合成氨及氨加工ppt课件.ppt

合成氨及氨加工 概述以焦碳 天然气制取原料气氨加工 1 合成氨生产的重要性合成氨工业是基本无机化工之一 氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料 从氨可加工成硝酸 现代化学工业中 常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴 1898年 利用炭化钙吸收氮制氨获得成功 1905年建成工厂 1909年又实现了在催化剂存在下 氮和氢直接合成氨 并于1912年建成日产30吨的装置 此后 直接合成氨的方法发展迅速 而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰 合成氨工业在20世纪初期形成 开始用氨作火炸药工业的原料 为战争服务 第一次世界大战结束后 转向为农业 工业服务 随着科学技术的发展 对氨的需要量日益增长 50年代后氨的原料构成发生重大变化 几十年来 合成氨在技术上也发生了很大变化 2 我国合成氨生产工艺技术现状1 装置现状我国合成氨装置是大 中 小规模并存的格局 总生产能力为4260万t a 大型合成氨装置有30套 设计能力为900万t a 实际生产能力为1000万t a 中型合成氨装置有55套 生产能力为460万t a 小型合成氨装置有700多套 生产能力为2800万t a 我国大型合成氨装置所用原料天然气 油田气 占50 渣油和石脑油占43 煤占7 其下游产品除1套装置生产硝酸磷肥外 其余均生产尿素 70年代引进的大型合成氨装置均进行了技术改造 生产能力提高了15 22 合成氨吨综合能耗由41 87GJ降到33 49GJ 有的以石油为原料的合成氨装置 如安庆 金陵 广石化 用炼油厂干气顶替一部分石脑油 每年大约5万t 3 2 生产技术水平1 以煤 焦为原料的合成氨装置技术状况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 4 2 以渣油为原料的合成氨装置技术状况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 2MPa3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 5 3 以天然气 轻油为原料的合成氨装置技术状况我国以天然气 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 6 以焦碳 天然气制取原料气 原因原料气的生产原料气的净化合成氨新法 电合成 7 原因 我国原油资源有限 开采量仅为世界开采量的2 4 石油供需矛盾日益突出 据统计 2000年我国原油产量约为1 65亿吨 比1995年的1 49亿吨增加1600万吨 平均每年仅增加320万吨 据测算 十五 期间我国石油消费量平均每年将增加500 600万吨以上 我国是世界煤炭生产大国 煤炭资源约为7650亿吨 1995年开采量就达12 8亿吨 超过美国位居世界第一 可供开采的资源丰富 有充足的供应保障 而且价格较低 由于资源结构的原因 在我国以油 气为原料制氨 其原料成本较高 且供应往往难以保证 以煤为原料则成本较低 且来源丰富 8 原料气的生产壳牌粉煤气流化床加压气化工艺技术 朝鲜恩德粉煤气化技术和陕西联合中西部煤气工程技术中心循环流化床粉煤气化技术 目前已在国内处于抢眼地位 有望支撑中国合成氨工业发展的方向 壳牌粉煤气化技术被业内人士认为更适合中国国情和产业政策 其气化炉结构简单 特别是对煤种无限制 几乎无甲烷 酚类和焦油等生成 硫氧化物 粉尘等废弃物排放几乎为零 更利于环保 据悉 湖南巴陵石化公司化肥厂 广西柳化集团已建设示范厂 朝鲜恩德粉煤气化技术及恩德炉已经全部国产化 以此改造原有装置 投资仅为引进国外技术和设备投资的30 50 该技术在煤种适应 三废 处理 技术成熟性等方面同壳牌粉煤技术基本相同 不同的是装置可露天布置 节省建设高大厂房的投资 其转化率低的缺点 因中国煤价偏低而显得不很严重 恩德炉一般连续运转率可达90 以上 运行费用仅为固定床炉型的一半 9 完全立足国内开发的循环流化床粉煤气化技术 已于2002年2月在陕西城化公司建成示范性装置 使用陕西彬县和甘肃华亭两种煤进行工业化试验获得成功 其最突出的优点是运行成本低 与固定床无烟煤气化相比 吨氨可降低成本172 55元 与比较成熟 可靠 应用最为广泛的德士古水煤浆加压气化技术以及正在普遍应用的其他技术相比 以上三种技术均未大规模推广 但已通过示范项目显示出优势 对目前90 以上的中小氮肥厂来说 以焦炭或无烟煤为原料 使用固定床间歇式气化技术 普遍陷入窘境 改变原料路线是其脱困首选 10 水煤浆加压气化制合成气德士古煤气化炉是高浓度水煤浆 煤浓度达70 进料 液态排渣的加压纯氧气流床气化炉 可直接获得烃含量很低 含CH4低于0 1 的原料气 适合于合成氨 合成甲醇等使用 年产30万吨合成氨 52万吨尿素装置以及辅助装置约需30 5亿元投资回收期12年 主要设备使用寿命15 20年 11 原料气的净化1 双甲新工艺此工艺是合成氨生产中一项新的净化技术 是在合成氨生产工艺中 利用原料气中CO CO2与H2合成 生成甲醇或甲基混合物 流程中将甲醇化和甲烷化串接起来 把甲醇化 甲烷化作为原料气的净化精制手段 既减少了有效氢消耗 又副产甲醇 达到变废为宝 以年产 万吨氨 醇计 总投资300 500万元 投副产 万吨甲资回收期2 3年 因没有铜洗 吨氨节约物耗 铜 冰醋酸 氨 14元 节约蒸汽30元 节约氨耗6 5元等 每万吨合成氨可节约74万元 副产甲醇 按氨醇经5 1计算 1万吨氨副产2000吨甲醇 利润40 100万元 年产5万吨的合成氨装置可获得经济效益570 870万元 12 2 NHD技术各种工艺气体的净化 特别是以煤为原料的硫化氢 二氧化碳含量高的氨合成气 甲醇合成气和羰基合成气的净化NHD溶剂是国内新开发的一种高效优质的气体净化剂 其有效成份为多聚乙二醇二甲醚的混合物 是一种有机溶剂 对天然气 合成气等气体中的酸性气 硫化氢 有机硫 二氧化碳等 具有较强的选择吸收能力 该溶剂脱除酸性气采用物理吸收 物理再生工艺 能使净化气中的酸性气达到生产合成氨 甲醇 制氢等的工艺要求 以年产40000吨合成氨计 改造总投资 由碳丙工艺改造 含基建投资 设备投资等 约80万元 投资回收期0 31年 新建总投资 基建投资 设备投资等 约400万元 投资回收期0 89年 应用此项技术的企业年经济效益均在200万元以上 13 14 合成氨新法 电合成最近 两位希腊化学家 位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的GeorgeMarnellos和MichaelStoukides 发明了一种合成氨的新方法 Science 2 Oct 1998 p98 在常压下 令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570oC的以锶 铈 钇 钙 钛矿多孔陶瓷 SCY 为固体电解质的电解池中 用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化 转化为氨 转化率达到78 对比 几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10 15 实验条件探索 他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体 用HCl吸收氨引起的pH值变化估算氨的产率 证实提高氮的分压对提高转化率无效 升高电流和温度虽提高质子在SCY中的传递速度却因SCY导电率受温度限制 升温反而加速氨的分解 15 氨加工 概述改良水溶液全循环法尿素新工艺技术我国尿素工艺技术实现新突破 16 概述54家中氮厂中有尿素厂38家 占总厂数的70 1998年尿素产量为566 2548万吨 占全国尿素总厂量2568 8853万吨的22 从氮肥产品结构看 由于原来生产碳铵的中氮肥厂转产尿素 使尿素产品成为主要产品 因而煤制氨 尿素厂在中氮行业中占主要地位 制造尿素的方法有50余种 但实现工业化的只有氰氨化钙 石灰氮 法和氨与CO2直接合成法两种 17 合成氨生产为氨与CO2直接合成尿素技术提供了氨和CO2 因原料获得方便 产品浓度高 现在广泛采用此法生产尿素 我国尿素生产主要采用水溶液全循环法 水溶液全循环法是将未反应的氨和CO2用水吸收生成甲胺或碳酸铵水溶液循环返回系统 我国在煤焦制氨 尿素厂26家中有22家均采用水溶液全循环法 采用 1400mm的尿素合成塔 9000 16000mm的自然通风造粒塔 18 全国单套最大的尿素生产装置 19 改良水溶液全循环法尿素新工艺技术1 工艺要点 1 尿素合成塔双塔并联 控制适当生产强度 采用新型高效内件 提高CO2转化率至66 68 达到国内先进水平 2 预分离 预蒸馏流程 并用自气提一分塔替代预蒸馏塔 3 三段蒸发流程 增设闪蒸蒸发器替代闪蒸糟 4 尿素洗涤回收工艺 一段蒸发冷凝液和解析废液中尿素含量均可下降至0 15 以下 废液可作造气污水循环系统补充水 是现阶段解决废液污染的可行的环保治理方法 20 我国尿素工艺技术实现新突破由中国氮肥工业协会理事长王文善经过多年研究设计开发的 型尿素合成塔组合式内件 在安徽三星化工集团公司 原涡阳化肥厂 经过 年多运行 二氧化碳转化率提高明显 实现了我国尿素生产工艺技术的新突破 安徽三星化工 立方米尿素合成塔采用 型尿素合成塔组合式内件改造后 二氧化碳转化率由 提高到 以上 产量由 吨 日提高到 吨 日 21 二氧化碳转化率是尿素生产中的重要工艺指标 直接影响生产中蒸汽消耗量和产量 转化率越高 蒸汽消耗量越少 分解回收系统设备就越小 产量越高