合成氨國內(nèi)外綜述

1、二、設(shè)計(jì)項(xiàng)目的國內(nèi)外研究綜述及及設(shè)計(jì)項(xiàng)目的背景、意義和應(yīng)用前景1、國內(nèi)研究概況和發(fā)展趨勢我國的氮肥工業(yè)自 20 世紀(jì) 50 年代以來，不斷發(fā)展壯大，目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界 第一位，現(xiàn)已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、 天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn) 合成氨的技術(shù)，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn) 格局。 我國合成氨在與國際接軌后， 具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力， 今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào) 整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期，改善經(jīng) 濟(jì)性”的基本目標(biāo)，進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”等方 面進(jìn)

2、行技術(shù)的研究開發(fā)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。（ 1 ）國內(nèi)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝國內(nèi)就天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝而言，其發(fā)展主要是以節(jié)能、 降耗、擴(kuò)產(chǎn)、縮小裝置尺 寸、降低投資費(fèi)用以及延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期等為目標(biāo)進(jìn)行工藝改進(jìn)。 例如： 將傳統(tǒng)流程轉(zhuǎn)化爐的熱 效率從原有的85%提高到90%92%，煙氣排出溫度降至 120125 C,增加燃燒空氣預(yù) 熱器等；提高一段爐操作壓力，由原來的2. 8MPa提高到4. 04. 8MPa ;轉(zhuǎn)化爐管采用新型材料 25Cr235Ni2Nb2Ti ，使管壁厚度降低，并使管壁中因溫度梯度造成的熱應(yīng)力降低至 接近內(nèi)部壓力的水平；增加二段爐燃燒空氣量，提高燃燒空氣溫度至610630 C,采用

3、性能更好的二段燃燒器。 而在轉(zhuǎn)化催化劑方面， 主要是圍繞不同原料和不同工藝開發(fā)新型轉(zhuǎn) 化催化劑， 并且還要保證開發(fā)的新催化劑在適合于不同原料和工藝的前提下，提高催化劑的活性、抗壓強(qiáng)度、抗碳性和抗毒性等。（ 2 ）國內(nèi)天然氣脫硫工藝在我國， 天然氣脫硫是比較成熟的技術(shù)， 其脫硫方法也很多。 大體上可分為干法脫硫和 濕法脫硫兩種方法， 干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣， 而濕法脫硫以砷堿法、 ADA 、 改良 ADA 和栲膠法頗具代表性。干法脫硫技術(shù)最早應(yīng)用于煤氣脫硫。 之后，隨著脫硫活性炭的研究成功及其生產(chǎn)成本的 相對降低， 活性炭脫硫技術(shù)也開始被廣泛應(yīng)用。 干法脫硫既可以脫除無機(jī)硫， 又可

4、以脫除有 機(jī)硫，而且能脫至極精細(xì)的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用 于含硫較高的原料氣。濕法脫硫可以處理含硫量高的原料氣， 脫硫劑是便于輸送的液體物料， 可以再生， 且可 以回收有價(jià)值的元素硫， 從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)。 現(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫 有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（ A.D.A 法）及有機(jī)胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除 效率高，應(yīng)用更為廣泛。改良 ADA 法相比以前合成氨生產(chǎn)中采用毒性很大的三氧化二砷脫 硫，它徹底的消除了砷的危害。（ 3 ）國內(nèi) CO 變換工藝CO 變換在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。從我國目前的情況看，新建工廠或 是改

5、建的工廠基本都采用加壓變換。 隨著新型耐硫催化劑的開發(fā)成功， 二十世紀(jì)八十年代中 期開發(fā)了中變串低變工藝；為了利用低變的低溫高活性，九十年代初期開發(fā)了全低變工藝； 為了克服全低變工藝不能長期穩(wěn)定運(yùn)行的缺點(diǎn)，九十年代中期又開發(fā)了中-低 -低工藝。其后的十年間是全低變工藝和中 -低 -低工藝推廣和完善的過程。目前，我國變換工藝主要采用中 變串低變的工藝流程。2、國外研究概況和發(fā)展趨勢由于世界石油價(jià)格的飛漲和深加工技術(shù)的進(jìn)步， 國外以天然氣、 重油、 煤作為合成氨原 料結(jié)構(gòu)， 并以天然氣為主體的格局有了很大的變化。 基于裝置經(jīng)濟(jì)性考慮， 輕油和重油型合 成氨裝置已經(jīng)不具備市場競爭能力， 絕大多數(shù)裝置

6、目前已經(jīng)停車或進(jìn)行以結(jié)構(gòu)調(diào)整為核心內(nèi) 容的技術(shù)改造。 其結(jié)構(gòu)調(diào)整包括原料結(jié)構(gòu)、 品質(zhì)構(gòu)調(diào)整。 由于煤的儲量約為天然氣與石油儲 量總和的 10 倍，以煤為原料制氨等煤化工及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)再度成為世界技術(shù)開發(fā)的熱 點(diǎn)，煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位， 形成與天然氣共為原 料主體的格局。（ 1 ）國外天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝在北美、 東歐及俄羅斯、 中東和東南亞以及一些西歐國家均采用天然氣為原料， 經(jīng)蒸汽 轉(zhuǎn)化制取氨合成氣。 由于近年國外天然氣資源日益高硫化和重質(zhì)化， 工藝上采取節(jié)能型流程， 因而要求催化劑具有良好的抗碳性能，更低的阻力，并能在低水碳比下運(yùn)行。例如：改進(jìn)催 化劑

7、活性組分， 日本開發(fā)了釕系貴金屬催化劑； 改進(jìn)催化劑助劑， 為了使催化劑在較高溫度 下具有穩(wěn)定的活性 ,提高其抗毒性能和還原性能，抑制析炭反應(yīng)，在催化劑中常常添加一些 耐熱氧化物為助催化劑，如 K2O、CaO 、MgO 及稀土氧化物。國外通常在催化劑中加入堿 性氧化物 K、 Na 等來降低析炭的可能性。（ 2 ）國外天然氣脫硫工藝國外脫硫工藝將向著分子篩法、 膜分離法、 生化法脫硫等方向發(fā)展。 膜吸收技術(shù)的傳質(zhì) 包括吸收、解析以及在膜孔內(nèi)的絡(luò)合化和溶解層的形成等滲透分子在兩相或多相間的分配過 程。由于膜的作用，天然氣中硫的滲入到管腔外部，并被通過膜分離器殼程的吸收液吸收。 吸收液體流出膜分離器

8、， 經(jīng)過換熱器加熱， 通過滑片泵將吸收液抽入膜再生器中， 吸收液中 的硫滲入膜管腔 ,被真空泵抽出，進(jìn)入尾氣罐。再生后的吸收液體流出再生器,通過過濾器凈化，進(jìn)行另一循環(huán) ,從而完成天然氣的脫硫過程。膜吸收法脫除酸性氣體可降低能耗，減少 投資，簡化操作。（ 3 ）國外 CO 變換工藝國外 CO 變換向著取消熱水塔的填料、 變換兼有機(jī)硫轉(zhuǎn)化工藝等方向發(fā)展。 取消熱水塔 的填料，可以節(jié)省大量的填料投資；熱量回收不低于填料式；由于無填料，克服了塔盤、填 料等易堵塞的缺點(diǎn)， 使操作維護(hù)得非常簡便； 氣體流動阻力大幅度減少， 設(shè)備能力也就大幅 度增加。 變換工段以后， 仍然含有少量的有機(jī)硫這對后續(xù)工段中的

9、催化劑造成危害， 縮短其 使用壽命。 變換兼有機(jī)硫轉(zhuǎn)化工藝的做法是在變換爐中增加有機(jī)硫加氫催化劑， 中一低流程 放置在中變底部，全低變流程放在一變或二變底部。3、設(shè)計(jì)項(xiàng)目的背景、意義和應(yīng)用前景氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一 ,世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1 億噸以上，其中約有 80% 的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20% 作為其它化工產(chǎn)品的原料?；净瘜W(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿、 各 種含氮無機(jī)鹽， 有機(jī)化學(xué)中的各種含氮中間體， 制藥工業(yè)中的高分子化學(xué)工業(yè)中的氨基塑料、 聚酰胺纖維、丁腈橡膠等，都需直接或間接以氨為原料。食品工業(yè)中，氨廣泛用作冷凍劑。 氨還應(yīng)用于國防和尖端科學(xué)技術(shù)部門， 制造各種炸藥都要消耗大量

10、的氨， 生產(chǎn)導(dǎo)彈、 火箭的 推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。 可見，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)， 對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著 重要的作用，隨著科學(xué)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著巨大的作用， 它的應(yīng)用前景相當(dāng)可觀。近些年， 我國發(fā)現(xiàn)海底冷凍天然氣潛在資源， 今后隨著鉆井技術(shù)和深層運(yùn)送天然氣技術(shù) 的突破， 我國的遼闊海域?qū)⒊蔀槲磥淼呢S富天然氣資源。 天然氣原料制氨是今后我國發(fā)展方 向，我國天然氣、煤層氣儲量約為 760 萬億 m3 ，還有多達(dá)數(shù)倍的海底天然冰（甲烷氣） ， 深海開采利用最豐富的輕烴資源， 不僅可以用作燃料， 還可用作合成氨原料， 達(dá)到資源充分 合理利用，能耗低，無污染的環(huán)保目

11、標(biāo)。但是，開采來的天然氣需要先脫硫。氣體脫硫是一種很古老的工藝， 19 世紀(jì)末英國己 開始用干式氧化鐵法從氣流中脫除硫化物，但它成為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)分支，則是在 20 世紀(jì) 30 年代醇胺類溶劑應(yīng)用于氣體脫硫以后。 經(jīng)過 80 多年的發(fā)展， 脫硫方法依據(jù)弱酸性和強(qiáng)還 原性可分為濕法和干法兩大類，其中濕法包括吸收法和濕式氧化法；干法則包括氧化鐵法、 鉆鉬加氫法、活性炭法、氧化鋅法等；以及其它脫硫方法如分子篩法、漿液法脫硫、膜分離法、生化法脫硫等。在合成氨的生產(chǎn)中， 一氧化碳變換反應(yīng)是非常重要的反應(yīng)。原料氣中含有的一氧化碳不僅不能直接作為合成氨的原料，而且對氨合成中的催化劑有毒害作用，因此必須在催化劑的作