、甲烷，使精炼气中φ(CO+CO2)<10×10-6。

由压缩系统送来30～45 ℃的新鲜补充气经氨分离器、氨冷器、冷交换器后进入循环机加压，加压后的气体经油分离器分离油污，然后一路经主阀由顶部进入合成塔，另一路经副阀自塔底直接进入合成塔中心管，在氨合成塔内生成合成氨。

以从合成氨系统氨冷器过来的氨气为载气，经预热后进入流化床反应器，在反应温度为380～400 ℃的条件下，液态尿素在催化剂——硅胶/硅铝胶的作用下，生成三聚氰胺、NH3和CO2；经处理后，三聚氰胺冷却析出分离，反应尾气直接送到纯碱和氯化铵的母Ⅰ、母Ⅱ(MI和MII)吸收岗位。

从循环法三聚氰胺系统出来的尾气与纯碱煅烧炉气中的CO2反应生成碳酸氢铵。

2全厂物料平衡

图2　全厂物料平衡示意

全厂物料平衡示意见图2(此工艺物料平衡计算按吨纯碱耗氨0.355 t、吨三聚氢胺耗尿素3.07 t、吨三聚氢胺产生的尾气中含氨量和三聚氢胺装置出口载气中含氨量共1.02 t、吨三聚氢胺需反吹氨量0.25 t、吨碳酸氢铵耗氨0.22 t计)。

3运行总结

氯化铵的MI吸氨的目的是降低母液中溶解度较小的重碳酸盐的含量，从而降低NH4Cl相变温度，降低冷析制冷负荷，所以，理论上应用纯氨吸收。但纯氨气作为载气，经过一步法三聚氰胺系统后，气体中包含了CO2，控制氨I(AI)溶液游离氨 (FNH3)2.40～2.65 mol/L，结合氨 (CNH3)≥3.6 mol/L，总氯(TCl)在5.3～5.7 mol/L，CO2在2.5 mol/L，可维持氯化铵正常生产。

一步法三聚氰胺尾气与纯氨混合后被MII溶液吸收，吸氨的同时，也吸收了CO2， AII溶液中CO2含量增大，相当于已进行了预碳化，工艺控制AII溶液指标为FNH3在3.15～3.50 mol/L、CNH3在1.80～2.10 mol/L、TCl在5.05～5.40 mol/L、CO2在1.00～1.40 mol/L。否则，碳化过程中会产生大量的细碱，给重碱过滤操作造成困难，即：重碱含水量增大，煅烧蒸汽消耗高，收率下降，洗涤操作困难，破坏母液系统的平衡；大量的细碱穿过滤网进入MI，从而通过AI进入结晶系统，严重时可造成AII溶液的熔疤(碳酸氢钠)能力下降，增加了倒塔和煮塔的次数，煮塔水水量随之增加，蒸汽消耗增大。

循环法三聚氰胺尾气用脱盐水吸收，制成合格的氨水(总氨浓度达到9 mol/L)送至碳酸氢铵碳化塔内与纯碱煅烧炉尾气中的CO2反应生成碳酸氢铵，反应后母液中CO2应控制在4.0～4.5 mol/L，以维持正常的碳酸氢铵生产。

4结语

近几年的生产实践证明，生产1 t三聚氰胺可副产约0.8 t氨和约1.0 t CO2，这些气体参与联碱生产中的吸氨和碳化反应，吨氨生产成本可降低800元左右，吨纯碱生产成本降低260元左右。利用合成氨装置的氨气作为三聚氰胺的载气，三聚氰胺反应尾气与载气混合后输送至联碱系统生产纯碱、氯化铵，循环法三聚氰胺中的尾气与纯碱煅烧炉尾气反应生成碳酸氢铵，属于循环经济的典型示范项目，在原料、产品、副产物及排放的废物形成物质、能量的生态产业链，推动不同产业链的延伸和耦合，提高了资源的产出效率，实现了企业内部、产业之间资源的梯级循环流动和利用。

(收到修改稿日期2015- 06- 11)