合成氨工业现状及节能技术(DOC).doc
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1、化工工艺论文题 目 名 称: 合成氨的工业现状 和节能技术 系 别: 化学与化工学院 专 业: 应 用 化 学 班 级: 学 生: 学 号: 指 导 教 师: 摘 要本论文介绍了合成氨的一些生产方法,分别为煤制气合成法、固定床气化法、流化床气化法、气流床气化法、溶浴床气化法以及对现代典型合成氨工业生产流程详细介绍;节能技术分别从工艺改造和护手各项余热和余能进行研究。关键字:合成氨,煤制气,固定床,节能,回收abstract This paper introduces some methods of production of synthetic ammonia,for coal gas syn
2、thesis method, fixed bed gasification, fluidized bed gasification, entrained flow gasification method, melting bath bed gasification method and typical of modern synthetic ammonia industry production process in detail.Energy-saving technology from process improvement and hand the residual heat and e
3、nergy research.key words: synthetic ammonia coal gas energy conservation reclaim 目录第一章 合成氨工艺现状11.1 国外传统型蒸汽转化制氨工艺阶段11.2 我国目前合成氨技术的基本状况2第二章 几种典型的合成氨工艺介绍32.1 煤制气合成氨工艺32.2 固定床气化法32.3 流化床气化42.4 气流床气化42.5 熔浴床气化5第三章 合成氨典型工业生产工艺流程63.1 造气工段63.2 脱硫工段63.3 变换工段73.4 变换气脱硫与脱碳83.5 碳化工段83.5.1 气体流程83.5.2 液体流程93.6 甲醇
4、合成工段93.7 精炼工段103.8 压缩工段103.9 氨合成工段113.10 冷冻工段12第四章 合成氨的节能技术134.1 选择先进的节能工艺134.2 回收各项余热和余能进行热能综合利用14参考文献16第一章 合成氨工艺现状合成氨工业在整个国民经济中占有重要的地位。它的发展速度、产品产量在一定程度上说明了一个国家工业的发展水平。这主要是因为俺的用途非常广泛。氨是一种重要的化工原料和化工中间产品,其产量居各种化工产品的首位,世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。它既可以用来制造尿素、碳铵、硝铵等氨类肥料,也可以用来做制药、高分子化学、有机化学等工业中的氨基原料。此外,氨还应用于国防和尖
5、端科学技术部门。如制造各种硝基炸药、火药与导弹的推进剂等。工业上合成氨的方法,根据原料的不同分为三大类:固体燃料气化、重油分解及气体烃裂解制取。一下分别介绍国内外合成氨工艺的情况。1.1 国外传统型蒸汽转化制氨工艺阶段从20世纪20年代世界第一套合成氨装置投产,到20世纪60年代中期,合成氨工业在欧洲、美国、日本等国家和地区已发展到了相当高的水平。美国Kellogg公司首先开发出以天然气为原料、日产1000t的大型合成氨技术,其装置在美国投产后每吨氨能耗达到了4210GJ的先进水平。Kellogg传统合成氨工艺首次在合成氨装置中应用了离心式压缩机,并将装置中工艺系统与动力系统有机结合起来,实现
6、了装置的单系列大型化(无并行装置)和系统能量自我平衡(即无能量输入),是传统型制氨工艺的最显著特征,成为合成氨工艺的/经典之作。之后英国ICI、德国Uhde、丹麦Topsoe、德国Braun公司等合成氨技术专利商也相继开发出与Kellogg工艺水平相当、各具特色的工艺技术,其中Topsoe、ICI公司在以轻油为原料的制氨技术方面处于世界领先地位。这是合成氨工业历史上第一次技术变革和飞跃。传统型合成氨工艺以Kellogg工艺为代表,其以两段天然气蒸汽转化为基础,包括如下工艺单元:合成气制备(有机硫转化和ZnO脱硫+两段天然气蒸汽转化)、合成气净化(高温变换和低温变换+湿法脱碳+甲烷化)、氨合成(
7、合成气压缩+氨合成+冷冻分离)。传统型两段天然气蒸汽转化工艺的主要特点是:1)采用离心式压机,用蒸汽轮机驱动,首次实现了工艺过程与动力系统的有机结合;2)副产高压蒸汽,并将回收的氨合成反应热预热锅炉给水;3)用一段转化炉烟道气预热二段空气,提高一段转化压力,将部分转化负荷转移至二段转化;4)采用轴向冷激式氨合成塔和三级氨冷,逐级将气体降温至-23,冷冻系统的液氨亦分为三级闪蒸。在传统型两段蒸汽转化制氨工艺中,Kellogg工艺技术应用最为广泛,约有160套装置,其能耗为3717-41.8GJ/t。经过节能改造后平均能耗已经降至3517GJ/t左右。1.2 我国目前合成氨技术的基本状况我国的氮肥
8、工业自20世纪50年代以来,不断发展壮大,目前合成氨产量已跃居世界第一位,现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术,形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为4500万t/a左右,氮肥工业已基本满足了国内需求,在与国际接轨后,具备与国际合成氨产品竞争的能力,今后发展重点是调整原料和产品结构,进一步改善经济性。第二章 几种典型的合成氨工艺介绍2.1 煤制气合成氨工艺煤制气合成氨工艺中,以煤为原料的固定层煤气发生炉制得的半水煤气,经压缩机三级压缩后,被送去净化工序进行脱硫;然后经变换炉将水蒸气和一
9、氧化碳进行变换,变换气经过脱除二氧化碳后,重新回压缩机四、五段提升压力,然后经过甲醇合成塔进行合成甲醇的反应,以便脱除部分一氧化碳和少量二氧化碳;出甲醇塔的气体经过冷却分离甲醇后送入精炼工序,经过水洗、铜氨液、氨水洗涤塔后得到满足合成氨需要的氢气和氨气;气体再次进入压缩机六段提升压力,压力达到20-30MPa,送去氨合成塔,借助合成触媒作用进行氨气的合成。生成的液氨经减压后送往液氨库存储备用。图2-1 煤制气合成氨工艺图2.2 固定床气化法煤的固定床气化是以块煤为原料。煤由气化炉顶部间歇加入,气化剂由炉底送入,气化剂与煤逆流接触,气化过程进行得很完全,灰渣中残碳少,产物气体的显热中的相当部分供
10、给煤气化前的干燥和干馏,煤气出口温度低,而且灰渣的显热又预热了入炉的气化剂,因此气化剂效率高。这是一种理想的完全气化方式。(1)固定床常压气化此方法比较简单,但对煤的类型有一定要求,即要求用块煤,低灰熔点的煤难以使用常压方法用空气或空气-水蒸汽作为气化剂,制得低热值煤气。(2)固定床加压气化固定床加压气化最成熟的炉型是鲁奇炉。它和常压移动床一样,也是自热式逆流反应床。所不同的是采用氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂,在2.0-3.0Mpa和900-1100的湿度条件下连续气化方法。2.3 流化床气化流化床气化又称沸腾床气化,它是以小颗粒煤为原料,将气化剂(蒸汽和富氧或氧气)送入炉内,是煤颗粒的
11、炉内呈沸腾状态进行气化反应。它是一种介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间的操作。(1)温克勒法温克勒法是最早开发的流化方法,在常压下,把煤粒度为0-8mm的褐煤、弱粘结性烟煤或焦碳经给煤机加入到气化炉内。在炉底部通入空气或氧气作介质,没与经过预热的气化剂发生反应。(2)高温温克勒法将含水分85-12%的褐煤输入到充压至0.98Mpa的密闭料锁系统后,经给煤机加入气化炉内。白云石、石灰石或石灰经给料机输入炉内。没与白云石类添加物在炉内与经过预热的气化剂(氧气/蒸汽或空气/蒸汽)发生气化反应。粗煤气由气化炉上方逸出进入第一旋风分离器,在此分离出的较粗颗粒、灰粒循环返回气化炉。粗煤气再进入第二旋风分
12、离器,在此分离出的细颗粒通过密闭的灰锁系统将灰渣排出,除去煤尘。(3)灰团聚气化法它是在流化床中导入氧化性高速气流,使煤灰在软化而未熔融的状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量低的球状灰渣,有选择性地排出炉内。它与固态排渣相比,降低了灰渣的碳损失。(4)加氢气化法所谓的流化床气化就是煤气化过程中汽化剂(蒸汽和氧)将煤或煤浆带入气化炉进行气的方2.4 气流床气化所谓加氢气化就是在煤气化过程中直接用氢或富含H2的气体作为气化剂,生成富含CH4的煤气化方法,其总反应方程式可表示为:煤H2CH4焦(1)KT法此法是最早工业化的气流床气化方法,它采用干法进料技术,因在常压下操作,存在问题较多。它是19
13、48年德国海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一种气流床气化粉煤的方法。(2)德士平古法它是一种湿法(水煤浆)进料的加压气化工艺。气化炉是由美国德平古石油公司所属德平古开发公司开发的气流床气化炉。2.5 熔浴床气化50年代熔浴床煤气气化方法开始得到开发。熔浴床有熔渣床、熔盐床和熔铁床3类。下面分别介绍这3类床的某些制气方法。(1)罗米方法此法为常压粉煤熔渣浴气法,此法有单简式和双简式两种炉型。此方法的特点是:(1)适用于各种固体或液体燃料;(2)气体温度高;(3)气体强度高。(2)觊洛格法此法为加压熔浴气化法。它是在熔融的Na2CO2盐浴内进行,熔融的Na2CO2对煤与蒸汽的反应具有强烈的催化作
14、用,在较低温度下就可获得很快的反应速度。此法目前尚处于开发研究阶段,实验能否成功,关键在于气化炉。(3)ATGAS熔铁床气化法ATGAS法的实质是把煤粉与石灰石、蒸汽氧(或空气)一起吹到熔铁内,使煤的挥发份逸出,残留的碳溶解在熔铁中被气化。此法效率高,有害物质少,气化反应在常压下进行。煤种适用范围广,且气化炉结构简单。因此,此工艺被认为有可能放大到工业化生产。第三章 合成氨典型工业生产工艺流程合成氨的生产过程包括三个主要步骤:原料气的制备、净化和压缩、合成。整个生产流程总共分为十个工段:1)造气工段;2)脱硫工段;3)变换工段;4)变换气脱硫与脱碳;5)碳化工段;6)甲醇合成工段;7)精炼工段
15、;8)压缩工段;9)氨合成工段;10)冷冻工段。以下就详细的介绍整个生产流程。3.1 造气工段造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应,主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内,先鼓入空气,提高炉温,然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温,最后送入半水煤气气柜。图3-1造气工艺流程示意图3.2 脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相,它不仅会腐蚀工艺管道和设备,而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒,因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨
16、风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔,脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。图3-2脱硫工艺流程图3.3 变换工段变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应,生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿,并补充蒸汽后,经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后,进入低变炉,反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。图3-3变换工艺流程图3.4 变换气脱硫与脱碳经变换后,气体中的有机硫转化为H2S,需要进行二次脱硫
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