合成氨工艺过程开发方法.doc

合成氨生产工艺的开发 合成氨生产工艺背景 氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位；同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70%的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”。 我国的氮肥工业自20世纪50年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为4500万t/a左右，氮肥工业已基本满足了国内需要，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性[1]。 合成氨工艺技术现状 世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析，未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变，其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期，改善经济性”的基本目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发。 我国合成氨技术的基本状况： 我国合成氨技术的基本状况我国的氮肥工业自20世纪50年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为4 500万t／a左右，氮肥工业已基本满足了国内需求，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。 我国目前有中型合成氨装置55套，生产能力约为500万t/a；其下游产品主要是尿素和硝酸铵；其中以煤、焦为原料的装置有34套，以渣油为原料的装置有 9套，以气为原料的装置有12套。目前有小型合成氨装置700多套，生产能力约为3 000万t/a；其下游产品原来主要是碳酸氢铵，现有112套经过改造生产尿素。原料以煤、焦为主，其中以煤、焦为原料的占96％，以气为原料的仅占 4％。我国引进大型合成氨装置的总生产能力为1 000万t/a，只占我国合成氨总能力的1/4左右，因此可以说我国氮肥工业主要是依靠自力更生建设起来的。在此过程中，研究开发了许多工艺技术，促进了氮肥生产的发展和技术水平的提高，包括：合成气制备、CO变换、脱硫脱碳、气体精制和氨合成技术[2]。 我国以煤为原料大型合成氨装置1套采用鲁奇粉煤气化工工艺，1套采用德士古水煤浆气化工艺，以煤、焦为原料中小型合成氨装置大多采用固定床常压气化传统工艺，现平均吨能耗为68.74GJ。现在国内普遍认为：德士古水煤浆气化技术成熟，适用煤种较宽，气化压力高，能耗低，安全可靠，三废处理简单，投资相对其它煤工艺节省。水煤浆加压气化的引进、消化和改造，解决了用煤造气的技术难题，使我国的煤制氨技术提高到国际先进水平。虽然德士古水煤浆气化理论上适合于很宽范围的煤种，但国内生产经验是原料煤要满足热值高（大于20.9kJ/g）、灰熔点低（T3小于1350℃）、灰分少等要求。 我国以渣油为原料的合成氨合成工艺很不平衡，以渣油为原料的大型合成氨装置中，4套采用德士古渣油气化工艺，3套采用谢尔气化工艺，平均吨能耗为45.66GJ，最低为40.82GJ。大多数以渣油为原料的中型合成氨装置采用60年代比较流行的通用设计工艺，采用3.0MPa部分氧化法加压气化、无毒脱碳、ADA脱硫、3.2MPa 3套管合成技术，吨能耗在65GJ左右，进行改造的装置的吨能耗在56GJ左右。 我国以天然气、轻油为原料的合成氨装置主要是大型合成氨装置，目前已建成的大型合成氨装置中，以天然气为原料的有14套，以石脑油为原料的有6套，采用了凯洛格传统工艺、凯洛格-TEC工艺、丹麦托普索工艺、节能型的AMV工艺和美国布朗工艺。以天然气为原料（传统工艺）的平均吨能耗为36.66GJ，最低为32.84GJ；以天然气为原料（节能型工艺）的平均吨能耗为34.12GJ，最低为31.05GJ；以石脑油为原料的平均吨能耗为38.68GJ，最低为37.01GJ。 合成氨的几种生产方法及特点 氨合成的工艺技术包括温度、压力、空速和入塔气成份等工艺条件优化及催化剂的选型、先进工艺流程及设备的选用 ,其中关键设备———氨合成塔的型式与结构尤其