合成13合成氨吨氨耗气量的计算

1、1 合成氨吨氨耗气量的计算薛永林廿肃金昌化学工业集团有限公司计算吨氨耗气量的意义我们知道，釆用固定床煤气炉（块煤）制取半水煤气时，吨氨耗气量在3300Nm工艺流程吨氨耗气量的高低，不仅与半水煤气的成分有关，还与生产工艺有关。我公司合成氨生产的主要工艺如图1。目前全部采用型煤制气，气柜出II煤气经罗茨机加压后经过除焦、脫硫送压缩机一进，三段出口压力2.OMPa,送中串低变换、MDEA脱碳，净化气经压缩机加压到12.5MPa送铜洗精制,再加压到30MP&合成氨。铜洗工段再生气回罗茨机进II。合成塔后放空气采用膜提氢后送生活气柜，用作锅炉和左右，对于天然气或焦炉气为原料制合成氨时，吨氨耗气量则为IS

2、OONm3左右，那是因为与原料气的有效气体成分有关，并由所采用的净化、合成工艺决定的。近年来许多以煤头为原料的合成氨厂，逐步釆用型煤或劣质煤制气，半水煤气的成分也发生了一些变化，加之后工段工艺的改造，吨氨耗气量随着变化。特别是采用劣质原料煤制气时，半水煤气中的CO,含量升高，CO下降，CHi升高，导致吨氨耗气升高。通过吨氨耗气量的计算，可分析煤气成分与吨氨耗气量的关系，以及各工段有效气的损失情况，为分析合成氨消耗指标提供依据，可大大提高企业的精细化管理水平。下面就我公司全部采用型煤制气时吨氨耗气量进行核算，以供参考。注：粗实线为气体的主流程，虚线、细实线为回气或有效气体的放空流程民用燃料，氨罐

3、弛放气采用净氨塔回收氨后直接送生活气柜。吨氨耗气量的计算3.1基本参数型煤制气时，气柜半水煤气中的CO含量在24%左右,CO：含g12%15%,CH“含量2.6%3.9%,计算时，以变换进II的半水煤气成分和流量为基准，半水煤气的总量按60000Nm7h计。变换进II半水煤气的成分如下：CO：22%：CO：13.5%；H：41%；0:：0.3%；CHt：3.0%。表1反应式1/2N：+3/2H：=NH3摩尔数kmol29.488.258.8体积数Nm3658.561975.681317.23.2吨氨耗气量的计算1）由氨合成的反应式，生产It氨理论所需的原料气体积如表1,即生产It氨所需的纯圧量

4、为1975.685?。下面主要通过计算各工段有效氢的损失来计算实际氢的消耗量。为方便计算，我们通过“插入法”试算，先假设生产It氨耗半水煤气量为3500Nm则60000Nm7h的半水煤气每小时产合成氨：60000/3500二17.14t。2）合成放空气量的计算。合成放空气量的大小与半水煤气的CH*含有关，CHt含量高，则放空量人。半水煤气中的CHi含量为3.0%,则根据惰性气“守恒”原则，净化气的体积比半水煤气体积小13.5%左右（其中CO：的量）,则净化气中的CH.含量为:60000X0.03/（60000X0.865）=3.4%0实际测定时,合成补充气的也含量在2.4%3.4%左右波动,考

5、虑前工段气体损失,以及实测数据，合成补充气的他含量按3.2%计算。经测定合成“两气”：塔后放空气（有氢回收装置）和氨罐弛放气混合后（以下称尾气”）CHi含量为25%左右。设合成尾气的量为X,则根据CH.量守恒原则:60000X0.865X0.032=XX0.25,求得X二6643.2Nm7h0已知合成尾气中的比含量为50%,则生产It合成氨由合成尾气中损失的氢总量为:6643.2X0.5/17.14=193.79Nm7tNH3o3）半水煤气中氧消耗的有效气体的量。变换进II的煤气中的氧含量为0.3%,在变换炉内产生氧化反应：0：+2圧二2HO根据方程式，1分子氧气要消耗2分子氢，则损失的有效气

6、体的量为0.6$,60000X0.6%/17.14=21Nm7tNH3o4）MDEA脫碳溶液中带出的氢氮气。半水煤气60000Nm/h,变换气中CQ含量按25$计，产生的CO,量为18750Nm3/h,CO：气浓度一般为96%或更低，其中，4%的惰性气为氢氮气（比例按净化气成分），18750X0.04=750Nm7h,其中氢的含量为75%,则脱碳损失的吨氨纯氢量：750X0.75/17.14二39血碾。注：一、生产碳钱的工艺，要计算循环氨水的爆空损失，以及净化气带岀的氨损失等；二、对于变压吸附工艺，由于氢损失较大，要根据实际测定的情况计算CO：浓气中带出H：的量。5）铜洗工段再生气中氢的损失。

7、首先要明白一个问题，变换气中的少量CO气体，经过铜洗工段铜液吸收后再生气全部送至气柜，使气柜出丨I半水煤气中的CO含量升高1.5%左右。这部分C0相当于在“气柜一一变换一一铜洗”之间循环，在变换的流量计中是“重复”计量的。变换、脫碳后净化气中的C0含量按1.5%计算,则再生气中总的CO量为:60000X0.865X0.015=778.5Nm7h己知铜洗后再生气中的CO含量为50%,则再生气量为:778.5/50%=1557Nm7ho再生气中,除其中CO约15%外,其余的为氢氮气,约35%,氢氮气中氢的比例为（75%）,则氢总量为:1557X0.35X0.75=408.7Nm7h,再生气中共损失

8、的有效氢（C0+HJ为778.5+408.7=1187.2Nms/h。吨氨在铜洗工段损失的氢:1187.2/17.14=69.26Nm7tNH3a注：采用醇炷化工艺时，因为没有再生气，该工段有效气体损失也就不存在了。另外，联醇工艺中生产的产品粗醇要计入产量。6）自用氨的损失。自用氨的量为0.5%,则每生产It氨损失的纯氢量为10Nm7）其它损失。压缩机回气（回入系统）、分析样管损失、碳化氨水损失、冰机、合成油污排放氨损失等，估算损失纯氢量按10Nn?计算。8）合计It氨所需的纯氢量。由以上各工段计算，每生产It氨实际消耗的纯氢量为：1975.68+193.79+21+39+69.26+10+1

9、0二2318.73Nm。则吨氨耗半水煤气量：2318.73/0.63=3680Nm7tNHso以上计算与我公司实际吨氨耗气量基本吻合。9）计算误差。（3680-3500）/3500二5.1%,用“试算法”计算的误差在工业上是允许的。各工段损失的有效气体的比例采用以上计算方法，对我公司块煤制气时的吨氨耗气量也进行计算，结果列入表2。表2型煤/块煤制气时，吨氨耗气量及各工段气体损失情况比较比较项目型煤制气块煤制气变换进口半水煤气成分%CO2225CO：13.58H：41400=0.30.2CHi3.01.4变换进1半水煤气量Nm7h6000060000合成氨产量t/d391420吨氨耗气量NmVt

10、NH这里要说明的是，所谓有效气体（或有效氢）的“损失”，针对合成工段来说，有的是排放到大气中，有的则是回到系统中，凡是从气柜出来，而不能制成氨产品的，统称“损失”了。采用块煤制气时，半水煤气质量对吨氨耗气的影响较小，导致吨氨耗气升高的原因往往是脱碳、铜洗岗位有效气体的损失。半水煤气质量，对吨氨耗气量影响最大，包括氧含量的高低，直接影响有效成分的损失量，型煤制气时，吨氨耗气升高的主要因素还是半水煤气质量下降。采用型煤或劣质煤制气时，设法提高半水煤气的质量，是提高产量、降低消耗的关键点。36803423有效成分损失因素型煤制气块煤制气吨氨损失H：NmVtNHs比例%吨氨损失H：NmVtNHs比例%合成放空（造气有效成分及惰性气成分影响）193.7956.596.638.7半水煤气中的氧含量216.1218.4脱碳co,浓气带走3911.43915.6再生气回气69.2620.27329.2自用氨损失102.9104高压机回气及泄漏、取样管、设备内漏、排油水（冷凝水）等带出