从煤化工与氮肥工业的相通之处:瞧未来!

1935年,在中国化学家侯德榜的领导下,中国建成了第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业南京永利铔厂(1952年更名为永利宁厂)。建国初期,我们的氮肥工业十分薄弱,1949年的化肥产量仅为6000吨。后来在中央高层的领导下、侯德傍先生的指导下,全国建了1500多个800~5000吨/年以煤为原料生产碳酸氢铵小化肥的装置。但还不能满足国内粮食生产的需要。

上世纪60年代中期和70年代初期,我们引进了3套重油气化装置、13套大氮肥装置。可以说,氮肥引进技术带来了诸多好处,是现代煤化工的先导。

今天煤化工的发展遇到了碳排放的问题。那么,能不能从氮肥工业的发展经验中探寻现代煤化工的未来发展之路呢?

上世纪60年代中期,我国引进意大利蒙特卡帝尼公司重油气化工艺,国内自己设计后续流程,在山东鲁南、陕西兴平、甘肃刘家峡建了3套重油气化装置,合成氨规模均为5万吨/年。

上世纪70年代初期,我国引进了13套当时国际上较先进的大氮肥装置,规模均为30万吨/年合成氨,原料是天然气和轻油。3套重油气化装置实际是现代煤化工的先导。因为重油气化工艺与煤气化工艺(气流床)十分类同,后续整条氮肥生产的工艺路线也十分相似,包含了气化+空分+变换+净化+合成+精制等工艺单元。而13套大氮肥装置的引进,使我们获得了包括科研、设计、制造、安装和生产等多方面的经验,给我国化学工业带来了全面的技术进步。

我们学会了整个装置的工艺路线设计、每一个单元操作的工艺设计。从此以后,我们有能力建设国产大氮肥装置。我们懂得了全套装置的能量计算,在什么情况下可以采取各种节能措施。我们掌握了大型高压设备等的国产化,掌握了全系统的分散系统控制(DCS)。在以后若干年内,我们的设计单位和工厂对这13套装置进行了设计改造,取得了节能改造的重大成果,使得这类装置的单位产品吨氨能耗从10百万大卡降低到8百万大卡左右。

氮肥工业与煤化工有很多相通之处。从工艺角度来看,它们都要走碳一路线,要经过气化、变换、净化和合成这些步骤。大氮肥项目工艺流程涵盖气化+变换+净化+合成+精制,与今天煤化工的基本工艺过程在原则上是一致的。也就是说,这些引进的碳一工艺路线也是现代煤化工的先导。直到现在,这些设计全部应用到我国现代煤化工煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制甲烷等的设计中。

不过,今天氮肥需求已经饱和了,氮肥工业的发展基本停滞。而煤化工需求还没有饱和,但遇到了碳排放的问题,阻碍了煤化工的继续发展。

50多年的化工建设经验告诉我们,现代煤化工设计已经采用了全部最先进的节能技术、进行了过程系统优化,能效已经接近极限。由于煤的品质决定了能效的高低,在这条工艺路线上,再大幅提高能效和降低能耗已经没有办法了。所以,未来现代煤化工的主攻方向应该是排碳,而不是能效。传统的碳一化工流程设计能量已经优化,没有办法再提高了。要想减少排碳,必须另辟新路。

目前我们首先要研究传统流程中碳排放多在什么地方。通常,进入合成工序之前的氢气与一氧化碳的比例是2或者3。这么多的氢气都是由一氧化碳转化的,并且产生了等量的二氧化碳。所以,全流程中排放的二氧化碳特别多。只有破掉这一工艺,二氧化碳的产生量才能明显减少。因此,如果将绿氢引入传统流程中,没有变换过程,从工厂的整体设计来讲,煤气化的规模可以缩小一半以上、二氧化碳的排放总量可以减少70%以上。

是否还有别的办法?就要靠大家集思广益了。路需要大家去走,等着不是出路,光讲原则而没有具体办法也不是出路,靠细节之处的节能小改还不是出路,指望降低双碳排放标准更不是出路。我们只有不断创新,提出新的解决办法,通过多种方法的比较,才能得到一条减少排碳的高效路子。

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(转“ 石化产业观察”)

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