合成氨生产原料的选择

天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化， 再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的 氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～ 0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为 3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品 氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似
合成氨工业
• 基本无机化工之一。氨是化肥工业 和基本有机化工的主要原料。从氨 可加工成硝酸，现代化学工业中， 常将硝酸生产归属于合成氨工业范 畴。合成氨工业在20世纪初期形成 ，开始用氨作火炸药工业的原料， 为战争服务;第一次世界大战结束后 ,转向为农业、工业服务。随着科学 技术的发展，对氨的需要量日益增 长。50年代后氨的原料构成发生重 大变化，近30年来合成氨工业发展 很快。
1.2 合成氨贸易量及利用 每年全球合成氨贸易量约占总产量的12%以上 。2008年约为1870万吨，比2007年下降2.4% 中国的商品液氨很少，主要用于生产肥料， 非肥料需求不到10%，用于浓硝酸、己内酰胺 、丙烯腈等。
1.3 合成氨装置大中小并存，规模趋于合理 引进合成氨装置经扩能改造，单套日产能力提 高20%-50%，年产45万t/a。 新建天然气、煤原料的大型合成装置单套能力 达到50万t/a； 中小规模装置逐步调整改造达到8-18-30万t/a 。企业数量由1500多家，减少至435家。
2.3 注重技术改造，节能降耗和改善装置 运行水平
• • • • • •
烟气余热回收技术 换热转化工艺技术； 新型蒸汽转化催化剂 新型烧咀 燃气轮机+热联合循环工艺 低水碳比高活性的催化剂+轴径向变换炉
3 合成氨工业的发展趋势
• 合成氨工业是化肥工业的基础，其发展要 与农业、资源和环境相协调。重点仍是推 动结构调整、创建资源节约型和环境友好 型产业, 提高竞争力，实现可持续发展。
以油为原料的装置在结构调整中，引入 洁净煤气化技术提升了原料多元化进的 技术水平。 大型合成氨生产技术荟萃了当今世界上 主要的先进工艺技术，是世界上原料路 线和工艺技术最全的国家。 中小型合 成氨装置工艺技术、装备水平通过技术 改造和结构调整得到提升。
2.2 开发创新，提升成套工艺与装备技术水平 以天然气为原料的20万吨/年合成氨工艺 • 国产大型空分装置成套技术 • 煤碳气化技术和装备 • 酸性气体脱除技术 • 高浓度一氧化碳耐硫变换工艺和催化剂技术 • 合成氨系列大型机组国产化 • 国产合成氨系列催化剂技术
• 几种流程装置相比，天然气装置的投资最 省。 • 天然气装置的投资远比煤头装置低，如果 15万吨天然气为原料的合成氨装置固定投 资为2.81亿，同等规模的投资大致如下
几种流程的投资比较
合成氨厂
成本比较
• 如果煤用现行价格（503元/吨）不变，天然气 2012年（含2012年）前每年涨价8%。2012年之后 天然气价格不变（见下表）。
•
重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油， 可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸 气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制 得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还 用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
•
煤制氨 。 一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤 的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在90－1000℃制 取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60 ％（体积）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每吨煤可得 煤气300－350m3，可作为城市煤气， 亦是制取氢气的原 料
资源的储量情况
我国的石油 分布广泛， 但总量不多， 每年都要进 口大量的石 油与天然气。
从此图可以看出 从 我过的煤炭资源 主要分布在华北 地区，其他地方 的煤炭资源缺乏， 故可以在华北地 区采取煤炭制氨 法，其他地方可 以因地制宜
中国合成氨工业现状与发展
1 合成氨工业的概况 • 1.1 产能快速增长 • 中国现有合成氨生产企业 522个，2008年 合成氨总产能约5700万吨，2009年底预计 达到6000万吨以上。 • 产能增加主要是新建装置和部分装置扩能改 造的贡献。 • 2008年合成氨产量5050万吨，占世界总产 量1.53亿吨的33％，居世界首位。
技术可靠性比较
• 各种工艺比较，天然气工艺技术目前最可靠。天然气合成 氨工艺成熟、生产可靠、连续。 • 煤头技术中，固定层气化流程，虽然工艺成熟，但气化消 耗高，环保污染严重、难以达标、厂区环境恶劣；水煤浆 气化技术对煤种要求特别高，包括煤的活性，灰份含量、 灰熔点、固定碳含量；Shell(壳牌)技术还没有运行先例。 因此，煤为原料的连续气化的合成氨风险很大！ • 重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用 部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转 化法简单，但需要有空气分离装置。
低能耗的脱碳技术+新型高效填料 新型合成塔内件+高活性催化剂 合成回 路增设分子筛干燥器； 深冷分离或膜分离 新型高效节能型转 子、先进防喘振控制和调速系统； 大机组状态监测和故障诊断技术； 工艺余热回收
一是结构调整 产业组织结构向规模化、集团化方向发展 新建装置产能布局向资源地、消费集中地 转移 装置结构优化，能耗高、环保落后装置逐 步淘汰 原料结构合理适宜，拓宽资源利用范围
原料气净化比较
• 在合成氨工业中，经变换和脱碳工艺处理，合成氨原料气 中仍含有对氨合成催化剂有毒的CO和CO2气体，必须进一 步处理将其降低至10 mL／m3左右，以保护氨合成催化剂 。目前合成氨厂脱除微量CO、CO2的工艺方法较多，主要 有醋酸铜氨液洗涤法(铜洗法)、低压甲烷化法、甲醇甲烷 化法(双甲工艺)、醇化工艺、非等压醇烷化净化工艺等 。
合成氨生产原料的选择
小组成员
• • • • 编号：化工0902班第五组 组长：陈文昌 成员：雷黎、王业阳、黄涛、胡莉华 主讲：黄涛
合成氨简介 原料气比较 合成氨工业现状与发展 结论
合成氨
制备方法比较
文本
原料气净化比 较
技术可靠性比 较
文本
原料气比 较
文本
文本
流程投资比较
成本比较
文本
资源储量分布
1.4 原料以煤为主，适合中国资源特点 合成氨原料结构占产能的比例（%）
年份
天然气 煤炭+石油焦
2000
14 65
2006
21.3 76.3
2007
20Fra Baidu bibliotek2 77.2
2008
20.1 77.2
石脑油（燃油） 焦炉气
21
2.0 0.4
2.0 0.6
2.1 0.6
全球合成氨原料结构占产能的比例（%）
二是产业技术发展 工艺流程优化和能量合理利用 合成氨联产和再加工技术 煤的洁净技术 关键装备技术 环境治理技术
结论
•
•
•
•
•
综上所述合成氨原料的选择要本着 以下原则： 1.原料来源易得、符合环保和清洁 生产要求、投资省和运行成本低、 工艺技术可靠、生产稳定、操作方 便、便于管理。 2.选择煤还是天然气必须因地制宜 的决择。 3.目前为止，天然气为原料的合成 氨厂，其业绩比其他原料路线好， 而且比较稳定。 依据以上分析，合成氨原料路线选 择应以天然气为宜。
原料气制备方法比较
氨的合成，首先必须制备合格的氢、氨原料气。 • 氮气可取之于空气或将空气液化分离而得氮气 ；或使空气通过燃料层燃烧，将生成的CO和CO2 除去而制得。 • 氢气一般常用含有烃类的各种燃料，即通过用 焦炭、无烟煤、天然气、重油等为原料与水蒸气 作用的方法来制取。
合成氨的生产原料
•
2008年不同规模合成氨产量比例
单厂产量 （万吨) 企 业 数 产量 占全国 （％）
≥50
≥ 30 ≥ 18
7
33 80
462.72
1486.97 2584.88
9.16
29.45 51.19
≥ 8
＜8 Sum
201
321 522
3954.67
1094.84 5049.51
78.32
21.68 100.00
2000
天然气 72
2008
66
2013
68
煤炭+石油焦
20
28
28
石脑油（燃油 ）
8
6
5
2 合成氨工业技术进步
2.1 总体技术水平不断提高 大型合成氨装置均为引进装置，不同年代 引进的装置均代表了当期比较先进的技术 。 上世纪七八十年代引进的装置，经过节能 和增产技术改造，产能、消耗、质量、环 保等仍处于国内领先水平；主要技术经济 指标仍可跟踪上世界先进工艺技术的水平 。