合成氨工业的现状及节能技术.doc

Yibin University本科生毕业论文题 目 合成氨的工业技术现状及节能研究 院 别 化学与化工学院 专 业 应用化学 学生姓名 马新雨 学 号 100703003班级 2010 级 3 班指导教师 唐红梅 职称 合成氨工业技术现状及节能技术研究摘要：随着国家工信部颁布出台合成氨行业准入条件（征求意见稿），在合成氨生产上提高了能耗的准入条件，因此加快实施合成氨生产的节能改造已经成为企业适应新形势发展的基本要求。本文首先在合成氨生产原料以及主要生产工艺指标等方面介绍了合成氨工业技术现状，并提出了实现合成氨生产节能改造的主要技术措施，可以为相关人员熟悉了解合成氨生产以及合成氨节能改造提供合理的考。关键词：合成氨 技术 现状 节能概述：合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，氨合成产品作为重要的化工产品，可以用于氮肥、硝酸以及铵态化肥的生产加工制造。2012年10月份中国合成氨总产量为462.88万吨，1-10月累计产量4529.84万吨，同比增加7.8%。随着市场对于合成氨产品要求的不断提高以及国家对于化工行业节能减排的要求，改善合成氨生产技术，加大节能技术开发，应经成为合成氨等相关化工行业迫切需要解决的主要问题。近年来，我国大型合成氨装置采用国际和国内的先进工艺、设备和控制技术，进行了大量技术改造，经实践证明以下技术是先进、成熟、可靠的，可供企业改造时选择使用。Abstract:As countries promulgated by the ministry for the synthetic ammonia industry access conditions (draft) , increases the energy consumption in ammonia production access conditions, thus speeding up the implementation of synthetic ammonia production energy saving reconstruction has become the enterprise to adapt to the new situation of the development of the basic requirements. Firstly in synthetic ammonia production raw materials as well as the main production process indicators etc. The paper introduces the technology of synthetic ammonia industry present situation, and puts forward the main technical measures to realize the energy-saving reform of the ammonia production for relevant personnel familiar with understanding and synthetic ammonia in ammonia production energy saving transformation provides a reasonable reference.Keywords: synthetic ammonia technology actuality Energy savingSummary:Synthetic ammonia is one of the bulk chemical products, the synthetic ammonia production has reached more than 100 million tons per year, ammonia synthesis products as an important chemical products, can be used for nitrogen fertilizer, nitrate and ammonium fertilizer production processing manufacturing. Chinas synthetic ammonia production of 4.6288 million tons in October 2012, October 1 - cumulative output was 45.2984 million tons, year-on-year increase of 7.8%. With the constant improvement of the market for synthetic ammonia product requirements as well as the national to the requirement of chemical industry energy conservation and emissions reduction, improvement of synthetic ammonia production technology, increasing energy conservation technology development, should be the synthetic ammonia chemical industry urgently needs to solve the main problems related to. In recent years, Chinas international and domestic largeammonia plant using advanced technology, equipment and control technology, a lot of technical reform, practice has proved that the technology is advanced, mature, reliable, and used for transformation of enterprises to choose.一、现阶段合成氨工业主要生产原料合成氨反应公式为，合成氨的反应特点主要为：可逆反应，氢气与氮气反应生成氨，同时氨在一定条件下也可以分解成氢气和氮气；此外，合成氨的反应为放热过程，反应过程中反应热与温度以及压力有关；而且需要催化剂的催化方能迅速进行合成氨反应。现阶段用硬合成氨生产的原料主要有重质油、天然气、以及煤或焦炭，具体生产工艺如下所示：1.重质油 重质油主要是指常压或者减压蒸馏后的渣油以及利用原油深度加工后的燃料油。利用重质油生产合成氨的工艺为首先重油与水蒸气反应值得含氢气体。通过将部分重油燃烧以为反应转化吸热提供足够的热量以及足够的反应温度，进而通过重油制氢为合成氨的生产提供基础原料。2.天然气 采用天然气生产合成氨主要工序为脱硫、二次转换、一氧化碳转换以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氢混合气，再利用甲烷化技术去除少量残余的一氧化碳以及二氧化碳，并经压缩机进行压缩处理，即可得到合成氨产品。3.煤 以煤作为原料制取氢气的工艺流程主要包括煤的高温干馏焦化以及煤的气化两种，煤的焦化主要是将煤处于空气隔绝的高温条件下制取焦炉煤气，通常情况下焦炉煤气中含有60%左右的氢气，作为合成氨生产的原料。而煤的气化，将煤在高温条件下，通过常压或者加压的方式与水蒸气或者氧气反应，得到含氢的气体产物，以此为制作合成氨的原料。二、合成氨生产工艺指标1.生产温度对于一段炉的温度，一般控制在760800左右，这主要是由于一段炉设备价值高，而且主要为合金钢管，合金钢管的特点在于温度过高容易造成使用寿命大幅度降低。对于二段炉温度，主要根据甲烷控制指标来确定。在合成氨的生产压力以及水碳比得出后，应该根据平衡甲烷的浓度来确定合成氨的生产温度。通常情况下要求yCH40.005，出口温度应为1000C左右。实际生产中，转化炉出口温度比达到出口气体浓度指标对应的平衡温度高.2.合成氨生产压力 通常情况下将压力控制在34MPa左右，这主要是由于采取加压的条件可以降低能耗，保证能量的合理利用，而且采取加压的方式还可以提高反应余热的利用。3.水碳比 由于水碳比高的条件下，残余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用较高的水碳比，约3.54.0。三、合成氨生产节能措施研究 合成氨的生产作为需要大量能好的工业，对于合成氨生产工艺进行节能技术改造已经成为合成氨工业提高经济效益，实现健康可持续发展的关键。降低合成氨生产过程中的能耗，可以采取以下措施：1.实现合成氨生产规模的大型化 生产规模的大型化在于可以综合利用能量，并且可以采用离心压缩机，在降低成本投入的同时，实现生产过程的节能。大型化的合成氨生产可以建立完善的热回收系统，进而降低能量的消耗，提高技术经济指标。此外，大型化的合成氨生产工艺由于采用了高速离心压缩机，减少了合成氨的设备，并实现了合成氨生产工艺的优化。2.从驰放气中回收氢从驰放气体中回收含氢气体。从驰放气体中回收有氢气体主要有以下几种方式：第一，将驰放气体低温液化，进而通过蒸馏进行进一步的分离，通过这种方式不仅可以回收有氢气体，同时可以回收部分稀有气体。第二，采取分子筛在高压条件下吸附的方式，进而在减压下进行解吸的方法分离得到有氢气体。第三，采用多极膜分离方法，由于氢气透过膜的速率相比其他气体较高，并通过多极膜进行分离而获得纯度较高的氢气。3.实现制气系统的节能优化 合成氨的生产主要集中在制气环节，制气环节的能耗达到成产工艺的70%以上，因此实现合成氨的节能，必须提高转化率降低燃料消耗。 对于利用天然气生产合成氨的工艺，可以采取以下几种措施：结合用于生产合成氨的天然气的密度以及其他信息，判断天然气碳含量，并及时调整蒸汽，并通过适当降低水碳比来实现生产工艺的节能；严格控制合成氨过程中的烟气氧含量，并尽可能的减少其波动，将其控制在较低的数值；在生产过程中除满足氢气与氮气比、二段炉出口的甲烷含量以及温度的条件外，应尽可能降低一段炉负荷；对于类似于Kelogg型的合成氨生产转化炉，应该尽可能地均衡控制各个支路间温度，并减少各炉管间温度偏差，进而大幅提高加热效率，这样不仅延长设备使用寿命，同时实现能耗的降低。对于采用重油以及煤粉气化炉的合成氨生产工艺，实现节能技术改造可以采取以下措施：根据原料的基本属性如密度、热值等探寻反应的最佳配比，及时调整氧气量、蒸汽量，减少能耗；根据炉型及工艺设计不同控制方案，通过平稳操作和优化参数，提高转化率，降低能耗；由于这类气化控制的特殊性，如原料性质难以定性、监测点少、自动化程度低等，尚无开发出理想的优化控制系统。四、引进装置的节能技术措施1.烃类蒸汽转化一段炉烟气余热回收，降低烟道气排放温度，可采用旋转蓄热式换热器或热管式换热器加热燃烧空气；采用新型催化剂，降低进料H20/C，不但降低了工艺蒸汽消耗量，而且可有效地降低一段炉蒸汽转换的热负荷；采用新型合金材质的转化炉管（如HP50薄壁管），有利于提高转化管操作压力和温度，降低管壁厚度及长度，增加转化管催化剂装填量；改造蒸汽系统，提高高压蒸汽的过热度，可提高蒸汽的做功能力和热利用率；二段炉采用新型烧咀；借鉴节能型工艺设计思想，改变转化工艺设计或转化炉型，提高转化效率以降低能耗，降低一段转化强度，放宽其出含量，增加二段炉空气加入量以维持反应温度；用燃气轮机驱动空气压缩机，燃气轮机的高温空气送入一段炉作为补充空气，即热量的联合循环工艺，可节约燃料并提高一段炉燃烧效率。2.变换采用低水碳比高活性的催化剂，提高CO变换率，降低蒸汽消耗。降低变换阻力，如将高低变换炉由轴向床改为轴径向床。3.脱碳采用低能耗的脱碳工艺。如低热耗苯菲尔工艺（半贫液四级喷射闪蒸）、双塔再生工艺、MDEA工艺等。采用低热苯菲尔工艺和更换高效阶梯环演料等配套改造，使脱碳能力提高30%以上，再生热耗降低30%。3.氨合成及合成回路采用新型合成塔内件配以小颗粒、高活性催化剂，使合成塔及合成回路阻力下降，氨净值提高，合成反应热综合利用好。目前大型氨厂采用的塔型有卡萨利（casale）轴径向冷激或层间换热型、托普索S-200径向层间换热型、Ke110g卧式合成塔等，均取得较好效果。4.弛放气回收可采用深冷分离或膜分离技术，现多采用后者，效果很好。5.机泵采用“三元流”设计的新型高效节能型转子；采用先进的防喘振控制系统和调速系统；采用大机组状态监测和故障诊断技术；一些效率较低的小型汽轮机改用电机驱动，有利于提高机组效率和装置运行可靠性。6.控制系统控制系统改传统的模拟仪表为计算机集散控制系统（DCE）。利用计算机丰富的硬件和软件功能，可完成工艺变量的调节、指示、设定、记录、报警、动态图表显示等操作。在对主要工艺参数优化控制、开停车智能控制、联锁先进控制系统和管控一体化的开发应用方面均有新的进展，有利于装置安全、稳定、优化运行，具有显著节能效果。7.其他工艺冷凝液回收，可采用中压蒸汽（工艺蒸汽）汽提法或天然气饱和法；改进保温件结构及施工方法，减少过程热损失，提高热效率。如采用陶瓷纤维毡隔热层代替传统的耐火砖等。渣迪型装置气化炉采用新型烧嘴，如shell气化装置的多通道同心圆烧嘴，可将气化炉出口的有效气体成分提高4%，使氨渣油消耗降低近40kg/t；Texaco开发出的新烧嘴也降低了氧耗、汽耗。空分装置采用全低压分子筛流程，提高氧气收率，降低空压机功耗。液氮洗装置可采用shell冷箱液体泵回收CO技术，或采用林德公司设计的高压膨胀闪蒸回收技术，都可进一步降低油耗。变换采用宽温耐硫催化剂，提高CO变换率。五、国内大中型合成氨厂节能技术以天然气为原料的企业，可采用换热式转化炉，每吨氨耗天然气可降到750800Nm3；碎煤或粉煤加压气化，开拓原料来源，提高碳利用率90%以上；优化常压固定层间歇气化操作，实现低耗高产，每吨氨煤耗低于1200Kg；固定层常压富氧连续气化技术，改善环境，降低成本；全低变工艺，节约蒸汽，提高装置能力；MID、MDEA、双塔再生等新脱碳工艺，降低能耗；新型填料、过滤器等，提高效率；轴径向内件和低温高活性催化剂，提高氨合成塔能力、净值；膜分离或变压吸附回收氢技术；循环流化床锅炉，提高煤炭综合利用水平。 六、小合成氨节能技术推广低温变换工艺技术，淘汰中变或中串低技术，该技术分全低变和中低变两种，可根据企业的不同情况选用，该技术实施后，变换系统蒸汽消耗可降至300Kg以下；采用聚乙二醇二甲醚（NHD）或改良的碳酸丙烯酯脱碳技术；铁碱溶液催化法气体脱硫技（DDs），科灵精脱硫新工艺；普遍推广优化的合成氨蒸汽自给技术，上、下行煤气余热集中回收器、型风机、重风燃烧炉的开发应用，提高了第一热力网络的技术水平；提温型一进一出合成塔及一塔一泵变换工艺的成功，更加优化第二热力网络的工艺；尿素合成双塔并联工艺；推广小尿素“6改10”、“4改10”技术，可使4万t/a尿素装置能力达320t/d（单尿塔）和400t/d（双尿塔），尿素耗氨降到580Kg/t以下，耗蒸汽降到10001200Kg/t；推广造气炉改造技术，将原2260炉改造到2610，采用自动加煤、新型炉蓖