(四川美豐化工股份有限公司，四川 遂寧 629200)

四川美豐化工股份有限公司與新疆建設(shè)兵團第一師合作，在阿拉爾成立了新疆美豐化工有限公司(以下簡稱新疆美豐)。該公司于2012年12月建成投產(chǎn)，一期工程主要產(chǎn)品是尿素，合成氨10萬t/a、尿素18萬t/a，投產(chǎn)當年達標達產(chǎn)。其主要生產(chǎn)工藝是采用天然氣蒸汽加壓一二段連續(xù)轉(zhuǎn)化，高低變甲烷化凈化，通過MDEA脫碳工藝分離出CO2和氫氮氣，純凈的CO2通過加壓后送到CO2汽提工藝尿素生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出尿素產(chǎn)品，合格的氫氮氣通過加壓后送到低壓氨合成裝置生產(chǎn)液氨。整個工藝技術(shù)在當前國內(nèi)和國際上都比較先進。盡管在設(shè)計初期和設(shè)計院都進行了充分交流和研討，設(shè)計院為了能源的利用采取了很多技術(shù)措施(沒有選用煤制合成氨工藝，而選用了能耗相對較低的天然氣工藝和CO2尿素汽提工藝)，但從運行分析看，雖然高品位能源利用非常充分，但是低品位熱能基本沒有利用。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，整個合成氨尿素行業(yè)對低品位熱能的利用都非常不充分，甚至有些單位基本沒有回收，所以資源浪費大。特別是在當前尿素產(chǎn)能嚴重過剩，市場競爭非常激烈的情況下，如何為企業(yè)增產(chǎn)降耗更是同行業(yè)的日常工作重心，已經(jīng)是常態(tài)化的工作。

1 裝置能耗現(xiàn)狀分析

針對剛投產(chǎn)裝置能耗高、低品位熱能利用不充分的問題，新疆美豐成立攻關(guān)小組，專門進行同行調(diào)研考察，與設(shè)計院進行技術(shù)交流，生產(chǎn)運行分析，收集整理分析生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)。

1.1 行業(yè)對標

(1)合成氨尿素企業(yè)是耗能大戶?；ば袠I(yè)是能源消費大戶，每年能源消耗量超過1億t標準煤，主要集中在基礎(chǔ)化學原料制造業(yè)、化肥制造業(yè)和有機化學品制造業(yè)，這3個行業(yè)的能量消耗合計占化學工業(yè)總能源消費量的80%以上。其中在化肥制造業(yè)中，氮肥制造(含合成氨)占90%以上，占化學工業(yè)總能源消費量的50%。所以合成氨是化工行業(yè)中的能耗大戶。

(2)合成氨尿素企業(yè)能源利用率低。從目前化工生產(chǎn)企業(yè)來看，化工企業(yè)的能源利用效率僅僅只有42%，而合成氨只有39%，燒堿為46.5%，乙烯為45.2%。合成氨尿素企業(yè)既是耗能大戶，又是能源利用率最低的行業(yè)。目前世界先進水平的天然氣合成氨能耗為29GJ/t，我國引進裝置平均能耗約37GJ/t；而世界先進水平的煤制合成氨裝置能耗為46～49GJ/t，我國平均能耗高達62GJ/t。從當前行業(yè)能耗情況分析來，浪費的75%以上都是低品位熱能。因為低品位熱能的利用價值低，加上合成氨尿素生產(chǎn)過程余熱較多，所以很多企業(yè)基本都沒有利用。

1.2 低品位熱能的回收利用情況

(1)低品位熱能利用不充分。大量低壓蒸汽基本沒有利用，僅僅約1/4的低壓蒸汽用于轉(zhuǎn)化脫氧槽脫出脫鹽水中的空氣和伴熱，大約有0.4 MPa、4.16 t/h低壓蒸汽被直接放空。

(2)低品位熱能回收不充分。含一定能量的合成氨工藝冷凝液和尿素蒸汽冷凝液(兩者的溫度基本都在90 ℃左右)，不但沒有利用，還要用大量的循環(huán)水冷卻到常溫后送到下一工序。

(3)高品位熱能降低使用。生產(chǎn)辦公取暖需要大量的熱源，由于生產(chǎn)地點離城較遠，無法實施外部集中供暖，新疆美豐專門采購了1臺小鍋爐，以天然氣燒鍋爐來解決生活辦公的供熱問題。通過統(tǒng)計，平均消耗天然氣300～400 Nm3/h。供熱取暖只需低品位熱能即可，而用天然氣燒鍋產(chǎn)生的是高品位熱能，就出現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)低用的不合理方案。

(4)降能措施不到位。部分設(shè)備管道保溫、保冷、防凍措施不到位，在冬季出現(xiàn)了冰凍情況，需要大量的蒸汽來吹掃解凍，造成能源浪費。

綜上所述，雖然客觀上合成氨尿素企業(yè)是能耗大戶，但新疆美豐的基本能耗約高于同行業(yè)的平均水平，同時自身裝置上有很多不完善的地方也是造成能耗高的主要原因，尤其是低品位熱能的浪費。自身一方面在大量浪費生產(chǎn)余熱和低品位熱能，另一方面取暖又在消耗高品位能源，這是一個相互矛盾的問題。通過分析發(fā)現(xiàn)，放掉的低壓蒸汽和被冷卻到常溫的工藝冷凝液和蒸汽冷凝液(溫度仍然在90 ℃)，在生產(chǎn)裝置上無法再利用，屬于生產(chǎn)余熱。攻關(guān)小組成員根據(jù)生產(chǎn)生活能源供應(yīng)需求情況分析，供暖只需要30 ℃左右的熱水循環(huán)使用即可，這個溫度下的能量是一個非常低品位的能量，于是提出能否把生產(chǎn)余熱——低壓蒸汽、工藝冷凝液和蒸汽冷凝液低品位熱能集中起來，用于生活、辦公供熱取暖，這將是一個新的課題，在當?shù)貨]有先例，在同行業(yè)也沒有先例，如果能實現(xiàn)就開辟了我國西北、東北合成氨尿素生產(chǎn)企業(yè)低品位熱能新的用途，更能充分利用合成氨尿素的低品位熱能和生產(chǎn)余熱。

2 改造方案

由于生活辦公供熱問題是一個系統(tǒng)問題，攻關(guān)小組成員需要充分調(diào)研、分析研究，并與相關(guān)專業(yè)設(shè)計院進行多次技術(shù)交流，基本達成了充分利用合成氨尿素生產(chǎn)低品位熱能來解決供暖的可行性。

攻關(guān)小組開始自行選址，策劃設(shè)備布置、管道走向和供熱方式等技術(shù)問題，繪制供熱草圖，與專業(yè)設(shè)計院一起設(shè)計出了全廠低品位熱能回收再利用方案。

(1)低品位熱能輸出參數(shù)。放空的低壓蒸汽： 0.4 MPa、4.16 t/h； 尿素輸出的蒸汽冷凝液8.32 t/h， 溫度90 ℃；合成氨工藝冷凝液約8.0 t/h，溫度90 ℃。

(2)部分設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 部分設(shè)備參數(shù)

(3)低品位熱能回收利用工藝流程見圖1。將90 ℃左右的合成氨工藝冷凝液(8 m3/h)和尿素蒸汽冷凝液(8.32 m3/h)分別送到供熱站充分混合調(diào)溫，用泵分別送到各供熱點，供熱后返回供熱站，利用生產(chǎn)多余的低壓蒸汽進行循環(huán)加熱，然后又與新送來的工藝冷凝液和蒸汽冷凝液調(diào)溫后送出，形成一個循環(huán)回路，由于合成氨尿素是連續(xù)生產(chǎn)的，所以冷凝液和低壓蒸汽也是連續(xù)的，冷凝液一部分用于裝置的伴熱和吹掃，另一部分用于供熱取暖，全部低壓蒸汽用于供熱調(diào)溫用，最后將降溫后的冷凝液抽出一部分送回生產(chǎn)裝置循環(huán)使用。由于余熱多，全部用于自身供熱有過剩，通過策劃把多余的熱能送到了工業(yè)園的其他復(fù)合肥和節(jié)水公司供暖，還按照市場價收取了一定成本費用，解決了兄弟公司的冬季供暖問題。

圖1 低品位熱能回收利用工藝流程

3 改造后效果分析

通過以上改造，實現(xiàn)了低品位熱能的再利用，新疆美豐充分利用了合成氨尿素生產(chǎn)余熱，也解決了生活辦公的供熱問題，節(jié)約了資源，減少了能源的浪費，降低了生產(chǎn)消耗，同時把非常緊缺的天然氣資源充分用到產(chǎn)品生產(chǎn)上，實現(xiàn)了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 經(jīng)濟分析

3.1.1停運了1臺供熱鍋爐產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

供熱鍋爐消耗天然氣按最低量300 Nm3/h，按照生活用氣計算2.20元/Nm3，同時取消該崗位，減少操作工4人，每人每年總支出5.5萬元，設(shè)備每年維修費和折舊費共計2.00萬元，供熱系統(tǒng)每年運行4個月(11月15日至次年3月15日)，鍋爐已經(jīng)折價銷售給其他用戶，年節(jié)約費用：

300×2.2×24×30×4÷10 000+4×5.5+2=214.08萬元

3.1.2向兄弟單位供暖產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

按照新疆相關(guān)部門規(guī)定，非居民集中供熱價格為每平方米每個月35元，計量熱價0.28元/kW·h，在此基礎(chǔ)上雙方協(xié)商，每平方米每個月供熱收取成本價10元，通過測算兩家企業(yè)總共供熱面積8 459.66 m2，為確保兩家企業(yè)供熱，增加管道儀器表材料及施工費51 300.59元。年產(chǎn)生經(jīng)濟效益：

10×8 459.66×4-51 300.59=28.71萬元

3.1.3多產(chǎn)尿素產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

利用以前取暖消耗天然氣300 Nm3/h轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品尿素，按照噸尿素耗天然氣計算，可以多產(chǎn)0.57 t/h尿素，這樣也解決了當前天然氣供應(yīng)緊張、裝置負荷不飽滿的問題，扣除噸尿生產(chǎn)全部成本1 400元/t，當前新疆市場尿素均價按1 550元/t計算，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益：

0.57×(1 550-1 400)×24×30×4=24.62萬元

3.1.4減少循環(huán)水產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

按照新疆美豐對90 ℃的合成氨工藝冷凝液(8m3/h)和尿素蒸汽冷凝液(8.32 m3/h)分別利用循環(huán)水冷卻到常溫30 ℃，由于沒有單獨計量，只能估算需要的循環(huán)水量，循環(huán)水所有成本按0.30元/t，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益：

(8+8.32)×(273+90)÷(273+30)×0.3×24×30×4=1.69萬元

總上所述本項目年可增加經(jīng)濟效益：

214.08+28.71+24.62+1.69=269.10萬元

為增設(shè)供暖系統(tǒng)增加投資：

設(shè)計費10.00萬元，設(shè)備儀器儀表管道投資38.07萬元，安裝費1.5萬元，建筑物費用1.2萬元，加上日常生產(chǎn)管理各種人工支出合計11.00萬元，合計增加投資：61.77萬元。

由此可見，充分利用好合成氨尿素生產(chǎn)過程余熱和低品位熱能對企業(yè)會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，同時節(jié)約了能源，減少了資源浪費，該項目還為兄弟單位供熱，也產(chǎn)生了較好的社會效益。如果把這經(jīng)濟效益折算成尿素成本，尿素按18萬t/a計，全年噸尿成本可以降低1.41%。針對新疆美豐存在的能源使用上的問題，分別采取了一些措施，噸尿消耗天然氣降了5 Nm3左右，合成氨成本也明顯降低。

3.2 存在的不足

由于該項目取暖供熱有很明顯的季節(jié)性，因此有很大的局限性，只有冬季才需要，在夏季只能恢復(fù)到原工藝流程——低壓蒸汽放空，冷凝液和蒸汽冷凝液采取冷卻后送下工序循環(huán)使用，不能起到很好的節(jié)能效果，低品位熱能的利用仍然不是很充分，因此新疆美豐將繼續(xù)研究探索如何長期充分利用合成氨尿素生產(chǎn)余熱和低品位熱能，如果找到全年都能長期回收利用回該裝置的余熱和低品位熱能的途徑，將對降低生產(chǎn)成本效果更加明顯，收益可觀。

4 結(jié)語

建議合成氨行業(yè)在設(shè)計時就與當?shù)毓I(yè)園其他企業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計，充分考慮企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱和低品位熱能的回收再利用，可以將低品位熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽、電或供熱給園區(qū)的其他企業(yè)，實行循環(huán)經(jīng)濟，能源再利用，提高能源利用率。