化工合成氨工艺原理及流程分析

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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 机低压缸、高压缸压缩到101×105Pa ，冷却到40℃后入第一氨冷器冷却 至5℃，与一氨冷出口的循环气在管 路中汇合，进入二氨冷降温到-10℃ ，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。
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合成氨流程简介-32
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30万吨）缩微仿真模型。整个装置主要包括
（1）天然气脱硫与压缩； （2）工艺空气压缩； （3）天然气蒸汽转化； （4）CO变换； （5）CO2脱除； （6）甲烷化； （7）合成气压缩； （8）氨合成； （9）冷冻； （10）氨回收； （11）氢回收
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2. 原料气脱硫
❖ 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，必须 尽可能地除去原料气中的各种硫化物。
❖ 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 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，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。
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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， 然后入氧化锌脱硫槽将硫脱除，控制硫含量小于0.1ppm。
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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、二段 蒸汽转化，转化气温度在983℃左右，残余CH4在0.9％ 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 右进入铁铬系催化剂的 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。 低温变换在铜锌系催化 剂中进行反应，CO含量 降到0.36％。
❖ 再生溶液（贫液）从再生塔底部流出 ，经溶液泵升压后分两路（顶部和中 部）送入吸收塔。
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五、甲烷化
来自吸收塔顶的脱碳气， 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 ）小于10ppm。
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九、氨回收
❖ 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。
❖ 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。
❖ 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 剂循环使用。
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七、氨的合成
压力104×105Pa、温度239℃、氨含量 4.12％的循环气，流经合成塔在铁催化 剂上进行合成反应。
出塔气的压力为100×105Pa，414℃，氨 含量16.3％入废热锅炉回收热量，部分 气氨在换热器内冷凝为液氨，然后合成 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。
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四、脱碳
❖ 低变气经冷却进入吸收塔下部，经吸 收气体中CO2含量降到0.4％，再经上 塔吸收，从塔顶逸出的脱碳后的CO2 含量0.1％工艺气去甲烷化工序。
❖ 吸收塔底流出富液，经水力透平做功 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 四层填料。
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八、冷冻
❖ 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，进 入二段压缩至15.6×105Pa，100℃，经水冷器冷却 至40℃后，气氨液化为液氨入氨收集器，再入氨闪 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、 二氨冷装置，构成冷冻循环回路。
控制在800℃左右。
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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。在二段炉中加入预热后的空 气，利用H2和O2的燃烧反应，产生高热，促使CH4进一步转化。
❖ 出二段炉的工艺气残余甲烷含量0.3％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，送去变 换。
❖ 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， 可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。
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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 化反应，生成氢气Fra Baidu bibliotekCO （CO 将在下一变化工序中去除）：
CH4+H2O ＝ CO+3H2 CnH2n+2+nH2O ＝ nCO +（2n+1）H2 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，出一段炉转化气温度
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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NH3，H2O彻 底清除，然后送入冷箱，CH4、Ar、部分N2液化为液体与未液 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。
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十一、氨的贮存
本装置设有两台球型氨罐，每个贮存量为2500吨， 操作压力与温度分别为3.8×105 Pa和 3℃。
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转化工段
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1.天然气蒸汽转化工艺流程
天然气
预热器
脱硫
空 气
预热
蒸 预热
汽
蒸 汽
去 变 废热锅炉 换
二段转化
一段转化