氨合成工艺技术方案

4 工艺技术方案

4.1原料路线确定的原则和依据

建设大型化工装置必须有可靠的原料来源。原料路线的选择是合成氨装置设计的基础，原料选择的原则是质优价廉，供应长期稳定。

工业生产合成氨的原料气是氢气、氮气、一氧化碳，可以由生产合成气的一切原料制得，一般采用固体原料煤、焦，液体原料液态烃、石脑油、重油等，气体原料天然气、油田气、炼厂气、焦炉气等，目前以油、煤或天然气为原料制合成气的生产工艺都比较成熟，世界上都有工业化装置在运转。

上个世纪五十年代以前，世界上的合成氨工业大都是以煤、焦炭或焦炉气为原料。进入二十世纪七十年代，世界进入石油化工大发展的时期，发达国家几乎摒弃了煤化工的研发，随后，由于石油及天然气制氨工艺的发展，逐步取代了煤、焦。从技术角度来看，上述原料中以天然气最为理想。主要原因是天然气、石脑油为原料制取氨工艺技术简单，成本低，易于大型化。国际上主要以天然气和原油作原料，其中天然气占到90%左右。

由于石油、天然气资源相对匮乏，煤炭资源较为丰富，从能源结构、来源和原料价格等方面考虑，本项目采用以煤制取合成氨的原料路线。

以煤为原料生产合成氨，每一种生产工艺技术对煤质有不同的要求，合成氨装置原料路线选择还应根据各种煤的特性选择不同的生产工艺进行经济比较才能确定，既要原料价格低廉，生产成本尽可能低，还要尽可能降低投资，也就是说，原料路线的选择应与工艺路线的选择同时进行。

4.2国际技术概况

目前国际上以煤为原料的合成氨生产气化工艺多采用加压连续气化，主要有鲁奇炉、德士古炉、壳牌炉；净化工艺多采用耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、低温液氮洗精制工艺；合成采用低压合成；压缩均采用离心式压缩机。

合成氨的技术进步主要表现在装置的大型化和节能降耗，以降低单位产品的建设投资和生产成本，获得最大的经济效益。

合成氨装置的单系列生产规模从上世纪50年代初的日产200吨到六十年代日产1000吨至今已发展到日产2000吨以上。

合成氨的能耗与所使用的原料、投资、规模有非常大的关系。大型装置以天

然气为原料，采用转化工艺，吨氨能耗为28GJ，以燃料油和煤焦为原料，采用部分氧化工艺，吨氨的能耗分别为38GJ和48GJ。到20世纪90代以煤为原料的大型合成氨装置吨氨能耗降至46.05GJ～50.24GJ。

目前世界上新建尿素装置主要采用氨气提法、ACES法和CO2气提法。4.3国内技术概况

国内以煤为原料的大型合成氨装置大部分采用引进技术，与国际先进技术同步。如气化采用水煤浆加压气化、鲁奇（Lurgi）加压气化、干煤粉加压气化; 净化工艺多采用耐硫变换、低温甲醇洗脱硫脱碳、液氮洗精制工艺；合成采用低压氨合成；压缩均采用离心式压缩机。

国内中小合成氨厂的气化工艺多采用以无烟块煤或焦炭为原料的常压固定床间歇气化工艺（UGI）或恩德气化及灰熔聚气化工艺，净化工艺多采用湿式氧化法脱硫（栲胶、改良ADA、888等）、中低低或全低变变换工艺、化学法（热钾碱）或物理化学法（MDEA）或物理法（碳酸丙烯酯、NHD、变压吸附）脱碳、铜洗法或甲烷化（或醇烷化）精制；合成采用25~31.4MPa压力；压缩采用往复式压缩机。目前中国以煤为原料的中小型合成氨厂的吨氨能耗为51.5GJ。

国内中小型尿素装置（600t/d以下）绝大部分采用水溶液全循环法，生产规模在1000 t/d以上的装置大都采用改进型CO

气提法工艺。

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4.4工艺技术方案的比较和选择

4.4.1合成氨工艺技术方案的比较和选择

4.4.1.1气化工艺

气化工艺一般分为三种类型：固定床，流化床和气流床。

·固定床气化技术

煤炭在固定床气化炉中的气化，也称为块煤气化。包括常压固定床气化技术和加压固定床气化两类，属于这类型的气化技术有鲁奇（Lurgi）气化技术、UGI 煤气化技术、富氧连续气化技术。

·流化床气化技术

煤的流化床气化是指气化反应在以气化剂与煤形成的流化床内进行的。流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂（氧气或空气）来进行床体流化，其温度保持在1000℃以下，以预防灰熔化后与炉床里的物质发生结聚。流化床

气化技术主要有温克勒（winkler）、高温温克勒（HTW）、U-Gas、恩德炉、灰熔聚等流化床粉煤气化技术。

·气流床气化技术

气流床气化炉属第三代先进的煤气化技术，是最清洁，也是效率最高的煤气化类型。粉煤（水煤浆）在1200-1700℃时被部分氧化，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。气流床所使用的煤种要比固定床和流化床的范围更广泛。使用氧气可以使气化更有效，并可避免合成气被氮气稀释，合成气的热值也高于空气气化炉所产生的合成气的热值。

目前以煤为原料生产合成气的气流床气化工艺具有典型代表的有：

德士古（Texaco）水煤浆加压气化工艺；

壳牌（SHELL）干粉煤加压气化工艺（SCGP）；

德国未来能源公司的GSP、或者科林公司干粉煤加压气化工艺；

国内的新型对置式多喷嘴水煤浆加压气化；

以煤为原料的气化工艺的关键是根据煤种和生产规模选择好的气化炉。

根据目前提供的初步煤质分析，该煤种活性高、灰分偏高，虽适合气化，但必需选择适合该煤种气化的技术。根据煤质分析可以考虑的气化技术有荷兰SHELL、德国GSP、德国鲁奇、GTI循环流化床气化技术。

(1)荷兰SHELL，该技术是近几年开发的先进煤气化技术，只在中国有工业化装置，中国共签约引进19套，其中投产五套，目前正在试运行。该技术规模大，一台炉可以满足30万吨合成氨需要，碳转化率可以达到98%以上，但该技术投资高，对煤炭水分要求较高，煤炭需要干燥。

优点：煤种适应广、碳转化率热效率高、合成气质量高、装置寿命长、绿色环保。

缺点：目前尚无褐煤使用业绩，对煤炭水分要求较高。气化炉及废热锅炉结构复杂，制造难度大，目前其内件及关键设备还需引进；相同生产规模，投资相对较大；中国目前已有5台气化炉刚刚投入运行，但开车不稳定,缺乏成功的操作管理和运行经验。

(2)德国GSP，该技术据介绍较为先进，目前中国有几套签约引进，但尚无燃煤气化工业化装置。其投资略低于荷兰SHELL。

该技术于1976年由原民主德国VEB黑水泵公司研发，1979年原民主德国燃