新型高效催化剂的应用

【摘要】：化肥对粮食生产的贡献率占50%左右。中国能以占世界7%的耕地

养活了占世界22%的人口,这一举世瞩目成就的取得,应该说一半归功于化肥的

作用。化肥在确保我国粮食安全和能源安全中起着重要的作用。合成氨是高能

耗工业,具有巨大的节能潜力,应当引起我们的高度重视。合成氨为高能耗产品有两层含义,一为氨本身热值较高;二为氨的生产过程中能量损耗大。我国合成氨

单位能耗平均为1764千克标煤/吨,与国际先进水平相差600～700千克标煤/吨。造成我国合成氨工业能效低、能耗高的主要原因有:一是装置规模小,我国合成

氨生产能力5000余万吨,现有中小企业近500家,若按一家产能20万吨计算,有250家企业就能达到这一产量。二是原料结构不合理,国外主要是以天然气为原料(占85%以上),而我国主要以煤为主(约占65%)。在煤、油、气三种原料中,

天然气被认为是最经济的合成氨原料。三是我国合成氨装置单机效率低、工艺

技术落后。国外多采用15MPa以下的低压工艺。吨氨能耗随合成压力降低和氨合成催化剂的进步跟着降低。中小化肥厂产量占全国总产量的70%以上,大多

采用31.4MPa高压合成的传统工艺技术,致使能耗和生产成本高居不下。此外,

我国生产企业管理相对落后,国内同类企业能耗差距可达40%～50%。合成氨

是一个复杂的系统工程,节能减排需要综合治理,从原料、技术、设备,管理等诸

多方面猛下功夫。就单元技术来说,工艺技术进步是节能减排最重要的措施,其贡献率可占据节能减排总量的半壁江山。而工艺技术和条件是依催化剂的性能来

决定的,而催化剂的性能又要有合适的、先进的工艺相配套。氨合成催化剂是工艺技术进步和节能减排的核心和关键。我国浙江工业大学经过20多年研究开发成功的A301(ZA-5)型催化剂是一种国内外领先的新型氨合成催化剂,主要技术

指标已显著超过国外最好的催化剂。但我国虽然拥有世界上最好的催化剂,却被用在了世界上最落后的工艺上。迄今仍没有与其低压高活性相匹配的低压合成

工艺。以催化剂为核心技术,对大型和中小型合成氨装置进行节能改造,投资省,

收效快,效果好。作者认为大型合成氨装置是根据"全能概念"设计的全能系统,能效可达60%～70%。但氨净值普遍较低,实现节能减排的关键在于采用ZA-5等高活性催化剂以提高氨净值。中小型合成氨厂通常采用30MPa合成工艺,技术

落后,合成气压缩功耗高。针对中小合成氨装置存在的根本问题,作者认为,除了

原料结构调整外,采用低压合成工艺技术路线进行降压改造是中小合成氨装置节能减排的方向和重点。本文以ZA-5型高效催化剂为基础,考察了大型合成氨装

置应用ZA-5催化剂的增产和节能效果;研究了原有中小型合成氨装置合成回路

进行低压改造的必要性、可行性及其节能效果。结果表明,对我国中小型合成氨厂进行低压改造,把合成压力从30MPa降低到10～15MPa是可行的。对于一座

年产合成氨10万吨的小型合成氨厂,基建投资至少可以节省15%以上,年可节约7652吨标煤,节能效果十分显著。如果全国有50%的中小合成氨装置进行低压改造,则年可节约134万吨标准煤。