合成氨工藝資料

合成氨工藝流程(1)原料氣制備將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。(2)凈化對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。①一氧化碳變換過程在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)一般為12%~40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應(yīng)如下：CO+H2OH→2+CO2=-41.2kJ/mol0298HΔ由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。②脫硫脫碳過程各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。粗原料氣經(jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一般采用溶液吸收法脫除CO2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。4一：以煤為原料的合成氨工藝以煤為原料的大型合成氨工藝流程如圖1-1所示，各種工藝流程的區(qū)別主要在煤氣化過程。典型的大型煤氣化工藝主要包括固定床碎煤加壓氣化工藝、德士古水煤漿加壓氣化工藝以及殼牌干煤粉加壓氣化工藝。①固定床碎煤氣化固定床碎煤加壓氣化，以魯奇爐為代表，是指一定粒度范圍(5。50mm)的碎煤，在1.0。3.0MPa的壓力下與氣化劑逆流氣化的反應(yīng)過程。碎煤加壓氣化最先由德國魯奇公司開發(fā)成功，是當今世界上用于生產(chǎn)城市煤氣、合成天然氣、合成氣的重要煤氣化技術(shù)。

在魯奇加壓氣化工藝中，氣化壓力3.0MPa，可使用弱粘結(jié)性煙煤和褐煤，由于采用加壓氣化，碳轉(zhuǎn)化率高達90%左右，單爐生產(chǎn)能力大大提高，所得煤氣的熱值也高，但是其缺點是不能使用強粘結(jié)性、熱穩(wěn)定性差、灰熔點低的煤種及粉狀煤，且生成氣中CH4含量較高，生產(chǎn)過程中有大量焦油和含氰廢水存在，使整個工藝流程復(fù)雜化，與其配套的后序工藝為耐硫一氧化碳變換、魯奇和林德公司的低溫甲醇洗、法國液化空氣公司的液氮洗及空分裝置、甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化、高溫變換、S-100型徑向流合成塔。

由于采用加壓氣化及熱能的綜合利用系統(tǒng)，使其噸氨能耗降至50GJ左右，單爐生產(chǎn)能力也大大提高②德士古水煤漿加壓氣化工藝美國德士古發(fā)展公司(TexacoDevelopmentCorporationTDC)從開發(fā)重油氣化工藝中得到啟發(fā)，于1948年首先提出水煤漿氣化的概念，取名為德士古煤氣化工藝，簡稱Texaco法。通過不斷的改進整個裝置在工藝設(shè)計中充分考慮了工藝的先進性和能量的綜合利用，使噸氨能耗可以降至46～47GJ。

水煤漿制氨工藝不論在工藝路線、工藝設(shè)計上都是煤制氨工業(yè)的一個新起點。20世紀90年代，我國渭河化肥廠引進美國Texaco公司的水煤漿加壓氣化技術(shù)的新型工藝裝置其方法是將煤制成一定濃度(65%～70%)的水煤漿，然后在高溫高壓下進行氣化，氣化壓力可高達6.4MPa，壓縮功耗大大降低，碳轉(zhuǎn)化率高達96%以上，而且合成氣中CH4含量較低(0.01%左右)，是一種高效低污染的煤氣化工藝。但其氧耗較高，需要配套較大規(guī)模的空分裝置，導(dǎo)致設(shè)備投資昂貴，且由于氣化溫度高，生成氣中的CO2含量很高，熱損失較大，同時制備煤漿用的水在氣化時總要蒸發(fā)耗用熱量，從而使得熱效率較低；低濃度煤漿的輸送又要耗用較多的無用功，因而能力的提高受制于水煤漿濃度的提高。

與之配套需要龐大的灰渣及灰水處理系統(tǒng)，增加了設(shè)備投資和操作難度。與之配套的后序工藝為耐硫一氧化碳變換、林德低溫甲醇洗、液氮洗、法國液空公司的大型空分裝置、托普索S-200副產(chǎn)中壓過熱蒸汽的中壓氨合成回路。③干煤粉加壓氣化工藝早在20世紀50年代荷蘭殼牌(Shell)公司開始研究以重油為原料的加壓氣化，并在世界各地建立了150多套工業(yè)裝置。在此基礎(chǔ)上，1974年Shell公司與德國的Krupp-Koppers公司合作研究高壓煤氣化工藝。

截止到1996年，已建成日處理2000t煤的煤氣化裝置，即Shell干煤粉純氧氣化工藝。其操作壓力為2.8。3.0MPa，氣化劑為純氧和水蒸汽，碳轉(zhuǎn)化率高達99%以上。目前，Shell粉煤氣化采用高壓N2輸送粉煤，造成合成氣中N2含量較高，但是對于合成氨而言無不利影