合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)

1、生玄學(xué)必. . .二Yibin Universityd本科生畢業(yè)論文合成氨的工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及節(jié)能研究化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)馬新雨學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)3班級(jí) 2010 級(jí)3班指導(dǎo)教師唐紅梅 職稱(chēng)合成氨工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)研究 摘要：隨著國(guó)家工信部公布出臺(tái)合成氨行業(yè)準(zhǔn)入條件（征求意見(jiàn)稿）, 在合成氨生產(chǎn)上提高了能耗的準(zhǔn)入條件，因此加速實(shí)施合成氨生產(chǎn)的 節(jié)能改造已經(jīng)成為企業(yè)適應(yīng)新形勢(shì)進(jìn)展的大體要求。本文第一在合成 氨生產(chǎn)原料和主要生產(chǎn)工藝指標(biāo)等方面介紹了合成氨工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀， 并提出了實(shí)現(xiàn)合成氨生產(chǎn)節(jié)能改造的主要技術(shù)辦法，能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員 熟悉了解合成氨生產(chǎn)和合成氨節(jié)能改造提供合理的考。關(guān)鍵詞：合成氨技術(shù)現(xiàn)

2、狀節(jié)能概述：合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每一年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億 噸以上，氨合成產(chǎn)品作為重要的化工產(chǎn)品，能夠用于氮肥、硝酸和鐵 態(tài)化肥的生產(chǎn)加工制造。2012年10月份中國(guó)合成氨總產(chǎn)量為萬(wàn)噸， 1-10月累計(jì)產(chǎn)量萬(wàn)噸，同比增加虬隨著市場(chǎng)對(duì)于合成氨產(chǎn)品要求的 不斷提高和國(guó)家對(duì)于化工行業(yè)節(jié)能減排的要求，改善合成氨生產(chǎn)技 術(shù)，加大節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)，應(yīng)經(jīng)成為合成氨等相關(guān)化工行業(yè)迫切需要解 決的主要問(wèn)題。最近幾年來(lái)，我國(guó)大型合成氨裝置采用國(guó)際和國(guó)內(nèi)的 先進(jìn)工藝、設(shè)備和控制技術(shù)，進(jìn)行了大量技術(shù)改造，經(jīng)實(shí)踐證明以下 技術(shù)是先進(jìn)、成熟、靠得住的，可供企業(yè)改造時(shí)選擇利用。Abstract:As countrie

3、s promulgated by the ministry for the synthetic ammonia industry access conditions (draft) ", increases the energy consumption in ammonia production access conditions, thus speeding up the implementation of synthetic ammonia production energy saving reconstruction has become the enterprise to a

4、dapt to the new situation of the development of the basic requirements. Firstly in synthetic ammonia production raw materials as well as the main production process indicators etc. The paper introduces the technology of synthetic ammonia industry present situation, and puts forward the main technica

5、l measures to realize the energy-saving reform of the ammonia production for relevant personnel familiar with understanding and synthetic ammonia in ammonia production energy saving transformation provides a reasonable reference.Keywords: synthetic ammonia technology actuality Energy savingSummary:S

6、ynthetic ammonia is one of the bulk chemical products, the synthetic ammonia production has reached more than 100 million tons per year, ammonia synthesis products as an important chemical products, can be used for nitrogen fertilizer, nitrate and ammonium fertilizer production processing manufactur

7、ing. China's synthetic ammonia production of million tons in October 2012, October 1 - cumulative output was million tons, year-on-year increase of %. With the constant improvement of the market for synthetic ammonia product requirements as well as the national to the requirement of chemical ind

8、ustry energy conservation and emissions reduction, improvement of synthetic ammonia production technology, increasing energy conservation technology development, should be the synthetic ammonia chemical industry urgently needs to solve the main problems related to. In recent years, China's inter

9、national and domestic largeammonia plant using advanced technology, equipment and control technology, a lot of technical reform, practice has proved that the technology is advanced, mature, reliable, and used for transformation of enterprises to choose.一、現(xiàn)階段合成氨工業(yè)主要生產(chǎn)原料合成氨反映公式為3”2+&=2八%+。，合成氨的反映特

10、點(diǎn)主要 為：可逆反映，氫氣與氮?dú)夥从成砂?，同時(shí)氨在必然條件下也能夠 分解成氫氣和氮?dú)?；另外，合成氨的反映為放熱進(jìn)程，反映進(jìn)程中反 映熱與溫度和壓力有關(guān)；而且需要催化劑的催化方能迅速進(jìn)行合成氨 反映。現(xiàn)階段用硬合成氨生產(chǎn)的原料主要有重質(zhì)油、天然氣、和煤或 焦炭，具體生產(chǎn)工藝如下所示：重質(zhì)油主如果指常壓或減壓蒸儲(chǔ)后的渣油和利用原油深度加工 后的燃料油。利用重質(zhì)油生產(chǎn)合成氨的工藝為第一重油與水蒸氣反映 值得含氫氣體。通過(guò)將部份重油燃燒以為反映轉(zhuǎn)化吸熱提供足夠的熱 量和足夠的反映溫度，進(jìn)而通過(guò)重油制氫為合成氨的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)原 料。2 .天然氣采用天然氣生產(chǎn)合成氨主要工序?yàn)槊摿?、二次轉(zhuǎn)換、一氧化碳轉(zhuǎn)

11、換和去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可取得氮?dú)浠旌蠚猓?再利用甲烷化技術(shù)去除少量殘余的一氧化碳和二氧化碳，并經(jīng)緊縮機(jī) 進(jìn)行緊縮處置，即可取得合成氨產(chǎn)品。3 .煤以煤作為原料制取氫氣的工藝流程主耍包括煤的高溫干儲(chǔ)焦化 和煤的氣化兩種，煤的焦化主如果將煤處于空氣隔間的高溫條件下制 取焦?fàn)t煤氣，通常情形下焦?fàn)t煤氣中含有60%左右的氫氣，作為合 成氨生產(chǎn)的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，通過(guò)常壓或加壓 的方式與水蒸氣或氧氣反映，取得含氫的氣體產(chǎn)物，以此為制作合成 氨的原料。二、合成氨生產(chǎn)工藝指標(biāo)1 .生產(chǎn)溫度對(duì)于一段爐的溫度，一般控制在760800左右，這主如果由 于一段爐設(shè)備價(jià)值高，而且主

12、要為合金鋼管，合金鋼管的特點(diǎn)在于溫 度太高容易造成利用壽命大幅度降低。對(duì)于二段爐溫度，主要按照甲 烷控制指標(biāo)來(lái)肯定。在合成氨的生產(chǎn)壓力和水碳比得出后，應(yīng)該按照 平衡甲烷的濃度來(lái)肯定合成氨的生產(chǎn)溫度。通常情形下要求yCH4<, 出口溫度應(yīng)為1000。C左右。實(shí)際生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)化爐出口溫度比達(dá)到 出口氣體濃度指標(biāo)對(duì)應(yīng)的平衡溫度高.2 合成氨生產(chǎn)壓力通常情形下將壓力控制在34MPa左右，這主如果由于采取加 壓的條件能夠降低能耗，保證能量的合理利用，而且采取加壓的方式 還能夠提高反映余熱的利用。3 ,水碳比由于水碳比高的條件下，殘余甲烷含量降低，且可避免析碳。因 此一般采用較高的水碳比，約。三、合成

13、氨生產(chǎn)節(jié)能辦法研究合成氨的生產(chǎn)作為需要大量能好的工業(yè)，對(duì)于合成氨生產(chǎn)工藝 進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造已經(jīng)成為合成氨工業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)健康可持 續(xù)進(jìn)展的關(guān)鍵。降低合成氨生產(chǎn)進(jìn)程中的能耗，能夠采取以下辦法： 1 .實(shí)現(xiàn)合成氨生產(chǎn)規(guī)模的大型化生產(chǎn)規(guī)模的大型化在于能夠綜合利用能量，而且能夠采用離心緊 縮機(jī)，在降低本錢(qián)投入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)程的節(jié)能。大型化的合成 氨生產(chǎn)能夠成立完善的熱回收系統(tǒng)，進(jìn)而降低能量的消耗，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。另外，大型化的合成氨生產(chǎn)工藝由于采用了高速離心緊縮 機(jī)，減少了合成氨的設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)了合成氨生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。2 .從馳放氣中回收氫從馳放氣體中回收含氫氣體。從馳放氣體中回收有氫氣體主

14、要有 以下幾種方式：第一，將馳放氣體低溫液化，進(jìn)而通過(guò)蒸儲(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一 步的分離，通過(guò)這種方式不僅能夠回收有氫氣體，同時(shí)能夠回收部份 稀有氣體。第二，采取分子篩在高壓條件下吸附的方式，進(jìn)而在減壓 下進(jìn)行解吸的方式分離取得有氫氣體。第三，采用多極膜分離方式， 由于氫氣透過(guò)膜的速度相較其他氣體較高，并通過(guò)量極膜進(jìn)行分離而 取得純度較高的氫氣。3 實(shí)現(xiàn)制氣系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化合成氨的生產(chǎn)主要集中在制氣環(huán)節(jié)，制氣環(huán)節(jié)的能耗達(dá)到成產(chǎn)工 藝的70%以上，因此實(shí)現(xiàn)合成氨的節(jié)能，必需提高轉(zhuǎn)化率降低燃料 消耗。對(duì)于利用天然氣生產(chǎn)合成氨的工藝，能夠采取以下幾種辦法：結(jié) 合用于生產(chǎn)合成氨的天然氣的密度和其他信息，判斷天然氣碳

15、含量， 并及時(shí)調(diào)整蒸汽，并通過(guò)適當(dāng)降低水碳比來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的節(jié)能；嚴(yán) 格控制合成氨進(jìn)程中的煙氣氧含量，并盡可能的減少其波動(dòng)，將其控 制在較低的數(shù)值；在生產(chǎn)進(jìn)程中除知足氫氣與氮?dú)獗?、二段爐出口的 甲烷含量和溫度的條件外，應(yīng)盡可能降低一段爐負(fù)荷；對(duì)于類(lèi)似于 Kelogg型的合成氨生產(chǎn)轉(zhuǎn)化爐，應(yīng)該盡可能地均衡控制各個(gè)支路間溫度，并減少各爐管間溫度誤差，進(jìn)而大幅提高加熱效率，如此不僅 延長(zhǎng)設(shè)備利用壽命，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能耗的降低。對(duì)于采用重油和煤粉氣化爐的合成氨生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)改 造能夠采取以下辦法：按照原料的大體屬性如密度、熱值等探訪(fǎng)反映 的最佳配比，及時(shí)調(diào)整氧氣量、蒸汽量，減少能耗；按照爐型及工藝

16、設(shè)計(jì)不同控制方案，通過(guò)平穩(wěn)操作和優(yōu)化參數(shù)，提高轉(zhuǎn)化率，降低能 耗；由于這種氣化控制的特殊性，如原料性質(zhì)難以定性、監(jiān)測(cè)點(diǎn)少、 自動(dòng)化程度低等，尚無(wú)開(kāi)發(fā)出理想的優(yōu)化控制系統(tǒng)。四、引進(jìn)裝置的節(jié)能技術(shù)辦法1 .燃類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化一段爐煙氣余熱回收，降低煙道氣排放溫度，可采用旋轉(zhuǎn)蓄熱式 換熱器或熱管式換熱器加熱燃燒空氣；采用新型催化劑，降低進(jìn)料 H20/C,不但降低了工藝蒸汽消耗量，而且可有效地降低一段爐蒸汽 轉(zhuǎn)換的熱負(fù)荷；采用新型合金材質(zhì)的轉(zhuǎn)化爐管（如HP50薄壁管）， 有利于提高轉(zhuǎn)化管操作壓力和溫度，降低管壁厚度及長(zhǎng)度，增加轉(zhuǎn)化 管催化劑裝填量；改造蒸汽系統(tǒng)，提高高壓蒸汽的過(guò)熱度，可提高蒸 汽的做功能力和

17、熱利用率；二段爐采用新型燒咀；借鑒節(jié)能型工藝設(shè) 計(jì)思想，改變轉(zhuǎn)化工藝設(shè)計(jì)或轉(zhuǎn)化爐型，提高轉(zhuǎn)化效率以降低能耗， 降低一段轉(zhuǎn)化強(qiáng)度，放寬其出。凡含量，增加二段爐空氣加入量以維 持反映溫度；用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)空氣緊縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫空氣送入 一段爐作為補(bǔ)充空氣，即熱量的聯(lián)合循環(huán)工藝，可節(jié)約燃料并提高一 段爐燃燒效率。2 .變換采用低水碳比高活性的催化劑，提高CO變換率，降低蒸汽消耗。 降低變換阻力，如將高低變換爐由軸向床改成軸徑向床。3 .脫碳采用低能耗的脫碳工藝。如低熱耗苯菲爾工藝（半貧液四級(jí)噴 射閃蒸）、雙塔再生工藝、MDEA工藝等。采用低熱苯菲爾工藝和改 換高效階梯環(huán)演料等配套改造，使脫碳能力提

18、高30%以上，再生熱 耗降低30%o4 .氨合成及合成回路采用新型合成塔內(nèi)件配以小顆粒、高活性催化劑，使合成塔及合 成回路阻力下降，氨凈值提高，合成反映熱綜合利用好。目前大型氨 廠(chǎng)采用的塔型有卡薩利（casale）軸徑向冷激或?qū)娱g換熱型、托普索 S-200徑向?qū)娱g換熱型、Ke110g臥式合成塔等，均取得較好效果。 4.弛放氣回收可采用深冷分離或膜分離技術(shù)，現(xiàn)多采用后者，效果專(zhuān)門(mén)好。5 .機(jī)泵采用“三元流”設(shè)計(jì)的新型高效節(jié)能型轉(zhuǎn)子；采用先進(jìn)的防喘振 控制系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)；采用大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)；一些效 率較低的小型汽輪機(jī)改用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有利于提高機(jī)組效率和裝置運(yùn)行 靠得住性。6 .控制系統(tǒng)

19、控制系統(tǒng)改傳統(tǒng)的模擬儀表為運(yùn)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCE）。利 用運(yùn)算機(jī)豐碩的硬件和軟件功能，可完成工藝變量的調(diào)節(jié)、指示、設(shè) 定、記錄、報(bào)警、動(dòng)態(tài)圖表顯示等操作。在對(duì)主耍工藝參數(shù)優(yōu)化控制、 開(kāi)停車(chē)智能控制、聯(lián)鎖先進(jìn)控制系統(tǒng)和管控一體化的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面均 有新的進(jìn)展，有利于裝置安全、穩(wěn)固、優(yōu)化運(yùn)行，具有顯著節(jié)能效果。 7淇他工藝?yán)淠夯厥?，可采用中壓蒸汽（工藝蒸汽）汽提法或天然氣飽?法；改良保溫件結(jié)構(gòu)及施工方式，減少進(jìn)程熱損失，提高熱效率。如 采用陶瓷纖維氈隔熱層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耐火磚等。渣迪型裝置 氣化爐采用新型燒嘴，如shell氣扮裝置的多通道同心圓燒嘴，可將 氣化爐出口的有效氣體成份提高4%,使氨渣

20、油消耗降低近40kg/t； Texaco開(kāi)發(fā)出的新燒嘴也降低了氧耗、汽耗?？辗盅b置采用全低壓分子篩流程，提高氧氣收率，降低空壓機(jī)功耗。液氮洗裝置可采用shell冷箱液體泵回收CO技術(shù)，或采用林德公司設(shè)計(jì)的高壓膨脹閃蒸回收技術(shù)，都可進(jìn)一步降低油耗。變換采用寬溫耐硫催化劑，提高CO變換率。五、國(guó)內(nèi)大中型合成氨廠(chǎng)節(jié)能技術(shù)以天然氣為原料的企業(yè)，可采用換熱式轉(zhuǎn)化爐，每噸氨耗天然氣 可降到750-800Nm3；碎煤或粉煤加壓氣化，開(kāi)拓原料來(lái)源，提高 碳利用率90%以上；優(yōu)化常壓固定層間歇?dú)饣僮鳎瑢?shí)現(xiàn)低耗高產(chǎn), 每噸氨煤耗低于1200Kg；固定層常壓富氧持續(xù)氣化技術(shù)，改善環(huán)境, 降低本錢(qián)；全低變工藝，節(jié)約

21、蒸汽，提高裝置能力；MID、MDEA、 雙塔再生等新脫碳工藝，降低能耗；新型填料、過(guò)濾器等，提高效率; 軸徑向內(nèi)件和低溫高活性催化劑，提高氨合成塔能力、凈值；膜分離 或變壓吸附回收氫技術(shù)；循環(huán)流化床鍋爐，提高煤炭綜合利用水平。 六、小合成氨節(jié)能技術(shù)推行低溫變換工藝技術(shù)，淘汰中變或中串低技術(shù)，該技術(shù)分全低 變和中低變兩種，可按照企業(yè)的不同情形選用，該技術(shù)實(shí)施后，變換 系統(tǒng)蒸汽消耗可降至300Kg以下；采用聚乙二醇二甲醛（NHD）或 改良的碳酸丙烯酯脫碳技術(shù)；鐵一堿溶液催化法氣體脫硫技（DDs）, 科靈精脫硫新工藝；普遍推行優(yōu)化的合成氨蒸汽自給技術(shù)，上、下行 煤氣余熱集中回收器、D型風(fēng)機(jī)、重風(fēng)燃燒爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，提高了第 一熱力網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)水平；提溫型一進(jìn)一出合成塔及一塔一泵變換工藝 的成功，加倍優(yōu)化第二熱力網(wǎng)絡(luò)的工藝；尿素合成雙塔并聯(lián)工藝；推 行小尿素“6改10”、“4改10”技術(shù)，可使4萬(wàn)t/a尿素裝置能力 達(dá)320t/d （單尿塔）和400t/d （雙尿塔），尿素耗氨降至U 580Kg/t 以下，耗蒸汽降到1000 1200Kg/t；推行造氣爐改造技術(shù)，將原2260 爐改造到2610,采用自動(dòng)加煤、新