某市化学工业有限公司合成氨系统综合利用建设节能技术改造可行性论证报告.doc

合成氨系统综合利用节能技术改造项目可行性研究报告

某市化学工业有限责任公司

合成氨系统综合利用节能技术改造
可行性研究报告

二○○九年

某省化学工业研究设计院 105

目 录

1 总 论 1
2 改造规模及方案 10
3 工艺技术方案 13
4 公用工程方案及辅助设施 40
5 建厂条件和厂址初步方案 48
6 总图运输、储运、土建 49
7 节能 52
8 消 防 57
9 环境保护 59
10 劳动保护与安全卫生 63
11 组织机构与人力资源配置 67
12 项目实施计划 68
13 投资估算和资金筹措 69
14 财务评价 87
15 结论 99
16 项目招标方案 101

1 总 论

1.1 概述
1.1.1 项目名称、建设单位名称、企业性质及法人
项目名称：合成氨系统综合利用节能技术改造
建设单位：某省某市化学工业有限责任公司（以下简称霍化）
企业性质：有限责任公司
单位地址：某省某市
法人代表：王三军
1.1.2 可行性报告编制的依据和原则
1.1.2.1 编制依据
(1) 中石化协产发（2006）76号《化工投资项目可行性研究报告编制办法》、《投资项目可行性研究指南》、《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）。
(2)我院与某省某市化学工业有限责任公司签订的《合成氨系统综合利用节能技术改造可行性研究报告编制合同书》。
(3) 由某省某市化学工业有限责任公司提供的项目有关基础资料。
1.1.2.2 编制原则
(1) 项目建设必须符合国家产业政策和发展方向。严格贯彻执行《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和国家发展和改革委员会《关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知》精神及国家标准、规范、政策。
(2) 走新型工业化发展道路，大力推进节能降耗，以技术创新为动力，以项目实施为基础，实现“十一五”期间单位产品综合能耗大幅下降、废弃物减排的目标；
(3) 考虑某省某市化学工业有限责任公司的实际情况和建设要求，工艺技术来源立足于企业拥有的稳妥可靠的技术，并采用技术先进可靠、高效节能的成熟技术，力求做到节能技术先进、设备配置先进可靠、不影响原装置的稳定操作、产品质量符合有关标准。在确保处理效果的前提下，尽量减少占地、降低运行费用和一次性投资；
(4) 项目建设与生产同时进行，尽量做到不影响正常生产。充分利用现有的生产设备、公用工程、辅助工程、生活福利设施和人员的有利条件，节约投资，加快建设进度；
(5) 严格执行环境保护、消防、安全工业卫生法规，落实“三废”处理和安全卫生措施，使项目实施后，各项指标符合国家和企业安全卫生要求，企业在获得经济效益的同时，产生良好的社会效益。注重采取环境保护措施，努力避免产生新的污染源。执行《化工建设项目环境保护设计规范》，注重采取环境保护措施，环保工程与工艺装置同步设计、同步施工和同步投产；
(6) 厂区总体规划布局、车间的平面布置及生产配套设施，执行《危险化学品安全管理条例》（国务院令第344号）、《安全生产许可证条例》（国务院令第397号）的有关规定和要求。
(7) 项目建设必须符合企业的整体发展规划。充分利用公司现有生产装置、公用工程、辅助工程、生活福利设施和人员的有利条件，节约投资，加快建设进度。在满足生产工艺要求的前提下，严格控制辅助设施的建设规模。
(8) 根据地方和行业基价表，结合企业的实际情况，实事求是地编制工程投资估算。
1.1.3 项目提出的背景、必要性
1.1.3.1 企业概况
某市化学工业有限责任公司拥有固定资产3.6亿元，公司现有职工2000余人，其中中、高级以上工程技术人员160多人。公司下属有年产15万吨合成氨、5万吨甲醇、25万吨尿素化肥厂，年产20万吨机焦焦化厂，年产400万余编织袋塑料制品厂，年产销10万吨的水泥厂，年产量5万吨原煤的煤矿及化工机械设备制造厂等基本单位，主要产品有尿素、甲醇、机焦、煤焦油、城市煤气、原料、水泥、编织袋及化工容器等。近年来，公司把竞争机制、风险机制和激励机制引入企业内部，调动了职工的积极性，使企业技术、管理、经营状况连年发展，使企业经济效益逐年提高，连续七年利税超千万元，成为临汾市纳税大户，并先后获得省级先进企业，省“五·一”劳动奖状，省模范单位，企业银行信用度为AA级。
该公司骨干企业化肥厂，始建于一九六六年，原设计能力为年产合成氨3千吨，碳铵1.2万吨。一九九二年进行了技术改进，引进了Φ600系列合成氨系统，生产能力达到了年产合成氨1.5万吨，碳铵6万吨，“八五”期间，承担了国家批准的尿素工程建设任务，从94年到96年历时两年，完成投资1.2亿元，生产规模为4万吨合成氨/年配套6万吨尿素/年的建设任务，当年达产达标。根据企业发展的需要，化肥厂从99年5月开始，进行了节能改造，先后完成了“6改10”，“20万吨尿素工程”两大项目，于2001年10月7日竣工投产，使化肥厂能力达到合成氨12万吨/年，尿素20万吨/年。2002年尿素产量达20.8万吨、2003年产量达22万吨尿素/年。2005年开始进行了“15万吨合成氨、25万吨尿素、5万吨甲醇”技术改造，2006年9月全面完成。霍化公司作为全国“千家企业节能行动”的单位成员，全面树立和落实以人为本、全面协调可持续的科学发展观，坚持把节能降耗放在首位，按照“减量化、再利用、资源化”的原则，从能源的回收再利用着手，提高资源综合利用水平，大力发展循环经济，实现“资源消耗低，环境污染少”的目标，以提高资源利用效率为核心，从技术、管理等方面采取综合措施，加快推行节约型企业建设，促进了企业的可持续和谐发展。
1.1.3.2 项目提出的背景、投资必要性和意义
1. 项目提出的背景
(1) 可持续发展的战略要求
我国是一个人均资源拥有量很少的国家，能源利用率低的问题已严重阻碍了我国经济的发展和企业效益的提高。资源与环境问题、人口问题已被国际社会公认是影响21世纪可持续发展的三大关键问题。新中国成立后特别是改革开放以来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，但是，我们在资源和环境方面也付出了巨大代价。经济增长方式粗放，资源消耗高，浪费较大，污染严重，能源紧缺与环境污染已成为制约我国经济与社会进一步发展及人民生活与健康水平进一步提高的重大因素。党的十六届五中全会提出：“要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人体健康的突出的环境问题，在全社会形成资源节约的增长方式和健康文明的消费模式”。因此，企业必须转变经济增长方式，大力推行节能降耗。
我国历来的能源消耗结构中，工业生产部门始终是能源消费的大户，约占全国能耗量的70%左右，而先进工业国家：美国只占27.5%左右；日本50%左右；德国、英国、法国都在35%以下。其原因是我国工业生产工艺落后，规模较小，能源综合利用差；设备陈旧，热效率低；自动化水平低；节能意识不强，管理工作不完善；技术改造资金不足的制约等。虽经几个五年国民经济规划建设期的努力，能源利用率从26%提高到33%，相对地说，进步不少。但同美国50%以上、日本57%以上相比较，我们与他们的差距还很大。
(2) 行业发展的需要
中国现已是世界上最大的化肥生产和消费大国，2007年合成氨产量已超过5000万吨。合成氨的生产一直是化工产业的耗能大户，在国内化工行业的五大高耗能产业中，合成氨耗能占总量的40%，单位能耗比国际先进水平高31.2%，因此，该产业节能的潜力非常大。
《中国节能技术政策大纲》（2005年修订本）中提出：2010年，全国吨合成氨能耗由2000年的1900kg标准煤降为1570kg标准煤 ，2020年降为1455kg标准煤。“大纲”还要求推广新型ⅢJ-99、JR、NC节能型氨合成系统及A301、ZA-5低温低压氨合成催化剂，提高氨净值，降低合成氨生产过程的压力；推广全燃渣循环流化床锅炉；推广合成氨蒸汽自给和“两水”（冷却水、污水）闭路循环技术。
2005年，国家发改委颁布的《国家节能中长期规划》，已将合成氨列为节能降耗的重点领域和重点工程。规划指出要在重点耗能行业推行能量系统优化，即通过系统优化设计、技术改造和改善管理，实现能源系统效率达到同行业最高或接近世界先进水平。根据规划要求，未来15年，国家一方面将加快推进以洁净煤或天然气替代石油合成氨的工业改造，以节约宝贵的石油资源，另一方面，将大力推动节能降耗技术的开发和推广应用，
2006年全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开，明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达到的具体目标。会议根据“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实施方案》规划，到2010年，合成氨行业节能目标是：单位能耗由目前的1700千克标煤/吨下降到1570千克标煤/吨；能源利用效率由目前的42.0%提高到45.5%；实现节能570万～585万吨标煤，减少排放二氧化碳1377万～1413万吨。
(3) 企业发展的需要
循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征。因此，霍化公司大力发展循环经济，提高资源的利用效率，就是要采取各种有效措施，以最小的能源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济效益和最小的废物排放，实现资源节约型和环境友好型企业。
本项目的上马，对某市化学工业有限责任公司动力结构调整、节能降耗都有重要意义，是企业进行节能减排的需要，也是企业快速发展的关键。
综上所说，某市化学工业有限责任公司把树立科学发展观，切实走新型工业化道路，发展循环经济，推进清洁生产，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，创建环境友好型企业作为公司发展的理念，项目实施可进一步做好资源综合利用，降低消耗，降低成本，对装置进行整合和优化，能量得到梯级利用，综合能耗大幅度下降，提高企业竟争力。
(4) 企业的社会责任
节能减排、保护环境是全社会的共同责任，也是企业生存发展的需要，更是企业重要的社会责任。作为全国节能“千家”重点企业，为贯彻落实《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，实现单位GDP能耗降低20%左右的约束性目标肩负重要责任，霍化公司已与某省人民政府签署了“十一五”节能目标。必须大力实施节能技术改造，加大投入，用先进适用技术改造或新建节能装置，降低能源消耗，确保“十一五”期间实现万元工业总产值能耗降低20%的目标目前节能减排是中国经济生活中的一个重点，胡锦涛同志在十七大报告中提出，要坚持节约资源和保护环境的基本国策，建设资源节约型、环境友好型社会。
某省某市化学工业有限责任公司的领导层深深意识到了节能减排的经济效应和社会责任，始终把这项工作作为重点来抓。公司将通过加大技术改造、加强生产管理、加大环保投入、加强节能宣传教育等措施推进节能减排目标的落实，在实现经济效益的同时，实现人与环境的和谐发展，将公司建设成安全型、节约型、环保型的绿色化工企业。
某省某市化学工业有限责任公司主要产品为合成氨、尿素，基础原料为煤，电力消耗也较高，属高能耗企业，因此在节能减排方面面临着一定的压力，但是也存在着较大的节能潜力和空间。
公司一直对节能与环保工作比较重视，先后投资了3500余万元建设了全厂放空气回收；尿素解吸废液及甲醇残液回收的综合利用工程、污水处理系统工程，全厂稀氨水、工艺冷凝液、排污油水回收改造等节能、环保系统。为了达到能源节约、循环、综合利用，本着源头治理、综合回收利用，公司决定对生产系统进行一系列节能技术改造，并采用成熟的高新处理技术建设合成氨节能技术改造项目，以达到节能降耗、减少污染物排放的目的。该项目的实施必将产生较好的经济效益和显著的社会效益、环境效益。
此次改造主要通过下列方式进行：①原料结构调整，由焦炭或块煤煤制气改为本地粉煤制气，实现原料本地化，同时对造气炉体进行改造，降低原料消耗；②回收造气合成工段的吹风气、合成放空提氢尾气、氨槽驰放气，以及造气炉渣、煤泥，通过“三废”混燃炉燃烧来产蒸汽，蒸汽经背压式汽轮机发电后供生产工艺装置使用，实现余热余压综合利；③中串低变换改为全低变；④脱碳系统节能改造；⑤氨合成系统高压圈优化改造；⑥采用膜提氢工程回收合成放空气中的氢，降低氨合成压力，节约动力消耗，增加合成氨产量；采用无动力氨回收技术，将合成氨槽驰放气中的氨直接回收为99％的气氨，减少了将氨水蒸浓变为氨的蒸气消耗，节约了蒸气；⑦冰机蒸发式冷凝器替代传统的列管式换热器，节水节电；⑧与之配套的公用工程及控制系统完善改造。项目实施后，最终达到合成氨系统不需要外补蒸汽，实现向尿素、精甲醇外送蒸汽的目的，年节约标煤6.96万吨。
1.1.4 关键技术
（1）采用湖北宜化集团粉煤成型、自动加焦煤气化技术，进行原料路线调整。
（2）拟采用山东临沂正大热能研究所的专利技术，合成氨造气三废流化混燃炉，简称三废炉；专利号：ZL012158496，回收造气吹风气，合成放空提氢尾气及氨槽驰放气，回收造气炉渣、煤粉、煤泥生产蒸气，蒸汽用于发电后供工艺生产装置使用，实现余热余压综合利用。
（3）拟采用湖北化学所全低变工艺，采用抗毒、抗低硫的B303Q催化剂，具有变换能力大、蒸汽消耗少、换热面积小、进口温度低、工艺流程短，实现变换过程节能降耗。
（4）选用中国科学院理化研究所的专利技术，驰放气无动力氨回收装置专利号：ZL200520012139、4，将氨槽驰放气中的氨直接回收为99%的气氨；传统的回收工艺是用脱盐水吸收变为氨水，然后在用蒸气加热氨水将其分解解析为氨，用于生产尿素；即节约了蒸气，节约了能源，还可以减少对环境的污染。
（5）拟选用湖南安淳科技有限公司Ⅲ-99节能型氨合成系统专利技术，专利号：200620077859.3 ，采用大塔替代原有小塔，降低氨合成压力，降低电耗。
（6）拟采用天邦膜技术国家工程研究中心有限公司的合成氨放空气中氢回收技术，回收合成氨驰放气中的氢气，在不增加原料煤消耗的情况下，增加合成氨产量。
1.1.5 经济效益和社会效益
本工程采用国内先进节能技术对现有生产装置进行节能改造，改造后采用本地粉成型气化，替代块煤和焦炭、实现原料结构调整，新增蒸汽产量或节约蒸汽40.34万吨/年、节电5000万kWh/年、利用蒸汽余压发电5544万kWh/年、综合利用造气炉渣6万吨、综合利用合成氨废气（吹风气、吹除气、驰放气）约72000万Nm3，折算节标煤共计6.96万吨/年，相当于可减排CO216.63万吨/年、SO2665吨/年、烟尘609.2吨/年。
该项目建成后，霍化公司合成氨单位综合能耗将达到1598kg标准煤/吨。达到氮肥行业清洁生产标准（HJ/T188-2006）的二级标准（国内氮肥清洁生产先进水平1640.5Kg标准煤/吨）。
实施该项目需投入总资金9219万元。该项目建成投产后年均节约成本6450万元，年均上缴国家增值税及附加792万元，年均新增利润总额2917万元，年均新增所得税729万元，年均税后利润2188万元，投产后5.72年内可回收全部投资。投资利润率为29.1%，投资利税率为37.0%，投资内部收益率税前为26.03%，税后为24.12%，生产能力利用率为67.1%。
综上所述，霍化公司以技术创新为动力，以项目实施为基础，利用先进的技术成果对合成氨系统进行节能改造，将为企业创造良好的经济效益，符合公司和社会的发展要求，对增强企业核心竞争力，提高经济效益有着积极的意义，同时可从源头上削减二氧化硫和烟尘的排放，改善周边环境，环保效益明显，因此项目的实施是必要的和必需的。
1.1.6 可行性研究报告研究范围
(1) 项目建设的意义和必要性；
(2) 改造规模及方案；
(3) 工艺技术方案和设备选择；
(4) 原料、辅助材料及动力的供应；
(5) 建厂条件及厂址方案项目的环境保护、劳动安全和卫生评估；
(6) 总图运输、储运、土建；
(7) 公用工程方案和辅助生产设施；
(8) 节能计算；
(9) 消防；
(10) 环境保护及治理措施；
(11) 劳动安全和安全卫生；
(12) 组织机构与人力资源配置；
(13) 项目实施计划；
(14) 投资估算及资金筹措；
(15) 财务评价；
(16) 结论；
(17) 项目招标方案。
1.2 研究结论
通过各方面分析，本可行性研究报告认为：
(1) 本项目的建设符合国家产业政策、节能政策和国家“十一五”发展规划。
(2) 项目建设单位具备良好的基础条件和外部环境，本项目可依托公司现有资源，结合生产现状，进行节能改造。
(3) 本项目拟采用的节能技术先进适用、成熟可靠、经济合理。
(4) 本工程充分回收利用现有造气炉渣、吹风气及合成驰放气，利用现有资源，有运行成本低的特点，工程实施后能提高工厂原材料和能量利用率。
(5) 由财务评价指标看出：本项目财务内部收益率高于基准收益率，投资回收期短，有较好的盈利能力和较强的抗风险能力，符合公司发展要求，对增强企业核心竞争力，提高经济效益有着积极的意义。
因此，项目的实施是必要的和必需的。

附主要技术经济指标表1-1。
表1-1 经济评价指标表
序号
项 目 名 称
单 位
数 量
备 注
一
生产规模（节标煤）
万t/a
6.96

二
生产方案

1
节造气原料煤
t/a
0

2
节电
万kWh/年
5000

3
自发电
万kWh/年
5544

4
增产蒸汽
t/a
273389

5
减少装置消耗蒸气
t/a
130000

三
年操作日
天
350

四
改造后节约能耗总量
吨标煤/年
6.96万

五
项目投入总资金
万元
9219

1
项目报批总投资
万元
9219

2
建设投资
万元
9219

3
建设期贷款利息
万元

4
流动资金
万元
0

六
年均利润总额
万元
2917

七
年均税金
万元
729

八
投资利润率
%
29.1

九
投资利税率
%
37.0

十
全投资回收期 I(税前)
II(税后)
年
年
7.2
5.7
含建设期
十一
全投资内部收益率I(税前)
Ⅱ(税后)
%
%
26.03
24.12

十二
全投资净现值 I (税前)
II(税后)
万元
万元
16646
16612
Ic%=10%
十三
生产能力利用率（BEP）
%
67.1

2 改造规模及方案

2.1 改造规模
本项目为能量优化、资源综合利用技改工程，项目实施前后产品方案及规模不变，即总氨能力为20万吨氨醇，其中合成氨15万吨、甲醇5万吨，尿素25万吨。
2.2 产品质量指标
（1）中间产品合成氨
符合GB536－88一等品要求，质量指标如下：
指标名称
农业用指标
优等品
一等品
合格品
氨含量，% ≥
99.9
99.8
99.5
残留物含量，% ≤
0.1
0.2
0.4
水分含量，% ≤
0.1
-----
-----
油含量，mg/kg ≤
5（重量法）
2（红外光谱法）
-----
-----
铁含量，mg/kg ≤
1
-----
-----
（2）最终产品尿素
产品规格：颗粒状农用尿素符合国标GB2440—2001，一等品率大于90%，质量指标如下：
指标名称
农业用指标
优等品
一等品
合格品
总氮(N)含量 (以干基计)， %≥
46.4
46.2
46.0
缩二脲含量， % ≤
0.9
1.0
1.5
水分（H2O）含量，% ≤
0.4
0.5
1.0
亚甲基二脲（以HCHO计） ≤
0.6
0.6
0.6
粒度（Φ0.85～2.8mm），%　≥
93
90
90
颜色
白色或浅色
（3）最终产品甲醇
工业甲醇产品符合国标“GB338—92”，其主要指标如下：
指标名称
指标
优等品
一等品
合格品
色度（铂—钴），号≤
5
10
密度（20℃），g/cm3
0.791—0.792
0.791—0.793
温度范围（0℃，101325Pa），℃
沸程（包括64.6±0.1℃）, ℃≤
64.0—65.5
0.8
1.0
1.5
高锰酸钾试验，min≥
50
30
20
水溶性试验
澄清
--
水分含量，% ≤
0.10
0.15
--
酸度（以HCOOH计），% ≤
或碱度（以NH3计），% ≤
0.0015
0.0030
0.0050
0.0002
0.0008
0.0015
羰基化合物含量（以CH2O计），% ≤
0.002
0.005
0.010
蒸发残渣含量 ≤
0.001
0.003
0.005
注：1、不挥发残渣为抽检保证项目。
2、乙醇含量和氯化物含量两项当用户有要求时由供需双方协商解决，此两项作为产品控制项目。
2.3 改造方案
本项目拟采用的改造方案主要有：
(1)原料结构调整，由焦炭和块煤改为本地粉煤制气，新建日产1000吨煤棒生产线，实现原料本地化。同时对造气炉炉体进行改造，增加煤气炉蓄热能力，降低原料消耗。
(2)新建1台55t/h“三废”混燃炉，同时淘汰原有小型吹风气回收装置及20t/h链条炉，集中回收造气吹风气、合成工段的合成放空提氢尾气、氨槽驰放气，以及造气炉渣、煤粉、煤泥等来产蒸汽，配套建设一台8MW抽背式汽机，蒸汽经背压式汽轮机发电后供生产工艺装置使用，实现余热余压综合利；
（3）增加脱硫清洗冷却塔，同时配套600m3/h循环水，压缩机进口煤气温度降到30℃以下，提高压缩机打气量，降低压缩电耗62kw/tN3H。
（4）中串低变换改为全低变，优化系统热能回收，降低蒸汽消耗；
（5）脱碳系统节能改造，新增溶液涡轮能量回收机，回收溶液能量降低电耗20kw/tN3H；同时对塔内填料进行改造，减少溶液循环量10%，降低电耗20 kw/tN3H；
（6）将冰机列管式卧式水冷器改为高效蒸发式冷却器，提高冷却效果，同时减少循环水用量，降低冰机电耗和公用工程电耗。
（7）氨合成系统高压圈优化改造，新建1套φ1600氨合成系统替代原有的φ800、φ600、φ1000氨合成系统，降低氨合成压力，湖南安淳科技有限公司Ⅲ-99节能型氨合成系统专利技术，降低系统阻力，提高氨净值，氨合成压力下降6MPa、循环氢下降到13%，提高氨净值2%，可使压缩机吨氨醇节电150KWh；配套建设余热装置，回收氨合成反应热量产生蒸汽，吨氨副产蒸汽0.85t，同时吨氨减少冷却水用量15m3；
（7）配套处理气量为2400m3膜提氢装置，每年可回收924万m3氢气。在不增加原煤消耗的情况下，年可多产合成氨4678吨；采用无动力氨回收技术，将合成氨槽驰放气中的氨直接回收为99％的气氨，减少了将氨水蒸浓变为氨的蒸气消耗。新上一套处理氨槽驰放气量为2300m3的无动力氨回收装置，每年可多回收合成氨755吨，年可节省因解吸氨水所消耗的蒸汽14586吨；
（8）电机系统节能改造，对需要调节流量和风量的大功率设备配备变频器，进行变频调速调节，在满足生产需要的情况下，降低实际使用的电量；采用分立式电力电容器组合就地补偿，提高功率因素。
（9）与之配套的公用工程及控制系统完善改造。
项目实施后，最终达到合成氨系统不需要外补蒸汽，实现向尿素、精甲醇外送蒸汽的目的。

3 工艺技术方案

3.1 企业现状
某省某市化学工业有限责任公司装置总能力为15万吨合成氨/年、5万吨甲醇/年、25万吨尿素/年，本次改造主要涉及合成氨生产装置的节能改造，优化工程过程余热余压回收，实现节能降耗。
3.1.1 工艺流程简述
现有合成氨装置以无烟块煤和焦炭为原料，采用固定层间歇式气化技术生产半水煤气，碱液脱硫，0.8MPa中低低温变换，1.7MPa（1#系统）或2.7MPa（2#系统）碳丙脱碳、13MPa联醇，13MPa醋酸铜氨液洗涤净化、31.4MPa氨合成，水溶液全循环法生产尿素。
采用固体块煤或焦炭为原料，以空气和水蒸汽为气化剂，在高温条件下，通过固定床层间歇式气化法生产出半水煤气,经罗茨风机加压后送入脱硫系统，通过碱液脱除H2S，脱除H2S后的气体送入压缩机一段，经压缩至0.8MPa后送到变换工序。在催化剂和水蒸汽作用下，CO变换为H2和CO2。变换后的气体经压缩至2.7MPa后送到脱碳工序脱除CO2，脱除CO2后的净化气经压缩至13.0MPa后送到联醇工序。在催化剂的作用下，未完全脱除的CO和CO2与H2反应生成甲醇，未反应的气体送到精炼或醇烃化工序，在醋酸铜氨液的洗涤吸收多余的杂质或经催化剂反应后，纯净的H2、N2经压缩至31.4MPa后送到合成工序，在催化剂的作用下，H2、N2合成为NH3，经冷却分离后的液氨送到液氨贮槽贮存。
液氨贮槽贮存的液氨送到尿素工序，与脱碳解析出的CO2气分别经压缩到22.0MPa后送到尿素合成塔进行反应生成尿素。
3.1.2 目前存在的主要问题
(1)公司现有35t/h、25t/h循环流化床锅炉各1台及20t/h链条炉1台，所产生的蒸汽经减压后直接供造气及尿素装置使用，造成部分能量未利用；现有20t/h链条炉建设年代已久，锅炉效率低；公司每年产生造气炉渣近9万吨，炉渣低位发热值约1500kca/kg，未充分利用，同时占用耕地。一方面老锅炉急待更新改造，一方面是公司生产用汽仍有很大一部分须由高等级压力蒸汽经减温减压降级，热能损失大，不利于节能。此外，目前的外购电量逐年增加，增加了社会电网的供电压力。
（2）公司目前配套3套 Φ3800吹风气回收装置，每套设计回收4台造气炉的吹风气。燃烧炉采用格子砖形式，易堵塞，造成系统阻力大，使每套只能回收2～3台炉，单台炉产汽量不足7t/h，且运行周期短，换热效果差，排烟温度高，正压运行，污染严重，同时余热回收率低、需补加煤气来维持炉温。同时有部分造气吹风气、合成放空提氢尾气及氨槽驰放气的潜热没有回收，造成能源浪费。
(3)公司造气工序现有煤气炉16台，其中φ2850、φ2610、φ2650、φ2400煤气炉各4台，以山西无烟块煤及焦炭制气，近年来随着煤碳资源机械化开采，无烟块煤出现供不应求，并且大量的焦炭供应给钢铁厂或出口创汇，价格不断上扬、造气产品价格倒挂；煤气炉炉顶耐火层为“穹顶”结构，上气道从炉侧面引出，气体在炉顶停留时间短、流速加快，带出物偏高，不利于优化吹风和制气，造成煤耗高；煤气炉高径比不合理，高径比为1.7～1.9，在原料在气化过程，造成床层温度偏低，蓄热量少，必须靠提高气化层厚度来保证气化所需热量，造成吹风气带出热量多、煤耗高；一次风在中心管没有经过充分扩容减速，也没有形成扇面分布状态，对煤气炉的吹风造成不利影响，炉箅配置不合理，造成灰渣含碳量高；煤气炉夹套高度不够，负荷提不起。
(4)公司合成氨装置原有氨合成装置未配套氢气回收装置，合成塔吹除气经简单净氨后放空，造成能源浪费且污染环境。
(5)合成弛放气有效成份高，氨回收工艺落后，回收不彻底，回收的氨水需经蒸汽加热分解解析后才能用于尿素生产。浪费蒸气、浪费能源。
（6）公司现有氨合成装置能力小，由Φ800、Φ600、Φ1000三个系统，从目前运行的情况来看，满负荷运行时系统压力高（达31MPa）、系统能耗高，流程配置不合理、设备和管道阻力明显偏大，全系统阻力高达2.8MPa，造成循环机电耗高；水冷器、冷交换器等冷却设备面积偏小，造成氨蒸发负荷重，加大了冷冻量的消耗。同时，氨分、冷交容积小、结构不合理、分离效果差；原有的Φ800、Φ600系统无余热回收装置，冷却水用量大。
（7）司冰机系统有8台冰机，装机能力600万kcal，基本以满足生产的需要，但夏季无备机，能力偏紧。现有800m2冷排1组，400m2卧冷3台。冰机全部使用循环水，经常性因管道泄露等问题对循环水进行大量置换，造成外排水水质严重超标。冰机系统气氨的冷却冷凝是采用立式水冷，存在的问题是效率较低，4~6℃用水量大（1200m3/h），与脱硫共用一套循环水系统，循环水系统占地面积大，循环水泵和冷却水塔风机功率均较大，尤其是夏季气温高，冷却水温度高。气氨的冷凝温度达40℃以上，促使冰机出口压力高达1.7~1.9MPa，常采用放空降压，但每次放出的气体并不全是不凝性气体，其中含有大量的氨气，不但造成氨的损失，更重要的是造成环境的污染。
（8）公司机泵主要靠电力拖动，在化工生产过程中，由于负荷的不确定性，机泵的流量经常要调节，目前调节机泵流量的手段有滑差式调速器、变频调速，或者通过阀门节流或回流来调节。阀门“节流”或“回流”来调节流量并不能减少电力消耗，这种操作造成大量电力浪费；滑差式调速器虽然可以降低部分电力消耗，但是这种操作效率低下且维护工作量大；
随着国家对环保的要求越来越高，提高资源的循环利用率关系到企业的可持续发展，公司原有合成氨装置及尿素装置已经不能满足新形式下节能减排的要求。因此本项目拟对现有生产装置进行综合节能改造，降低装置能耗，使装置充分发挥生产能力。
3.2 改造方案
3.2.1 原料路线调整
3.2.1.1 新建日产1000吨煤棒生产线
(1)工艺技术方案及内容
由于目前块煤及焦炭价格日益高涨，且市场供不应求，造成合成氨的成本高。本次煤气化工段的节能改造，一方面采用湖北宜化具有自主知识产权的粉煤成型、自动加焦、连续气化技术对现有装置进行改造，通过进行原料路线调整，节约优质块煤资源，实现连续自动化操作，节约劳动力，减少环境污染，实现清洁生产。
新建1000吨/天煤棒自动化生产线，满足20万吨氨醇生产能力的要求。同时对现有造气炉炉体对进行改造，适当型煤制气要求，同时降低原料消耗。
工艺流程：原料粉煤经粉碎、加液、沤化、制棒、自动烘干等工序后，通过自动加焦系统在DCS系统控制下，进入煤气化炉进行连续生产。用空气和蒸汽作气化剂，生产的半水煤气经除尘、显热回收和洗涤后进入气柜；吹风气进三废混燃锅炉燃烧，生产蒸汽送汽机发电后供造气使用，烟气经水膜除尘和脱硫后放空。煤棒烘干的热媒正常情况下利用合成氨提氢的尾气，不足部分采用燃煤热风炉补充。
(2) 主要设备选型
煤棒工段新增主要设备一览表
序号
名 称
规 格 型 号
单位
数量
1
皮带运输机及配件
B=800
台
12
B=500
台
4
2
振动给料机
GZG63-100
台
1
3
粉碎机
LF100B
台
4
4
振动给料机
GZG80-140
台
1
5
大埋挂板输送机
MS32X20
台
1
7
斗式提升机
TB315×24
台
1
8
双轴搅拌加湿机
SJ60
台
1
9
埋刮板输送机
RMSM25×42
台
4
10
卧式双轴搅拌机
SLJ7025
台
1
11
卧式双轴搅拌机
SLJ4025
台
2
12
立式搅拌机
LJ2625A
台
4
13
单轴搅拌机
DLJ5025B
台
4
14
单轴搅拌机
DLJ4525(DLJ5025B)
台
4
15
煤棒机
MBJ45
台
8
16
烘干炉
HJT20
台
1
17
烘干炉
HJT30
台
1
18
直线振动筛
ZZS1236
台
1
19
直线振动筛
ZZS1020
台
1

3.2.1.2 煤气炉本体改造
(1)工术艺技术方案
对煤气炉进行了炉体加长、夹锅增高、锥顶变为平顶及上气道出口增高等一系列技改以提高发气量、降低煤耗。 ①炉体加长后，燃料层厚度增加，气化层增厚，炭和蒸汽的反应接触时间增长，反应更趋完全，单位时间产气量增加；②干馏层、干燥层及灰渣层增厚，入炉气化剂得到了更充分的预热，蒸汽分解率提高；③出口煤气得到了更充分的过滤，带出物减少；由于燃料层高度增加，减少了煤气炉炭层吹翻的频率，鼓风机的额定功率得到了更充分的利用；④由于炭层增高，更有利于低温操作，煤气炉系统热损失减少，气化层温度更高，灰渣成块性能更好，返焦降低；⑤锥顶变为平顶、上气道出口增高后，煤气炉上部自由空间增大，出口气流转向角度增大，气流中夹带的尘粒沉降时间空间增多，上部带出物减少；⑥另锥顶变为平顶后，可使炉内气化剂分布更加均匀，炉况更加稳定。
(2)改造内容
u 增加自动加焦机，减少工人劳动强度，增加制气时间；
u 煤气炉向上加高，确保煤气炉高径比(煤气炉灰盘至炉顶高度与炉膛直径之比)达2.0以上；
u 采用型煤专用炉箅。
u 煤气炉锥顶变为平顶；
u 上气道出气口开在炉盖与炉体形成的边角处。中心线与水平面呈45度角；
u 夹套锅炉高度增加500mm，进一步优化气化层；
u 炉底盘采用zh-32型炉底，彻底解决了流炭垮炭问题；
u 更换烧煤棒的专用破渣筋，更换灰犁、防流板、压灰板等；
u 一次风管道加大，降低空气流速。
u 一次风阀采用加高型座板阀。
(3)新增主要设备一览表
序号
设备名称
规格
数量

1
炉底总成
zh-32型
16

2
炉箅
型煤专用
16

3
自动加焦机

16

3.2.1.3 实施后的效果
（1）合成氨电耗有所增加
本项目实施煤棒生产能力1000吨/天，吨氨醇耗煤棒1.6吨、吨煤棒耗电40kwh、蒸汽10kg(0.3Mpa)，由吨氨增加电耗1.6×40=62kWh/t，增加蒸汽消耗15.5 kg/t。
(2)本项目实施后由于型煤疏松，同时提高煤气炉高径比，增加造气炉蓄热量，入炉蒸汽分解率提高，吨氨减少蒸汽消耗0.3吨。
(3) 项目实施前醇氨制气耗块煤19万t/a、焦炭9.3万t/a，吨氨醇耗块煤或焦炭1.42吨，其中耗块煤0.95t/t、焦炭0.4656 t/t，
原料煤折合标煤1.42×0.8571=1.213tec/t；
项目实施后吨氨醇耗煤棒1.58吨，折合标煤1.58×0.8=1.264tec/t
项目实施后由于煤耗有所增加而蒸汽减少，吨氨醇增加标煤：
（1.264-1.213）+（62×0.35/1000）+（0.0155×0.10）-（0.3×0.10）=0.04439 tec/t
3.2.2 新建55t/h三废混燃炉及8MW抽背式机组
（1）工艺技术方案
造气三废流化混燃炉，是将造气生产过程中产生的吹风气、造气炉渣、除尘器细灰，掺入部分粉煤和煤矸石在三废流化混燃炉内燃烧，抽取高位热能蒸汽。产出的中温中压蒸汽经抽背式蒸汽汽轮机配套发电机组，抽出1.27MPa供尿素使用，背压后的低压蒸汽供造气，达到一炉多用，一炉多能，实现合成氨尿素企业“两煤变一煤”和“两炉变一炉”的目标，同时将用于造气的原料吃干榨尽。
三废流化混燃炉（也称第三代造气吹风气余热锅炉），其优