合成氨装置减碳节能新工艺_李琼玖

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1、合成氨装置减碳节能新工艺_李琼玖石油和化工节能2010年第5期·19·合成氨装置减碳节能新工艺李琼玖杜世权廖宗富周述志申同贺（基玖能源化工工程开发设计科技公司四川成都610012）摘要本文介绍了轻烃多气流纯氧自热转化的节气、增产、减排CO2创新工艺的工艺原理、技术特征以及天然气合成氨装置的扩改方案；阐述了天然气三一段换热转化制合成氨的工艺流程设计以及蒸汽转化炉、换热转化炉、二段自热转化炉等主要设备的专有技术特点；以300t/d合成氨装置为例，论述了天然气一段转化等压一次变换联尿装置的设计规模、单元组成、工艺流程和生产开车原则。结果表明，该创新工艺比传统法工艺增产20%～100%

2、，节气20%～30%，减排CO220%～80%，老厂改造或新建装置皆可采用。关键词合成氨尿素自热转化节能减排随着国家正在制定的资源税和排碳税的开征，节能减排必将成为合成氨、尿素生产企业生存和发展的核心所在。国家启征资源税和减排CO2税是时代的必然。国外每排放1tCO2征收排碳税20～30美元。征收排碳税是促进节能减排，拯救人类生存环境的推动力。我国现年产氮肥（标肥计）约1亿t，随着未来人口增加与环境绿化的需求，氮肥需求量将会增至1.5亿t/a。通过节能减排技术改造创新，采用轻烃和煤炭能源作为制取生产合成氨、尿素的原料，提高能源利用率，实现氨碳平衡的CO2零排放，将成为我国氮肥工

3、业的历史性转折。1我国合成氨氮肥生产状况以国家十一·五国民经济发展规划提出节能20%，污染物每年减排10%为目标，在合成气工业炉开发推广节气20%，减排CO270%的轻烃二段或双一段串二段转化炉的纯氧或富氧空气自热转化制取合成氨、甲醇或氨醇联产合成气，通过老装置改造增产和新建装置现代化技术，得以实现节气增产与减排CO2的目的。煤炭气化单独制合成氨尿素时，每生产1t产品就要排放出约1tCO2的温室气体，对大气造成危害。我国轻烃（包括天然气、煤层气、焦炉气等）原料转化成合成气制氨，加工成尿素和甲醇等产品，采用创新工艺可使元素利用率接近100%，且无CO2和废物排放。我国现有的和尚未

4、开发的轻烃原料是最理想的生产合成氨、尿素和甲醇的原料。我国的轻烃资源分布大致如下。（1）天然气资源38万亿m3，最近又探测出四川苍溪5万亿m3气田，正在开钻的8875m地下“海相”“超深地层”有发现大型气田的可能，以及沿海海底“可燃冰”的天然气储量更加丰富，预计天然气将成为今后生产氨醇原料丰厚资源的基础。（2）煤层气资源量有38万亿m3，每年可采量约为800亿m3，可用于转化成合成气制氨醇的煤层气达4500万t/a。（3）焦炉气年产量680亿m3，全部用作转化成合成气可产氨醇约3400万t/a。在现有天然气生产厂，采用节气减排创新技术，可使现有氨和甲醇生产在不增加原料的情况下，

5、增产25%，并可改扩翻番。现全国天然气制氨厂产能近1000万t/a，如果进行节气增产扩改，产能可翻番到2000万t/a，年耗用天然气在160亿m3，增产的1000万t/a合成氨可以替代5万t/a煤制氨厂200个，从而可轻而易举地实现十一五计划合成氨节能减排CO2的目标。需要指出的是，正在建设即将投产的云南沾益50万t/a液氨厂，每年排放CO2约190万t/a，以及内蒙古神华100万t/a煤制油项目排放CO2近880万t/a的处置问题，从生态环境的要求，是值得研究解决的大事。以煤为原料制氨加工产品碳铵是平衡CO2最好的工艺，但其产量不大，如何提高碳铵施肥利用率，是解决煤制氨减排C

6、O2的有效途径。发展粉煤纯氧气化配水电解氢制甲醇的CO2零排放工艺，采用甲醇弛放气（CO＋H2＋N2）联产合成氨尿素，不仅可以达到氨碳平衡，而且可以免去CO2排放。用煤炭生产5.5t甲醇弛放气可联产1t合成氨1.7t尿素，·20·2010年第5期石油和化工节能当煤制甲醇发展到1.1亿t时，可以联产2000万t氨和3400万t尿素，这也是未来生产合成氨的节能减排CO2的目标所在。2天然气转化生产氨用合成气工艺技术2.1二段换热纯氧自热转化工艺原理（1）常规二段蒸汽转化制氨总化学反应式（二段炉加入空气配氮法）：0.442CH4＋0.615H2O＋0.5N2＋0.1345O2→NH3

7、＋0.442CO2常规二段蒸汽转化制氨工艺，吨氨理论CH4消耗量约为582.4m3（2）二段换热纯氧自热转化制氨总化学反应式（在制H2后配入空分的纯N2法）：0.4844CH4＋0.5302H2O＋0.5N2（后面配纯N2）＋0.2193O2→NH3＋0.4844CO2二段换热纯氧自热转化制氨工艺，吨氨理论CH4消耗量约为638.2m3，需加入纯氧219.3m3。50万t氨（62.5t/h）需空分供氧量13706m3/h。同常规二段蒸汽转化法（二段炉加入空气）相比较，即每吨氨耗氧约219.3