30万吨以上天然气原料合成氨装置能效对标最佳实践报告

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30万吨以上天然气原料合成氨装置能效对标最佳实践报告

2014/12/1 11:01

30万吨以上天然气原料合成氨装置能效对标最佳实践报告

——中国海油中海化学

一、合成氨装置基本情况

1、装置概况

表1 装置概况表

序号 参 数

1 生产规模(104t/a):45

2 建成年代:2003年10月

3 设计原料类型:天然气

4 原则工艺流程:KBR(工艺流程简图见下图1)

5 合成氨单位产品综合能耗(设计, kgce/t):0.9245

6 其他:

图1.1合成氨装置工艺简图

2.重点耗能设备概况

表2 转化炉概况表

序号 参数 单位 数值

1 设计热负荷 MW 162.17

2 设计排烟温度 ℃ 170

3 设计热效率 % 88.2

表3 大型压缩机组概况表

序号 机组名称 设计流量

Nm3/h 设计

轴功率

MW 设计压缩机

效率

% 驱动方式 设计电动机或透平效率

%

1 102J/JT 74598 2.216 79.33% 蒸汽透平 87.18%

2 101JGT 112432 16.900 86.04% 燃汽透平 94.55%

3 103J/JT 28642kg/h 15.153 79.31% 蒸汽透平 87.16%

4 105J/JT 82342 kg/h 5.819 84.75% 蒸汽透平 93.13%

注:驱动方式包括电动机、透平。

表4 大型泵概况表

序号 泵名称 设计

流量

m3/h 设计

扬程

m 设计

轴功率

kW 设计电动机功率

kW 设计泵

效率

% 设计电动机效率

%

1 104J/JT 322 1570 1650.3 1874 78 92

2 107JC/JCM 1463 351 1744 1950 90.9 92

3 107JA 1463 218 1745 1918 90.9 90.9

4 107JAHT 3110 218 1745

5 107JB/JBT 1463 351 1744 1918 90.9 90.9

6 108J/JT 462 424 693.2 763 90.9 90.8

7 108JA/JAM 462 424 693.2 770 90.9 90

二、合成氨装置运行情况

1.装置运行情况

表5 装置运行情况表

序号 工序名称 参数名称 单位 数值

1 装置总体 装置负荷 % 92.2

合成氨单位产品综合能耗 kgce/t 1.047

能耗实物构成 天然气-电力 8.56亿、1173万度

2 原料气

制备

(固体燃料造气工艺) 水煤气转化率 %

氧气浓度 vol%

氧气单耗 Nm3/Nm3

水蒸汽单耗 t/t

气化温度 ℃

气化压力 MPa(A)

3 原料气

制备

(烃类造气工艺) 水碳比 t/t 1.41

转化温度 ℃ 723

转化压力 MPa(A) 4

空速 s-1 6683

4 原料气

净化 一段变换温度 ℃ 350

二段变换温度 ℃ 205

变换水碳比 t/t

变换汽气比 t/t 0.47

变换压力 MPa(A) 3.8

脱硫温度 ℃ 383

脱硫压力 MPa(A) 4.62

5 氨合成 合成压力 MPa(A) 13.3

合成温度 ℃ 474.23

合成塔空速 s-1 7013

合成反应温升 ℃ 228.68

进塔氨含量 % 3.06

冷冻温度 ℃ -3.7

循环气氢氮比 mol/mol 3/1

注:(1)能耗实物构成说明能源及耗能工质类型及消耗量。

(2)原料气制备部分根据仅填写对应原料类型的造气工艺参数。

2.重点耗能设备运行情况

表6 转化炉运行情况表

序号 参数 单位 数值

1 热负荷 MW 149.53

2 排烟温度 ℃ 160

3 热效率 %

4 烟气氧含量 vol% 2.4

表7 大型压缩机组运行情况表

序号 机组名称 实际轴功率

MW 实际压缩机效率

% 实际透平或电动机

效率

%

1 102J/JT 2.021 86.99% 95.59%

2 101JGT 16.900 86.04% 94.55%

3 103J/JT 15.153 82.72% 90.90%

4 105J/JT 5.819 82.72% 90.90%

表8 大型泵运行情况表

序号 泵名称 实际轴功率

kW 实际电动机

功率

kW 实际泵效率

% 实际电动机

效率

%

1 104J 蒸汽透平驱动

2 104JA 长期备用

3 107JC/JCM 长期备用

4 107JA 水力透平驱动

5 107JB 蒸汽透平驱动

6 108J 蒸汽透平驱动

7 108JA 长期备用

三、提升装置能效水平采取的技术及管理措施

1.节能新技术应用及节能技术改造情况

中海石油化学股份有限公司海南基地富岛二期(以下简称富岛二期)年产45万吨合成氨装置采用美国KBR公司的深冷净化技术(简称KBR工艺)设计而成,具有节能、运行稳定、操作简单以及快速开车等特点。

KBR工艺采用下列步骤,原料天然气压缩、加氢脱硫、烃类蒸汽转化(外热一段炉蒸汽转化、内热二段炉转化)、两段一氧化碳变化(高低变)、二氧化碳脱除、甲烷化、深冷净化、氨合成、氨冷冻。该工

艺是在原凯洛格工艺和布朗工艺组合的基础上,经过进一步改进而成。

KBR工艺的节能措施

KBR工艺主要采用了如下节能措施,较高的转化压力、低水碳比、燃气轮机驱动工艺空气压缩机、二段炉加过量空气、低热MDEA脱碳工艺、深冷净化装置、三段中间换热式卧式合成塔、双壁液氨储罐、高温高压的过热蒸汽管网、较低的一段炉烟气排放温度。

投入运行以后,又相继实施了三个较大的节能技术改造项目:

1、氨增压机105J1节能降耗技术改造子项目;

2、脱碳换热器双系列技术改造子项目;

3、放空天然气回收利用子项目。

以上项目均已实施完毕投入运行,共实现节能10025吨标准煤/年,同时可使公司增产氨5669吨。取得了良好的经济效益和社会效益。

2.运行优化及实施情况

富岛二期运行以来,以装置安稳长满优为最佳方式、打破传统管理模

式,实行扁平化管理,以运行队为管理重心,及时有效协调合成、尿素、公用工程、机电仪等资源,突发状况密切配合,以装置生产稳定为重点搞好预防性和临时检修;不断优化工艺参数,加强精细化管理,确保工艺指标合格率达到99.5%以上,确保各项消耗在控制指标之内,不浪费、不跑料;蒸汽冷凝液、工艺冷凝液确保品质合格,及时回收到公用工程;实行有效的激励政策,加强生产成本考核,发挥各部门、各员工的积极性、主动性;起到了良好效果。

3.管理节能情况

中海化学海南基地十分重视管理节能,建立了完善的能源管理体系,摸索出一套以长周期管理为核心的精细化管理模式。在纵向上提出了从操作、技术和管理三个层面进行统筹的理念。在横向上划分了精细化管理的三个核心阶段,即停开车、长周期运行和检维修。在这个坐标中,提出了《关键性操作管控标准》、《开停车确认单管控标准》、《复盘管控标准》、《隐患排查与治理管控标准》、《四级巡检管控标准》、《HAZOP分析管控标准》、《风险作业管控标准》、《大修

立项管控标准》、《检修质量控制卡》等管理创新和实现路径,收到了非常明显的经济和社会效益。