合成氨及甲醇企業弛放氣資源循環利用前景

來源：原創   發布時間：2013-11-06   瀏覽次數： 次

　　目前，我國大、中型化肥企業年產合成氨約3500萬噸, 合成氨弛放尾氣至少有33億Nm3,可提取甲烷約10億Nm3以上,將其液化后再利用LNG裝置供氣，不僅能使得非輸氣管道沿線的中小城市居民及出租汽車受益,也能給化肥企業帶來巨大的經濟效益和良好的社會效益。
　　開封志天化工低溫設備有限公司，以開封賽普空分集團有限公司為生產制造基地，以資源循環利用、節能減排為方向，集設計、制造、工程服務為一體的專業化技術發展公司。聯合國內知名的化工設計院和專家，利用自身在深冷分離領域的技術優勢，以節能、減排、增效為主旨，在清潔化生產領域進行了持續不斷的技術創新。
　　開封志天化工低溫工設備有限公司與設計研究院經過多年的深入合作和研究，通過技術經濟分析后認為：馳放氣經進一步膜分離回收氫后，采用雙方合作研發的深冷分離技術，回收90%以上的甲烷和氬，可得到高純度的液態甲烷（CH4≥95%）和液態氬（Ar≥99.999%）。該項技術變廢為寶，生產的是清潔能源產品及高端產品，不僅符合國家的節能減排、循環利用的產業政策，并且一次性投入較小，資金回籠快，具有現實的可行性，同時也將產生顯著的經濟效益和社會效益。

　　　志天化工 LNG裝置部分業績

用戶單位	裝置規格
山東瑞星集團	LNG   5700Nm3/h 弛放氣 12350Nm3/h
河南晉開集團	LNG   1600Nm3/h LAr    550Nm3/h 弛放氣 6000Nm3/h
駿馬化工集團	LNG   1920Nm3/h LAr    420Nm3/h 弛放氣 6600Nm3/h
廣西河池化工	LNG   1010Nm3/h LAr    360Nm3/h 弛放氣 3500Nm3/h

　　一、  弛放氣資源循環利用的工藝技術簡述：
　　弛放氣資源循環利用項目，是針對合成氨放空氣中所蘊含的氫氣、甲烷、氬氣等可再利用資源，經過氫預回收之后，然后采用低溫液化分離的方式，得到高純度的液態甲烷和液態氬等產品，廢氣返還回生產系統進行再利用，從而達到節能、減排和增效的目的。
　　該裝置采用弛放氣膜分離提濃CH4、預凈化、增壓透平膨脹機、填料精餾工藝，整套機組包括：膜分離系統、氮氣循環壓縮系統、預凈化系統、分餾塔系統、液體貯存汽化系統、儀控系統、電控系統等。
　　1、弛放氣的脫氫：
　　弛放氣經膜分離提濃CH4裝置脫除大部分氫和氨。
　　2、原料氣的預凈化：
　　預凈化系統由兩臺分子篩吸附器（MS1201/MS1202）組成，吸附原料氣中的水份和氣氨。兩臺分子篩吸附器交替工作，一臺工作，另一臺再生。切換系統由DCS程序控制，在保證等壓力的情況下在兩個吸附器間進行無差壓切換，如果程序的任一個環節發生錯誤，控制程序會立刻暫停，并及時發出報警。
　　3、原料氣的精餾：
　　出吸附器的原料氣直接進入主換熱器（E7201）冷卻后，分成二股分別通過兩個塔的蒸發器進行進一步冷卻，然后再進入閃蒸罐進行閃蒸，最后依次進入三個精餾塔參與精餾，在最后一個精餾塔的塔底得到合格的LNG，塔頂得到液氬，產品液體經檢驗合格后送入貯槽。
　　前兩個塔的頂部得到的混合氣，依次通過過冷器和主換熱器，復熱后再送出。從一塔得到的尾氣送回主裝置，從二塔得到的尾氣進入氮氣循環裝置，以減少外來氮氣用量。
 

　

　　二、下面我們以河南晉開化工集團LNG項目為例，介紹一下該裝置的建設及運行情況：
　　1、原料氣條件

設計條件	流量Nm³/h	壓力MPa	溫度℃	組份
合同技術條件	6000	1.6	40	CH4:29.233％N2:27.751％ Ar:11.661％ H2:30.855％ NH3:0.5％
實際技術參數	平均3600 3500~4500	0.8~1.2	40	CH4:29.64  N2:22.29％ Ar: 9.31％  H2:38.76％ NH3:0

　　2、產品及考核結果

設計條件	產品	產量	純度	出冷箱壓力	備注
合同技術條件	LNG	1600Nm³/h	≥98％CH4	0.025MPa
	LAr	550Nm³/h	≥99.999％CH4	0.02MPa
	返回氣	1850Nm³/h	－	0.36MPa	N2+ H2
實際技術參數	LNG	1080Nm³/h	98.47％CH4	0.025MPa
	LAr	－	－	0.02MPa
	返回氣	1233Nm³/h	－	0.36MPa	N2+ H2
考核方法	考核周期為72小時。在考核期內，每小時對工藝參數值進行記錄，每24小時對成品LNG、LAr進行一次分析，分析指標以檢測中心的出具的分析報告為準，最終性能值取72小時平均值。性能測試期間的生產控制參數盡可能按操作規程和設計基礎條件進行控制
考核結果	LNG:純度達到設計指標，原料氣按4000Nm³/h折算, 產量達到設計值。 LAr:純度因原料氣量、壓力未達到設計值，純度暫無法達到設計純度值。
結論	裝置設備運轉均達到設計指標，運行穩定，未出現任何異常。

　　3、本項目建成后，將得到和回收的產品如下：

品種	產量	去向	目的
混合氣 （17.7%H2+82.3%N2）	1850Nm3/h	返回生產系統，進壓縮機一段入口	增加產能
高純氮氣	1200 Nm3/h	進LNG裝置循環系統	提供冷源
LNG	1600Nm3/h	貯槽	外銷
LAr	550 Nm3/h	貯槽	外銷
液氮	30 Nm3/h	來自LNG裝置	貯存，事故備用
槽車、貯槽放空氣		送燃燒系統	循環利用，減排

　　該套LNG裝置從2012年3月建成運行以來，設備運行正常，工況十分穩定，在現有的原料氣的供氣條件下，不論是產品產量還是產品純度都達到甚至超過了設計值，產品已經并入開封市天然氣管道網絡和市區各大天然氣加氣站，提供給居民日常生活使用及出租車動力燃料。
　　三、以河南晉開化工為例，簡要分析一下裝置的投資估算及經濟效益：
　　該方案投資估算約為3000萬元。
　　生產成本計算表   （以每Nm3LNG+LAr計）

項目	消耗	成本（元）	備注
原料氣	6000Nm3/h	1.0037	（1）
電  耗	2233kw	0.5
折舊費		0.12	（2）
其  它		0.10	（3）
合  計		1.7237
注： （1）原料氣6000Nm3/h，折合2.7t/h煤（熱值按照6000Kcal/t）,煤價以1300元/t計。 （2）投資3000萬元，按照14年加速折舊法計算。 （3）含分子篩、分餾塔填料、維修費、工人工資和福利等。

　　LNG市場售價按3.8元/Nm3計，液氬市場售價按3000元/t計，每年凈利潤計算為：
　　LNG每年利潤：1600×（3.8-1.7237）×7920=2631萬元/年
　　液氬每年利潤：0.98×24×330×3000=2328萬元/年
　　利潤合計：2631萬元+2328萬元=4959萬元/年
　　項目投資回收期為約1.61年（含建設期），計算如下：
　　3000/4959+1=1.61年。
　　綜上所述，弛放氣資源循環利用項目，不僅投資少、收益高，投資回報期短，且符合國家節能減排的政策方向，具有很大的經濟效益和社會效益。隨著開封志天化工與航天長征化學工程股份有限公司合作研發的進一步深入，示范工程項目暴露出來的一些問題得以整改和完善，該項技術必將更趨成熟，或將成為合成氨及甲醇企業產品結構調整的有效途徑。