合成氨

2UHDE—AMV合成氨工艺中原大化合成氨、动力锅炉和供水装置

2.1我国的合成氨工业概述

2.1.1氨的性质及用途

氨有毒，是一种无色、有刺激性恶臭的气体；分子式为NH3，熔点为-77.7℃，沸点为-33.5℃，饱和蒸气压为506.62kPa(4.7℃)，临界温度为132.5℃，临界压力为11.40MPa；易燃，引燃温度为651℃。本品与空气混合能形成爆炸性混合物，与空气混合爆炸极限为15.7％~27.4％(体积分数)，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应；若遇高热，容器内压力增大，有开裂和爆炸的危险。本品易溶于水、乙醇、乙醚。本品主要用作生产氮肥(如尿素、碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵等)，也用于合成某些有机含氮化学品(如苯胺、酰胺、氨基酸、氰化物、氰胺树脂、聚丙烯脂纤维、丁脂橡胶等)，除此之外，还广泛用作制冷剂。

2.1.2我国合成氨生产的技术现状

合成氨行业既是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分，我国合成氨产业规已居世界第一，并且是世界上最大的以煤为原料的合成氨产地。受能源结构的影响，我国合成氨生产的原料以煤为主，以天然气为辅，2011年国内合成氨生产原料中，煤炭约占76.2%，天然气约占21.3%，油约占1.5%，焦炉气约占0.9%。

我国从70年代开始建设大型化肥厂，其下游产品除1套装置生产硝酸磷肥之外，均为尿素。除上海吴泾化工厂为国产化装置外，其他均系从国外引进，荟萃了当今世界上主要的合成氨工艺技术。

我国中型合成氨装置下游产品主要是尿素和硝酸铵。我国小型合成氨装置下游产品主要是碳酸氢铵，部分装置经改造生产尿素。

我国以煤为原料大中型合成氨装置主要采用鲁奇(Lurgi)碎煤气化工工艺，德士古(Texaco)水煤浆气化工艺，“油改煤”项目则采用谢尔(壳牌，Shell)粉煤气化工艺。

我国以渣油为原料的合成氨合成工艺很不均衡，以渣油为原料的大型合成氨装置中，主要采用先进的德士古渣油气化工艺，谢尔(Shell)气化工艺。大多数以渣油为原料的中型合成氨装置采用60年代比较流行的通用设计工艺，采用

3.0MPa部分氧化法加压气化、热钾脱碳、ADA脱硫、3.2MPa氨合成技术。

我国以天然气(油田气)、轻油为原料的合成氨装置主要是大型合成氨装置，目前己建成的大型合成氨装置中，采用了凯洛格(Kellogg)传统工艺、凯洛格—东洋工程(TEC)工艺、丹麦托普索(Topsoe)工艺、节能型的AMV工艺和美国布朗(Brown)工艺。

2.1.3先进的合成氨生产技术

以天然气(油田气)为原料，生产合成氨的大型生产装置，自60年代投入生产以来，经四十多年的发展，生产技术有了突飞猛进的发展。目前新建的以天然气为原料的合成氨装置的综合能耗已降到29.3GJ/tNH3以下。

当前世界上具有竞争能力的低能耗合成氨技术有：KBR公司的技术、ICI公司的AMV技术、Uhde公司的技术和托普索公司的技术。各种工艺的主要特点简述如下。

2.1.

3.1KBR公司的技术

是原Kellogg公司和Brown公司合并后推出的新技术，该技术在Kellogg公

司技术的基础上结合了原Brown公司专有的冷箱工艺：一段炉采用顶烧箱式炉，二段炉、废热锅炉等设备采用KBR公司的专有技术设备，转化压力提高到

4.0MPa，燃气透平驱动工艺空气压缩机，燃气透平排出的乏气用作一段转化炉的燃烧空气，从而提高热效率。二段炉加入过量约50%的空气，降低一段炉负荷。在甲烷化后设置冷箱，通过深冷净化调整合成补充气的氢氮比至最佳，同时降低合成补充气中的惰性气体含量，使合成驰放气量减至最少。合成采用卧式合成塔，组合式二级氨冷器。

2.1.

3.2ICI公司的AMV技术

燃气透平驱动工艺空气压缩机，燃气透平排出的乏气用作一段转化炉的燃烧空气。二段转化炉加入过量约25%的空气，降低一段炉负荷。深冷净化与KBR 流程有所不同，新鲜气没有直接进入深冷系统，而是从循环气中抽出一部分进入深冷系统，回收其中的氢气，调节循环气中的氢氮比。低压合成，使用性能优良的低压合成催化剂。

2.1.

3.3Uhde公司的技术

采用传统的合成氨工艺。一段炉、二段炉、合成塔、废热锅炉等采用专有工艺设备。通过预热一段炉燃烧空气，节省燃料天然气。两台合成塔串联，提高氨净值。提高中压蒸汽的参数，提高了中压蒸汽透平的效率。通过使用特色设备，合理利用高、低位能，优化操作参数，充分降低能耗。

2.1.

3.4托普索公司的技术

一段炉为侧烧型，热效率高，温度易于调节，负荷沿管长分布均匀：合成采用S200型合成塔，具有阻力降小，氨净值高的特点。采用托普索自行开发的新型催化剂，以实现高空速与高低温活性。

2.2中原大化UHDE—AMV合成氨工艺概述

德国的伍德(Uhde)公司用AMV技术于1985年在加拿大建成一座大型合成氨装置。投产后经考核证明吨氨能耗和产量均能达到设计水平。为了进一步减少能耗、降低投资，伍德公司在实践经验的基础上对ICI公司AMV流程作了较大修改，形成了自己的工艺，称为Uhde—AMV(Uhde—ICI—AMV)合成氨工艺。中原大化是国内第一家采用Uhde—AMV技术的大型合成氨设备的企业，中原大化合成氨主要工艺过程如图2-1所示。

图2-1中原大化合成氨工艺过程简图

2.2.1Uhde—AMV合成氨装置的技术特点

2.2.1.1转化部分

(1)减少一段炉转化负荷。出口甲烷含量由传统流程的10%提高到16.3%。具体操作条件是：

降低水碳比，由传统流程的3.5降低到2.75，从而减少一段炉热负荷和降低转化炉管的阻力。一段炉热负荷54×106W，一段炉热利用率88.1%。炉管阻力由传统的0.32MPa降低到0.20MPa；

降低烟气排出温度。在一段炉对流段内并列设有原料气过热器A/B、高压蒸汽过热器、空气预热器、原料气预热器、锅炉水预热器、天然气预热器等7组盘管来回收热量，烟气排出温度由传统流程的200℃降低到128℃，因此提高了燃料天然气的利用率；

提高转化操作压力，由传统流程的3.5MPa提高到4.9MPa，这样既节省了压缩功耗，又提高了过量蒸汽余热的利用价值，并使一段炉转化管数量减少，降低了设备投资。中原大化的装置共有180根转化管，分4排均匀布置。

(2)二段炉加入过量空气。二段炉转化任务有2个，一是将残余甲烷转化，二是加入空气，以便得到合适的氢氮比。由于降低了一段炉转化负荷，将较多的甲烷移至二段炉，因此在二段炉加入过量空气，这样就有多余的氮气，将在合成回路中采用深冷法除去。

(3)采用燃气轮机。传统流程的空气压缩机都采用蒸汽轮机。本流程采用燃气轮机驱动，排放的含氧16%、542℃的高温废气作为一段炉燃烧空气。每小时约有137.2km3高温废气进入一段炉，提供的热量约为26.9×106W，节约天然气燃料1.8km3，燃气轮机的综合循环效率达到85%以上。

2.2.1.2净化部分

(1)除与传统流程一样，仍然采用高、低温变换串甲烷化的流程，二氧化碳脱除采用改良的苯菲尔(Benfield)法，在解吸塔后采用四级喷射和蒸汽压缩机，回收解吸塔出口溶液的余热。

(2)吸收塔出口设有水力透平，利用富液的热能转化为机械能驱动水力透平。水力透平和溶液泵通过3s离合器啮合，透平回收的能量可以补偿溶液泵轴功率