天然氣制合成氨簡(jiǎn)介

第2章天然氣制合成氨2.1概述2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.5我國(guó)天然氣制合成氨研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、消費(fèi)現(xiàn)狀2023/12/7第2章天然氣制合成氨22.1概述氨2023/12/7第2章天然氣制合成氨32.1.1全球合成氨（氮肥）工業(yè)發(fā)展歷程基礎(chǔ)原料哈伯-布什法2.1概述克勞德卡薩里2023/12/7第2章天然氣制合成氨42.1.2全球合成氨的生產(chǎn)和需求現(xiàn)狀2.1概述2023/12/7第2章天然氣制合成氨52.1概述2023/12/7第2章天然氣制合成氨62.1概述2023/12/7第2章天然氣制合成氨72.1概述2023/12/7第2章天然氣制合成氨82.1概述2023/12/7第2章天然氣制合成氨92.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨102.2.1天然氣精脫硫硫化物脫除至0.5×10-6，甚至0.1×10-6。2.2.1.1中溫氧化鋅精脫硫氧化鋅為主體助劑如氧化鎂或氧化銅等2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨112.2.1.2加氫轉(zhuǎn)化串接氧化鋅精脫硫噻吩、硫醚等加氫轉(zhuǎn)化為H2S以氧化鋅脫除劑除去鈷鉬系催化劑2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨122.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.2天然氣轉(zhuǎn)化制合成氣關(guān)鍵兩段轉(zhuǎn)化蒸汽轉(zhuǎn)化不完全燃燒2.2.2.1工藝條件壓力熱力學(xué)低壓裝置能耗高壓較高壓力溫度反應(yīng)>1000℃裝置能耗爐管材質(zhì)兩段轉(zhuǎn)化790~820℃1200℃水碳比反應(yīng)速度及防析碳高裝置能耗低適宜值催化劑2023/12/7第2章天然氣制合成氨132.2.2.2催化劑①對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有高的活性；②選擇性好；③優(yōu)良的幾何形狀；④要有足夠的使用壽命蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑鎳難熔耐火氧化物2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨142.2.2.3轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化爐二段轉(zhuǎn)化爐輻射段對(duì)流段頂燒爐側(cè)燒爐梯臺(tái)爐上部有均相燃燒空間固定床絕熱式催化反應(yīng)器2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨152.2.2.4工藝參數(shù)2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨16低溫變換2.2.3CO變換2.2.3.1CO變換催化劑高溫變換鐵系催化劑Fe2O3

Fe3O4

Cu-Zn-Al催化劑Cu-Zn-Cr催化劑的2.2.3.2CO變換的工藝條件壓力溫度水氣比加壓反應(yīng)初期高反應(yīng)后期低42.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨172.2.4合成氣中CO2的脫除化學(xué)溶劑法物理溶劑法化學(xué)物理溶劑法2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨182.2.5合成氣中微量碳氧化物及其他組分的脫除CO+CO2<10×10-6

O2<1×10-6

H2O<1×10-6甲烷化分子篩2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨192.2.5.1甲烷化CO+CO2<0.6%溫升30~50℃鎳2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨202.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.5.2Braun深冷凈化合成氣分子篩脫水深冷凈化壓縮2023/12/7第2章天然氣制合成氨212.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.5.3其他凈化方法中小型合成氨裝置乙酸銅氨溶液洗滌法乙酸銅氨溶液可再生進(jìn)銅塔原料氣CO3~5%CO20.2~1%出塔凈化氣CO+CO2<10×10-6

變壓吸附2023/12/7第2章天然氣制合成氨222.2.6合成氣壓縮2.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨232.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.7氨的合成與分離2.2.7.1合成催化劑熔鐵基催化劑助劑Al2O3、K2O、CaO、MgO及SiO2等2023/12/7第2章天然氣制合成氨242.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.7.2合成工藝條件壓力溫度升高有利合成氨反應(yīng)反應(yīng)器生產(chǎn)能力增加增加投資費(fèi)用及動(dòng)力消耗大型14.71MPa及26.38MPa中型31.88MPa升高提高合成氨反應(yīng)速率近平衡條件下轉(zhuǎn)化率下降最適宜溫度2023/12/7第2章天然氣制合成氨252.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況氫氮比理論3：1控制步驟氮?dú)庠诖呋瘎┥系幕钚晕匠煞磻?yīng)距平衡的程度空速稍低于3惰氣CH4及Ar由補(bǔ)充合成氣帶入隨未反應(yīng)的合成氣循環(huán)而積累未冷凝的氨2023/12/7第2章天然氣制合成氨262.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況空速高高的空時(shí)產(chǎn)率氣體中的氨凈值↓和系統(tǒng)壓降↑低壓回路5000~10000h-1中壓回路15000~300000h-1高壓回路600000h-12023/12/7第2章天然氣制合成氨272.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.7.3合成反應(yīng)器合成氨裝置的核心設(shè)備外筒內(nèi)件承受高壓而不承受高溫承受高溫而不承受高壓氣流方向軸向流型徑向流型混合流型2023/12/7第2章天然氣制合成氨282.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況反應(yīng)熱的處理方式連續(xù)換熱型間歇換熱型冷激式間接換熱式Casale混合流型反應(yīng)器2023/12/7第2章天然氣制合成氨292.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.7.4氨的分離冷凝分離法水冷氨冷20~30MPa7~10%2~4%0℃以下15MPa2%-23℃冷凝分離氨的能耗限制合成壓力進(jìn)一步降低2023/12/7第2章天然氣制合成氨302.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.8合成氨弛放氣的回收利用氨氫和氮?dú)鈿宓认∮袣怏wCH4維持系統(tǒng)組成穩(wěn)定防止惰氣累積大型裝置200m3/t氨Braun工藝120m3/t氨目的產(chǎn)品合成原料特殊用途燃料2023/12/7第2章天然氣制合成氨312.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況（1）膜分離法組分通過(guò)膜時(shí)滲透速率差異普里森（Prism）法聚砜復(fù)合膜制成的中空纖維管束內(nèi)徑0.02~0.12mm外徑0.03~0.16mm上萬(wàn)根2023/12/7第2章天然氣制合成氨322.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況（2）變壓吸附法（PSA）回收氫氣多塔均壓流程四塔流程吸附劑活性炭活性氧化鋁硅膠分子篩氫氣純度>99%回收率50~85%2023/12/7第2章天然氣制合成氨332.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況（3）深冷法氫氣流程較長(zhǎng)，操作復(fù)雜、能耗較高氫氣回收率>90%生產(chǎn)氬、氖等稀有氣體2023/12/7第2章天然氣制合成氨342.2天然氣制合成氨的技術(shù)概況（4）貯氫合金法

利用某些合金（如鈦系、稀土系和鎂系貯氫合金）在一定條件下可以選擇吸收氫的特性將其從弛放氣中分離出來(lái)。操作壓力：1~4MPa氫氣純度>99%回收率70~95%2023/12/7第2章天然氣制合成氨352.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展消耗大量的能源總能耗28~32GJ/t氨2.3.1典型工業(yè)化合成氨工藝2.3.1.1Kellogg公司節(jié)能工藝蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)單系列、大型化和低能耗，

總生產(chǎn)能力約占世界合成氨總生產(chǎn)能力的50%以上。不足裝置的原材料和動(dòng)力消耗大受供氣條件的影響也很大開(kāi)停車頻繁噸氨能耗高37.7~41.8GJ2023/12/7第2章天然氣制合成氨36（1）基本工藝過(guò)程2.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨37（2）主要工藝特點(diǎn)轉(zhuǎn)化壓力提高減輕一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷加大二段轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷空氣采用煙道氣預(yù)熱適當(dāng)降低轉(zhuǎn)化出口氣溫度汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)新型的浮頭式換熱器2.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨38脫碳Selexo法工藝2.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨39甲烷化后的合成氣采用分子篩干燥凈化可直接送入氨合成塔CO+5/2H2→CH4+H2OCO2+3H2→CH4+2H2O2.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨402.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展采用臥式氨合成塔系統(tǒng)小顆粒催化劑提高出口氨濃度新型組合式換熱器四級(jí)氨冷器汽提法2023/12/7第2章天然氣制合成氨412.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展燃料消耗降低50%動(dòng)力消耗降低23%冷卻水循環(huán)量降低27%噸氨能耗降至29.27~31.4GJ（3）主要技術(shù)進(jìn)展①釕基催化劑擠出型催化劑特點(diǎn)高活性10~20倍常規(guī)鐵基催化劑大比表面轉(zhuǎn)化效率比傳統(tǒng)催化劑高12~16%高耐毒性強(qiáng)烈吸附氫2023/12/7第2章天然氣制合成氨422.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展②先進(jìn)氨合成工藝（KAAP）將老牌號(hào)催化劑更換成新一代氨合成催化劑優(yōu)點(diǎn)節(jié)省投資降低能耗，單程轉(zhuǎn)化率高催化劑壽命長(zhǎng)合成氨可在較溫和條件下操作降低成本可，節(jié)能提高合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力2023/12/7第2章天然氣制合成氨432.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨442.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展KRES合成氣生產(chǎn)新工藝

采用換熱式轉(zhuǎn)化爐代替原有一段加熱轉(zhuǎn)化爐和換熱器。特點(diǎn)以換熱式轉(zhuǎn)化爐替代一段外加熱轉(zhuǎn)化爐二段轉(zhuǎn)化爐為自熱式開(kāi)口管式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化換熱器轉(zhuǎn)化管可以自由伸長(zhǎng)管束可拆卸內(nèi)徑為2.5m、塔高為12m2023/12/7第2章天然氣制合成氨452.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展設(shè)計(jì)條件氧氣含量>30%混合原料480~620℃蒸汽/碳3.3~3.8轉(zhuǎn)化出口溫度925~1045℃壓力3.0MPa碳鋼殼體，耐火襯里，外部水夾套2023/12/7第2章天然氣制合成氨462.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展KRES工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備造價(jià)低，占地面積小設(shè)備和管線減少轉(zhuǎn)化換熱系統(tǒng)靈活性大設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化產(chǎn)生蒸汽量減少20%不直接向大氣排放有毒氣體可用于改建2023/12/7第2章天然氣制合成氨472.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展KAAP與KRES組合工藝2023/12/7第2章天然氣制合成氨482.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.2Braun公司深冷凈化工藝第一個(gè)商業(yè)化的低能耗工藝特點(diǎn)：輕度一段轉(zhuǎn)化，二段轉(zhuǎn)化爐采用過(guò)量空氣在合成氣進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)前，增加深冷凈化部分（1）基本工藝過(guò)程

天然氣的脫硫、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、中低變、CO2脫除、甲烷化、分子篩干燥、深冷凈化和壓縮合成等2023/12/7第2章天然氣制合成氨492.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨502.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn)天然氣加壓4MPa脫硫H2S：1×10-6水碳比：2.5~3.0中壓蒸汽3.45MPa329℃預(yù)熱中變氣換熱器一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段一段轉(zhuǎn)化爐管溫度720℃壓力為3.08MPaCH423%梯臺(tái)爐二段轉(zhuǎn)化爐50~75%過(guò)?？諝鉄嵝?2~92%熱效率≈100%廢熱鍋爐高壓蒸汽過(guò)熱器2023/12/7第2章天然氣制合成氨512.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展中變爐440℃降溫原料空氣預(yù)熱器鍋爐給水預(yù)熱器低變爐233℃2.91MPaCO0.5%脫除CO2

甲烷化CO+CO2<10×10-6脫除氨、殘余CO2和水分風(fēng)（水）冷、氨冷分子篩深冷凈化裝置壓縮合成2~3個(gè)串聯(lián)式絕熱氨合成塔燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)2023/12/7第2章天然氣制合成氨522.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（3）主要技術(shù)進(jìn)展①入塔合成氣殘余CH4含量低（約0.2%），氫氮比約2.98②合成回路不直接排放弛放氣，深冷凈化單元排出的燃料量也大為減少。③一段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷減?、懿捎酶粴猓?0%O2）和調(diào)整兩段轉(zhuǎn)化負(fù)荷⑤全裝置綜合能耗為28.4~29.3GJ/tNH3。2023/12/7第2章天然氣制合成氨532.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.3ICI公司AMV節(jié)能工藝和LCA工藝（1）基本工藝過(guò)程①ICI-AMV節(jié)能型工藝2023/12/7第2章天然氣制合成氨542.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展②ICI-LCA工藝2023/12/7第2章天然氣制合成氨552.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn)①ICI-AMV節(jié)能型工藝增設(shè)原料氣飽和塔脫硫飽和塔高、低溫變換一段轉(zhuǎn)化出口甲烷含量16%二段轉(zhuǎn)化過(guò)量未預(yù)熱空氣脫碳低能耗改良型苯菲爾法低壓法氨合成回路7~8MPa2023/12/7第2章天然氣制合成氨562.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展噸氨消耗定額原料天然氣24.97×106kJ燃料天然氣10.8×106kJ外供蒸汽1.0t外供電51.5kW·h冷卻水193m3

精制水2.15m3

噸氨能耗28.69GJ2023/12/7第2章天然氣制合成氨572.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展②ICI-LCA工藝一段轉(zhuǎn)化管殼式連續(xù)換熱變換反應(yīng)器（GHR）管內(nèi)裝催化劑管外用從二段轉(zhuǎn)化爐出口的高溫氣體加熱

該反應(yīng)器爐管少，壓差?。?lt;0.2MPa），體積小，熱效率高，采用低水碳比的催化劑，可以節(jié)省高鎳鉻合金鋼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造安裝。2023/12/7第2章天然氣制合成氨582.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展二段轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)的固定床絕熱反應(yīng)器過(guò)量1.5倍加熱后的工藝空氣出口溫度為975℃中低變合并在一個(gè)管殼式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行變壓吸附（PSA）脫除CO2和過(guò)量N2

脫弛放氣的CH4和Ar甲烷化CO+CO2

≦10×10-6

2023/12/7第2章天然氣制合成氨592.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展低壓法氨合成回路7.85~12.5MPa鈷基催化劑ICI74-1三大機(jī)組電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)冰機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿式天然氣、工藝空氣和合成氣壓縮機(jī)2023/12/7第2章天然氣制合成氨602.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.4Uhde公司Uhde-ICI-AMV節(jié)能工藝優(yōu)化能量利用合成塔大直徑間接換熱三床層徑流式串接倒U型管廢熱鍋爐（1）基本工藝過(guò)程2023/12/7第2章天然氣制合成氨612.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨622.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)工藝空氣壓縮機(jī)提高了轉(zhuǎn)化壓力轉(zhuǎn)化爐為預(yù)燃式二段轉(zhuǎn)化爐加入過(guò)量的空氣（25~30%）一段轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量0.9%延長(zhǎng)了一、二段轉(zhuǎn)化爐使用壽命氨回收等壓水吸收氨水提氨冷凝液化氫回收等壓低溫深冷大部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)2023/12/7第2章天然氣制合成氨632.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.5Linde公司LAC工藝（1）基本工藝過(guò)程2023/12/7第2章天然氣制合成氨642.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn)①無(wú)高變、低變、脫碳和甲烷化等工序②使用PSA裝置的轉(zhuǎn)化氣凈化系統(tǒng)③附加洗滌裝置回收CO2

④工藝?yán)淠褐苯铀突亟^熱變換爐⑤工藝流程簡(jiǎn)單，總壓降減少

最直接的制氨途徑

全面簡(jiǎn)化傳統(tǒng)工藝路線

易綜合利用2023/12/7第2章天然氣制合成氨652.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（3）主要技術(shù)進(jìn)展Linde等溫變換爐LindePSA空分裝置Casale公司的合成塔2023/12/7第2章天然氣制合成氨662.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.6Topsoe公司低能耗工藝（1）基本工藝過(guò)程脫硫一、二段轉(zhuǎn)化二步變換脫碳甲烷化壓縮氨合成產(chǎn)品回收2023/12/7第2章天然氣制合成氨672.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn)①轉(zhuǎn)化一段水碳比2.5側(cè)燒式②變換銅基催化劑③脫碳物理方法④氨合成雙床層徑向流反應(yīng)器阻力小

熱能回收余熱回收2023/12/7第2章天然氣制合成氨682.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.2天然氣制合成氨生產(chǎn)裝置概況2023/12/7第2章天然氣制合成氨692.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨702.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.3天然氣制合成氨幾大工藝的對(duì)比Kellogg工藝KAAP工藝釕基催化劑ICI-AMV工藝Braun工藝節(jié)能降耗綜合指標(biāo)較優(yōu)越裝置最多2023/12/7第2章天然氣制合成氨712.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨722.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨732.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨742.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.4天然氣制合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及特點(diǎn)（1）單系列大型化節(jié)能、降低建設(shè)費(fèi)用氣動(dòng)離心式壓縮（2）能源的綜合利用將合成氨生產(chǎn)與動(dòng)力生產(chǎn)合二為一（3）節(jié)能改造傳統(tǒng)工藝方法引入新設(shè)計(jì)概念2023/12/7第2章天然氣制合成氨752.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/12/7第2章天然氣制合成氨762.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展新廠①引入深冷技術(shù)美國(guó)Braun公司深冷凈化工藝調(diào)節(jié)氫氮比英國(guó)ICI公司的ICI-AMV法②工藝過(guò)程反應(yīng)熱自行平衡補(bǔ)償LCA法一、二段爐換熱式反應(yīng)器GHR③已有成熟技術(shù)優(yōu)化組合2023/12/7第2章天然氣制合成氨772.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（4）新型氨合成催化劑的廣泛使用磁鐵礦型合成氨催化劑人造非化學(xué)計(jì)量的氧化鐵酸鹽基（Fe1-xO，其中x=0.023~0.14）催化劑

高活性低還原溫度快還原速度含鈷型催化劑釕基催化劑以銫為助催化劑的鈷、鉬氮化物催化劑2023/12/7第2章天然氣制合成氨782.3天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（5）氨合成回路的改進(jìn)①壓力等級(jí)降壓②氨的分離低壓下氨分離技術(shù)與能耗2023/12/7第2章天然氣制合成氨792.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向20世紀(jì)20年代第一座合成氨裝置投產(chǎn)20世紀(jì)60年代中期美國(guó)Kellogg公司美國(guó)Braun公司丹麥Topsoe公司英國(guó)ICI公司第一次技術(shù)革命和飛躍20世紀(jì)80年代第二次突破性的技術(shù)革命近年來(lái)新技術(shù)、新設(shè)備、新催化劑改造舊裝置2023/12/7第2章天然氣制合成氨802.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1造氣2.4.1.1增設(shè)預(yù)轉(zhuǎn)化爐節(jié)約轉(zhuǎn)化爐燃料高轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率在預(yù)轉(zhuǎn)化爐中除去重?zé)N避免轉(zhuǎn)化爐結(jié)炭預(yù)轉(zhuǎn)化爐出來(lái)的氣體加熱到一段爐原進(jìn)口溫度預(yù)轉(zhuǎn)化爐體積小、安裝費(fèi)用低2023/12/7第2章天然氣制合成氨812.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1.2一段轉(zhuǎn)化爐（1）爐管高含量鉻（25%）鎳（20~25%）合金提高爐管強(qiáng)度和抗腐蝕性能ParalloyH24W和H39W合金鎳和鈮高蠕變強(qiáng)度Paralloy集流腔和集氣管強(qiáng)度大可焊接爐管使用壽命↑操作溫度和壓力↑燃料燃燒效率↑轉(zhuǎn)化爐的生產(chǎn)能力↑2023/12/7第2章天然氣制合成氨822.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向（2）催化劑裝填Unidens技術(shù)

在爐管內(nèi)先放入一根帶有彈簧刷子的裝填繩，催化劑裝進(jìn)爐管后，慢慢拉出裝填繩。減緩催化劑顆粒下降速度不會(huì)因架橋而產(chǎn)生空穴爐管內(nèi)催化劑密度相同且很大2023/12/7第2章天然氣制合成氨832.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1.3二段轉(zhuǎn)化爐（1）采用高比表面積（GSA）催化劑轉(zhuǎn)化爐性能燃燒過(guò)程催化劑混合過(guò)程湍度噴嘴富燃料燃燒均勻比表面積（GSA）大、體積小增大氣體混合空間2023/12/7第2章天然氣制合成氨842.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向（2）新型燒嘴工藝氣和空氣混合均勻（3）氣體加熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)換熱式轉(zhuǎn)化器

用來(lái)自二段自熱轉(zhuǎn)化的熱量替代向管式蒸汽轉(zhuǎn)化供熱的燃燒爐。GHR工藝②KRES工藝原理相同原料氣蒸汽轉(zhuǎn)化器自熱轉(zhuǎn)化器平衡反應(yīng)器熱量2023/12/7第2章天然氣制合成氨852.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向③CAR工藝

蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化組合在一個(gè)管殼式反應(yīng)器中。殼程部分氧化反應(yīng)管程蒸汽轉(zhuǎn)化（4）HalderTopsoe的自熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器ATR工藝無(wú)蒸汽轉(zhuǎn)化用爐管

蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化組合在一個(gè)管殼式反應(yīng)器中。2023/12/7第2章天然氣制合成氨862.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向優(yōu)點(diǎn)單元設(shè)計(jì)緊湊不生成炭黑投資和操作成本低操作安全、靈活專利燃燒器固定床催化劑2023/12/7第2章天然氣制合成氨872.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向特點(diǎn)噴嘴使原料氣和氧充分混合燃燒器與火焰核心間用耐火材料保護(hù)高溫循環(huán)氣流和燃燒器之間用耐火材料保護(hù)催化劑床層溫度分布均勻2023/12/7第2章天然氣制合成氨882.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.2CO變換2.4.2.1高溫變換（HTS）催化劑ICI71-5催化劑減小了孔隙內(nèi)氣體的阻力出口CO含量↓產(chǎn)生氫↑床層壓降↓2.4.2.2軸-徑向變換爐Casale公司2023/12/7第2章天然氣制合成氨892.4天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向主要特點(diǎn)氣體軸-徑向通過(guò)催