合成氨技術的發(fā)展與應用

合成氨技術的發(fā)展與應用

氨基是最重要的基本活性劑之一，其產量在各種化學品中占據(jù)第一位。此外，它也是一個集水區(qū)和消耗的大型行業(yè)。世界上大約10%的能源用于生產和轉化氨。氨主要用于農業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎,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、再加工成尿素或各種銨鹽肥料,這部分約占70%的比例,稱之為“化肥氨”;同時氨也是重要的無機化學和有機化學工業(yè)基礎原料,用于生產銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料,這部分約占30%的比例,稱之為“工業(yè)氨”。未來合成氨技術進展的主要趨勢是“大型化、低能耗、結構調整、清潔生產、長周期運行”。1世界中合成氨技術的現(xiàn)狀和進步1.1傳統(tǒng)型合成氨裝置從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Kellogg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42.0GJ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(xiàn)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。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采用離心式壓縮機,用蒸汽輪機驅動,首次實現(xiàn)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,Kellogg工藝技術應用最為廣泛,約有160套裝置,其能耗為37.7～41.8GJ/t。經過節(jié)能改造后平均能耗已經降至35.7GJ/t左右。1.2低能耗和氨生產技術1.2.1低能耗制氨技術具有代表性的低能耗制氨工藝有4種:Kellogg公司的KREP工藝、Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、UHDE-ICI-AMV工藝、Topsoe工藝。與上述4種代表性低能耗工藝同期開發(fā)成功的工藝還包括:①以換熱式轉化工藝為核心的ICI公司LCA工藝、俄羅斯GIAP公司的Tandem工藝、Kellogg公司的KRES工藝、Uhde公司的CAR工藝;②基于“一段蒸汽轉化+等溫變換+PSA”制氫工藝單元和“低溫制氮”工藝單元,再加上高效氨合成工藝單元等成熟技術結合而成的德國Linde公司LAC工藝;③以“釕基催化劑”為核心的Kellogg公司的KAPP工藝。低能耗制氨工藝技術主要以節(jié)能降耗為目的,立足于改進和發(fā)展工藝單元技術,其主要技術進展包括:①溫和轉化。一段轉化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口CH4含量操作,將負荷轉移至二段轉化爐;同時二段轉化爐引入過量空氣,以提高轉化系統(tǒng)能力。②燃氣輪機。使用燃氣輪機驅動空氣壓縮機,并與一段轉化爐緊密結合。③低熱耗脫碳。采用低熱耗Benfield或a-MDEA脫碳,以降低能量消耗。④深冷凈化。Braun公司采用深冷凈化,在合成氣進入氨合成回路之前脫除其中的CH4和部分Ar,并調節(jié)合成氣中H2與N2摩爾比為3∶1;Uhde-ICI-AMV采用深冷凈化,在氨合成回路之中回收弛放氣中的H2。⑤效率更高的合成回路。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑,以提高氨合成轉化率、降低合成壓力、減小回路壓降、合理利用能量。Kellogg公司采用臥式徑向合成塔和小顆粒、高活性催化劑;Uhde公司和Topsoe公司均采用了立式徑向流動合成塔和小顆粒、高活性催化劑。1.2.2基于部分氧化技術的重油或煤氣化(1)合成氨裝置以部分氧化工藝為核心的重油氣化技術,主要有Shell和Texaco兩家公司的技術。自1956年開發(fā)出第一臺渣油氣化爐至今,世界上先后建成了140多套裝置,用于合成氨、甲醇、純氫和羰基合成等。由于國外以重油為原料的合成氨裝置所占比例很小,且近年來受到石油危機和潔凈煤氣化技術的挑戰(zhàn),競爭力較差,其技術進展不大。主要的進展包括:①結構多樣化、氣化壓力提高、設備大型化;②改進氣化爐燒嘴,以降低氧/油比、蒸汽/油比,從而降低氧耗、汽耗,改善經濟性;③改進霧化噴嘴的結構和材質,以適應石油深加工帶來的重油重度加重的問題;④炭黑回收部分開路,以適應石油深加工帶來的重油原料中重金屬含量升高的問題。(2)煤氣化技術的發(fā)展20世紀80年代初到90年代末,煤氣化技術再度引起人們重視,對潔凈煤氣化技術進行了大量的開發(fā)研究,取得了重大的進展,開發(fā)出眾多的煤氣化技術,包括:以Texaco公司和Destec公司為代表的水煤漿氣化、以Shell公司和德國Prenflo公司為代表的粉煤氣化、以Lurgi公司為代表的固定床煤氣化等。并率先在IGCC領域進行了示范性大型化商業(yè)化裝置的運轉,Texaco工藝和Lurgi工藝在合成氨生產中也得以應用,并取得了良好的效果。1.2.3節(jié)能技術方面以節(jié)能降耗為目的的技術開發(fā)成果,在傳統(tǒng)型合成氨裝置的節(jié)能改造和增產改造中也得到了廣泛的應用;同時針對傳統(tǒng)型合成氨裝置,也開發(fā)出了許多新的節(jié)能和增產技術。在20世紀80年代中期到90年代中期,傳統(tǒng)型合成氨裝置大多進行了2輪技術改造,基本實現(xiàn)了節(jié)能增產的目標,技術水平大大提高,縮小了與低能耗制氨工藝的差距。(1)傳統(tǒng)輕油合成氨裝置主要采用節(jié)能降耗新技術,改造后,傳統(tǒng)天然氣合成氨裝置每噸氨的能耗由41.87GJ降至35.7GJ左右,傳統(tǒng)輕油合成氨裝置每噸氨的能耗下降為37.16GJ。其采用的技術主要包括:一段轉化爐煙氣余熱回收預熱燃燒空氣;增設轉化爐蒸汽過熱燒嘴;脫碳改為低熱Benfield;合成氣壓縮機前加氨冷器;采用Casale或Topsoe軸徑向內件對合成塔內件進行改造。(2)壓縮能合成氣壓縮機汽輪轉子擴能增效技術及設備主要采用節(jié)能增產新技術,將產量擴充至日產1200t以上,傳統(tǒng)天然氣合成氨裝置噸氨能耗進一步降至32.7GJ,其采用的技術主要包括:空氣壓縮機、合成氣壓縮機汽輪轉子擴能增效;一段轉化爐管更新為大口徑薄壁HP50管;一段轉化爐對流段空氣預熱器盤管改造;二段轉化爐更換新型燒嘴;高溫變換爐和低溫變換爐安裝內件,成為軸徑向爐;增設小低變爐;脫碳在四級閃蒸的基礎上進一步改造。1.3技術專利商的轉向近10年來,由于低能耗裝置噸氨能耗已經降至28GJ的水平,接近了理論能耗數(shù)值(22GJ),節(jié)能降耗的余地已經很小(預計合成氨裝置噸氨能耗將難以降低到26GJ以下),而且即使能夠降低,其對裝置的經濟性也將很小。基于此,為了進一步改善裝置的經濟性,技術專利商均開始轉向以實現(xiàn)單系列合成氨裝置產量最大化為首要目標的研究開發(fā)。與此同時,在高油價背景下,用煤等劣質原料制氨重新受到重視,以Texaco水煤漿氣化和Shell粉煤氣化為代表的煤氣化技術在改造和新建裝置中得到了使用。1.3.1世界合成氨裝置產量展望世界級合成氨裝置的規(guī)模越來越大,以利用較大的產量帶來規(guī)模經濟效益。20世紀80年代投產的世界級合成氨裝置的平均產量為1120t/d,而最近投產的世界級合成氨裝置的產量大多已接近2000t/d,且主要按照現(xiàn)有技術進行放大。至今為止,Uhde公司已經推出了日產3300t合成氨技術,KBR、Topsoe、Lurgi公司均推出了日產2000t合成氨技術。(1)采用新型鍋爐結構①加氫脫硫原料氣在脫硫工段對加氫反應器和脫硫反應器的尺寸沒有限制,很容易增加氣體流量。必要時可以安裝2臺脫硫反應器,從而允許裝置運行時更換反應器中的氧化鋅。②工藝實踐證明,離心式壓縮機和整體齒輪式離心壓縮機適用于產量高達3000t/d的裝置。③開發(fā)出具有內部絕熱冷氣出口管的頂燒式一段轉化爐,易于應用任何產能的裝置,而不需改變其基本結構。2臺最大的一段轉化爐為甲醇生產合成氣裝置,分別裝有630根和920根管子。3000t/d合成氨裝置所用的一段轉化爐采用最新設計和材料,只用了460根管子。④二段轉化爐也可用于產能增加的裝置,其特點是通過安裝在容器壁的噴嘴增加工藝空氣。其優(yōu)點是通過渦流形式注入空氣,可以達到工藝空氣與轉化氣的適當混合。充分的駐留時間允許在燃燒區(qū)完全反應,同時避免內件過熱和火焰沖擊。⑤為滿足大型裝置一氧化碳變換對催化劑容量的要求,可以設計用于高溫和低溫一氧化碳變換的反應器。⑥二氧化碳脫除推薦使用BASF公司的MDEA工藝,在能量和熱量平衡方面最符合Uhde公司的理念,并且將對大型裝置沒有限制。⑦合成氣壓縮對于當前2200t/d裝置,制約產能的主要因素是合成氣壓縮機。Uhde公司正在開發(fā)一種新型合成氣壓縮機,這種壓縮機適用于未來產能可高達3000t/d的裝置。⑧氨合成回路設計基礎是3層2個合成塔,廢熱鍋爐位于各反應器下游。所有工藝和容器的設計參數(shù)都滿足大規(guī)模裝置的要求。⑨Uhde公司在SAFCO合成氨裝置中,通過采用“雙壓氨合成工藝”,巧妙地突破和解決了合成氣壓縮機和合成回路對裝置單系列產能為3000t/d的限制,應用于已在2000t/d合成氨裝置中驗證過的工藝過程和設備,率先實現(xiàn)了3300t/d合成氨的目標。BASF公司在比利時采用Uhde技術建成了2060t/d的合成氨裝置?！半p壓氨合成工藝”在合成氣壓縮機2個壓縮氣缸之間設置新鮮合成氣的低壓氨合成系統(tǒng),低壓缸出口壓力為11MPa,與低壓法氨合成相匹配,并在此系統(tǒng)中分離部分產品;之后在低溫下進一步壓縮至21MPa,進入氨合成回路進行高壓氨合成。這樣不僅減少了合成氣壓縮的量,而且也減小了合成回路的設備尺寸。(2)催化劑的用量①Kellogg公司和Brown&Root公司合并為KBR公司之后,在特立尼達采用KBR(KAAP)工藝建設了4套2000t/d的合成氨裝置。②KAAP工藝以釕基催化劑為核心,由于該催化劑具有低壓、高活性的特點,與其他催化劑相比其用量較少;合成回路能夠在較低壓力下運行,且合成回路的氨轉化率高。低壓操作可以使用單系列合成氣壓縮機,并節(jié)省裝置投資。KAAP催化劑的高活性使大產能成為可能,同時不需要較高的壓力和多臺合成塔。③KBR公司也設計了4000t/d裝置,除了一段轉化爐和氨合成塔為并列設置外,其他設備均為單系列。(3)合成氨/尿素聯(lián)合工廠Topsoe公司合成氨技術的最新進展包括:改進的轉化爐設計;用于二段轉化爐的新型管式燒嘴;改進的S-200氨合成塔設計;中壓蒸汽冷凝液汽提;改進的觸媒結構。這些新技術在拉丁美洲的2個世界級規(guī)模的項目中得到應用。Proferti項目的特點是2050t/d合成氨裝置與3250t/d尿素裝置單系列配套生產。該裝置構成世界上最大的農用合成氨/尿素聯(lián)合工廠,其最終產品是粒狀尿素。其合成氨裝置采用Topsoe公司低能耗合成氨工藝,包括脫硫、一段和二段轉化、二步變換、MDEA法二氧化碳脫除、甲烷化、壓縮、S-200氨合成回路、氫氣回收裝置和產品回收。轉化爐使用現(xiàn)代轉化爐管材,并對側燒爐設計進行了改進,允許在更高的壓力和熱流下操作。轉化爐設計緊湊,只用了264根管子。通過引入新的管口燒嘴,增加了整套裝置的穩(wěn)定性。改進的催化劑允許減小轉化爐尺寸。當原料氣中碳氫化合物比例較高時,Topsoe工藝包括1臺預轉化爐,將碳氫化合物轉化為甲烷、碳氧化合物和氫氣。如果把來自預轉化爐的氣體加熱到650℃左右,那么一段轉化爐的負荷可降低25%以上。這樣,為3000t/d裝置設計一段轉化爐就不再困難了。二氧化碳脫除采用BASF公司的MDEA工藝,該部分裝置的流體流速非常高,因此需要大型設備,低壓容器的直徑在6m左右。氨合成系統(tǒng)以TopsoeS-200徑流式氨合成塔為基礎,回路壓力19.12MPa,以獲得較高的單程氨轉化率,氨合成塔的直徑只有3m。如果要求產量達到3000t/d,那么可以在S-200合成塔后再增加一個單層徑流式S-50合成塔。(4)nia工藝及工藝Lurgi公司開發(fā)出以“自熱轉化ATR”為核心技術的Megammonia工藝。Megammonia工藝裝置包括自熱轉化(6MPa,ATR)、高溫變換(5.5MPa,HTS)、氣體凈化(5.2MPa,RNWU)、氨合成(20MPa,Synth.)等工藝單元。1.3.2原料結構調整由于石油價格的飛漲和深加工技術的進步,以“天然氣、輕油、重油、煤”作為合成氨原料結構、并以天然氣為主體的格局有了很大的變化?；谘b置經濟性考慮,“輕油”和“重油”型合成氨裝置已經不具備市場競爭能力,絕大多數(shù)裝置目前已經停車或進行以結構調整為核心內容的技術改造。其結構調整包括原料結構、產品結構調整。由于煤的儲量約為天然氣與石油儲量總和的10倍,以煤為原料制氨等煤化工及其相關技術的開發(fā)再度成為世界技術開發(fā)的熱點,煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位,形成與天然氣共為原料主體的格局。原料結構調整主要是“油改氣”(利用部分氧化工藝將原料改為天然氣)和“油改煤”(利用煤氣化工藝將原料改為煤或石油焦)。原料結構調整方案中主要考慮的是資源條件及其地理位置,以經濟效益(包括裝置投資、操作費用、生產成本)為標準進行確定。天然氣是合成氨裝置最理想的原料,且改造時改動量最小、投資最省,應以優(yōu)先考慮;但如果不具備以天然氣為原料的基本條件(資源和地理位置),則以“原料劣質化”為主,進行“煤代油”或“渣油劣質化”的技改。為了盡可能地增大投資效益,可以適當擴大氣化部分的規(guī)模,通過“配氣方案”實現(xiàn)氮肥-C1化工及其衍生物產品的聯(lián)合生產,以實現(xiàn)產品結構的調整。這樣不僅聯(lián)合生產裝置投資較低,而且能夠實現(xiàn)合成氣的有效合理利用,操作費用和生產成本將會大幅度降低,經濟上將更加具有競爭力。目前上述結構調整工程已經開始實施,由于資源條件及其地理位置的原因,對輕油型合成氨裝置進行了“油改煤”的技術改造,而重油型合成氨裝置則進行了“油改氣”技術改造,并取得了預期效果,有力地推動了天然氣部分氧化工藝技術和煤氣化工藝技術的進步。(1)texaco公司天然氣部分氧化工藝技術天然氣制氨裝置一般采用蒸汽轉化技術,但采用此技術來改造基于部分氧化工藝的重油氣化裝置,則遠不如采用天然氣部分氧化技術更為合理。采用天然氣部分氧化技術,不僅可以利用現(xiàn)有的氣化爐調整操作、改造燒嘴,而且投資少、改造難度小、改造周期短、總體經濟性好。另外天然氣部分氧化技術易于實現(xiàn)大型化,逐漸為行業(yè)所公認。Texaco公司天然氣部分氧化工藝技術在我國寧夏、新疆2套Texaco重油氣化制氨裝置上應用改造成功,其主要改造內容是設置天然氣壓縮機、更換燒嘴、改造低溫甲醇洗工序、調整工藝操作參數(shù)。中國石化寧波工程公司天然氣部分氧化工藝技術在我國蘭州Shell重油氣化制氨裝置上應用改造成功,其主要改造內容是設置天然氣壓縮機、更換燒嘴、改造低溫甲醇洗工序、調整工藝操作參數(shù)。(2)合成氣凈化工藝技術的確定煤氣化技術的成功商業(yè)化為合成氨裝置的原料結構調整奠定了堅實的技術基礎。相關的改造內容包括:新建煤氣化(合成氣制備)部分和新建合成氣凈化部分。①煤氣化。成熟且有競爭力的煤氣化工藝主要是以Texaco為代表的水煤漿氣化和以Shell為代表的粉煤氣化工藝,這兩類煤氣化工藝均是成熟的,都有大型專利工廠。水煤漿氣化工藝生產的粗合成氣已用于循環(huán)聯(lián)合發(fā)電,化肥、甲醇等生產,粉煤氣化工藝僅用于循環(huán)聯(lián)合發(fā)電,兩者各具特色。②合成氣凈化。本部分的關鍵問題在于確定CO變換、酸性氣體脫除、氣體精制等工序的合理流程組合形式。其中,CO變換工藝的選擇是合成氣凈化工藝技術選擇的首要問題。CO變換工藝技術分為非耐硫變換和耐硫變換2種,而這2種變換工藝的選擇將直接影響后續(xù)酸性氣體脫除工序、氣體精制工序的流程組合。煤氣化的變換氣具有硫、CO2含量高,分壓大的特點。根據(jù)變換氣的工藝條件,采用物理吸收法比較有利。物理吸收法中按照吸收溫度的不同,一般分為冷法和熱法。冷法則以Lurgi、Linde低溫甲醇洗法為代表,熱法以Selexol工藝最為著名。脫硫脫碳氣體的精制既可以采用“熱法精制”(甲烷化工藝),亦可以采用“冷法精制”(低溫液氮洗或深冷凈化工藝),兩者各有優(yōu)勢。③工藝技術改造方案新建煤氣化工序。采用煤氣化工藝,生產合成氣。新建空氣分離工序。采用全低壓、內壓縮空分工藝,為煤氣化工序提供工藝氧氣和高、中、低壓氮氣。新建耐硫變換工序。采用三段耐硫變換工藝(耐硫中變+耐硫低變),進行合成氣的高濃度CO變換。新建酸性氣體脫除工序。采用低溫甲醇洗凈化工藝,進行變換氣的脫硫脫碳凈化,以脫除變換氣中的H2S、COS和CO2;并采用兩級克勞斯脫硫+SCOT工藝,處理低溫甲醇洗工序中的H2S尾氣。改造和利用甲烷化工序。對原有裝置的甲烷化工序進行適當?shù)母脑?采用熱法精制(甲烷化)工藝進行凈化氣的精制,除去凈化氣中微量的CO和CO2。利用氨合成及冷凍工序。利用原有裝置的氨合成及冷凍工序,進行氨合成,生產液氨作為尿素裝置的原料。新建產品結構調整的相應工藝生產單元。2煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣的生產技術模式我國的氮肥工業(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(xiàn)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。2.1原料結構調整技術我國目前有大型合成氨裝置共計34套,生產能力約1000萬t/a;其下游產品除1套裝置生產硝酸磷肥之外,均為尿素。按照原料類型分:以天然氣(油田氣)為原料的17套,以輕油為原料的6套,以重油為原料的9套,以煤為原料的2套。除上海吳涇化工廠為國產化裝置外,其他均系從國外引進,按照專利技術分:以天然氣和輕油為原料的有Kellogg傳統(tǒng)工藝(10套)、Kellogg-TEC工藝(2套)、Topsoe工藝(3套),及20世紀90年代引進的節(jié)能型AMV工藝(2套)、Braun工藝(4套)、KBR工藝(1套);以渣油為原料的Texaco工藝(6套)和Shell工藝(3套);以煤為原料的Lurgi工藝(1套)和Texaco工藝(1套),薈萃了當今世界上主要的合成氨工藝技術。20世紀七八十年代引進的天然氣合成氨裝置均已對其進行了以“節(jié)能降耗”和“擴能增產”為目的的兩輪與國外裝置類似的技術改造,合成氨能耗由41.87GJ/t降至33.49GJ/t,生產能力提高了15%～22%;輕油型合成氨裝置也進行了類似的增產節(jié)能技改,將能耗降至37.2GJ/t,生產能力提高了15%左右。20世紀80年代引進的渣油型合成氨裝置也進行過增產10%的改造,主要改造內容是氣化裝置增設第3系列,空分工藝改為分子篩流程,目前已經具備了實現(xiàn)1100萬t/a合成氨的條件。20世紀90年代,在高油價和石油深加工技術進步的雙重壓力下,為了改善裝置的經濟性,多套裝置開始進行以“原料結構和產品結構調整”為核心內容的技術改造,原料結構調整包括輕油型裝置的“油改煤”(采用Shell或Texaco煤氣化工藝,以煤替代輕油)、渣油型裝置的“油改氣”(采用天然氣部分氧化工藝,以天然氣替代渣油)或“渣油劣質化”(使用脫油瀝青替代渣油);產品結構調整包括轉產或聯(lián)產氫氣、甲醇等。2.2大型合成氨裝置我國目前有中型合成氨裝置55套,生產能力約為500萬t/a;其下游產品主要是尿素和硝酸銨;其中以煤、焦為原料的裝置有34套,以渣油為原料的裝置有9套,以氣為原料的裝置有12套。目前有小型合成氨裝置700多套,生產能力約為3000萬t/a;其下游產品原來主要是碳酸氫銨,現(xiàn)有112套經過改造生產尿素。原料以煤、焦為主,其中以煤、焦為原料的占96%,以氣為原料的僅占4%。我國引進大型合成氨裝置的總生產能力為1000萬t/a,只占我國合成氨總能力的1/4左右,因此可以說我國氮肥工業(yè)主要是依靠自力更生建設起來的。在此過程中,研究開發(fā)了許多工藝技術,促進了氮肥生產的發(fā)展和技術水平的提高,包括:合成氣制備、CO變換、脫硫脫碳、氣體精制和氨合成技術。3合成氣制備工藝的技術保障根據(jù)合成氨技術發(fā)展的情況分析,估計未來合成氨的基本生產原理將不會出現(xiàn)原則性的改變,其技術發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產成本、提高運行周期,改善經濟性”的基本目標,進一步集中在“大型化、低能耗、結構調整、清潔生產、長周期運行”等方面進行技術的研究開發(fā)。(1)大型化、集成化、自動化,形成經濟規(guī)模的生產中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。單系列合成氨裝置生產能力將從2000t/d提高至4000～5000t/d;以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經接近了理論水平,今后難以有較大幅度的降低,但以油、煤為原料制氨,降低能耗還可以有所作為。①在合成氨裝置大型化的技術開發(fā)過程中,其焦點主要集中在關鍵性的工序和設備,即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術、合成氣壓縮機。a.合成氣制備。天然氣自熱轉化技術和非催化部分氧化技術將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。Topsoe公司和Lurgi公司均認為ATR技術是最適合大型化的合成氣制備技術,并推出了基于此的大型化制氨工藝技術。Texaco、Shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術,為合成氣制備工藝的大型化進行技術準備。b.合成氣凈化技術。以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝,有可能在合成氣凈化大型化中得以應用。c.氨合成技術。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg公司的“基于釕基催化劑KAAP工藝”,將會在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。d.合成氣壓縮機。針對大型化的合成氣壓縮機正在開發(fā)之中,以適用于未來產量可能高達3000～5000t/d甚至更高的裝