化肥厂合成氨装置生产原理及工艺流 共78页
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
合成氨生产原理及工艺流程
大庆石化公司化肥厂 2019年10月
1、合成氨概述与中石油合成氨企业状况
1.1合成氨概述
合成氨是生产量最大的化工产品之一，主要应用于生产 尿素。第一套工业化合成氨生产线于1913年建成，日产30吨 合成氨。 20世纪60年代,美国凯洛格公司开发了以天然气为 原料的大型合成氨装置，单套日产氨能力达到600吨，70年 代建设的氨厂日产能力达1000吨，使合成氨工业进入一个新 的发展阶段，世界合成氨的生产能力飞速增长，目前年产量 达到1亿3700多万吨，我国截止2019年底合成氨总量已达到 4200万吨/年的生产能力。 2019年，据中国石油化工研究会 不完全统计，在建尿素装置还有300多万吨（合成氨约180万 吨）。
2.2、重油部分氧化法 该法适应于重油、渣油及煤制氨，也可用于天然气及
石脑油制氨。该法又分为催化氧化法和非催化氧化法。具 有代表性的有以重油、渣油这原料的Texaco(德士古)气化 工艺、Shell（谢尔）气化工艺、BASF气化艺、以及以煤为 原料的鲁奇加压气化法、珂柏斯法（K-T）、温克勒法和 Shell法，其工艺流程大同小异，基本示意流程如下：
重油部分氧化法流程
3、装置目前存在的问题及解决办法； 合成氨装置总体运行平衡，能耗、产量、运行平稳率
均处于中油九套合成氨装置第一名。目前存在问题有： 3.1油田气经常不足.
经常在90%以下负荷运行，能耗大幅上升。经统计： 100%负荷能耗34.5GJ/T.NH3，90%负荷上升到35.3 GJ/T.NH3，80%则上升36.8 GJ/T.NH3。负荷频繁波动不仅 对能耗影响较大，同时对设备的运行维护也不利。
4、大庆石化公司化肥厂合成氨生产原理 油田气经加压至4.05MPa，经预热升温在脱硫工序脱硫
后，与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2，随后进 入二段转化炉，在此引入空气，转化气在炉内燃烧放出热 量，供进一步转化，同时获得N2。工艺气经余热回收后，进 入变换系统，将CO变为CO2 ，随后经脱碳、甲烷化反应除去 CO和CO2，分离出的CO2送往尿素工艺。工艺气进入分子筛系 统除去少量水份，为合成氨提供纯净的氢氮混合气。氢氮 混合气经压缩至14MPa，送入合成塔进行合成氨的循环反应 ，少量惰性气体经过普里森系统分离进行回收利用。产品 氨送往尿素工艺和氨罐保存。
合成氨的生产方法因原料的不同主要有烃类蒸 汽转化法、重油部分氧化法、煤部分氧化法。作为 大型合成氨装置原料的烃类主要有天然气、油田伴 生气、重油和石脑油等。
合成氨的理论能耗约为22.3GJ/t·NH3,实际生 产要达到理论值是不可能的，现在合成氨生产最好 的能耗指标按天然气、渣油、煤原料分别为28.3 GJ/t·NH3、35.8 GJ/t·NH3和41.8 GJ/t·NH3。
3.2一段炉炉管透火。 该炉管为2000年更换，使用7年多，10月停车处理
123根泄漏炉管，现在炉顶仍有两处透火，用氮气保护 特护运行，制定事故预案，准备2019年大修更换整炉炉 管。 3.3 二段炉偏烧，出口气体CH4超过设计值，影响装置 能耗，2019年大修检查处理。 3.4 101-CA内漏
1.2中国石油化肥企业生产工艺类型简介
厂名
宁化厂1套 宁化厂2套 乌石化1套 乌石化2套
大庆 兰化（新） 吉化（老） 泽普（老） 泽普（新）
设计生产能力 万吨/年
合成氨 尿素
30
52
30
52
45
75
30
52
合成氨 工艺类型
尿素 工艺类型
原料及来源、年消耗量
渣油制氨德士古流 程
凯洛格流程
渣油制氨德ຫໍສະໝຸດ Baidu古流 程
合成氨生产工艺主要化学反应过程：
1、油田气脱硫：
R-SH+H2＝RH+H2S H2S+ZnO＝H2O(汽)+ZnS 2、转化：
CH4+H20(汽)＝CO+3H2
CH4+2H2O(汽)＝CO2+4H2
3、变换：CO+H2O(汽)＝CO2+H2
4、脱碳：K2CO3＋CO2＋H2O ＝ 2KHCO3
5、甲烷化：CO+3H2＝CH4+H2O
Kellogg基本示意流程如下：
Branu深冷净化工艺 采用了深冷净化流程脱除合成气中过量的氮气、甲烷及氩
气。Branu深冷净化工艺示意流程见下图：
原Kellogg工艺的技术改造主要有增设预转化炉、 净化采用BASF的MEDA吸收技术，及这些模块的组合。大 庆合成氨装置2019年技术改造后，在中油系统已处于领 先地位，在国内同类型装置，处于前列。与云天化等厂 略有差距，主要是我们的改造投资、新技术交流、设备 更新等存在一定的差距。比如小空压机，云天化采用进 口压缩机，我们采用国产的，仅此一项，多耗电折合综 合能耗0.17GJ/TNH3。
CO2气提 NH3气提 CO2气提
渣油，兰炼供，26万吨 天然气，长庆油田，3.5亿M3 渣油，总厂炼油厂供，26万吨
30
（30） 45
52
布朗流程
（52） 72
凯洛格流程
NH3气提 CO2气提
天然气，吐哈油田，3.5亿M3 天然气，大庆油田，4.6亿M3
30
52
渣油制氨谢尔流程 NH3气提 渣油，本厂或兰炼供，26万吨
CO2+4H2＝CH4+2H2O
6、氨合成：N2＋3H2＝2NH3
以上六步化学反应是主要反应过程，每一步均会对下 一工况产生影响。其原理及控制方法如下： 4.1 加氢脱硫反应
加氢转化反应是指原料烃中的有机硫及其它组分，在 300～400℃，在钴钼催化剂的作用下，与加入的氢气进行 转化反应。其主要的反应有有机硫转化为H2S，不饱和烯烃 加氢饱和，含氮有机化合物脱氮（生成NH3和烃类），以及 含氧有机物脱氧（生成H2O和烃类）等等。
30
11
高压合成法
水溶液全循 环
本地，焦油17万吨，渣油15万吨
8
13
天然气转化
水溶液全循 环
天然气，法地油田，0.58亿M3
20
34
天然气转化
CO2气提 天然气，法地油田，2.03亿M3
2、合成氨主要生产方法及技术发展方向 2.1、烃类蒸汽转化法
烃类蒸汽转化法是世界上最早的生产合 成氨的方法，目前在约占大型合成氨厂中生 产能力的85%，主要代表工艺有Kellogg工艺 、Topse工艺、ICI工艺、Branu深冷净化工 艺等。其工艺流程大同小异。
大庆石化公司化肥厂 2019年10月
1、合成氨概述与中石油合成氨企业状况
1.1合成氨概述
合成氨是生产量最大的化工产品之一，主要应用于生产 尿素。第一套工业化合成氨生产线于1913年建成，日产30吨 合成氨。 20世纪60年代,美国凯洛格公司开发了以天然气为 原料的大型合成氨装置，单套日产氨能力达到600吨，70年 代建设的氨厂日产能力达1000吨，使合成氨工业进入一个新 的发展阶段，世界合成氨的生产能力飞速增长，目前年产量 达到1亿3700多万吨，我国截止2019年底合成氨总量已达到 4200万吨/年的生产能力。 2019年，据中国石油化工研究会 不完全统计，在建尿素装置还有300多万吨（合成氨约180万 吨）。
2.2、重油部分氧化法 该法适应于重油、渣油及煤制氨，也可用于天然气及
石脑油制氨。该法又分为催化氧化法和非催化氧化法。具 有代表性的有以重油、渣油这原料的Texaco(德士古)气化 工艺、Shell（谢尔）气化工艺、BASF气化艺、以及以煤为 原料的鲁奇加压气化法、珂柏斯法（K-T）、温克勒法和 Shell法，其工艺流程大同小异，基本示意流程如下：
重油部分氧化法流程
3、装置目前存在的问题及解决办法； 合成氨装置总体运行平衡，能耗、产量、运行平稳率
均处于中油九套合成氨装置第一名。目前存在问题有： 3.1油田气经常不足.
经常在90%以下负荷运行，能耗大幅上升。经统计： 100%负荷能耗34.5GJ/T.NH3，90%负荷上升到35.3 GJ/T.NH3，80%则上升36.8 GJ/T.NH3。负荷频繁波动不仅 对能耗影响较大，同时对设备的运行维护也不利。
4、大庆石化公司化肥厂合成氨生产原理 油田气经加压至4.05MPa，经预热升温在脱硫工序脱硫
后，与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2，随后进 入二段转化炉，在此引入空气，转化气在炉内燃烧放出热 量，供进一步转化，同时获得N2。工艺气经余热回收后，进 入变换系统，将CO变为CO2 ，随后经脱碳、甲烷化反应除去 CO和CO2，分离出的CO2送往尿素工艺。工艺气进入分子筛系 统除去少量水份，为合成氨提供纯净的氢氮混合气。氢氮 混合气经压缩至14MPa，送入合成塔进行合成氨的循环反应 ，少量惰性气体经过普里森系统分离进行回收利用。产品 氨送往尿素工艺和氨罐保存。
合成氨的生产方法因原料的不同主要有烃类蒸 汽转化法、重油部分氧化法、煤部分氧化法。作为 大型合成氨装置原料的烃类主要有天然气、油田伴 生气、重油和石脑油等。
合成氨的理论能耗约为22.3GJ/t·NH3,实际生 产要达到理论值是不可能的，现在合成氨生产最好 的能耗指标按天然气、渣油、煤原料分别为28.3 GJ/t·NH3、35.8 GJ/t·NH3和41.8 GJ/t·NH3。
3.2一段炉炉管透火。 该炉管为2000年更换，使用7年多，10月停车处理
123根泄漏炉管，现在炉顶仍有两处透火，用氮气保护 特护运行，制定事故预案，准备2019年大修更换整炉炉 管。 3.3 二段炉偏烧，出口气体CH4超过设计值，影响装置 能耗，2019年大修检查处理。 3.4 101-CA内漏
1.2中国石油化肥企业生产工艺类型简介
厂名
宁化厂1套 宁化厂2套 乌石化1套 乌石化2套
大庆 兰化（新） 吉化（老） 泽普（老） 泽普（新）
设计生产能力 万吨/年
合成氨 尿素
30
52
30
52
45
75
30
52
合成氨 工艺类型
尿素 工艺类型
原料及来源、年消耗量
渣油制氨德士古流 程
凯洛格流程
渣油制氨德ຫໍສະໝຸດ Baidu古流 程
合成氨生产工艺主要化学反应过程：
1、油田气脱硫：
R-SH+H2＝RH+H2S H2S+ZnO＝H2O(汽)+ZnS 2、转化：
CH4+H20(汽)＝CO+3H2
CH4+2H2O(汽)＝CO2+4H2
3、变换：CO+H2O(汽)＝CO2+H2
4、脱碳：K2CO3＋CO2＋H2O ＝ 2KHCO3
5、甲烷化：CO+3H2＝CH4+H2O
Kellogg基本示意流程如下：
Branu深冷净化工艺 采用了深冷净化流程脱除合成气中过量的氮气、甲烷及氩
气。Branu深冷净化工艺示意流程见下图：
原Kellogg工艺的技术改造主要有增设预转化炉、 净化采用BASF的MEDA吸收技术，及这些模块的组合。大 庆合成氨装置2019年技术改造后，在中油系统已处于领 先地位，在国内同类型装置，处于前列。与云天化等厂 略有差距，主要是我们的改造投资、新技术交流、设备 更新等存在一定的差距。比如小空压机，云天化采用进 口压缩机，我们采用国产的，仅此一项，多耗电折合综 合能耗0.17GJ/TNH3。
CO2气提 NH3气提 CO2气提
渣油，兰炼供，26万吨 天然气，长庆油田，3.5亿M3 渣油，总厂炼油厂供，26万吨
30
（30） 45
52
布朗流程
（52） 72
凯洛格流程
NH3气提 CO2气提
天然气，吐哈油田，3.5亿M3 天然气，大庆油田，4.6亿M3
30
52
渣油制氨谢尔流程 NH3气提 渣油，本厂或兰炼供，26万吨
CO2+4H2＝CH4+2H2O
6、氨合成：N2＋3H2＝2NH3
以上六步化学反应是主要反应过程，每一步均会对下 一工况产生影响。其原理及控制方法如下： 4.1 加氢脱硫反应
加氢转化反应是指原料烃中的有机硫及其它组分，在 300～400℃，在钴钼催化剂的作用下，与加入的氢气进行 转化反应。其主要的反应有有机硫转化为H2S，不饱和烯烃 加氢饱和，含氮有机化合物脱氮（生成NH3和烃类），以及 含氧有机物脱氧（生成H2O和烃类）等等。
30
11
高压合成法
水溶液全循 环
本地，焦油17万吨，渣油15万吨
8
13
天然气转化
水溶液全循 环
天然气，法地油田，0.58亿M3
20
34
天然气转化
CO2气提 天然气，法地油田，2.03亿M3
2、合成氨主要生产方法及技术发展方向 2.1、烃类蒸汽转化法
烃类蒸汽转化法是世界上最早的生产合 成氨的方法，目前在约占大型合成氨厂中生 产能力的85%，主要代表工艺有Kellogg工艺 、Topse工艺、ICI工艺、Branu深冷净化工 艺等。其工艺流程大同小异。