合成氨生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

1、合成氨生產(chǎn)現(xiàn)狀分析合成氮丨或是率礎(chǔ)化學工業(yè)的罠要組成部分，在國民經(jīng)濟中占有相當電要的位豐叫氨是化學產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料之一，有堵丨分廣泛的用處叫眾所周知，氨是氨素肥料工業(yè)的主要原料.用氨作原料可生產(chǎn)多種氨素肥料，如硝酸彼、碳酸筑代等.農(nóng)出在池用肥料之后可大幅燈地提高農(nóng)作物的產(chǎn)暈因此.合成氨業(yè)對丿川速農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展貝有重要意而不龜可氣化后制得硝酸*之后得到硝酸餒*不僅是很好的化學肥料、連是一種廣泛使用的安介炸釣，町用于卄發(fā)曠山“修筑隧道等，對國防匸業(yè)發(fā)展具有促進作用電在其他匸業(yè)部門方面,氨大規(guī)模的用于合成纖維匸業(yè)、塑料I】業(yè)、醫(yī)藥L業(yè)、制誠、橡胺.機械加IL?lk部門中.可見合成氨丨業(yè)在人民的半產(chǎn)活勵

2、中片有揪要地位,合成氨丄業(yè)誕先于上世紀初*一個世紀以來發(fā)展迅速。不儀是羸燃料路線*設(shè)備.還庭匚藝流程、儀表門動化等方而.技術(shù)水平不浙加強，裝世的規(guī)模也山小釗人。我國伍20世紀九年代引進人化肥裝程，先拓建成了"奩現(xiàn)代化的人型氨廠，使我國的介成氮工業(yè)進入了個嶄新的階段，技術(shù)水丫也育很人的提高和交破。合成気丿規(guī)模逐漸丸型化具有重要總義譏這足因為人慣氨丿苗在著檢統(tǒng)廠家無法比擬的優(yōu)點人空氨）規(guī)模大，產(chǎn)暈高能量利用率高，產(chǎn)碼氨的單位能耗比中小型丿低得所以捉高生產(chǎn)觀模也足住成疑工業(yè)的要求.引進這些製閆后*為適應(yīng)各廠生產(chǎn)需耍，對合成裝賈分別進行了第二二輪次的改適.改適內(nèi)容包拾對原料氣*合成裝國以及為

3、節(jié)能増產(chǎn)所做的改造口近幾年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,能源價格開始匕升.而匸業(yè)規(guī)模也不斷擴人，企業(yè)的促能增島。我國的能源供給就顯得護常緊迫。我國能源前題C成為制約聲濟發(fā)展和實現(xiàn)弊濟發(fā)展戰(zhàn)略H標的電人因索由合成氨過程有許衣環(huán)節(jié)構(gòu)成.氨合成只是其屮核心的過程，疑能較大，縱觀全過程如圖1所示.合成氨也就成為了化I：產(chǎn)業(yè)的耗能大戶.原料氣原料氣循壞氣氨圖1.1合戒粗流程區(qū)Fig.1.1Klov%chsirtof«nyth<*tirmmonis國家發(fā)改委頒侑的國家節(jié)能中長期規(guī)劃，已將合成氨列為節(jié)能降耗的乖點領(lǐng)域和朿點I：程叫根據(jù)規(guī)劃要求，未來15年，國家一方而將加快推進以潔凈煤或犬然氣料代右油合

4、成氨的I業(yè)改造，以節(jié)約耒貴的石油資源：另一方面將大力推動節(jié)能降耗技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用，將大和合成氨單位能耗由II前的1372千克標準煤/噸降低到1000千克標準煤/噸"所以,合成氨工業(yè)作為化匸領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè),向看節(jié)能降耗的方向發(fā)展成為必然。這也是響應(yīng)了低碳經(jīng)濟的口號。20世紀初，徳國物理化學家FritzHaberW發(fā)明用氮氣和氛氣百接介成氨的方法,獲得了1918年諾貝爾化學獎。并且在1913年在德國奧堡建設(shè)世界I：第一個合成氨廠。合成氨工藝己走過百年時間。隨著合成氨工業(yè)技術(shù)的進步和生產(chǎn)力的快速發(fā)展，合成氨I】業(yè)在國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)作用H益顯若.大型化、門動化、低能耗與環(huán)境友好型是合成氨

5、生產(chǎn)發(fā)展的主流。20世紀60年代美國凱洛格（Kellogg）公司率先幵發(fā)了以大然氣為原料，采用單系列和蒸汽透平為驅(qū)動力的人型合成氨裝成為合成氨匸業(yè)發(fā)展的一次E躍，此后，各國的一些苦名的合成氨公司競相開發(fā)和推出以節(jié)能降耗為冃的的新技術(shù)、新丁藝、新設(shè)備，從而使合成氨噸氨能降耗從41.87GJ降至29.31GJ|8,o在上世紀70年代，為提高化肥產(chǎn)吊和推動合成氨匚業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，我國引進了大犁合成氨裝置，各種技術(shù)都苗.所以下而的內(nèi)容將通過合成氨原料、合成氨生產(chǎn)設(shè)備改進、介成氨I:藝技術(shù)改進、流程模擬及優(yōu)化研究來闡明國內(nèi)外合成氨生產(chǎn)現(xiàn)狀。合成氨原料合成氨的生產(chǎn)過程包括造氣、凈化、壓縮和合成兒個步驟，I業(yè)上

6、因所用原料氣制備與凈化方法的不同，而組成不同的I】藝流程。于此就有不同的牛產(chǎn)流程。以天然氣為原料的流程以人然氣為原料，流稈中矣便用七八種催化劑，所用要求要有漏凈化度的氣體凈化技術(shù)配合,如圖1.2所示【叫例如天然氣要經(jīng)過鉆鉗加筆催化劑將育機硫轉(zhuǎn)化成無機硫，然后用氧化鋅脫硫劑把氣體屮詭含董脫除到O.lppm以2這樣就使催化劑運作良好。并冃這種流稈稍加改進,即可用在以右腦汕為原料的流程.以天然氣為原料的人型合成會采用蒸汽轉(zhuǎn)化、熱法凈化生產(chǎn)方法。特點是生產(chǎn)能力大，設(shè)備效率和能就利用率高，噸氨能耗小山|。I-WH化X低沿變換Mt戦t叩炕化1Jk«X合成ffll.2天質(zhì)氣制駅流程圖卜ig12卜l

7、ouchartofammoniAproductionMithn»tur»lgas隨若煤和天然氣價格的上漲，為節(jié)約成水，降低耗能，以煤為原料的合成氨匸藝流程又開始被關(guān)注。其上要是改進了造氣部分，即從固定床煤氣化法轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰矚饣?，inmi.3所界叫以煤為原料的合成氨龍中國石化湖北化肥廠近年來也改用煤逍氣,主要使用殼牌粉煤氣化匸藝，但項口實施后，新建的氣化及凈化裝置設(shè)計能力是按FI產(chǎn)合成氨12U01設(shè)計的，而現(xiàn)仃合成氨設(shè)計能力僅為日產(chǎn)lOOOt,'堆以滿足廉料氣改造耍求3。所以湖北化肥分公司對合成氨回路需進行改造.以卜我們將對合成氮生產(chǎn)設(shè)備及其回路進行介紹。猱汽尤如煤

8、住氣圖1.3煤制氨流理圖以垂油為原料的流程C02C02H2S.CO5圖14重油制氨涂程圖乘汕在加壓及高溫下用氧進彳J部分氟化生成水煤氣，除去炭黑后，經(jīng)過變換將co轉(zhuǎn)化為co”再經(jīng)過低溫甲胖洗，脫除硫化氮、冇機硫化合物及二氧化碳等物質(zhì)，使氣體中CO,濃度小于20x10",再經(jīng)過液氮洗,脫公少址-氧化碳，進入壓縮機中壓縮后，進入合成塔15.0Mpa以上壓力下合成氨，其流程如圖1.4所示.122合成氨生產(chǎn)設(shè)備改進氨介成塔是介成氨丄藝的心臟設(shè)備，針對氨介成塔及其內(nèi)件品效節(jié)能改造,引起了國外眾多專家和匚程師們的廣泛關(guān)注。目前我國引進大型合成氨裝置用戶見表1.1-13所示同。表11Kellogg

9、型氧合成塔用戶Ial>.1.1Ik”ofreactorofKellogetype表1.2Braun型合成氨用戶丿名介咸氨能力/（訛）原科主妥類世遼河化肥丿1000油田氣Kellogg傳銃空滬州天然氣化學1業(yè)公切KKM)Kellogg傳狡空云南天然氣化U1000Kellogg傳塊巾赤水人然氣化肥廠1000曲氣Kellogg滄州化肥廠1000油IB氣Kdlogg傳統(tǒng)型人慶石化總廠化腱廠1000瀆田代KJIoggKc統(tǒng)空巴佼仆化公司洞庭毎肥丿1000石腦油Kellogg傳統(tǒng)住湖北化肥丿1000右帕泊KMogg傳統(tǒng)TIU川化1總丿KKM)天燃氣Kellogg億塊巾齊魯石化公幣第二化肥丿1000油

10、田氣KT攻進中四川化工總廠600入熬氣KT改進型吳涇化L總廠900節(jié)能型臥式Tab.1.2LSen»ofreactorurBrauntype廠名合成氮能力/（呦）原料丄耍類型四川天燃氣化匸廠1000天然氣建純化肥廠l(XX)只然氣鈿兩天然氣化匸總廠1000天然氣表!3Tops0c型合成氨用戶Tab3UscrsofreactorofTops<l>etype廠名合成氮能力“t/d）原料上賈類型金陵石化公訶化肥廠11X)0石M汕Tops(DeJWS-l(l()安慶石化總廠化肥廠1000石腦油Tops<DcTlS100廣州石化總廠化吧廠1(X)0石就油TopsiDeS.IC

11、O山西化肥廠1000Tops(DcS100飲海石化花廠化肥廠100(1Tops(DeS-l(K)烏曾木齊石化總廠化肥廠1000Tops嘰業(yè)SI00寧夏化1廠100(Tops詡S100消河化肥丿1000TopsOe型S100從表1.11.3可知，20世紀70XO年代我國引進合成氨裝國中，氨合成塔專利技術(shù)應(yīng)用最多的是美國的Kellogg公司的合成塔.可以看到湖北化肥分公司開始也是采用這種型號。其次是丹麥的TopsOe公司的S-100m內(nèi)件。與此同時，在引進的過程中，我國也対這些技術(shù)進行了節(jié)能改造,如托普索9200型.所以我們將對這兩種工藝述行著垂介紹.1.2.2.1Kell»gg（凱洛格

12、）傳統(tǒng)型Kellogg傳統(tǒng)型氨合成塔圧四床從軸向冷激式介成塔，II產(chǎn)介成氨能力為lOOOt/d,此流程主要以大然氣為原料。這種塔的換熱器任塔的頂部,塔的外殼為瓶頸，上部設(shè)有列管式換熱器，卜部位多段催化劑床層，床層間設(shè)有冷激裝W.l，4J-如圖1.5所示.圖1.5凱洛格型四段冷裟式合成氨省Flg5Kelloggsnytheflcainmoniareactor凱洛格多段冷激式的優(yōu)缺點3161:優(yōu)點：1. 徑向溫度汕氣體分布比較均勻.床層溫度調(diào)節(jié)靈活，操作平穩(wěn)；2. 內(nèi)件結(jié)構(gòu)校簡單，裝卸方便；3. 內(nèi)件各部分連接9保溫處理合理、臺效,捉髙運轉(zhuǎn)的自效性和安全性;缺點：1冷激'（體積占用了催化劑

13、的商壓空間，對合成塔的容積不利：冷激氣直接通入催化劑床層中，對氣體凈化要求提廟，會影響氮凈值；2. 從塔內(nèi)不能取岀催化劑框，不能整體的檢査筒休內(nèi)璉、內(nèi)件腐蝕狀況。1.2.2.2Topsd>c（托普索）S-200型合成塔Tops%S-2CM）型氨合成塔一種先進的合成設(shè)備，是在Tops<PcS-100型的結(jié)構(gòu)上發(fā)展過來。關(guān)鍵部分是把冷激改為間接換熱式的屮間換熱器。從而提高了氨浄值。如圖1.6所小，介成塔由上下一層催化劑床和屮間換熱器構(gòu)成。S1.6托普索&200型合成氨塔Kg.1.6Tops<PcS-200snythcticammoniareactorTopseS200型合成塔優(yōu)缺點卩人叫優(yōu)點：1.塔徑比軸向塔的塔徑小，容器壁厚比較薄.在工業(yè)牛產(chǎn)中容易制造；2. 可采川活性較高的小