30万吨合成氨流程

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合成氨流程简介-32
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一、原料气压缩和脱硫
原料天然气进入压缩机，经四段压缩至 原料天然气进入压缩机，经四段压缩至51×105Pa，温度加热至 ， 390℃，进入钴 钼加氢反应器中反应，将有机硫转化为无机硫， 钼加氢反应器中反应， ℃ 进入钴-钼加氢反应器中反应 将有机硫转化为无机硫， 然后入氧化锌脱硫槽将硫脱除，控制硫含量小于0.1ppm。 然后入氧化锌脱硫槽将硫脱除，控制硫含量小于 。
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四、脱碳
低变气经冷却进入吸收塔下部， 低变气经冷却进入吸收塔下部，经吸 经冷却进入吸收塔下部 收气体中CO2含量降到 ％，再经上 含量降到0.4％ 收气体中 塔吸收，从塔顶逸出的脱碳后的CO2 塔吸收，从塔顶逸出的脱碳后的 含量0.1％工艺气去甲烷化工序。 甲烷化工序 含量 ％工艺气去甲烷化工序。 吸收塔底流出富液，经水力透平做功 吸收塔底流出富液， 富液 后送至再生塔顶部， 后送至再生塔顶部，溶液减压闪蒸出 水蒸汽和CO2，然后向下流经再生塔 水蒸汽和 四层填料。 四层填料。 再生溶液（贫液） 再生溶液（贫液）从再生塔底部流出 经溶液泵升压后分两路（ ，经溶液泵升压后分两路（顶部和中 送入吸收塔。 部）送入吸收塔。
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1.天然气蒸汽转化工艺流程 1.天然气蒸汽转化工艺流程
天然气
空 气
预热器
蒸 汽
脱硫
蒸
预热 二段转化
预热 一段转化
汽
去 变 换 废热锅炉
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2. 原料气脱硫
天然气中含有少量硫化物， 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而 不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此， 不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须 尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机 加氢转化 指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机 加氢转化不能达到直接脱硫的目的， 硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利 于硫的脱除。在有机硫转化的同时， 于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷 氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 是一种内表面积大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。 氧化锌 是一种内表面积大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除 噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高， 噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高， 可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。 以下。 可将出口气中硫含量降至 以下
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八、冷冻
来自一氨冷、 来自一氨冷、二氨冷及气体冷却器的气氨分别进入 冰机，经压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合， 冰机，经压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合，进 入二段压缩至15.6×105Pa，100℃，经水冷器冷却 × 入二段压缩至 ， ℃ 40℃ 气氨液化为液氨入氨收集器， 至40℃后，气氨液化为液氨入氨收集器，再入氨闪 蒸槽、 蒸槽、产品氨加热器与来自闪蒸槽的冷氨进行交换 使之冷却过冷至13℃ 重新作为冷冻剂送往第一、 使之冷却过冷至 ℃，重新作为冷冻剂送往第一、 二氨冷装置，构成冷冻循环回路。 二氨冷装置，构成冷冻循环回路。
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5．变换
经蒸汽转化后的工艺气含有 ～ ％ 经蒸汽转化后的工艺气含有12～15％的CO，变换工序的任务是 工艺气含有 ， 在有催化剂存在的条件下与水蒸汽进行反应： 使CO在有催化剂存在的条件下与水蒸汽进行反应： 在有催化剂存在的条件下与水蒸汽进行反应
CO + H2O ＝ CO2 + H2
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九、氨回收
合成驰放气入吸收塔底部，被水吸收， 合成驰放气入吸收塔底部，被水吸收，吸收后气体中含氨量为 0.02％，大部分气体送往氨冷器冷却后送氢回收装置。 ％，大部分气体送往氨冷器冷却后送氢回收装置 ％，大部分气体送往氨冷器冷却后送氢回收装置。 氨吸收塔底部流出的氨水，经加热后入汽提塔， 氨吸收塔底部流出的氨水，经加热后入汽提塔，从汽提塔顶蒸出 的气氨在冷凝器中冷凝为液氨。 的气氨在冷凝器中冷凝为液氨。 汽提塔底流出的氨水浓度为0.1％经冷却后分别送往吸收塔作吸收 汽提塔底流出的氨水浓度为 ％ 剂循环使用。 剂循环使用。
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3．原料气的一段蒸汽转化
经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1PPm以下 经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1PPm以下，与水蒸汽混合后进行转 以下， 化反应，生成氢气和CO （CO 将在下一变化工序中去除）： 将在下一变化工序中去除） 化反应，生成氢气和 CH4+H2O ＝ CO+3H2 CnH2n+2+nH2O ＝ nCO +（2n+1）H2 +（2n+1） 由于转化反应是吸热反应，在高温条件下有利于反应平衡及反应速度。 由于转化反应是吸热反应，在高温条件下有利于反应平衡及反应速度。 在实际生产中，转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。 在实际生产中，转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。 在一段炉中 ，烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下进行 转化反应，管外有燃料气燃烧供给反应所需热量， 转化反应，管外有燃料气燃烧供给反应所需热量，出一段炉转化气温度 控制在800℃左右。 控制在800℃左右。
本模型是以德国伍德公司生产工艺， 本模型是以德国伍德公司生产工艺，以天然气为原料的日产合 成氨1000吨（年产 万吨）缩微仿真模型。整个装置主要包括 万吨） 成氨 吨 年产30万吨 缩微仿真模型。
（1）天然气脱硫与压缩； ）天然气脱硫与压缩； （2）工艺空气压缩； ）工艺空气压缩； （3）天然气蒸汽转化； ）天然气蒸汽转化； 变换； （4）CO变换； ） 变换 （5）CO2脱除； 脱除； ） （6）甲烷化； ）甲烷化； （7）合成气压缩； ）合成气压缩； （8）氨合成； ）氨合成； （9）冷冻； ）冷冻； （10）氨回收； ）氨回收； （11）氢回收 ）
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4．转化气的二段转化
为了进一步转化，需要更高的温度。 为了进一步转化，需要更高的温度。在二段炉中加入预热后的空 利用H 的燃烧反应，产生高热，促使CH4进一步转化。 进一步转化。 气，利用 2和O2的燃烧反应，产生高热，促使 出二段炉的工艺气残余甲烷含量0.3％左右， 出二段炉的工艺气残余甲烷含量 ％左右，经并联的两台第一废 热锅炉回收热量，再经第二废热锅炉进一步回收余热后， 热锅炉回收热量，再经第二废热锅炉进一步回收余热后，送去变 换。
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五、甲烷化
来自吸收塔顶的脱碳气， 来自吸收塔顶的脱碳气， 进入甲烷化炉反应， 进入甲烷化炉反应，从炉 底流出进入热交换器冷却 ，甲烷化气中（CO+ CO2 甲烷化气中（ 。 ）小于10ppm。 小于
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六、合成气的压缩
甲烷化后的工艺气进入合成气压缩 甲烷化后的工艺气进入合成气压缩 工艺气 机低压缸、高压缸压缩到101×105Pa 机低压缸、高压缸压缩到 冷却到40℃ ，冷却到 ℃后入第一氨冷器冷却 一氨冷出口的循环气在管 至5℃，与一氨冷出口的循环气在管 ℃ 二氨冷降温到 路中汇合，进入二氨冷降温到-10℃ 路中汇合，进入二氨冷降温到 ℃ 此时大部分气氨被冷凝 冷凝。 ，此时大部分气氨被冷凝。 出循环段的气体经热交换器升温后 进入合成塔。 进入合成塔。
K2CO3 + CO2 + H2O ＝ 2KHCO3 + 热量
这是一个可逆过程。 在低温、 这是一个可逆过程。脱碳溶液中 K2CO3在低温、加压的条件下吸收了 CO2生成 生成KHCO3 ，KHCO3又在加热、减压的条件下放出 又在加热、减压的条件下放出CO2，重新变 前一个过程是吸收过程，后一个是再生过程。 成K2CO3。前一个过程是吸收过程，后一个是再生过程。 经过吸收塔的脱碳气体要求CO2小于 ％；经过再生塔的 小于0.1％；经过再生塔的CO2气体要求 ％；经过再生塔的 经过吸收塔的脱碳气体要求 纯度大于98.5％。 纯度大于 ％。
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七、氨的合成
压力104×105Pa、温度 × 压力 、温度239℃、氨含量 ℃ 4.12％的循环气，流经合成塔在铁催化 ％的循环气，流经合成塔在铁催化 上进行合成反应。 剂上进行合成反应。 出塔气的压力为100×105Pa，414℃，氨 出塔气的压力为 ， ℃ 含量16.3％入废热锅炉回收热量，部分 ％入废热锅炉回收热量， 含量 气氨在换热器内冷凝为液氨， 气氨在换热器内冷凝为液氨，然后合成 一氨冷， 气再进入一氨冷 气再进入一氨冷，然后与新鲜气汇合成 为循环气，形成合成循环回路。 为循环气，形成合成循环回路。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ11
十、氢回收
经氨回收后的气体进入分子筛干燥器，将气体中的 经氨回收后的气体进入分子筛干燥器，将气体中的NH3，H2O彻 彻 底清除，然后送入冷箱， 底清除，然后送入冷箱，CH4、Ar、部分 2液化为液体与未液 、部分N 化的氢气进入分离器，氢气被富集为富氢气， 化的氢气进入分离器，氢气被富集为富氢气，送往合成气压缩 机循环段入口。 机循环段入口。
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5．变换
组成。 整个变换过程是由高温变换和低温变换组成。 高温变换炉，所用的催化剂是以Fe 为活性组分的， 高温变换炉，所用的催化剂是以 3O4为活性组分的，它的活性 催化剂是以 温度在300℃以上（一般在 在此温度下， 温度在 ℃以上（一般在350～430℃）。在此温度下，可以取 ～ ℃）。在此温度下 较高的反应速度， 不能达到较低的CO浓度。 浓度。 得较高的反应速度，但不能达到较低的 浓度 为了进一步取得较低的CO浓度，还要以铜为活性组分的催化剂 浓度，还要以铜 为了进一步取得较低的 浓度 作用下， 它的变换温度一般在200～250℃，这样 作用下，进行低温变换 。它的变换温度一般在 ～ ℃ 的低温下，就能使CO的变换进行的比较彻底，可以使 的变换进行的比较彻底， 的低温下，就能使 的变换进行的比较彻底 可以使CO浓度降 浓度降 至0.3％以下。 ％以下。
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二、转化
经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、 经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、二段 蒸汽转化，转化气温度在983℃左右，残余 蒸汽转化，转化气温度在 ℃左右，残余CH4在0.9％ ％ 以下入废热锅炉回收工艺气热量。 以下入废热锅炉回收工艺气热量。
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三、变换
工艺气温度降为370℃左 工艺气温度降为370℃左 370℃ 右进入铁铬系 铁铬系催化剂的 右进入铁铬系催化剂的 高温变换炉顶部 高温变换炉顶部，从底 部流出高变气温度降为 204℃再入低温变换炉。 ℃再入低温变换炉。 低温变换在铜锌系 铜锌系催化 低温变换在铜锌系催化 剂中进行反应， 含量 剂中进行反应，CO含量 降到0.36％。 降到 ％。
这样即能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳， 这样即能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时又可制得合 把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳 成需要的原料氢。 成需要的原料氢。
变换反应是一个可逆、放热、 变换反应是一个可逆、放热、反应前后气体体积不变 是一个可逆 的化学反应。 的化学反应。
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十一、 十一、氨的贮存
本装置设有两台球型氨罐，每个贮存量为 本装置设有两台球型氨罐，每个贮存量为2500吨， 吨 操作压力与温度分别为3.8× 操作压力与温度分别为 ×105 Pa和 3℃。 和 ℃
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转化工段
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净化工段
1、脱碳
经变换工序后的工艺气， 含量一般在17％左右。本装置采用改良苯 经变换工序后的工艺气，CO2含量一般在 ％左右。本装置采用改良苯 菲尔法脱除工艺气中的 2 ，吸收剂为碳酸钾溶液，溶液的吸收和再生 脱除工艺气中的CO 吸收剂为碳酸钾溶液 碳酸钾溶液， 菲尔法脱除工艺气中的 可以用如下反应方程式表示： 可以用如下反应方程式表示：