合成氨原料气净化精制工艺的选择[精选].doc

合成氨原料气净化、精制工艺的选择及应用 本文系统阐述了近年来合成氨原料气的净化、精制工艺的发展历程。分别介绍了“双甲工艺”、“醇烃化”及“醇烷化”等不同净化及精制工艺。从工艺设计、节能降耗及实际案例等方面比较了上述工艺；结果表明：不论是哪种净化、精制工艺，关键的工艺控制点是：将CO+CO2净化精制至微量级，降低有效氢的损耗，降低生产消耗。 关键词：醇烃化、低耗、合成氨、净化、精制 1概述 合成氨原料气的精制工艺，在近20多年的发展历程中进行了革命性的变化，从铜洗与深度变换串甲烷化工艺，首创了“双甲”、“醇烃化”新工艺技术，为我国合成氨原料气精制开辟了新的工艺、装备技术路线，同时也为我国化肥生产装置的大型化、节能化、自控化奠定了基础。 湖南安淳高新技术有限公司研发、具有自主知识产权的醇烃化（双甲）净化、精制工艺，主要是将合成氨原料气中的CO+CO2经催化反应脱去，氨合成补充气中的CO+CO2微量达到≤10PPm的纯氢氮气，使氨合成的催化剂具有更好地活性，提高了反应的合成率和催化剂的运行周期，使生产过程更简便、更节能、更容易实行自控化。醇烃化（双甲）工艺的应用世界首创，为我国化肥企业的节能减排、扩能增效、快速发展起到了助推作用，化肥企业单套装备从50KtNH3/a发展到今天的500KtNH3/a的生产规模，醇烃化（双甲）精制工艺发挥了重要作用。 2氨合成原料气的净化、精制工艺技术的介绍 2.1双甲工艺 “双甲工艺”(见图1)是甲醇化（二级串并结合）后串联甲烷化（镍催化剂）；合成氨生产线脱C来的CO+CO2约为2.0%～6.0%的氢氮气，经压缩机提高压力进入一级甲醇系统联产粗甲醇，原料气的净化在二级甲醇系统完成，可在中压段或高压段进行，一般入甲烷化塔的CO+CO2为≤300PPm，有利于合成氨生产的低耗运行。 图1 双甲工艺流程示意图 2.2醇烃化工艺 “醇烃化工艺”（见图2）是“双甲工艺”的升级新工艺技术，主要是在精制系统内“催化剂”上的创新，具有原料气精制过程中的精制度高、H2耗少、生产管理更简便、催化剂使用寿命长等优势，为我国合成氨生产的大型化、节能化、长周期运行打下了坚石的基础。 图2 醇烃化工艺流程示意图 2.3醇烷化工艺 “醇烷化工艺”只是合成氨原料气在不同的压力下，进行的净化、精制过程，生产的装备、工艺流程与催化剂的型号沿用的是“双甲工艺”技术路线，利用不同压力获得不同的气质，使甲烷化进口CO+CO2为≤300PPm下进行精制来满足氨合成所需的合格氢氮气，而联醇生产的CO转化率在3.0MPa～15.0MPa为最佳，再提高压力后，CO转化率减缓、压缩机功耗增加。 3合成氨系统原料气的净化工艺 合成氨原料气的净化分为二级，从工艺流程上表述：煤气（CO～32%、CO2～8%）→变换（CO～4.0%、CO2～30%）→脱碳（CO～4.0%、CO2～0.5%）→压缩机（5.0MPa）→一级联醇（CO～0.8%、CO2～0.2%）→压缩机（22.0MPa～31.4MPa）→二级甲醇净化（CO～0.02%、CO2～0.01%）、烃化（甲烷化）精制CO+CO2≤10PPm、氨合成系统。 4合成氨原料气净化的联醇工艺 合成氨联醇工艺主要是净化原料气中的CO+CO2，为使生产能耗低，甲醇系统工艺条件上选择的压力与铜基催化剂型号不同，所以，在不同压力下的转化率也不一样，甲醇反应速度增加与压力有关，但是，因压力的提高，副反应的组分的分压也随之增高，CO与H2反应生成的副反应二甲醚、甲烷、异丁醇等副产物增多，对氨合成催化反应有较大影响，同时也增加了系统的放空量，有效气体损耗大，在高压下，还要求醇烷化催化剂强度好，才能长周期运行。 5合成氨原料气精制工艺的对比与选择 目前，我国合成氨原料气的精制工艺有多种技术路线，从投资、生产管理和操控性来对比，烃化工艺最为理想。醇烃化催化剂为铁铜基型，具有强度好、适应性高、产生甲烷低等特点，广泛应用在合成氨生产的大中型装置上。甲烷化催化剂为镍基型，由镍、锌、铝组成，强度低、碳氧化合物稍高就易烧催化剂，且镍基催化剂在还原态下与CO+CO2反应易产生剧毒物质［Ni(CO)4］。 5.1工艺设计 合成氨原料气的精制部分，醇烃化与甲烷化后所产生的物质不同，导致了消耗不一样。 5.1.1反应机理 醇烃化反应原理 甲烷化反应原理： 主反应： 副反应： 5.1.2醇烃化工艺与甲烷化工艺的气耗对比 （1）净化的醇后气体成份（见下表1） 表1 净化的醇后气体成份表 组分 体积（%） H2 N2 CO CO2 CH4 Ar CH3OH 工况1 73.8 24.875 0.300 0.040 0.770 0.200 0.015 工况2 74.1 24.180 0.