天然氣制氨工藝技術(shù)比較與進(jìn)展 - 李貴賢-

1、天然氣制氨工藝技術(shù)比較與進(jìn)展李貴賢1,2崔錦峰1張建強(qiáng)1張漢鵬2索繼栓2(1.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院730050(2.中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室730000摘要比較了幾種以天然氣為原料大型制氨工藝及其特點(diǎn),闡述了技術(shù)進(jìn)展,從當(dāng)前技術(shù)水平和實(shí)踐預(yù)測了今后的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞天然氣合成氨工藝比較進(jìn)展Comparison and Progress of Ammonia ProductionProcesses Based on Natural GasLi Guixian,Cui Jinfeng,Zhang Jianqiang et al.A bstractA comp

2、arison is made of several lar ge-scale am monia production pr ocesses based on natural gas and their special features,the technological progress is described,and the development trend in futur e is predicted from the current technological level and practice.Keywordsnatural gasa mmoniaprocessescompar

3、isonpr ogress天然氣、石腦油、渣油和煤均可作為合成氨的原料,都有日產(chǎn)千噸氨的大廠先例,而原料路線是大型氨廠技術(shù)路線的基礎(chǔ),是帶有全局性的戰(zhàn)略問題,必須兼顧能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益與社會效益1,2。目前世界范圍內(nèi)天然氣的探明儲量不斷增加,已接近150萬億m3,這標(biāo)志著21世紀(jì)天然氣的產(chǎn)量將超過煤和石油而成為世界能源結(jié)構(gòu)中的首位能源。由于天然氣儲量豐富、價(jià)格低廉、有利于環(huán)境保護(hù)、便于管道輸送和加壓轉(zhuǎn)化,用作合成氨的原料具有投資省、能耗低的明顯優(yōu)勢(表13。因此雖然各國資源不同,但選用原料的基本方向一致,只要資源條件具備,優(yōu)先考慮采用天然氣、油田氣,其次才考慮使用石腦油、渣油和煤作為合成氨的原

4、料,致使世界約有85%的合成氨裝置以天然氣為原料,近代制氨技術(shù)的發(fā)展也主要體現(xiàn)在天然氣制氨的技術(shù)進(jìn)步中。1天然氣制氨典型工藝及其技術(shù)特征天然氣制氨的典型工藝主要有經(jīng)典的美國表1各種原料日產(chǎn)1000t氨裝置的相對投資和能量消耗項(xiàng)目天然氣石腦油渣油煤相對投資費(fèi)用1.001.181.502.00相對能量消耗1.001.051.111.45Kellogg公司二段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝、美國Kellogg公司ME AP節(jié)能工藝、丹麥Tops e公司的低能耗工藝、美國Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、英國I CI 公司的AMV節(jié)能工藝和德國UHDE公司UHDE-ICI-AMV工藝。1.1經(jīng)典的二段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝Ke

5、llogg技術(shù)應(yīng)用最廣,約有160套合成氨裝置,總產(chǎn)量約占世界產(chǎn)能的50%。我國也有10套30萬t/a裝置,其工藝均系經(jīng)典的Kellogg二段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝,能耗在37.7GJ/t左右,經(jīng)過節(jié)能技改后平均能耗已降至35.74GJ/t。該工藝將壓力為3MPa、水碳比(摩爾比為3.5、510的天然氣與水蒸氣混和物在鎳催化劑作用下,于管式固定床反應(yīng)器中完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)(一44基金項(xiàng)目:蘭州理工大學(xué)優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計(jì)劃基金(20030944和蘭州理工大學(xué)科研基金資助(20020189段轉(zhuǎn)化,反應(yīng)所需的熱量由爐膛燃料以輻射方式傳至管壁提供。為降低一段轉(zhuǎn)化爐出口氣中C H 4含量及向合成氣中補(bǔ)氮,在進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)

6、的同時(shí)采用以空氣為原料,在固定床絕熱催化反應(yīng)器中進(jìn)行耦合氧化反應(yīng)(二段轉(zhuǎn)化,以提高系統(tǒng)溫度,使出口氣中CH 4含量降至0.2%。然后經(jīng)高溫串低溫變換、脫碳和甲烷化凈化得到38、2.5MPa 新鮮原料氣,經(jīng)原料氣壓縮機(jī)低壓缸壓縮至6.3MPa (172,再與脫碳后氣體換熱、水冷、氨冷降溫至8進(jìn)入高壓缸壓縮并與循環(huán)氣在最后一級葉輪處混和,出高壓缸14.8MPa 、68氣體依次經(jīng)水冷、三級氨冷、-23分氨、與出塔氣換熱至141進(jìn)合成塔。該工藝的特點(diǎn)4是:采用離心式壓縮機(jī),用汽輪機(jī)驅(qū)動,副產(chǎn)高壓蒸汽并回收氨合成反應(yīng)熱預(yù)熱鍋爐給水;用一段爐的煙道氣預(yù)熱二段進(jìn)口空氣,但一段爐用燃燒空氣未預(yù)熱,煙道氣排放溫

7、度高達(dá)250,同時(shí)提高一段壓力,將小部分甲烷轉(zhuǎn)化負(fù)荷移至二段轉(zhuǎn)化;采用軸向冷激式合成塔和三級氨冷,逐級將氣體降溫至-23,冷凍系統(tǒng)的液氨亦分三級閃蒸,設(shè)有弛放氣的氫回收裝置,能耗約3941GJ /t ,屬高能耗工藝,但比渣油和煤低。1.2美國Kellogg 公司ME AP 節(jié)能工藝針對二段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝燃料天然氣消耗高,為進(jìn)一步降低噸氨原料消耗和能耗,Kellogg 公司于20世紀(jì)90年代推出了ME AP 節(jié)能型工藝,首先在加拿大阿爾貝塔的斯密特哥頓礦物有限公司1000t /d 制氨裝置上使用成功后,分別在荷蘭和我國的川化與澤普的20萬t /a 裝置上使用。其工藝過程與經(jīng)典的二段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝相近

8、,工藝流程見圖1 。圖1Kellogg 公司MEAP 節(jié)能型合成氨工藝流程示意圖1.一段轉(zhuǎn)化爐2.二段轉(zhuǎn)化爐3.高溫變換爐4.低溫變換爐5、13.氣液分離器6.冷凝液氣提塔7.冰機(jī)8.冷凍箱9.冷凍交換器10.弛放氣H 2回收裝置11.干燥器12.合成氣冷卻器14.甲烷化爐15.甲烷化原料預(yù)熱器16.CO 2吸收塔17.循環(huán)壓縮機(jī)18.CO 2閃蒸槽19.CO 2再生塔20.氣提空氣鼓風(fēng)機(jī)21.開工加熱爐22.氨合成塔23.貧液泵24.半貧液泵25.空氣壓縮機(jī)26.原料天然氣脫硫裝置該工藝的特點(diǎn)是:通過提高造氣轉(zhuǎn)化壓力、平衡一、二段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷、改進(jìn)換熱和冷量利用、減少合成回路循環(huán)比和完善蒸汽系

9、統(tǒng)等技術(shù)措施,使燃料消耗下降50%,動力消耗降低23%,冷卻水循環(huán)量下降37%,綜合能耗降至28.430.0GJ /t 。1.3丹麥Tops e 公司的低能耗工藝該工藝的氨合成流程見圖2。其主要特點(diǎn)是:采用側(cè)燒式一段轉(zhuǎn)化爐和高活性、低水碳比、低壓轉(zhuǎn)化催化劑,水碳比由3.75降至2.00;采用二次低變及脫碳加壓再生,一氧化碳變換和氨合成均采用低溫高活性催化劑;在余熱回收系統(tǒng)將蒸汽壓力由10MPa 提高至16MPa ,采用高效熱能回收系統(tǒng)使蒸汽壓力上升60%,煙道氣排出溫度45 降至140;采用徑向合成塔,合成壓力較高,開發(fā)的S -200合成回路可得到較高的單程轉(zhuǎn)化率,出口氨濃度可提高至17%左右

10、。1.4美國Braun 公司的低能耗深冷凈化工藝該流程如圖3所示。采用甲烷化作為少量一氧化碳與二氧化碳的最終脫除方法,缺點(diǎn)之一是新鮮氫氮?dú)庵卸铓夂扛?因此在甲烷化后添設(shè)冷箱裝置進(jìn)行凈化。進(jìn)冷箱的氣體中含H 260%70%、N 230%40%、CH 423%、Ar 0.5%,先經(jīng)預(yù)冷器冷卻至-157,經(jīng)過膨脹進(jìn)一步冷卻至-174-177。深冷凈化可除去氣體中99%的CH 4、65%的Ar ,所得氫氮?dú)鈨H含0.2%Ar ,而CH 4含量極少。圖2丹麥Tops e 氨合成低能耗工藝流程示意圖1.氨合成塔2.鍋爐給水預(yù)熱器3.熱熱換熱器4、11、12、13.水冷卻器5.冷熱換熱器6.第一氨冷器7.第

11、二氨冷器8、10.氨分離器9.放空氣氨冷器14、15、16.分離器17.離心式壓縮機(jī)18.壓縮機(jī)循環(huán)段 圖3美國Braun 公司的低能耗深冷凈化工藝1.空氣壓縮機(jī)2.氣輪機(jī)3.一段轉(zhuǎn)化爐4.二段轉(zhuǎn)化爐5.變換爐6.再生塔7.吸收塔8.甲烷化爐9.干燥器10.油冷卻器11.膨脹機(jī)12.預(yù)冷器13.冷凝蒸發(fā)器14.精餾塔15.控制閥16.合成氣壓縮機(jī)17.合成塔18.溶液回收器19.分離器該工藝的特點(diǎn)5是:輕度一段轉(zhuǎn)化,一段爐采用溫和轉(zhuǎn)化條件,其負(fù)荷較其它工藝小50%而轉(zhuǎn)移至二段爐;二段爐用過量50%的空氣,從而使總?cè)剂舷南陆导s1/3;采用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動空壓機(jī),投資也相應(yīng)下降;深冷凈化脫除過量的氮

12、氣和惰性氣體,減少了循環(huán)氣量和工藝氣弛放損失并節(jié)省了壓縮功耗。因此,深冷凈化的應(yīng)用給合成氨廠帶來了良好的綜合效果:工藝能耗低;由于轉(zhuǎn)化要求的降低,全裝置最昂貴的設(shè)備一段轉(zhuǎn)化爐投資可降低1/3,而且因新鮮氣雜質(zhì)少,簡化了合成系統(tǒng),省去了弛放氣回收裝置;由于操作溫度降低了100,轉(zhuǎn)化爐管和催化劑的壽命延長;由于新鮮氣雜質(zhì)少,氨合成凈值提高,催化劑壽命延長,冷凍和循環(huán)功耗減少,原料氣利用率提高,使合成系統(tǒng)綜合操作指標(biāo)有所提高;原料氣制備與氨的合成系統(tǒng)完全分開,大大加強(qiáng)了操作的機(jī)動性,因而操作彈性大、運(yùn)轉(zhuǎn)率高。1.5英國ICI 公司的AMV 節(jié)能工藝AMV 節(jié)能工藝由英國ICI 公司負(fù)責(zé)工藝設(shè)計(jì),德國

13、UHDE 公司負(fù)責(zé)工程設(shè)計(jì),在加拿大白克特爾公司首次采用,噸氨總能耗為28.27GJ 。其工藝流程見圖4。由于采用了Kellogg 和Braun 工藝的部分先進(jìn)技術(shù),其特點(diǎn)是:原料氣用回收的工藝?yán)淠猴?6圖4ICI的AMV工藝流程圖1.脫硫2.一段轉(zhuǎn)化爐3.二段轉(zhuǎn)化爐4.變換爐5.再生塔6.吸收塔7.甲烷化反應(yīng)器8.冰機(jī)9.原料氣壓縮機(jī)10.氨洗滌和干燥器11.冷凍裝置12.合成塔13.循環(huán)壓縮機(jī)14.干燥器和,節(jié)省了工藝蒸汽用量;溫和的一段轉(zhuǎn)化和二段爐加過量20%空氣,降低了一段爐負(fù)荷與投資;弛放氣采用與氨合成回路等壓的深冷裝置除去惰性氣體,凈化氣返回循環(huán)機(jī),廢氣送一段爐作燃料;從循環(huán)氣中

14、抽出一部分進(jìn)入深冷系統(tǒng),調(diào)節(jié)循環(huán)氣中的氫氮比低于3;采用低能耗脫碳和分子篩干燥新鮮氣;采用6.97.3MPa的低壓合成和性能優(yōu)良的低壓合成催化劑;采用簡單的蒸汽系統(tǒng)和多用電機(jī),能耗較低。德國UHDE公司UHDE-ICI-AMV工藝是UHDE公司與ICI簽訂了使用ICI-AMV合同后,在多年實(shí)踐中進(jìn)行改進(jìn)而形成的,其噸氨能耗降低至27.9128.80GJ。2天然氣制氨典型工藝技術(shù)特征的比較以上典型工藝在技術(shù)成熟程度和綜合能耗方面相近,其技術(shù)特征的比較6見表2。3技術(shù)進(jìn)展天然氣制氨技術(shù)的進(jìn)步與合成氣生產(chǎn)工藝的發(fā)展和合成氨催化劑的研究、更新密不可分,其進(jìn)展主要表現(xiàn)在單機(jī)大型化,以降低成本,提高經(jīng)濟(jì)效

15、益;改進(jìn)工藝條件,降低一段爐負(fù)荷,提高二段爐負(fù)荷,并將二段轉(zhuǎn)化爐的高溫工藝氣體用于一段轉(zhuǎn)化,改一段轉(zhuǎn)化爐的燃燒式為換熱式;新型低溫、低壓、高活性氨合成催化劑研制;積極開發(fā)和采用節(jié)能技術(shù),集中于:(1采用徑向、軸徑向混和流或串聯(lián)式合成塔,提高氨凈值,降低壓降,充分回收熱能;(2提高一段轉(zhuǎn)化爐熱效率,降低原料氣水碳比,充分利用煙道氣產(chǎn)生高壓蒸汽;(3采用節(jié)能壓縮機(jī)。近期在天然氣制氨技術(shù)中,最令人鼓舞的進(jìn)展是Kellogg公司的重整交換系統(tǒng)(KRES合成氣生產(chǎn)新工藝;中國石油大學(xué)(北京開發(fā)的在改性La-Mn系鈣鈦礦催化劑上進(jìn)行的固定床二段法甲烷部分氧化制合成氣新工藝7,8;以釕基催化劑為基礎(chǔ)的Kel

16、logg先進(jìn)的合成氨新工藝(KAAP及中國浙江工業(yè)大學(xué)獨(dú)創(chuàng)的Fe1-x O基熔鐵催化劑體系等。3.1Kellogg公司的重整交換系統(tǒng)(KRES合成氣生產(chǎn)新工藝蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)在2500(內(nèi)徑、塔高12m的換熱反應(yīng)器中完成,原料氣(天然氣與水蒸氣一部分進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化器,另一部分進(jìn)入自熱轉(zhuǎn)化爐,使一段轉(zhuǎn)化與二段轉(zhuǎn)化同步進(jìn)行。蒸汽轉(zhuǎn)化換熱器所需的能量由來自二段絕熱式自熱轉(zhuǎn)化爐的熱爐氣對流傳導(dǎo)方式提供,從而省去了需要加熱的一段轉(zhuǎn)化爐。其特點(diǎn)是:取消傳統(tǒng)的重整器,大大降低了投資;合成氣產(chǎn)品組成易控制;熱效率高。3.2中國石油大學(xué)(北京固定床二段法甲烷部分氧化制合成氣新工藝通過分段進(jìn)氧,在一段反應(yīng)器中進(jìn)行甲烷的

17、低溫催化燃燒,消耗部分氧氣,使整個反應(yīng)中甲烷與氧氣的比例偏離極限區(qū);同時(shí)甲烷催化燃燒預(yù)熱了二段部分氧化反應(yīng)器的原料氣,使部分氧化47 表2天然氣制氨典型工藝技術(shù)特征的比較項(xiàng)目Kellogg-MEAP Tops e Braun ICI-A MV U HDE-ICI-A MV 原料及燃料天然氣(m3/t859896853879884電(kWh/t56.037.081.447.049.6循環(huán)冷卻水(m3/t260.0165.5190.5-151.0脫鹽水(m3/t1.001.523.38-中壓蒸汽(t/t1.641.162.111.861.20能耗(GJ/t28.430.028.429.328.42

18、9.328.428.727.928.8工藝技術(shù)特征一段轉(zhuǎn)化爐型頂部點(diǎn)火側(cè)面點(diǎn)火側(cè)面點(diǎn)火頂部點(diǎn)火水碳比3.22.52.72.83.0出口甲烷含量(%111425161315出口溫度(805800700740788800出口壓力(MPa3.63.43.63.13.43.64.0燃燒空氣預(yù)熱對流部分對流部分燃?xì)馔钙匠隹跉鈱α鞑糠侄无D(zhuǎn)化工藝空氣空氣過量10%計(jì)量值空氣過量50%空氣過量20%計(jì)量值出口甲烷含量(%<0.50.31.31.01.01.4空壓機(jī)蒸汽透平蒸汽透平燃?xì)馔钙秸羝钙紺O變換中變串低變低溫高活性催化二段或三段變換中變串低變中變串低變中變串低變CO出口含量(%0.300.20

19、0.250.200.500.30CO2脫除低熱耗Benfield或Selexol低熱耗Benfield或Selexol或MDEA法低熱耗Benfield或MDEA法低熱耗Benfield或Selexol或MDEA法低熱耗Benfield或MDEA法深冷凈化無無有,脫除CH4和部分Ar,并調(diào)整H2/N2=3有無氨合成壓力(MPa14.514.018.08.311.514.0合成塔臥式徑向?qū)娱g換熱S-250(S-200+S-50雙塔串聯(lián)3座單層絕熱壁合成塔串聯(lián)Uhde徑向三床中間換熱或Cas ale軸徑向塔Uhde三床中間換熱或2座合成塔串聯(lián)弛放氣回收深冷法或Pris m壓縮機(jī)出口分流部分氣體經(jīng)深

20、冷回收H2后返回壓縮機(jī)反應(yīng)熱回收副產(chǎn)高壓蒸汽副產(chǎn)高壓蒸汽副產(chǎn)高壓蒸汽預(yù)熱鍋爐給水或副產(chǎn)高壓蒸汽副產(chǎn)高壓蒸汽反應(yīng)自熱進(jìn)行。整個反應(yīng)分二段進(jìn)行,利用燃燒反應(yīng)生成的少量CO2、H2O在二段反應(yīng)器中進(jìn)行吸熱重整反應(yīng)與溫和放熱的部分氧化藕合,實(shí)現(xiàn)絕熱反應(yīng),解決了催化劑高溫?zé)狳c(diǎn)問題。與蒸汽重整、非催化部分氧化工藝相比,該工藝具有能耗低、處理量大、合成氣組成適合下游合成等特點(diǎn)。3.3新型低溫、低壓、高活性氨合成催化劑研制氨合成壓力直接影響到合成氨的動力消耗,但降低合成壓力雖然使合成氣壓縮機(jī)功耗降低,卻使循環(huán)壓縮機(jī)和冰機(jī)的功耗增加。只有降低反應(yīng)溫度,相應(yīng)采用低溫高活性的催化劑,才能降低反應(yīng)所需壓力,切實(shí)降低合

21、成氣壓縮機(jī)功耗,而使循環(huán)壓縮機(jī)和冰機(jī)的功耗基本保持不變。因此,研制低溫、低壓、高活性催化劑是降低合成氨能耗的關(guān)鍵。20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)外為開發(fā)低壓合成工藝,相繼研制了低溫低壓的Fe1-x O基催化劑、鐵鈷系催化劑和釕基催化劑,并進(jìn)行了與之相適應(yīng)的氨合成塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工藝流程的完善,使合成操作壓力呈下降趨勢。ICI公司的74-148第 31 卷 化肥工業(yè) 第 1 期 鐵鈷系低壓氨合成催化劑比傳統(tǒng)的鐵系催化劑活 性溫度低 、 活性提高 10 % 15 %, 適宜在 10 MPa 壓力下使用 , 在徑向合成塔中采用效果更佳 。 隨 著英國 BP 公司與美國 Kellogg 公司合作對釕基催 化

22、劑的研制成功和我國浙江工業(yè)大學(xué)亞鐵基熔鐵 催化劑體系的創(chuàng)立 , 氨合成催化劑進(jìn)入了新的發(fā) 展階段 。 低溫低壓的 Fe 1 -x O 基催化劑的開發(fā)成 功首次改變了 Fe 3O4 基的傳統(tǒng)觀 念 , 把鐵系催化 劑提高至一個新水平 。 與國內(nèi)外先進(jìn)的同類催化 劑相比 , Fe 1 -xO 基催化劑活性溫度降低了 15 20 , 生產(chǎn)能力提高了 10 % 20 %, 特別適用于低 壓氨合成 9 , 10 , 且不含貴金屬 , 大大降低了生產(chǎn)成 本 。 BP 公司與 Kellogg 公司聯(lián)合開發(fā)的 KE 1520 低溫低壓高活性釕基催化劑 , 是一種將釕的羰基 化合物負(fù)載于含石墨的碳載體上的全新氨

23、合成催 化劑 , 其主要性能是高活性 , 其活化能僅為 69 . 1 kJ/mol , 在常壓下比鐵系催化劑的 活性高 10 20 倍 。 釕基催化劑 在加拿 大 Ocelet 氨 廠的成 功應(yīng) 用 , 表明該催化劑不僅在高濃度下具有高活性 , 還 可適應(yīng)很寬的 H 2/N2 范圍 , 并可在低溫和較低壓 力下操作 。 3. 4 KAAP 氨合成新工藝 KAAP 氨合成工藝的核心是高效的合成氨催 化劑 , 它是 Kellogg 公司采用了以石墨為載體的釕 4 發(fā)展趨勢 基催化劑 KE -1520 而形成的 。 該工藝的基礎(chǔ)是 天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化和催化低壓氨合成 。 其大致流程 為: 原料天然氣經(jīng)脫

24、硫后 , 在一段爐和二段爐內(nèi)部 分轉(zhuǎn)化 , 空氣過量 8 %, 轉(zhuǎn)化后的氣體按傳統(tǒng)方式 經(jīng)高 、 低溫變換和二氧化碳脫除 、 甲烷化凈化 。 在 合成回路 , 用 KAAP 二床臥式徑向絕熱流動合成 塔取代傳統(tǒng)的臥式合成塔 , 從而可以在較低合成 壓力 ( 7 9 MPa 下 獲得高 的氨 轉(zhuǎn)化 率 ( 18 % 22 % 。 采用傳統(tǒng)技術(shù)分離回收氨 , 采用膜分離技 術(shù)回收氫氣和氮?dú)庖怨┖铣苫芈放渲茪涞獨(dú)?。 在 環(huán)保和安全方面均保持了 Kellogg 傳統(tǒng) 技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)。 由于釕基催化劑的活性高 , 新合成塔的催化 劑床層很薄 , 不會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象 , 只需更換催化劑 就可在原有裝置上大幅

25、度提高制氨效益 。 其技術(shù) 特點(diǎn)是 : 單程轉(zhuǎn)化率高 , 合成回路比常規(guī)工藝節(jié)能 25 %; 可在較高溫度下保持高轉(zhuǎn)化率操作 , 催化劑 壽命可達(dá) 15 年之久 ; 合成回路建設(shè) 投資可降 低 15 % 20 %; 該工 藝用于現(xiàn)有裝置 , 合成 系統(tǒng) 的生產(chǎn)能力可提高 20 % 40 %; 單段合成氣壓縮 機(jī); 徑向流動 、 中冷式合成塔 ; 低壓合成回路 ; 高活 性氨合成催化劑 。 11 圖 5 KRES 和 KAAP 結(jié)合的合成氨工藝流程 1. 空分裝置 2 . 脫硫裝置 3 . 工藝加熱爐 4 . 自熱轉(zhuǎn)化爐 5 . 換熱器式轉(zhuǎn)化爐 6 . 高溫變換爐 7. 低溫變換爐 8. 冷凝液

26、氣提塔 9. CO2 吸收塔 10 . 甲烷化爐 11 . CO2 氣提塔 12 . 合成氣壓縮機(jī) 13. 氨合成塔 14 . 弛放氣回收裝置 15. 組合深冷器 16 . 制冷壓縮機(jī) ( 下轉(zhuǎn)第 59 頁 49 第 31 卷 化肥工業(yè) 第 1 期 NTI ( i +1 第 i + 1 段床層出口混和氣的 摩爾流量 , kmol/ h ; NTi( i 第 i 段床 層出口 混和 氣摩 爾流 量 , kmol/h ; NCI( i 第 i 段與 i +1 段床 層間的冷激 氣摩爾流量 , kmol/h ; yN2( i , y H2 ( i 第 i 段床層出口氮?dú)?、氫 氣的含量 ; y N

27、2 , in , y H2 , in 冷激 氣 中 氮 氣 與氫 氣 的 含 量; y N 2 ,e ( i , y H2 , e ( i 第 i 段床層出口氮?dú)?、 氫氣的含量 ; N1 , N0 分別為冷激前熱氣體和冷激所用 的冷氣體的摩爾流量 , kmol/s ; t1 , t 0 , t2 分別為冷激前熱氣體 、 冷激所用 的冷氣體和混和后的溫度 , ; CP1 , CP 0 分別為冷激前 熱氣體在 t 1 t 2 ( 上接第 49 頁 合成氣生產(chǎn)新工藝是合成氨工藝的有利補(bǔ)充 和深化 , 新型低溫 、 低壓 、 高活性催化劑的研制是 合成氨技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵 , Kellogg 公司仍在研

28、究將 KRES 和 KAAP 結(jié)合的合成氨裝置 ( 圖 5 , 有望成 為本世紀(jì)最重要的發(fā)展方向 。 雖然 Fe 1 -xO 基熔鐵催化劑體系的發(fā)明使氨 合成催化劑的活性有了飛躍性提高 , 并為等壓合 成氨技術(shù)奠定了基礎(chǔ) , 但實(shí)質(zhì)上是催化劑制備上 的突破 , 而釕基催化劑的發(fā)明則真正突破了近 1 個世紀(jì)的鐵催化劑時(shí)代 。 隨著生物技術(shù)突飛猛進(jìn) 的發(fā)展 , 有望使人類克隆出固氮酶的固氮基因 , 實(shí) 現(xiàn)常溫常壓下高效合成氨的時(shí)候 , 才將是固氮技 術(shù)的真正突破 。 因此 , 21 世紀(jì)的天然氣制氨工業(yè) 將有可能是釕基催化劑或酶催化劑的時(shí)代 。 但由 于釕的稀有和昂貴 , 釕基催化劑不可能完全替代

29、 鐵催化劑 , Fe1 -xO 基熔鐵催化劑也會逐漸成熟并 廣泛應(yīng)用 , 固定床二段法甲烷部分氧化制合成氣 新工藝 、 自熱式轉(zhuǎn)化爐技術(shù) 、 BASF 公司的活性甲 基二乙醇胺脫碳工藝和 Linde 公司的 LCA 工藝組 合等也有望成為推動天然氣制氨技術(shù)發(fā)展的重要 措施 6 , 12 , 13 和冷 激 用 冷氣 在 t0 t2 的 平 均摩 爾 熱 容 , kJ/ ( kmol· 。 參考文獻(xiàn) 1 Shah M J . Ind Eng Chem . 1967, 59( 1 : 72 2 Kubec J et al . Int Chem Eng . 1974 , ( 14 : 62

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