葛超伟
（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉236400）
［摘 要］安徽晋煤中能化工股份有限公司300 kt/a甲醇装置采用HT-L粉煤加压气化、耐硫等温变换、低温甲醇洗、低压均温甲醇合成、三塔精馏工艺等（配套1套54 000 m3/h空分装置），装置于2019年5月底投运，整体运行情况较好。2020年初，由于甲醇产品市场低迷，考虑通过工艺调整、流程延伸将甲醇装置改造为醇氨联产装置（甲醇产能700 t/d、合成氨产能500 t/d）——利旧200 kt/a合成氨装置闲置设备，通过调整变换、低温甲醇洗、甲醇合成系统工况，提高甲醇合成弛放气H2含量并补氮（空分装置产出的低压氮气经两步加压后并入），再经氢氮气压缩机（利旧）加压后送往醇烷化系统（利旧）及氨合成系统（利旧）生产合成氨。本醇氨联产装置自2021年1月成功投运以来，历经多次开/停车，能在不同负荷下连续正常运行，操作方便、运行平稳，达到设计要求，可根据市场行情灵活调整醇氨产品结构，提升了企业抵御市场风险的能力，实现了企业效益的最大化。
［关键词］煤基甲醇装置；醇氨联产技术研究；工艺流程设计；甲醇合成弛放气补氮；技改要点；设备利旧；运行情况
［中图分类号］TQ223.12+1；TQ113.28 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）03-0041-04
0 引 言
安徽晋煤中能化工股份有限公司（简称中能化工）“600 kt/a合成氨原料路线调整节能技术改造项目”分两期建设，一期实际建设300 kt/a甲醇装置，采用航天长征化学工程股份有限公司的“航天HT-L粉煤加压气化工艺技术”、湖南安淳可控移热耐硫等温变换、大连理工低温甲醇洗脱硫脱碳、南京国昌低压均温甲醇合成、天津大学三塔精馏工艺，配套1套杭氧54 000 m3/h空分装置，于2019年5月底投运，整体运行情况较好。一期300 kt/a甲醇装置气化系统设置1台Φ3.2 m（下部）/Φ3.8 m（上部）航天炉，投煤量2 000 t/d，设计操作压力4.5 MPa、操作温度1 300～1 400 ℃；合成气压缩机（透平）、气化系统输煤用CO2压缩机（透平）、制冷系统氨冰机（透平）均采用配套煤粉锅炉所产10.0 MPa高压蒸汽驱动。
近年来，国内众多大中型煤基甲醇装置陆续建成投产，单套甲醇装置产能多在600 kt/a以上，甲醇产能持续扩张。2020年初，由于甲醇产品市场低迷，中能化工为了能够根据市场行情变化适时调整产品结构，考虑将300 kt/a甲醇装置改造为醇氨联产装置（甲醇产能700 t/d、合成氨产能500 t/d），即利用甲醇合成系统弛放气，通过工艺调整、流程延伸，构建“一头双尾”式的醇氨联产模式；改为醇氨联产装置后，所产合成氨送至液氨球罐，部分液氨利用现有尿素装置的富余产能生产尿素，其余液氨外售。如此一来，企业可根据产品市场行情，灵活调整甲醇、合成氨产品结构，提升企业抵御市场风险的能力。以下对有关情况作一介绍。
1 技改依据之工艺原理与醇氨联产流程设计
1.1 技改依据之工艺原理[1]
中能化工300 kt/a甲醇合成系统在压力约5.2 MPa、温度约230 ℃及铜基催化剂作用下进行甲醇合成反应（2H2+CO====CH3OH、3H2+CO2====CH3OH+H2O），甲醇合成原料气氢碳比为2.8～3.8。对甲醇合成系统弛放气联产合成氨所需工艺气成分进行综合分析与核算，要实现甲醇合成系统弛放气联产合成氨，上游气化系统工艺调整不大，但需对变换、低温甲醇洗系统进行工艺调整，以达到适度抑制甲醇合成反应以增大弛放气量并提高弛放气中H2含量的目的。单醇生产时设计变换气成分（摩尔分数，下同）为CO 19.52%、H2 47.06%、CO2 32.69%、H2O 0.21%、H2S 0.07%、N2 0.38%、NH3 4.0×10-7、COS 4.95×10-5、HCN 3.6×10-6；醇氨联产时设计变换气成分为CO 11.75%、H2 52.40%、CO2 34.75%、H2O 0.26%、H2S 0.04%、N2 0.76%、NH3 3.5×10-7、COS 2.0×10-5、HCN 3.0×10-6。
1.2 醇氨联产工艺流程设计
正常生产情况下，氨合成反应所需的新鲜原料气氢氮比（H2/N2）约3.0，仅对300 kt/a甲醇装置变换、低温甲醇洗系统进行工艺调整，甲醇合成系统弛放气中的CO、CO2、N2、H2含量仍不能满足合成氨生产所需，还需通过流程延伸改造对弛放气按氢氮比约3.0进行配氮调整。中能化工老系统原有1套200 kt/a合成氨装置，其主生产工艺为固定床气化、半水煤气脱硫、中低低变换、变换气脱硫、湖南安淳醇烷化（配氮后的新鲜原料气经氢氮气压缩机加压至22 MPa左右进入醇烷化系统高压醇化塔，将其中的CO2、CO转化为甲醇后，仍含有微量CO2、CO的原料气经高压烷化塔转化为甲烷，制得合格的精制气）、湖南安淳20 MPa中压氨合成，200 kt/a合成氨装置醇烷化系统及氨合成系统由于技改升级于2019年5月起闲置，停运前其运行状况良好，并得到了较好的保护，无需大的改动即可利用（用于醇氨联产装置）。由于300 kt/a甲醇装置与原200 kt/a合成氨装置毗邻，利旧设备及醇烷化系统、氨合成系统均可在原址不动，新增工艺管线配管连接即可实现醇氨联产。中能化工联系设计院进行核算后，决定利用闲置的醇烷化系统及氨合成系统进行工艺路线延伸改造，甲醇合成弛放气通过离心式氮压机（进口压力15 kPa，出口压力约1.2 MPa）与往复式氮压机（进口压力约1.2 MPa，出口压力5.0 MPa）接力加压配氮，再由1台利旧的氢氮气压缩机（4#氢氮气压缩机）加压至22.0 MPa左右，经利旧的醇烷化系统、中压氨合成系统联产合成氨。
2 醇氨联产技术研究及应用[2]
2.1 工艺条件的确定
据上述技改思路，结合上游变换系统的实际情况，将变换水气比由原来的0.40调整为0.55，在保证符合变换催化剂运行需求的情况下加大变换反应深度，将变换系统出口变换气CO含量由生产单醇时的19.52%降至11.00%～14.75%。同时，为确保醇烷化系统进口气CO2含量控制在2.0%以下，适当增加低温甲醇洗系统吸收甲醇循环量，将低温甲醇洗净化气CO2含量由生产单醇时的约3.0%降至2.0%以内，从而降低甲醇合成原料气中反应物CO、CO2的浓度，使甲醇合成反应氢碳比控制在约10.0，工艺调整后，甲醇合成原料气氢碳比远离正常情况下的氢碳比2.8～3.8，甲醇合成反应不能充分进行，产生大量高含氢弛放气。
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