合成氨生产现状分析

1、合成氨生产现状分析合成氮丨或是率础化学工业的罠要组成部分，在国民经济中占有相当电要的位豐叫氨是化学产业的基础原料之一，有堵丨分广泛的用处叫众所周知，氨是氨素肥料工业的主要原料.用氨作原料可生产多种氨素肥料，如硝酸彼、碳酸筑代等.农出在池用肥料之后可大幅燈地提高农作物的产暈因此.合成氨业对丿川速农业生产的发展貝有重要意而不龜可氣化后制得硝酸*之后得到硝酸馁*不仅是很好的化学肥料、连是一种广泛使用的安介炸釣，町用于卄发旷山“修筑隧道等，对国防匸业发展具有促进作用电在其他匸业部门方面,氨大规模的用于合成纤维匸业、塑料I】业、医药L业、制诚、橡胺.机械加IL?lk部门中.可见合成氨丨业在人民的半产活励

2、中片有揪要地位,合成氨丄业诞先于上世纪初*一个世纪以来发展迅速。不仪是羸燃料路线*设备.还庭匚艺流程、仪表门动化等方而.技术水平不浙加强，装世的规模也山小钊人。我国伍20世纪九年代引进人化肥装程，先拓建成了"奁现代化的人型氨厂，使我国的介成氮工业进入了个崭新的阶段，技术水丫也育很人的提高和交破。合成気丿规模逐渐丸型化具有重要总义讥这足因为人慣氨丿苗在着檢统厂家无法比拟的优点人空氨）规模大，产暈高能量利用率高，产码氨的单位能耗比中小型丿低得所以捉高生产观模也足住成疑工业的要求.引进这些製闫后*为适应各厂生产需耍，对合成装賈分别进行了第二二轮次的改适.改适内容包拾对原料气*合成装国以及为

3、节能増产所做的改造口近几年来,随着经济的发展,能源价格开始匕升.而匸业规模也不断扩人，企业的促能增岛。我国的能源供给就显得护常紧迫。我国能源前题C成为制约聲济发展和实现弊济发展战略H标的电人因索由合成氨过程有许衣环节构成.氨合成只是其屮核心的过程，疑能较大，纵观全过程如图1所示.合成氨也就成为了化I：产业的耗能大户.原料气原料气循坏气氨图1.1合戒粗流程區Fig.1.1Klov%chsirtof«nyth<*tirmmonis国家发改委颁侑的国家节能中长期规划，已将合成氨列为节能降耗的乖点领域和朿点I：程叫根据规划要求，未来15年，国家一方而将加快推进以洁净煤或犬然气料代右油合

4、成氨的I业改造，以节约耒贵的石油资源：另一方面将大力推动节能降耗技术的开发和推广应用，将大和合成氨单位能耗由II前的1372千克标准煤/吨降低到1000千克标准煤/吨"所以,合成氨工业作为化匸领域的支柱产业,向看节能降耗的方向发展成为必然。这也是响应了低碳经济的口号。20世纪初，徳国物理化学家FritzHaberW发明用氮气和氛气百接介成氨的方法,获得了1918年诺贝尔化学奖。并且在1913年在德国奥堡建设世界I：第一个合成氨厂。合成氨工艺己走过百年时间。随着合成氨工业技术的进步和生产力的快速发展，合成氨I】业在国民经济中的基础作用H益显若.大型化、门动化、低能耗与环境友好型是合成氨

5、生产发展的主流。20世纪60年代美国凯洛格（Kellogg）公司率先幵发了以大然气为原料，采用单系列和蒸汽透平为驱动力的人型合成氨装成为合成氨匸业发展的一次E跃，此后，各国的一些苦名的合成氨公司竞相开发和推出以节能降耗为冃的的新技术、新丁艺、新设备，从而使合成氨吨氨能降耗从41.87GJ降至29.31GJ|8,o在上世纪70年代，为提高化肥产吊和推动合成氨匚业生产技术，我国引进了大犁合成氨装置，各种技术都苗.所以下而的内容将通过合成氨原料、合成氨生产设备改进、介成氨I:艺技术改进、流程模拟及优化研究来阐明国内外合成氨生产现状。合成氨原料合成氨的生产过程包括造气、净化、压缩和合成儿个步骤，I业上

6、因所用原料气制备与净化方法的不同，而组成不同的I】艺流程。于此就有不同的牛产流程。以天然气为原料的流程以人然气为原料，流稈中矣便用七八种催化剂，所用要求要有漏净化度的气体净化技术配合,如图1.2所示【叫例如天然气要经过钻钳加笔催化剂将育机硫转化成无机硫，然后用氧化锌脱硫剂把气体屮诡含董脱除到O.lppm以2这样就使催化剂运作良好。并冃这种流稈稍加改进,即可用在以右脑汕为原料的流程.以天然气为原料的人型合成会采用蒸汽转化、热法净化生产方法。特点是生产能力大，设备效率和能就利用率高，吨氨能耗小山|。I-WH化X低沿变换Mt戦t叩炕化1Jk«X合成ffll.2天质气制駅流程图卜ig12卜l

7、ouchartofammoniAproductionMithn»tur»lgas随若煤和天然气价格的上涨，为节约成水，降低耗能，以煤为原料的合成氨匸艺流程又开始被关注。其上要是改进了造气部分，即从固定床煤气化法转变为流化床气化法，inmi.3所界叫以煤为原料的合成氨龙中国石化湖北化肥厂近年来也改用煤逍气,主要使用壳牌粉煤气化匸艺，但项口实施后，新建的气化及净化装置设计能力是按FI产合成氨12U01设计的，而现仃合成氨设计能力仅为日产lOOOt,'堆以满足廉料气改造耍求3。所以湖北化肥分公司对合成氨回路需进行改造.以卜我们将对合成氮生产设备及其回路进行介绍。猱汽尤如煤

8、住气图1.3煤制氨流理图以垂油为原料的流程C02C02H2S.CO5图14重油制氨涂程图乘汕在加压及高温下用氧进彳J部分氟化生成水煤气，除去炭黑后，经过变换将co转化为co”再经过低温甲胖洗，脱除硫化氮、冇机硫化合物及二氧化碳等物质，使气体中CO,浓度小于20x10",再经过液氮洗,脱公少址-氧化碳，进入压缩机中压缩后，进入合成塔15.0Mpa以上压力下合成氨，其流程如图1.4所示.122合成氨生产设备改进氨介成塔是介成氨丄艺的心脏设备，针对氨介成塔及其内件品效节能改造,引起了国外众多专家和匚程师们的广泛关注。目前我国引进大型合成氨装置用户见表1.1-13所示同。表11Kellogg

9、型氧合成塔用户Ial>.1.1Ik”ofreactorofKellogetype表1.2Braun型合成氨用户丿名介咸氨能力/（讹）原科主妥类世辽河化肥丿1000油田气Kellogg传銃空沪州天然气化学1业公切KKM)Kellogg传狡空云南天然气化U1000Kellogg传块巾赤水人然气化肥厂1000曲气Kellogg沧州化肥厂1000油IB气Kdlogg传统型人庆石化总厂化腱厂1000瀆田代KJIoggKc统空巴佼仆化公司洞庭毎肥丿1000石脑油Kellogg传统住湖北化肥丿1000右帕泊KMogg传统TIU川化1总丿KKM)天燃气Kellogg亿块巾齐鲁石化公币第二化肥丿1000油

10、田气KT攻进中四川化工总厂600入熬气KT改进型吴泾化L总厂900节能型卧式Tab.1.2LSen»ofreactorurBrauntype厂名合成氮能力/（呦）原料丄耍类型四川天燃气化匸厂1000天然气建纯化肥厂l(XX)只然气钿两天然气化匸总厂1000天然气表!3Tops0c型合成氨用户Tab3UscrsofreactorofTops<l>etype厂名合成氮能力“t/d）原料上賈类型金陵石化公诃化肥厂11X)0石M汕Tops(DeJWS-l(l()安庆石化总厂化肥厂1000石脑油Tops<DcTlS100广州石化总厂化吧厂1(X)0石就油TopsiDeS.IC

11、O山西化肥厂1000Tops(DcS100饮海石化花厂化肥厂100(1Tops(DeS-l(K)乌曾木齐石化总厂化肥厂1000Tops叽业SI00宁夏化1厂100(Tops詡S100消河化肥丿1000TopsOe型S100从表1.11.3可知，20世纪70XO年代我国引进合成氨装国中，氨合成塔专利技术应用最多的是美国的Kellogg公司的合成塔.可以看到湖北化肥分公司开始也是采用这种型号。其次是丹麦的TopsOe公司的S-100m内件。与此同时，在引进的过程中，我国也対这些技术进行了节能改造,如托普索9200型.所以我们将对这两种工艺述行着垂介绍.1.2.2.1Kell»gg（凯洛格

12、）传统型Kellogg传统型氨合成塔圧四床从轴向冷激式介成塔，II产介成氨能力为lOOOt/d,此流程主要以大然气为原料。这种塔的换热器任塔的顶部,塔的外壳为瓶颈，上部设有列管式换热器，卜部位多段催化剂床层，床层间设有冷激装W.l，4J-如图1.5所示.图1.5凯洛格型四段冷裟式合成氨省Flg5Kelloggsnytheflcainmoniareactor凯洛格多段冷激式的优缺点3161:优点：1. 径向温度汕气体分布比较均匀.床层温度调节灵活，操作平稳；2. 内件结构校简单，装卸方便；3. 内件各部分连接9保温处理合理、台效,捉髙运转的自效性和安全性;缺点：1冷激'（体积占用了催化剂

13、的商压空间，对合成塔的容积不利：冷激气直接通入催化剂床层中，对气体净化要求提庙，会影响氮净值；2. 从塔内不能取岀催化剂框，不能整体的检査筒休内琏、内件腐蚀状况。1.2.2.2Topsd>c（托普索）S-200型合成塔Tops%S-2CM）型氨合成塔一种先进的合成设备，是在Tops<PcS-100型的结构上发展过来。关键部分是把冷激改为间接换热式的屮间换热器。从而提高了氨浄值。如图1.6所小，介成塔由上下一层催化剂床和屮间换热器构成。S1.6托普索&200型合成氨塔Kg.1.6Tops<PcS-200snythcticammoniareactorTopseS200型合成塔优缺点卩人叫优点：1.塔径比轴向塔的塔径小，容器壁厚比较薄.在工业牛产中容易制造；2. 可采川活性较高的小