合成氨不同工艺能耗对比

1、10万吨/年合成氨工艺技术比较工艺技术的选择1、 造气工段煤气化工艺过程的发展已有百余年的历史，迄今为止已开发的气化方法不下数百种，按照煤在气化炉的运行和接触方式，可以分为（1）流化床气化、（2）气流床气化、（3）熔融床气化、（4）移动床气化（固定床） 流化床气化技术煤的流化床气化是指气化反应在以气化剂与煤形成的流化床内进行的。流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂（氧气或空气）来进行床体流化，其温度保持在1000c以下，以预防灰熔化后与炉床里的物质发生结聚。氧化剂的有限流量意味着大多数煤粒不会充分燃烧，而是收缩成碳素粒，被合成气带出气化炉。这就需要大量的碳素粒循环，或被传送到分离燃烧室

2、中燃烧。流化床气化技术主要有温克勒（winkler）、高温温克勒（HTW、U-Ga$恩德炉、灰熔聚等流化床粉煤气化技术。现我国应用较多的是恩德炉、灰熔聚。目前在朝鲜和我国共有十多台恩德气化炉在运行中，运行最好的是通辽梅花生物科技有限公司，现有2台发气量20000NM/h的炉子，2006年11月投产，运行正常。最关键的问题仍然是煤种，该炉要求煤种为褐煤、长焰煤、弱粘结煤，具体数据为灰熔点1250c以上；煤活性950c时大于65%,原则上控制在87%以上；粘结性、F.S.N<21/2o另外内外水要干燥到12%以下，目前为止，恩德炉工艺最适宜的煤种是褐煤。中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化

3、床粉煤气化技术，该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100c下气化，固体排渣，无废气排放。该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时投煤量4.2吨。其煤种适应性广，操作温度约为10001080C,反应压力为0.030.05MPa（G）。气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。产品气中不含焦油，含酚量低。碳转化率为90%有效气体成分较低。目前山西丰喜集团有一套加压灰熔聚气化炉正在开车，设计压力1.0MPa,但

4、运行压力最高到过0.6MPa,仅持续了几天，目前在0.3MPa运行，仍然问题多多，连续运行时间短，而且气体成分较差，运行成本较高。 气流床气化技术气流床气化炉属第三代先进的煤气化技术，是最清洁，也是效率最高的煤气化技术。粉煤（水煤浆）在1200-1700C时被部分氧化，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。气流床所使用的煤种要比移动床和流化床的范围更广泛。使用纯氧做气化剂可以使气化更有效，并可避免合成气被氮气稀释，合成气的热值也高于空气气化炉所产生的合成气的热值。目前以煤为原料生产合成气的气流床气化工艺的典型代表有：德士古（GB水煤浆加压气化工艺；壳牌（SHELL干粉煤加压

5、气化工艺（SCGP;德国未来能源公司的GSP或者科林公司干粉煤加压气化工艺；国内的新型对置式多喷嘴水煤浆加压气化；（1）水煤浆加压气化工艺水煤浆气化工艺采用水煤浆进料，煤首先制成6065麻度的水煤浆，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，液态排渣。使用气化压力在2.78.7MPa,气化温度在13001400C,CO+Hi到80%气化过程对环境污染影响较小。德士古水煤浆气化在上世纪80年代投入工业生产，中国已在渭河、鲁南、上海焦化、淮南、黑龙江浩良河化肥厂及中石化金陵化肥等引进该技术。德士古水煤浆加压气化工艺的特点如下：1）煤种适应性广：年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰融点要求

6、不超过1350C,煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60叫宜。2）气化压力范围大：从2.58.7MPa皆有工业化装置，以4.0MPa较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。3）气化炉热量利用：有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨，在变换工序不需再外加蒸汽。也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。4）气化炉内无传动装置，结构比较简单。5）单位体积产气量大，一台直径2800mm4.0MPa气化炉产生的合成气，可满足日产氨400吨的需要。6）有效气成分高，CO+80%排渣无污染，污水污染小易处理。因高温气化，气体中含甲烷很低（CHK0.1%）,无焦油，气

7、化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含富化物少易处理。7）产品气中有效气（CO+目含量高，是碳一化学最好的合成原料气，可作为生产合成氨，甲醇，制氢，玻基合成的原料气，用途广泛。8）碳转化率高：最高可达98%经测算，德土古技术在10万T/a合成氨规模下是不经济的，德士古技术的最小经济规模为30万吨/年合成氨。（2）德国未来能源公司的GS阡粉煤加压气化工艺未来能源公司位于德国来比锡附近的弗来堡市（Freibarg）,原为东德黑水泵煤气联合企业弗来堡燃料研究所。1980年建成两套粉煤加压气化装置：W100（处理煤量100250kg/h）,W500（处理煤量5-25t/h）,1983年12月又建成一套大

8、型粉煤加压气化装置，W3况理煤量30t/h称为GSPZC艺。2004年从巴伯考克电力公司分离出来，并由瑞士SH公司收购以原东德煤炭工业学院为依托加强开发煤的气化技术。公司1956年成立以来，最初开发固定床气化技术，70年代末开始流化床的研究工作，原料煤主要是含硫的褐煤。GS就化床煤气化工艺技术特点：1）能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少。2）燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物。3）液态排渣，熔融淬冷成透明状，硬度大对环境无污染4）能气化劣质褐煤，也可气化烟煤和焦煤，煤种适应范围广。5）煤气化碳转化率高于99%。6）可处理高Cl-的物料，原料适应性强。7）水管冷

9、壁型气化炉，寿命长，维修工作量小。8）新型水冷气化喷咀，寿命长，效率高。目前该技术还没有工业化运行装置。（3）壳牌干煤粉加压气化法壳牌干粉煤气化是Shell公司开发的第三代煤气化工艺，于1972年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院（KSLA进行煤气化研究，1976年应用于一台6t/d煤气化炉，1978年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行日处理煤量150吨，1987年在美国休斯顿迪尔帕克炼油厂建成日投煤量250400吨的示范装置投产称作SCGP-1示范装置。1993年在荷兰的德姆克勒（Demkolec）电厂建成投煤量2000吨/日的大型煤气化装置，用于联合循环发电，称作SCGP工

10、业生产装置。装置开工率最高达73%该套装置的成功投运表明SCGP气化技术是先进可行的。目前国内引进该项技术的企业有湖北双环、岳阳洞氮、柳州化工股份有限公司等多家企业，都处于开车试运行阶段，困难重重，工程问题较多。SCG肢术的特点：1）适合于气化原料煤的范围较宽：采用高温加压干粉煤气流床SCG汽化方法，拓宽了适应制取合成气原料煤的煤种，如褐煤、烟煤、无烟煤等各种煤均可使用，对煤的性质如：粒度、结焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。2）成功地设计了膜式水冷壁气化炉：采用水冷壁气化炉，基本消除了频繁检修、更换炉内耐火衬里和耗费昂贵的弊端。同时单炉产气能力大，具有高效、大型化和长周期运行的显著

11、特点。3）SCGP技术具有较高的热效率：煤炭利用率高，碳转化率可达99%,其原料煤能量回收率高，80%83%以合成气形式回收（即冷煤气效率），14%16%以蒸汽形式回收。4）环境质量高SCGP气化工艺，壳牌公司称它为“洁净煤”工艺，其生产的合成气是含甲烷量很低的高洁净合成气。在煤气化过程中，煤粉制备采用密闭系统，无粉尘排放；煤中灰分在气化炉排出时被转化为玻璃体颗粒，可作为道路建筑材料，不污染环境；合成气水洗排放液经汽提冷却后循环使用，汽提逐出的H2S气体送硫回收装置。（4）对置式多喷嘴水煤浆加压气化：对置式多喷嘴水煤浆加压气化技术是我国煤气化技术科研人员经过多年努力研究，开发出了具有中国知识产

12、权的煤气化技术。华东理工大学会同鲁南化肥厂等单位合作开发了水煤浆多喷嘴撞击流气化技术，该技术氧耗、煤耗比德士古气化技术低，碳转化率可达98%,有效气体成分（COH）8385%,这些指标均比德士古气化技术高。该技术已取得了国家专利，通过了科技部组织的评审与验收。目前采用该技术的企业有山东华鲁恒升化工股份有限公司、兖矿集团等。但由于该技术成本高，不适合小型合成氨厂。 移动床气化技术（固定床）煤炭在固定床气化炉中的气化，也称为块煤气化。包括常压固定床气化技术和加压固定床气化两类，属于这类型的气化技术有鲁奇（Lurgi）气化技术、UGI煤气化技术。鲁奇气化技术是世界上最早采用的加压气化技术，由德国鲁奇

13、公司首先提出，1936年第一座工业性装置在德国投产。由于此法在技术上比较成熟，煤气中的甲烷含量也较高，所以目前建设大型城市煤气工厂仍以鲁奇气化法为主。鲁奇气化炉是一种工作压力为2.53MPA3.04MPa采用干排灰方式的固定床型气化炉。粒度为6毫米30毫米的煤料从气化炉上部装入，蒸汽和氧气从下部引入，与煤发生反应，得到的粗煤气从上部引出，干的灰分则通过旋转炉下部排走。粗煤气4,.一、.3.中含一氧化碳+氢65%甲烷11.3%。发热值约为3000大卡/NM以上，可直接供作城市煤气。如果要生产可供远程运送的高热值合成天然气，还必须经过洗气、调整成分和甲烷合成等处理过程，使煤气中甲烷含量提高到96%

14、煤气发热值提高到3.7X107焦耳以上。虽然新改进的一种液态排渣的鲁奇炉可使气化能力提高23倍，蒸汽耗量减少5/6,但没有工业化。目前在世界上有数百台鲁奇煤气化炉在运行。20世纪70年代为炉3800的MARK-IV型炉，单台炉产气量3600055000Nr3/h,20世纪80年代为步5000的MARK-即，单台炉产气量75000100000N市h。鲁奇炉单台煤气生产能力较大，以碎煤为原料，适用于不粘结或弱粘结性的灰熔点较高的褐煤，或活性好的次烟煤、贫煤。由于其气化气体中甲烷含量较高，主要适合用以生产城市煤气，生产合成气的厂较少。若用于生产合成气，必须增加甲烷转化或甲烷储分液氮洗装置。我国云南解

15、放军化肥厂和山西天脊集团采用鲁奇炉生产合成氨原料气。鲁奇炉生产的合成气中，甲烷体积分数10-14%,且含焦油、酚、茶等物质，气化炉后需要设置较为复杂的废水处理及回收装置、甲烷分离装置；用于合成气生产时，流程长、投资大，环保处理费用较局。UGI固定床气化炉是最古老的气化炉，它在很长时间里占据着煤气化工艺中的主导地位。UGI气化炉中的氧化剂与煤的流动方向相反。当空气被作为氧化剂时，温度通常不会超过灰熔点。由于合成气出口温度（400-500C）相对较低，粗合成气中通常会有液态碳氢化合物。UGI煤气化技术虽不先进，但此技术较实用，投资低，建设周期短，操作简单易管理。经过小氮肥企业几十年的革新改造，现在

16、的UGI煤气化技术已不是传统意义上的固定床气化技术，如气化炉的改进，原料煤的消耗降低及吹风气回收利用等技术革新，因此这么多年来一直备受中小氮肥企业的青睐。富氧连续气化是在间歇式固定层气化工艺基础上发展起来的一种常压连续气化工艺，具流程和设备与间歇气化基本相同。该工艺具有单炉生产能力大、工艺简单、炉况稳定、气化效率高、能耗低、便于操作、维修工作量小等优点，并且基本杜绝了由于吹风气放空造成的环境污染。富氧连续气化工艺在技术上是完全成熟的，安全上是可靠的，已经连续运行了几十年，但未能在全国同行业全面推广，主要原因有以下几条:富氧连续气化需要大型的空分机组。上世纪末之前，我国尚不能制造10000Nmh

17、的空分机组，引进机组造价很高，限制富氧连续造气技术的运用。比如三化公司80年代建成的3500Nm（h的空分装置投资高达7000万元。20世纪以前，所有空分机组均采用冷冻法，制造成本高达0.5元/NmL以一吨合成氨需耗氧500Nm计，吨氨的氧气成本已达200元以上。在煤价低于500元的情况下成本难以承受。采用富氧造气的厂家大部分均为焦化厂，焦炭间歇制气时，焦炭的消耗比块煤低10%由于焦炭的热值低，采用连续富氧造气，焦炭的消耗比块煤高10-15%20世纪60年代，只有吉林化工厂和淮南化工厂采用该技术，原料为焦炭，在20世纪90年代又有黑龙江化肥厂、平顶山尼龙66盐厂、浩良河化肥厂等企业采用了富氧连

18、续气化工艺。但后来因无烟煤成本较高等原因，黑化、浩良河等企业改用其他工艺，其中黑化改用恩德炉、浩良河改用德土古水煤浆加压气化。淮南和平顶山的造气炉可实现间歇气化和富氧连续气化炉两用，富氧气化采用高氧浓度操作，形成的优质气补充其他间歇炉的气质，加上煤耗的核算不太准确，统计出的吨氨煤耗下降不明显，未能充分体现连续富氧造气的优势。因此两企业对富氧连续气化未给予高度重视，后来新上的气化装置均未考虑富氧连续气化。国家发改委在河南心连心集团（20万吨氨、30万吨尿素项目）的批复意见上明确指出：采用固定床气化流程，只有粉煤成型连续气化工艺才是国家目前可批的气化技术路线。国家发改委将固定床间歇气化列为了限制发

19、展的落后技术，且各地区的行政主管部门和环保部门均开始限制采用该工艺工程的审批。目前很多中小型氮肥企业开始关注富氧连续气化技术，如晋开化肥厂、广西柳化等。气化技术的选择，主要依据于生产规模及企业所能利用的制气原料来决定。恩德炉工艺是最佳选择。2、 气柜为满足生产需要，本项目需建10000m3气柜1座。3、 脱硫工段拟用湿式氧化法脱硫，熔硫采用新型连续熔硫带残液回收工艺。半水煤气中硫化氢含量为2g/Nm3半水煤气。4、 压缩工段氮氢气压缩机是合成氨生产中的心脏设备，根据流程需要，本项目新选用2台305氮氢气压缩机，单台生产能力：4万吨/年NH3。同时使用两台原有75氮氢气压缩机单台生产能力：1万吨

20、/年NH3按照每年7200小时操作时间计算冷却水消耗序号工段循环水条件备注压力温度取大平均MpaCM3/hM3/h1常规压缩0.2/0.318/32115010502两级冷却0.2/0.318/3212501150两级冷却水消耗加上了澳化锂循环水消耗，此处热水供澳化锂可产生冷量120200万大卡/h。换热器使用情况序号工段使用寿命清理时间备注一级冷却二级冷却一级冷却二级冷却1常规压缩无2-8年无0.5-2年二级的使用时间与循环2两级冷却15年15年15年3-5年水质有关5、 变换工段1-2g/Nm3的气体硫含量用中低低或全低变都可以!净化度和蒸汽消耗序号COCO2汽气比蒸汽消耗运行费用（元/t

21、NH3）备注原始含量净化度原始量变换后里%129.80.38.237.71.422.0t/tNH3280中低低232.70.3r20.7r53.11.822.6t/tNH3P352中低低330.560.88.438.170.71.1t/tNH3196中低低432.70.820.752.60.91.4t/tNH3208中低低530.561.58.437.70.510.8t/tNH3126全低变632.71.520.751.90.620.9t/tNH3138全低变一732.7320.750.40.450.7t/tNH3114全低变832.7520.748.40.360.6t/tNH3102全低变6

22、、 变脱工段不同方法变脱投资和消耗序号方法硫含量净化度投资电耗蒸汽消耗试剂消耗综合消耗备注mg/Nm3mg/Nm3万元kwh元/ht元/h元/h1元/tNH31榜胶湿法300105002201100.35411211.70.8MPa2榜胶湿法3008600315158r0.354118P15.72.2MPa3催化氧化300104000000402.9催化剂3年寿命7、 脱碳工段脱碳比较表8、 精脱硫工段用干法精脱硫，同时脱奈、葱、酚、高级脂肪炫、焦油、CS2、COS、项目低温碳酸丙烯酯法碳酸丙烯酯法NHD法PSA碳PSA提氢操作指标吸收压力Mpa2.72.22.72.22.70.80.8吸收温

23、度12-1512-1538380-535403540原料气中CO2V%3436343634363436343634363436净化气中CCO2V%0.03-0.10.03-0.10.10.20.10.20.10.20.10.20.10.2溶液吸收能力NM3/Nm3CO21824182491291221消耗定额考虑脱碳泵能量回收30%烝汽t/tNH30.1元/tNH312电Kwh/tNH360.5641011061336886元/tNH330.253250.55366.53443水t/tNH33030606015918C8-10/158-10/1532/3432/3432/3432/3432元/

24、tNH34848606015918原料气氢损失Nm3/tNH3263.8101032240元/tNH3263.8101032240冷冻量*106kJ0.352元/tNH316.8化学原料kg/tNH3Kg/tNH30.20.230.320.420.250.20.5元/tNH389.212.816.817.51640投资对比（万兀）3500360029003100380048009600说明两级闪蒸氢回收80%后两级闪-M-*外八、氢回收80%后氢回收80%后氢回收80%后氢回收95%后运行费用：元/tNH388.2595.2127.1139.8137.891341嚷吩等有害物质9、 精炼工段精炼工段的目的是将原料气中少量有害气体CO、CO2清除干净,以保证合成催化剂能够安全、稳定运行。精制比较表项目名单价铜洗醇煌化低压甲烷化备注称（元）吨氨消耗运行费/元吨氨消耗运行费/元吨氨消耗运行费/元自用氨1.411kg15.40000电解铜220.3kg6.60000冰醋酸50.5kg2.50000蒸汽0.12650kg780000其他热量1.200008万大