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合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯(lián)產(chǎn)工藝的應用

張亮葛精訊劉建軍

(山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司稷山分公司山西稷山043200)

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司稷山分公司的前身為稷山縣化肥廠，經(jīng)過多年的技術(shù)改造和發(fā)展，現(xiàn)具有年產(chǎn)65 kt合成氨、180 kt純堿、200 kt氯化銨、25 kt三聚氰胺以及80 kt碳酸氫銨的生產(chǎn)能力。

1合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯(lián)產(chǎn)工藝

圖1合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯(lián)產(chǎn)工藝流程示意

合成氨與純堿、三聚氰胺、碳酸氫銨聯(lián)產(chǎn)工藝流程示意見圖1。

造氣系統(tǒng)采用以無煙塊煤為原料的固定層造氣技術(shù)，在高溫條件下，以空氣和蒸汽為氣化劑發(fā)生氣化反應，產(chǎn)出合格半水煤氣輸送至脫硫系統(tǒng)。

脫硫系統(tǒng)采用PDS脫硫。氣柜出口的半水煤氣經(jīng)靜電除焦后去羅茨風機加壓(40.0～46.7 kPa)，然后經(jīng)洗滌塔降溫至35 ℃去脫硫塔脫除H2S，再經(jīng)洗滌塔、分離器和靜電除焦后的半水煤氣[H2S 為80～100 mg/m3(標態(tài))，35 ℃]去壓縮系統(tǒng)，脫硫液再生后循環(huán)使用。

變換系統(tǒng)采用全低變工藝，半水煤氣中的CO在約350 ℃、鈷鉬催化劑作用下，與水蒸氣進行變換反應生成CO2和H2，制得合格變換氣；經(jīng)變脫系統(tǒng)進一步脫除H2S后，送到變換氣制堿系統(tǒng)。

進入變換氣制堿系統(tǒng)的變換氣經(jīng)冷卻分離油、水后，送入外冷塔底部進行碳化反應，制取顆粒粗大的碳酸氫鈉結(jié)晶，頂部出氣(碳化塔尾氣)通入副塔底部經(jīng)洗滌后送精脫硫系統(tǒng)。

精脫硫系統(tǒng)來的原料氣中含有少量的CO和CO2，在銅基、鎳基催化劑作用下，CO，CO2和H2作用生成甲醇、甲烷，使精煉氣中φ(CO+CO2)<10×10-6。

由壓縮系統(tǒng)送來30～45 ℃的新鮮補充氣經(jīng)氨分離器、氨冷器、冷交換器后進入循環(huán)機加壓，加壓后的氣體經(jīng)油分離器分離油污，然后一路經(jīng)主閥由頂部進入合成塔，另一路經(jīng)副閥自塔底直接進入合成塔中心管，在氨合成塔內(nèi)生成合成氨。

以從合成氨系統(tǒng)氨冷器過來的氨氣為載氣，經(jīng)預熱后進入流化床反應器，在反應溫度為380～400 ℃的條件下，液態(tài)尿素在催化劑——硅膠/硅鋁膠的作用下，生成三聚氰胺、NH3和CO2；經(jīng)處理后，三聚氰胺冷卻析出分離，反應尾氣直接送到純堿和氯化銨的母Ⅰ、母Ⅱ(MI和MII)吸收崗位。

從循環(huán)法三聚氰胺系統(tǒng)出來的尾氣與純堿煅燒爐氣中的CO2反應生成碳酸氫銨。

2全廠物料平衡

圖2　全廠物料平衡示意

全廠物料平衡示意見圖2(此工藝物料平衡計算按噸純堿耗氨0.355 t、噸三聚氫胺耗尿素3.07 t、噸三聚氫胺產(chǎn)生的尾氣中含氨量和三聚氫胺裝置出口載氣中含氨量共1.02 t、噸三聚氫胺需反吹氨量0.25 t、噸碳酸氫銨耗氨0.22 t計)。

3運行總結(jié)

氯化銨的MI吸氨的目的是降低母液中溶解度較小的重碳酸鹽的含量，從而降低NH4Cl相變溫度，降低冷析制冷負荷，所以，理論上應用純氨吸收。但純氨氣作為載氣，經(jīng)過一步法三聚氰胺系統(tǒng)后，氣體中包含了CO2，控制氨I(AI)溶液游離氨 (FNH3)2.40～2.65 mol/L，結(jié)合氨 (CNH3)≥3.6 mol/L，總氯(TCl)在5.3～5.7 mol/L，CO2在2.5 mol/L，可維持氯化銨正常生產(chǎn)。

一步法三聚氰胺尾氣與純氨混合后被MII溶液吸收，吸氨的同時，也吸收了CO2， AII溶液中CO2含量增大，相當于已進行了預碳化，工藝控制AII溶液指標為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。否則，碳化過程中會產(chǎn)生大量的細堿，給重堿過濾操作造成困難，即：重堿含水量增大，煅燒蒸汽消耗高，收率下降，洗滌操作困難，破壞母液系統(tǒng)的平衡；大量的細堿穿過濾網(wǎng)進入MI，從而通過AI進入結(jié)晶系統(tǒng)，嚴重時可造成AII溶液的熔疤(碳酸氫鈉)能力下降，增加了倒塔和煮塔的次數(shù)，煮塔水水量隨之增加，蒸汽消耗增大。

循環(huán)法三聚氰胺尾氣用脫鹽水吸收，制成合格的氨水(總氨濃度達到9 mol/L)送至碳酸氫銨碳化塔內(nèi)與純堿煅燒爐尾氣中的CO2反應生成碳酸氫銨，反應后母液中CO2應控制在4.0～4.5 mol/L，以維持正常的碳酸氫銨生產(chǎn)。

4結(jié)語

近幾年的生產(chǎn)實踐證明，生產(chǎn)1 t三聚氰胺可副產(chǎn)約0.8 t氨和約1.0 t CO2，這些氣體參與聯(lián)堿生產(chǎn)中的吸氨和碳化反應，噸氨生產(chǎn)成本可降低800元左右，噸純堿生產(chǎn)成本降低260元左右。利用合成氨裝置的氨氣作為三聚氰胺的載氣，三聚氰胺反應尾氣與載氣混合后輸送至聯(lián)堿系統(tǒng)生產(chǎn)純堿、氯化銨，循環(huán)法三聚氰胺中的尾氣與純堿煅燒爐尾氣反應生成碳酸氫銨，屬于循環(huán)經(jīng)濟的典型示范項目，在原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)物及排放的廢物形成物質(zhì)、能量的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，推動不同產(chǎn)業(yè)鏈的延伸和耦合，提高了資源的產(chǎn)出效率，實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部、產(chǎn)業(yè)之間資源的梯級循環(huán)流動和利用。

(收到修改稿日期2015- 06- 11)