三次設計在合成氨裝置甲醇洗工序減少H2S排放和增產(chǎn)CO2上的應用

化工環(huán)保HUAGONG HUANBAO2000年第20卷第5期8生產(chǎn)經(jīng)三次設計在合成氨裝置甲醇洗工序驗總結減少H2S排放和增產(chǎn)CO2上的應用張振鐸(鎮海煉油化工股份有限公司,浙江寧波315207)摘要]對鎮海煉油化工股份有限公司化肥廠(chǎng)合成氨裝置甲醇洗工序尾氣中H2S嚴重超標排放問(wèn)題進(jìn)行了分析。通過(guò)采用三次設計(系統設計、參數設計、容差設計)優(yōu)化生產(chǎn),不但使H2S排放合格率達標,而且CO2產(chǎn)量也超過(guò)了原設計值關(guān)鍵詞]三次設計;正交試驗;合成氨;硫化氫[中圖分類(lèi)號]X829文獻標識碼]A[文章編號]1006-1878(20005-0028-04鎮海煉油化工股份有限公司化肥廠(chǎng)合成氨裝置境質(zhì)量標準(0.01mg/m3)6.7倍,超標率>15%。甲醇洗工序的尾氣,H2S排放合格率較低,污染周?chē)黾蛹状佳h(huán)量可提高HS排放合格率,但導大氣環(huán)境。我們在生產(chǎn)中發(fā)現,增加HS濃縮塔頂致CO2產(chǎn)量下降。實(shí)際生產(chǎn)中CO2產(chǎn)量平均只有回流甲醇量,可提高H2S排放合格率,但導致CO253.53t/h,最低時(shí)為48.50t/h,與設計值57.43t/h產(chǎn)量下降,又往往導致CO2產(chǎn)品總硫含量不合格。相差很大。同時(shí)CO2解吸塔頂CO2中總硫含量合格我們采用三次設計優(yōu)化生產(chǎn)中的工藝條件,不僅提率降低(≤98%),使CO2產(chǎn)品質(zhì)量變差,影響尿素高了尾氣HS排放合格率,而且CO2產(chǎn)量也超過(guò)了生產(chǎn)。設計值。2用三次設計優(yōu)化生產(chǎn)-3生產(chǎn)現狀分析我們采用了現代管理方法——三次設計,解決本廠(chǎng)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的變換氣用低溫甲醇洗了H2S排放合格率和增加CO2產(chǎn)量問(wèn)題。三次設計滌脫除CO,和HS等,并在減壓后回收CO2氣供尿也叫三段設計,由系統設計(也叫一次設計)、參數設素生產(chǎn)裝置做原料,同時(shí)回收含硫氣體生產(chǎn)硫磺計(也叫二次設計)和容差設計(也叫三次設計)組甲醇洗工序H2S濃縮塔頂放空尾氣中HS含成。量的設計值為<385mg/m3,而實(shí)際生產(chǎn)尾氣中2.1系統設計H2S含量大大超過(guò)此值,一般為900~4000mg/m本試驗是在原甲醇洗工藝基礎上進(jìn)行的,所以1986~1990年HS年平均排放濃度見(jiàn)表1。將系統設計為原甲醇洗工藝系統。甲醇洗裝置處理13萬(wàn)m3/h(按標準狀況計)變表1H2S濃縮塔尾氣中H2S的質(zhì)量濃度換氣,其中CO2體積分數為34%,H2S體積分數為年份19861987198819891990中國煤化工化后,氣體送液氮洗裝置尾氣中p(H2S)年平均值/(mg·m3)211816571857132690壓 TICNMHG醇先在CO2解吸塔中減月m/n標準狀況計)CO2(純度為注P為質(zhì)量濃度的法定符號,下同收稿日期]1999-12-10由表1可見(jiàn),HS排放濃度波動(dòng)大,合格率低。[作者簡(jiǎn)介]張振鐸(1939-),男,黑龍江省哈爾濱市人,鎮海煉油化工股份有限公司高級工程師,長(cháng)期從事煉油化工我們曾監測到H2S落地濃度有時(shí)超過(guò)大氣環(huán)環(huán)保方面的研發(fā)、技術(shù)及規劃工作2000年第20卷第5期張振鐸:三次設計在合成氨裝置甲醇洗工序減少HS排放和增產(chǎn)CO2上的應98.7%)作生產(chǎn)尿素的原料。含硫化物的甲醇經(jīng)H2S數為26.33%。含硫氣體送克勞斯裝置回收硫磺。濃縮塔和甲醇再生塔處理后,回收含硫氣體約120HS濃縮塔尾氣換熱后經(jīng)80m髙的煙囪排入大氣m3/h(按標準狀況計),其中(HS+COS)的體積分系統設計見(jiàn)圖1。凈化氣氣洗HS氣(去液氯洗裝量)(去尿素裝置)(放空)(去克勞斯裝置)貧甲醇變換原料氣圖1甲醇洗工藝流程1.甲醇洗滌塔:2.CO2解吸塔:3.HS濃縮塔;4.甲醇再生塔;5.甲醇菾餾塔。2.2參數設計由表3可見(jiàn),試驗⑤最好,CO2產(chǎn)量31426m3參數設計,就是要優(yōu)化和決定系統中各主要因h,CO2含硫質(zhì)量濃度1.90mg/m3,H2S排放質(zhì)量濃素的參數。度395mg/m3;試驗⑦最差,CO2產(chǎn)量30126mg/h,原設計去尿素裝置的CO2來(lái)自CO2解吸塔頂,CO2含硫質(zhì)量濃度1.84ng/m,HS排放質(zhì)量濃度其中93.8%是從HS濃縮塔的底部抽出到CO2解758mg/m3。吸塔的￠O2。所以,HS濃縮塔操作得好壞不僅直接由表3中的極差可見(jiàn),汽提氮流量是影響CO影響到放空尾氣中H2S的排放合格率,而且影響產(chǎn)量和CO2產(chǎn)品中硫含量的最主要因素,甲醇流量CO2的產(chǎn)量和質(zhì)量。下面通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中的正交試是影響HS排放合格率的最主要因素驗優(yōu)化H'S濃縮塔的操作參數。按對各指標的影響大小,各因素的排序為正交試驗考査指標如下:H2S排放濃度越低越CO產(chǎn)量:汽提氮流量>甲醇流量>HS濃縮好,要求低于400mg/m3;CO2產(chǎn)量越高越好,要求塔壓力超過(guò)設計值;CO2產(chǎn)品中硫含量越低越好,要求<2HS排放濃度:甲醇流量>H3S濃縮塔壓力>mg/m3。汽提氮流量;正交試驗因素位級表見(jiàn)表2。CO2中硫含量:汽提氮流量>甲醇流量>HS濃縮塔壓力表2正交試驗因素位級表根據以上試驗結果找到的優(yōu)化工藝參數組合因素甲醇流量汽氣提氮流量H3S濃縮塔壓力為:甲醇流量20m3h,汽提氮流量5800m3/h(按標(m2·hl)/MPa準狀況計),操作壓力0.08MPa。位級1中國煤化工位級2CNM現優(yōu)化的工藝條件。位級5500.075正攴乩型細來(lái)囯,屮醇流量由18m3/h增加注汽提氮流量按標準狀況計,下同到20m3/h時(shí)CO2產(chǎn)量變化不大。從節能考慮,選用甲醇流量為18m3/h好。為了實(shí)現選定的甲醇流正交試驗方案、試驗結果及極差的計算見(jiàn)表量,我們在生產(chǎn)中著(zhù)重考察了H2S濃縮塔的甲醇是單獨由CO2解吸塔供給為好,還是由CO2解吸塔和HUAGONG HUANBAO2000年第20卷第5期由工藝改造后新建的甲醇線(xiàn)兩股合供為好的效果。此外,還考察了HS濃縮塔頂溫度對CO2由于汽提氮流量是影響CO2產(chǎn)量和CO2中硫產(chǎn)量的影響。含量的主要因素,因此,同時(shí)考察了加大汽提氮流量表3正交試驗方案和試驗結果各因素的位級試驗結果試驗號甲醇流量汽提氮流量CO2產(chǎn)量CO2中p(S)尾氣中p(H2S)塔壓力/(mg·m3)/3043711311021121314261.903951.70303589286490628922312770615.41342891424按CO2產(chǎn)量計算33020930740Ⅱ/330923123030911304753091430702按CO2含硫量計算1.931.681.661.71極差4101172165416131361中國煤化工按H2S濃度計算137350CNMHG極差3102000年第20卷第5期張振鐸:三次設計在合成氨裝置甲醇洗工序減少HS排放和增產(chǎn)CO2上的應在保證HS排放濃度合格的前提下,以CO2產(chǎn)解吸塔的操作平衡,使CO2產(chǎn)量下降。量作為評分標準,將最高的CO2產(chǎn)量定為100分根據容差設計結果修改了系統設計,由總甲醇正交試驗方案和試驗結果的評分見(jiàn)表4線(xiàn)上新增1條支線(xiàn)去H2S濃縮塔。這樣,既能保證甲醇洗滌塔與CO2解吸塔操作穩定,又能保證CO表4正交試驗方案和試驗結果評分產(chǎn)品質(zhì)量,調節靈活,較好地解決了H2S外排合格醇汽提氮流量HS濃縮塔評分率與CO2產(chǎn)量之間的矛盾。試驗號方式(m2·h)頂溫度/C(2)在生產(chǎn)中應用上述三次設計的成果后,H2S排放合格率達到98.7%,超過(guò)了中國石化集團公司單獨供規定的指標(96%);CO2產(chǎn)量顯著(zhù)提高,已達到合供730061.10t/h,超過(guò)了設計值單獨供7300(3)根據生產(chǎn)日報統計,用三次設計優(yōu)化生產(chǎn)后19170170CO2產(chǎn)出率比以前提高了6.4%,按同期市場(chǎng)價(jià)格140計算,年增加效益(增產(chǎn)CO2效益十增產(chǎn)硫磺效益5010十免交排污費用)228.9萬(wàn)元,達到了增產(chǎn)、節能、降耗、減少三廢的效果。由表4可見(jiàn),試驗①CO2產(chǎn)量最高,試驗②和④綜上所述,通過(guò)三次設計,真正做到了環(huán)境效CO2產(chǎn)量均較低。從極差看,供甲醇方式對CO2產(chǎn)益、經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的同步增長(cháng)。量的影響最大由以上試驗結果可見(jiàn),由CO2解吸塔和新增甲參考文獻]醇線(xiàn)合供甲醇為好[1]中國現場(chǎng)統計研究會(huì )三次設計組及全國總工會(huì )電教中心.正交設計法和三次設計,1987,12(1):63~70.3效果[2]田口玄一.實(shí)驗計畫(huà)法(上).第3版,丸善株式會(huì )社1976(1)在參數設計基礎上做了容差設計,確定兩股3]J.M. Juran. Quality Control Handbook.3 rd edition甲醇合進(jìn)H2S濃縮塔。生產(chǎn)實(shí)踐證明,這樣既能提1974. New York, Mc Graw-Hi高HS外排合格率,又能提高CO2產(chǎn)量。若H2S濃4]北京大學(xué)數學(xué)力學(xué)系數學(xué)專(zhuān)業(yè)概率統計組正交設計縮塔由CO2解吸塔單獨供甲醇,則勢必增加進(jìn)甲醇D].北京:人民教育出版社.1976洗滌塔的甲醇量,這樣就會(huì )破壞甲醇洗滌塔與CApplying Three-Edition-Design to Reduce H2S Emission andIncrease Co2 Output from Synthetic Ammonia RectisolZHANG Zhen-duo(Zhenhai Refining & Chemical Co Ltd, Zhejiang Ningbo 315207, China)中國煤化工Abstract The problem that the content of h s in the tailCNMH GIC ammonia Rectisol inFertilizer Plant, Zhenhai Refining & Chemical Co, Ltd. seriously exceed the emission standard is analyzedThe production is optimized by using three edition designs(system design, parameter design and tolerancedesign). Not only the emission of H, s can meet the standard, but also the output of co is over the originaldesign value.Key words: three edition designs; orthogonal experiment; synthetic ammonia; H2S