合成氨生产工艺的改进

合成氨生产工艺的改进

一、热设计及热回收利用技术目前，有几种新的氨基技术，包括ici、kiollg、wormd、dap、垃圾桶和kbr流程。英国ICI公司LCA工艺的主要特点是简化了工艺流程,改进了催化剂的化学反应工程。它利用二段转化后的反应热作为一段炉的热源,转化管仅受很小的压力差,省去庞大和昂贵的一段转化炉,节省燃料天然气,采用新型的转化和变换催化剂,降低原料气中的水碳比,进而节省了工艺蒸汽;采用变压吸附净化工艺,省去复杂的溶剂脱CO2装置;采用压力为80bar的低压氨合成系统,节省压缩机功耗,减少压缩机段数,使离心压缩机可在中型氨厂采用。该工艺取消了复杂的高压蒸汽系统,改用压力为60bar的中压蒸汽,降低锅炉给水的要求。Brown公司的布朗工艺,降低一段炉负荷,一段炉出口温度由Kellogg的950℃降低到696℃,一段炉出口甲烷含量为30%,热量的减少使一段炉负荷降低,操作更稳定;为满足合成氨生产热量需求,加重二段炉负荷,空气加入过量50%,后端采用冷箱脱除过量的氮气,使能量利用更合理。瑞士卡萨利公司对氨合成塔进行改造,其特点是合成塔内件中采用轴径向结合的气体流向和专门的气体分布器。这样既降低合成塔的阻力降,又能防止气体短路或分布不均,可在塔内采用1.5~3mm的颗粒催化剂,可提高氨净值增加生产能力。以天然气为原料合成氨厂的净化工序大多采用Benfiled热钾碱脱碳,采用蒸汽喷射器节省部分能量。一段炉的改造体现在转化管的使用上,原有的HK-40厚壁管改用高强度的HNb薄壁管,这使转化管在相同外径时,催化剂容积增加,在100~110%负荷下,转化管壁温下降45~50℃,转化管的阻力降降低。现代大型氨厂的生产特点主要有:生产规模的大型化。这里所说的大型化是指规模为日产1000吨合成氨的单系列规模。大型氨厂具有投资省、成本低、占地少、劳动效率高的特点,现在世界新建氨厂大都采用单系列大型装置。但大型合成氨装置超过一定规模以后,优越性就不十分明显了。一般以日产1000~1500吨氨为主。热能的综合利用。合成氨工业是一个消耗原料、燃料和动力很大的部门。以天然气为原料的合成氨装置,每吨氨仅电耗就需1000度,以煤、重油为原料的电耗更大。但在另一方面,合成氨生产过程中都有很多余热未能充分利用。随着合成氨装置大型化以后,流程设计上十分注意利用余热产生高压蒸汽用于驱动高压蒸汽透平并抽气到中压管网作为工艺蒸汽、中压用户蒸汽以及小透平的驱动蒸汽,约有85%可由余热供给,再配以辅助锅炉,蒸汽可以自给,这样就大大减少了电耗。高度的自动化水平。因为大型合成氨装置中每种机器和设备基本上都是单台,造成设备尺寸的大型化。另一方面,为了经济起见,不再像过去那样分成几个独立的车间,而是把工厂设计为露天操作,将全流程控制点的二次仪表集中到中控室,整个过程采用自动化控制,降低了劳动强度,减少了人员。不过,大型合成氨装置对操作人员的技术水平、管理水平和责任心,都提出了更高的要求。综上所述,在二十世纪六十年代开始的合成氨厂大型化是其发展史上的一次飞跃。但是,大型氨厂也具有它的弱点:作为一个单系列装置而言,只要生产过程中任何一个环节发生故障,都会影响整系列装置,甚至会造成全系列的停车;由于作为动力的蒸汽主要依靠回收工艺余热,如果在装置低负荷状态下,势必导致蒸汽的不平衡而无法生产;由于未能预见的原因而临时停车,对大型化的合成氨厂造成的经济损失也是巨大的。二、合成氨厂的转化以天然气为原料生产合成氨共分四个部分,有原料气的脱碳转化、净化和合成,合成氨与脱碳出来的二氧化碳再合成尿素。(1)原料气脱硫原料天然气中常含有30ppm的有机硫,为了保护催化剂,在设计中采用了组合脱硫装置以除以硫的化合物。原料气在一段转化炉中对硫段的蛇管中预热,然后将来自合成压缩机第一段出口循环氢气加入原料气中,成为混合气,在通过加氢转化器,原料中的硫化物经催化剂转化为硫化氢,再经氧化锌可除去硫化氢,达到脱除天然气中硫的目的。(2)粗合成气的制备粗合成气由脱硫后的原料天然气中的碳氢化合物进入转化炉中的一段,在一段部分转化,接着进入二段转化炉中进一步转化,在此引入过量的空气,以得到合成氨所需要的化学计量的氮。转化气再进入变换系统,一氧化碳与蒸汽反应生成氢和二氧化碳,使氢和氮得到合成的比例。(3)合成气的净化合成气的净化主要是脱除二氧化碳,二氧化碳用于合成尿素。粗合成气中去除二氧化碳时采用两级,气体与MDEA逆流接触,洗手塔采用填料塔,粗合成气上升通过吸收塔时与MDEA接触,二氧化碳被吸收,经汽提后二氧化碳被引入二氧化碳压缩机送往尿素合成车间合成尿素。MDEA得到再生,再送到吸收塔顶部。脱碳后的合成气仍含有少量的一氧化碳、二氧化碳气体,再进入甲烷化炉在触媒的作用下,少量一氧化碳、二氧化碳气体和氢气反应生成甲烷和水,经过处理后的合成气一氧化碳、二氧化碳的含量均少于10mg/m3,这时合成气就满足合成氨的要求了,就可以送往压缩机经压缩送合成塔合成氨。(4)压缩氨合成新鲜合成气的压缩和循环气的压缩是在双缸离心式压缩机中完成的,在第一缸中新鲜合成气被压缩并进行冷却进入第二缸中,在此循环合成气与新鲜合成气在缸中混合,混合气被压缩到合成压力。压缩后的气体进行气液分离,出来的气体与合成塔出口气体换热,直到适于合成塔的进口温度进行合成,合成塔内装有触媒,触媒共分四层,以便在各层之间注入燃料气来去除反应热,塔内装有一个整体热交换器,可将出口气体的高能热量通过换热器与进口原料换热回收,入口气体在进入热交换器之前,经过壳体和触媒床之间的环隙,以冷却合成塔壁,合成塔出口气体的热量是通过加热锅炉给水以回收热量。然后,在氨合成原料气及出口气体换热器中预热合成原料气。由合成塔出来后经冷冻剂冷凝,经蒸发及三次闪蒸,第一级闪蒸槽出来的液体经热虹吸效应经过合成回路第一级激冷进行循环,从第一级闪蒸槽出来的大部分液氨作为成品氨,氨送尿素合成车间合成尿素。(5)尿素合成