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1、第31卷化肥工业第1期天然气制氨工艺技术比较与进展1,21122李贵贤崔锦峰张建强张汉鹏索继栓(1.兰州理工大学石油化工学院730050)(2.中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室730000)摘要比较了几种以天然气为原料大型制氨工艺及其特点,阐述了技术进展,从当前技术水平和实践预测了今后的发展趋势。关键词天然气合成氨工艺比较进展ComparisonandProgressofAmmoniaProductionProcessesBasedonNaturalGasLiGuixian,CuiJinfeng,ZhangJianqiangetal.AbstractAcompari
2、sonismadeofseverallarge-scaleammoniaproductionprocessesbasedonnaturalgasandtheirspecialfeatures,thetechnologicalprogressisdescribed,andthedevelopmenttrendinfutureispredictedfromthecurrenttechnologicallevelandpractice.Keywordsnaturalgasammoniaprocessescomparisonprogress天然气、石脑油、渣油和煤均可作为合成氨的表1各种原料日产100
3、0t氨装置原料,都有日产千吨氨的大厂先例,而原料路线是的相对投资和能量消耗大型氨厂技术路线的基础,是带有全局性的战略项目天然气石脑油渣油煤相对投资费用1.001.181.502.00问题,必须兼顾能源结构和经济效益与社会效[1,2]相对能量消耗1.001.051.111.45益。目前世界范围内天然气的探明储量不断3增加,已接近150万亿m,这标志着21世纪天然Kellogg公司二段蒸汽转化工艺、美国Kellogg公司气的产量将超过煤和石油而成为世界能源结构中MEAP节能工艺、丹麦Topse公司的低能耗工艺、的首位能源。由于天然气储量丰富、价格低廉、有美国Braun公司的低能耗深冷净化工艺、英国
4、ICI利于环境保护、便于管道输送和加压转化,用作合公司的AMV节能工艺和德国UHDE公司UHDE-成氨的原料具有投资省、能耗低的明显优势(表ICI-AMV工艺。[3]1)。因此虽然各国资源不同,但选用原料的基1.1经典的二段蒸汽转化工艺本方向一致,只要资源条件具备,优先考虑采用天Kellogg技术应用最广,约有160套合成氨装然气、油田气,其次才考虑使用石脑油、渣油和煤置,总产量约占世界产能的50%。我国也有10套作为合成氨的原料,致使世界约有85%的合成氨30万t/a装置,其工艺均系经典的Kellogg二段蒸装置以天然气为原料,近代制氨技术的发展也主汽转化工艺,能耗在37.7GJ/t左右,经
5、过节能技要体现在天然气制氨的技术进步中。改后平均能耗已降至35.74GJ/t。该工艺将压力为3MPa、水碳比(摩尔比)为1天然气制氨典型工艺及其技术特征3.5、510℃的天然气与水蒸气混和物在镍催化剂天然气制氨的典型工艺主要有经典的美国作用下,于管式固定床反应器中完成转化反应(一基金项目:兰州理工大学优秀青年教师培养计划基金(20030944)和兰州理工大学科研基金资助(20020189)44第31卷化肥工业第1期段转化),反应所需的热量由炉膛燃料以辐射方式气,但一段炉用燃烧空气未预热,烟道气排放温度传至管壁提供。为降低一段转化炉出口气中CH4高达250℃,同时提高一段压力,将小部分甲烷转含量
6、及向合成气中补氮,在进行转化反应的同时化负荷移至二段转化;采用轴向冷激式合成塔和采用以空气为原料,在固定床绝热催化反应器中三级氨冷,逐级将气体降温至-23℃,冷冻系统进行耦合氧化反应(二段转化),以提高系统温度,的液氨亦分三级闪蒸,设有弛放气的氢回收装置,使出口气中CH4含量降至0.2%。然后经高温串能耗约39～41GJ/t,属高能耗工艺,但比渣油和低温变换、脱碳和甲烷化净化得到38℃、2.5MPa煤低。新鲜原料气,经原料气压缩机低压缸压缩至6.31.2美国Kellogg公司MEAP节能工艺MPa(172℃),再与脱碳后气体换热、水冷、氨冷降针对二段蒸汽转化工艺燃料天然气消耗高,温至8℃进入高
7、压缸压缩并与循环气在最后一级为进一步降低吨氨原料消耗和能耗,Kellogg公司叶轮处混和,出高压缸14.8MPa、68℃气体依次于20世纪90年代推出了MEAP节能型工艺,首经水冷、三级氨冷、-23℃分氨、与出塔气换热至先在加拿大阿尔贝塔的斯密特哥顿矿物有限公司141℃进合成塔。1000t/d制氨装置上使用成功后,分别在荷兰和[4]该工艺的特点是:采用离心式压缩机,用汽我国的川化与泽普的20万t/
