合成氨工業(yè)現狀及節(jié)能技術

名稱:系別專業(yè)班級學生學號指導教師名稱:系別專業(yè)班級學生學號指導教師化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術化工工藝論文合成氨的工業(yè)現狀

和節(jié)能技術化學與化工學院

應用化學化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術摘要本論文介紹了合成氨的一些生產方法，分別為煤制氣合成法、固定床氣化法、流化床氣化法、氣流床氣化法、溶浴床氣化法以及對現代典型合成氨工業(yè)生產流程詳細介紹；節(jié)能技術分別從工藝改造和護手各項余熱和余能進行研究。關鍵字：合成氨，煤制氣，固定床，節(jié)能，回收化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術abstractThispaperintroducessomemethodsofproductionofsyntheticammonia,forcoalgassynthesismethod,fixedbedgasification,fluidizedbedgasification,entrainedflowgasificationmethod,meltingbathbedgasificationmethodandtypicalofmodernsyntheticammoniaindustryproductionprocessindetail.Energy-savingtechnologyfromprocessimprovementandhandtheresidualheatandenergyresearch.keywords:syntheticammoniacoalgasenergyconservationreclaim化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章合成氨工藝現狀 1\o"CurrentDocument"國外傳統(tǒng)型蒸汽轉化制氨工藝階段 1\o"CurrentDocument"我國目前合成氨技術的基本狀況 2\o"CurrentDocument"第二章幾種典型的合成氨工藝介紹 3\o"CurrentDocument"煤制氣合成氨工藝 3固定床氣化法 3\o"CurrentDocument"流化床氣化 4\o"CurrentDocument"氣流床氣化 5\o"CurrentDocument"熔浴床氣化 5\o"CurrentDocument"第三章合成氨典型工業(yè)生產工藝流程 7\o"CurrentDocument"造氣工段 7\o"CurrentDocument"脫硫工段 7\o"CurrentDocument"變換工段 8\o"CurrentDocument"變換氣脫硫與脫碳 9\o"CurrentDocument"碳化工段 10氣體流程 10.液體流程 10.\o"CurrentDocument"甲醇合成工段 11\o"CurrentDocument"精煉工段 12\o"CurrentDocument"壓縮工段 12\o"CurrentDocument"氨合成工段 13\o"CurrentDocument"冷凍工段 14\o"CurrentDocument"第四章合成氨的節(jié)能技術 15\o"CurrentDocument"選擇先進的節(jié)能工藝 15化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術回收各項余熱和余能進行熱能綜合利用 17參考文獻 19化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術第一章合成氨工藝現狀合成氨工業(yè)在整個國民經濟中占有重要的地位。它的發(fā)展速度、產品產量在一定程度上說明了一個國家工業(yè)的發(fā)展水平。這主要是因為俺的用途非常廣泛。氨是一種重要的化工原料和化工中間產品，其產量居各種化工產品的首位，世界上大約有10%的能源用于生產合成氨。它既可以用來制造尿素、碳銨、硝銨等氨類肥料，也可以用來做制藥、高分子化學、有機化學等工業(yè)中的氨基原料。此外，氨還應用于國防和尖端科學技術部門。如制造各種硝基炸藥、火藥與導彈的推進劑等。工業(yè)上合成氨的方法，根據原料的不同分為三大類：固體燃料氣化、重油分解及氣體烴裂解制取。一下分別介紹國內外合成氨工藝的情況。1.1外傳統(tǒng)型蒸汽轉化制氨工藝階段1.1外傳統(tǒng)型蒸汽轉化制氨工藝階段從20世紀20年代世界第一套合成氨裝置投產，到20世紀60年代中期，合成氨工業(yè)在歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)已發(fā)展到了相當高的水平。美國Ke110gg公司首先開發(fā)出以天然氣為原料、日產1000t的大型合成氨技術,其裝置在美國投產后每噸氨能耗達到了4210GJ的先進水平。Kellogg傳統(tǒng)合成氨工藝首次在合成氨裝置中應用了離心式壓縮機，并將裝置中工藝系統(tǒng)與動力系統(tǒng)有機結合起來，實現了裝置的單系列大型化（無并行裝置）和系統(tǒng)能量自我平衡（即無能量輸入），是傳統(tǒng)型制氨工藝的最顯著特征，成為合成氨工藝的/經典之作。之后英國ICI、德國Uhde、丹麥Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術專利商也相繼開發(fā)出與Kellogg工藝水平相當、各具特色的工藝技術,其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術方面處于世界領先地位。這是合成氨工業(yè)歷史上第一次技術變革和飛躍。化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術傳統(tǒng)型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表,其以兩段天然氣蒸汽轉化為基礎,包括如下工藝單元:合成氣制備（有機硫轉化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉化）、合成氣凈化（高溫變換和低溫變換+濕法脫碳+甲烷化）、氨合成（合成氣壓縮+氨合成+冷凍分離）。傳統(tǒng)型兩段天然氣蒸汽轉化工藝的主要特點是:1）采用離心式壓機，用蒸汽輪棚驅動,首次實現了工藝過程與動力系統(tǒng)的有機結合;2）副產高壓蒸汽，并將回收的氨合成反應熱預熱鍋爐給水；3）用一段轉化爐煙道氣預熱二段空氣提高一段轉化壓力,將部分轉化負荷轉移至二段轉化；4）采用軸向冷激式氨合成塔和三級氨冷，逐級將氣體降溫至-23℃,冷凍系統(tǒng)的液氨亦分為三級閃蒸。在傳統(tǒng)型兩段蒸汽轉化制氨工藝中,Ke110gg工藝技術應用最為廣泛，約有160套裝置,其能耗為3717-41.8GJ/t。經過節(jié)能改造后平均能耗已經降至3517GJ/t左右。目前合成氨技術的基本狀況我國的氮肥工業(yè)自20世紀50年代以來，不斷發(fā)展壯大,目前合成氨產量已躍居世界第一位，現已掌握了以焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產合成氨、尿素的技術形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產規(guī)模并存的生產格局。目前合成氨總生產能力為4500萬t/a左右，氮肥工業(yè)已基本滿足了國內需求，在與國際接軌后，具備與國際合成氨產品競爭的能力,今后發(fā)展重點是調整原料和產品結構,進一步改善經濟性?；すに囌撐暮铣砂惫I(yè)現狀和節(jié)能技術第二章幾種典型的合成氨工藝介紹2.1煤制氣合成氨工藝煤制氣合成氨工藝中，以煤為原料的固定層煤氣發(fā)生爐制得的半水煤氣，經壓縮機三級壓縮后，被送去凈化工序進行脫硫；然后經變換爐將水蒸氣和一氧化碳進行變換，變換氣經過脫除二氧化碳后，重新回壓縮機四、五段提升壓力，然后經過甲醇合成塔進行合成甲醇的反應，以便脫除部分一氧化碳和少量二氧化碳；出甲醇塔的氣體經過冷卻分離甲醇后送入精煉工序，經過水洗、銅氨液、氨水洗滌塔后得到滿足合成氨需要的氫氣和氨氣；氣體再次進入壓縮機六段提升壓力，壓力達到20-30MPa，送去氨合成塔，借助合成觸媒作用進行氨氣的合成。生成的液氨經減壓后送往液氨庫存儲備用。圖2-1煤制氣合成氨工藝圖2.2圖2-1煤制氣合成氨工藝圖2.2定床氣化法煤的固定床氣化是以塊煤為原料。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程進行得很完全，灰渣中殘?zhí)忌?，產物氣體的顯熱中的相當部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預熱了入爐的氣化劑，化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術因此氣化劑效率高。這是一種理想的完全氣化方式。）固定床常壓氣化此方法比較簡單，但對煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣-水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。固定床加壓氣化固定床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應床。所不同的是采用氧氣-水蒸汽或空氣-水蒸汽為氣化劑，在2.0-3.0Mpa和900-1100℃的濕度條件下連續(xù)氣化方法。流化床氣化流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內，是煤顆粒的爐內呈沸騰狀態(tài)進行氣化反應。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。（1）溫克勒法溫克勒法是最早開發(fā)的流化方法，在常壓下，把煤粒度為0-8mm的褐煤、弱粘結性煙煤或焦碳經給煤機加入到氣化爐內。在爐底部通入空氣或氧氣作介質，沒與經過預熱的氣化劑發(fā)生反應。（2）高溫溫克勒法將含水分85-12%的褐煤輸入到充壓至0.98Mpa的密閉料鎖系統(tǒng)后，經給煤機加入氣化爐內。白云石、石灰石或石灰經給料機輸入爐內。沒與白云石類添加物在爐內與經過預熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發(fā)生氣化反應。粗煤氣由氣化爐上方逸出進入第一旋風分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環(huán)返回氣化爐。粗煤氣再進入第二旋風分離器，在此分離出的細顆粒通過密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵?；すに囌撐暮铣砂惫I(yè)現狀和節(jié)能技術(3)灰團聚氣化法它是在流化床中導入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態(tài)下在錐形床層中相互熔聚而粘結成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內。它與固態(tài)排渣相比，降低了灰渣的碳損失。(4)加氫氣化法所謂的流化床氣化就是煤氣化過程中汽化劑(蒸汽和氧)將煤或煤漿帶入氣化爐進行氣的方氣流床氣化所謂加氫氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含h2的氣體作為氣化劑，生成富含ch4的煤氣化方法，其總反應方程式可表示為：煤+h2-ch4+焦(1)「丁法此法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法，它采用干法進料技術，因在常壓下操作，存在問題較多。它是1948年德國海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。(2)德土平古法它是一種濕法(水煤漿)進料的加壓氣化工藝。氣化爐是由美國德平古石油公司所屬德平古開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。熔浴床氣化50年代熔浴床煤氣氣化方法開始得到開發(fā)。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。下面分別介紹這3類床的某些制氣方法。(1)羅米方法化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡式和雙簡式兩種爐型。此方法的特點是：（1）適用于各種固體或液體燃料；（2）氣體溫度高；（3）氣體強度高。（2）覬洛格法此法為一加壓熔浴氣化法。它是在熔融的Na2cO2鹽浴內進行，熔融的Na2cO2對煤與蒸汽的反應具有強烈的催化作用，在較低溫度下就可獲得很快的反應速度。此法目前尚處于開發(fā)研究階段，實驗能否成功，關鍵在于氣化爐。（3）ATGAS熔鐵床氣化法ATGAS法的實質是把煤粉與石灰石、蒸汽氧（或空氣）一起吹到熔鐵內，使煤的揮發(fā)份逸出，殘留的碳溶解在熔鐵中被氣化。此法效率高，有害物質少，氣化反應在常壓下進行。煤種適用范圍廣，且氣化爐結構簡單。因此，此工藝被認為有可能放大到工業(yè)化生產。化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術第三章合成氨典型工業(yè)生產工藝流程合成氨的生產過程包括三個主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮、合成。整個生產流程總共分為十個工段：1）造氣工段；2）脫硫工段；3）變換工段；4）變換氣脫硫與脫碳；5）碳化工段；6）甲醇合成工段；7）精煉工段；8）壓縮工段；9）氨合成工段；10）冷凍工段。以下就詳細的介紹整個生產流程。造氣工段造氣實質上是碳與氧氣和蒸汽的反應，主要過程為吹風和制氣。具體分為吹風、上吹、下吹、二次上吹和空氣吹凈五個階段。原料煤間歇送入固定層煤氣發(fā)生爐內，先鼓入空氣，提高爐溫，然后加入水蒸氣與加氮空氣進行制氣。所制的半水煤氣進入洗滌塔進行除塵降溫，最后送入半水煤氣氣柜。圖3-1造氣工藝流程示意圖脫硫工段煤中的硫在造氣過程中大多以H2S的形式進入氣相，它不僅會腐蝕工藝管道和設化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術備，而且會使變換催化劑和合成催化劑中毒，因此脫硫工段的主要目的就是利用DDS脫硫劑脫出氣體中的硫。氣柜中的半水煤氣經過靜電除焦、羅茨風機增壓冷卻降溫后進入半水煤氣脫硫塔，脫除硫化氫后經過二次除焦、清洗降溫送往壓縮機一段入口。脫硫液再生后循環(huán)使用。圖3-2脫硫工藝流程圖變換工段變換工段的主要任務是將半水煤氣中的co在催化劑的作用下與水蒸氣發(fā)生放熱反應，生成CO2和H2。河南中科化工有限責任公司采用的是中變串低變工藝流程。經過兩段壓縮后的半水煤氣進入飽和塔升溫增濕，并補充蒸汽后，經水分離器、預腐蝕器、熱交換器升溫后進入中變爐回收熱量并降溫后，進入低變爐，反應后的工藝氣體經回收熱量和冷卻降溫后作為變換氣送往壓縮機三段入口?；すに囌撐暮铣砂惫I(yè)現狀和節(jié)能技術補用水蒸氣壓縮機二段出口來半水煤”卷制變換反應器中溫變旗反應辟補充水水冷排補用水蒸氣壓縮機二段出口來半水煤”卷制變換反應器中溫變旗反應辟補充水水冷排圖3-3變換工藝流程圖變換氣脫硫與脫碳經變換后，氣體中的有機硫轉化為H2S,需要進行二次脫硫，使氣體中的硫含量在25mg/m3。脫碳的主要任務是將變換氣中的CO2脫除，對氣體進行凈化，河南中科化工有限責任公司采用變壓吸附脫碳工藝。來自變換工段壓力約為1.3MPa左右的變換氣，進入水分離器，分離出來的水排到地溝。變換氣進入吸附塔進行吸附，吸附后送往精脫硫工段。被吸附劑吸附的雜質和少量氫氮氣在減壓和抽真空的狀態(tài)下，將從吸附塔下端釋放出來，這部分氣體稱為解析氣，解析氣分兩步減壓脫附，其中壓力較高的部分在順放階段經管道進入氣柜回收，低于常壓的解吸氣經阻火器排入大氣?；すに囌撐暮铣砂惫I(yè)現狀和節(jié)能技術圖3-4變換與脫硫工藝流程圖碳化工段氣體流程來自變換工段的變換氣，依次由塔底進入碳化主塔、碳化付塔，變換氣中的二氧化碳分別在主塔和付塔內與碳化液和濃氨水進行反應而被吸收。反應熱由冷卻水箱內的冷卻水移走。氣體從付塔頂出來，進入尾氣洗滌塔下部回收段，氣體中的少量二氧化碳和微量的硫化氫被無硫氨水繼續(xù)吸收，再進入上部清洗段。氣體中微量二氧化碳被軟水進一步吸收，最后達到工藝指標經水分離后，送往精脫硫塔進一步脫硫后，送往壓縮機三段進口。液體流程濃氨水由濃氨水泵從吸氨崗位濃氨水槽打入付塔，一方面溶解塔內的結疤，另一方面吸收主塔尾氣中的剩余二氧化碳，逐步提高濃氨水的碳化度。然后，付塔的溶液由碳化泵從底部抽出，打入主塔，在主塔內進一步吸收變換氣中的二氧化碳，生成含碳酸氫化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術銨結晶的懸浮液，再由底部取出管壓入分離崗位進行分離?；厥账厥斩沃械臒o硫氨水來自合成或銅洗工段使用過的無硫氨水和回收段的稀氨水壓入稀氨水壓入吸氨崗位母液槽和稀氨水槽或送脫硫崗位使用，從回收段出來的水直接排污水溝。圖3-5碳化工藝流程圖甲醇合成工段聯(lián)醇是將經變換、脫碳后的凈化氣中的CO:1-5%、CO2<0.5%（其含量可根據生產所要求的醇氨比調節(jié)）與氣體中的H2經壓縮機加壓到15MP后，依次經過洗氨塔、油分、預熱器、廢熱鍋爐進入合成塔，在催化劑的作用下合成為甲醇，同時起到氣體凈化的作用。醇后氣中CO<0.5%、CO2<0.2%。出塔氣體經水冷卻到40℃左右，將氣體中的甲醇冷凝，使氣體中的甲醇含量小于0.5%，經醇分離器分離出甲醇后，一部分氣體經甲醇循環(huán)機返回甲醇合成塔，大部分氣體進入精煉工段。圖3-6粗醇生產工藝流程示意圖11化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術精煉工段醇后工藝氣中還含有少量的CO和CO2。但即使微量的CO和CO2也能使氨催化劑中毒，因此在去氨合成工序前，必須進一步將CO和CO2脫除。我們公司是采用醋酸銅氨液洗滌法，銅洗后的工藝氣體中的含量將至25Ppm以下。醇后氣體由銅洗塔底部進入，與塔頂噴淋的醋酸銅氨液逆流接觸，將工藝氣中的CO和CO2脫除到25ppm以下，經分離器將吸收液分離后送往壓縮機六段進口。銅氨液從銅洗塔經減壓還原、加熱、再生后，補充總銅、水冷卻、過濾、氨冷后經銅氨液循環(huán)泵加壓循環(huán)使用。圖3-7精煉工段流程圖壓縮工段壓縮工段的壓縮機為六段壓縮。由于合成氨生產過程中，變換、脫碳、粗醇與氨合成分別在0.87MPa、3.7MPa、15MPa、27MPa條件下進行，壓縮工段的任務就是提高工藝氣體壓力，為各個生產工段提供其所需的壓力條件。12

化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術圖3-8壓縮工段示意圖氨合成工段氨合成工段的主要任務是將銅洗后制得的合格N2、H2、混合氣，在催化劑的存在下合成為氨。壓縮機六段來的壓力為27MPa的新鮮補充氣，與循環(huán)氣混合后進入氨冷器、氨分離器、冷交換器，經循環(huán)機升壓并經過油分離器除油后進入氨合成塔的內件與外筒的環(huán)隙，冷卻塔壁，出來后經預熱器升溫后進入氨合成塔內件，完成反應后離開反應器，分別進入廢熱鍋爐、預熱器、軟水加熱器回收熱量，最后經水冷器、冷交換器、氨冷器降溫冷卻，將合成的氨液化分離出系統(tǒng)，未反應的氮氫氣循環(huán)使用。13

化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術塔前預熱器壓縮機六段來新鮮補充氣V冷交換器液氯去氮庫軟水加熱器<“放空氣 I >1氟合成塔化工工藝論文合成氨工業(yè)現狀和節(jié)能技術塔前預熱器壓縮機六段來新鮮補充氣V冷交換器液氯去氮庫軟水加熱器<“放空氣 I >1氟合成塔氮分離器F*循環(huán)機冷排>氟冷器廢熱鍋爐>油分圖3-9氨合成工段示意圖冷凍工段由于氨合成工段需要通過液氨氣化來產生低溫生產條件，因此冷凍工段的任務就是把氣態(tài)的