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1、第第2章章 天然氣制合成天然氣制合成氨氨2.1 概述2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.5 我國(guó)天然氣制合成氨研究、開(kāi)發(fā)、我國(guó)天然氣制合成氨研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、消費(fèi)現(xiàn)狀生產(chǎn)、消費(fèi)現(xiàn)狀2023/8/15第2章 天然氣制合成氨22.1 概述概述氨2023/8/15第2章 天然氣制合成氨32.1.1全球合成氨（氮肥）工業(yè)發(fā)展歷程 基礎(chǔ)原料 哈伯-布什法 2.1 概述概述克勞德 卡薩里 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨42.1.2全球合成氨的生產(chǎn)

2、和需求現(xiàn)狀 2.1 概述概述2023/8/15第2章 天然氣制合成氨52.1 概述概述2023/8/15第2章 天然氣制合成氨62.1 概述概述2023/8/15第2章 天然氣制合成氨72.1 概述概述2023/8/15第2章 天然氣制合成氨82.1 概述概述2023/8/15第2章 天然氣制合成氨92.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨102.2.1天然氣精脫硫 硫化物脫除至0.510-6，甚至0.110-6。2.2.1.1中溫氧化鋅精脫硫 氧化鋅為主體 助劑如氧化鎂或氧化銅等 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況

3、2023/8/15第2章 天然氣制合成氨112.2.1.2加氫轉(zhuǎn)化串接氧化鋅精脫硫 噻吩、硫醚等 加氫轉(zhuǎn)化為H2S 以氧化鋅脫除劑除去 鈷鉬系催化劑 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨122.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.2天然氣轉(zhuǎn)化制合成氣 關(guān)鍵兩段轉(zhuǎn)化 蒸汽轉(zhuǎn)化 不完全燃燒 2.2.2.1工藝條件 壓力 熱力學(xué) 低壓 裝置能耗 高壓 較高壓力 溫度 反應(yīng) 1000 裝置能耗 爐管材質(zhì) 兩段轉(zhuǎn)化 7908201200水碳比 反應(yīng)速度及防析碳 高 裝置能耗 低 適宜值 催化劑2023/8/15第2章 天

4、然氣制合成氨132.2.2.2 催化劑 對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有高的活性；選擇性好；優(yōu)良的幾何形狀；要有足夠的使用壽命 蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑 鎳 難熔耐火氧化物 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨142.2.2.3轉(zhuǎn)化爐 一段轉(zhuǎn)化爐 二段轉(zhuǎn)化爐輻射段對(duì)流段頂燒爐側(cè)燒爐梯臺(tái)爐上部有均相燃燒空間固定床絕熱式催化反應(yīng)器2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨152.2.2.4工藝參數(shù) 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨16低溫變換 2.2

5、.3 CO變換 2.2.3.1 CO變換催化劑 高溫變換 鐵系催化劑 Fe2O3 Fe3O4 Cu-Zn-Al催化劑 Cu-Zn-Cr催化劑的 2.2.3.2 CO變換的工藝條件 壓力 溫度 水氣比 加壓 反應(yīng)初期 高 反應(yīng)后期 低 4 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨172.2.4 合成氣中CO2的脫除 化學(xué)溶劑法 物理溶劑法 化學(xué)物理溶劑法 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨182.2.5 合成氣中微量碳氧化物及其他組分的脫除 CO+CO21010-6 O2110-

6、6 H2O110-6 甲烷化 分子篩 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨192.2.5.1 甲烷化 CO+CO20.6%溫升 3050 鎳 2.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2023/8/15第2章 天然氣制合成氨202.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.5.2 Braun深冷凈化合成氣 分子篩脫水深冷凈化壓縮2023/8/15第2章 天然氣制合成氨212.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況2.2.5.3 其他凈化方法 中小型合成氨裝置 乙酸銅氨溶液洗滌法 乙酸銅氨溶

7、液 可再生 進(jìn)銅塔原料氣 CO 35%CO2 0.21%出塔凈化氣 CO+CO2 99%回收率 5085%2023/8/15第2章 天然氣制合成氨332.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況（3）深冷法 氫氣 流程較長(zhǎng)，操作復(fù)雜、能耗較高 氫氣回收率 90%生產(chǎn)氬、氖等稀有氣體 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨342.2 天然氣制合成氨的技術(shù)概況天然氣制合成氨的技術(shù)概況（4）貯氫合金法 利用某些合金（如鈦系、稀土系和鎂系貯氫合金）在一定條件下可以選擇吸收氫的特性將其從弛放氣中分離出來(lái)。操作壓力：14MPa 氫氣 純度 99%回收率 7095%2023/8/15第2章 天

8、然氣制合成氨352.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展消耗大量的能源 總能耗2832GJ/t氨 2.3.1 典型工業(yè)化合成氨工藝2.3.1.1 Kellogg公司節(jié)能工藝 蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī) 單系列、大型化和低能耗，總生產(chǎn)能力約占世界合成氨總生產(chǎn)能力的50%以上。不足裝置的原材料和動(dòng)力消耗大受供氣條件的影響也很大 開(kāi)停車(chē)頻繁 噸氨能耗高 37.741.8GJ 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨36（1）基本工藝過(guò)程 2.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨37（2）主要工藝特

9、點(diǎn) 轉(zhuǎn)化壓力提高減輕一段蒸汽轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷加大二段轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷 空氣采用煙道氣預(yù)熱 適當(dāng)降低轉(zhuǎn)化出口氣溫度 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)新型的浮頭式換熱器 2.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨38脫碳 Selexo法工藝 2.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨39甲烷化后的合成氣采用分子篩干燥凈化 可直接送入氨合成塔 CO+5/2H2 CH4+H2OCO2+3H2 CH4+2H2O2.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2

10、023/8/15第2章 天然氣制合成氨402.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展采用臥式氨合成塔系統(tǒng) 小顆粒催化劑 提高出口氨濃度 新型組合式換熱器 四級(jí)氨冷器 汽提法 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨412.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展燃料消耗降低50%動(dòng)力消耗降低23%冷卻水循環(huán)量降低27%噸氨能耗降至29.2731.4GJ（3）主要技術(shù)進(jìn)展 釕基催化劑 擠出型催化劑 特點(diǎn) 高活性1020倍常規(guī)鐵基催化劑 大比表面 轉(zhuǎn)化效率比傳統(tǒng)催化劑高1216%高耐毒性 強(qiáng)烈吸附氫 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨

11、422.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展先進(jìn)氨合成工藝（KAAP）將老牌號(hào)催化劑更換成新一代氨合成催化劑 優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省投資 降低能耗，單程轉(zhuǎn)化率高催化劑壽命長(zhǎng)合成氨可在較溫和條件下操作 降低成本可，節(jié)能提高合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨432.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨442.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展 KRES合成氣生產(chǎn)新工藝 采用換熱式轉(zhuǎn)化爐代替原有一段加熱轉(zhuǎn)化爐和換熱器。特點(diǎn) 以換熱式轉(zhuǎn)化爐替代一段外加

12、熱轉(zhuǎn)化爐 二段轉(zhuǎn)化爐為自熱式 開(kāi)口管式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化換熱器 轉(zhuǎn)化管可以自由伸長(zhǎng) 管束可拆卸 內(nèi)徑為2.5m、塔高為12m 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨452.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展設(shè)計(jì)條件 氧氣含量 30%混合原料 480620 蒸汽/碳 3.33.8 轉(zhuǎn)化出口溫度 9251045 壓力 3.0MPa 碳鋼殼體，耐火襯里，外部水夾套 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨462.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展KRES工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 設(shè)備造價(jià)低，占地面積小 設(shè)備和管線減少 轉(zhuǎn)化換熱系統(tǒng)靈活性大 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

13、化 產(chǎn)生蒸汽量減少20%不直接向大氣排放有毒氣體 可用于改建 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨472.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展KAAP與KRES組合工藝 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨482.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.2 Braun公司深冷凈化工藝 第一個(gè)商業(yè)化的低能耗工藝 特點(diǎn)：輕度一段轉(zhuǎn)化，二段轉(zhuǎn)化爐采用過(guò)量空氣在合成氣進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)前，增加深冷凈化部分（1）基本工藝過(guò)程 天然氣的脫硫、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、中低變、CO2脫除、甲烷化、分子篩干燥、深冷凈化和壓縮合成等 202

14、3/8/15第2章 天然氣制合成氨492.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨502.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn) 天然氣加壓 4MPa 脫硫 H2S：110-6 水碳比：2.53.0 中壓蒸汽 3.45MPa 329 預(yù)熱 中變氣換熱器 一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段 一段轉(zhuǎn)化爐管 溫度720壓力為3.08MPa CH4 23%梯臺(tái)爐 二段轉(zhuǎn)化爐 5075%過(guò)剩空氣 熱效率8292%熱效率100%廢熱鍋爐 高壓蒸汽過(guò)熱器 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨512.3 天然

15、氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展中變爐 440 降溫原料空氣預(yù)熱器 鍋爐給水預(yù)熱器 低變爐 233 2.91MPaCO 0.5%脫除CO2 甲烷化 CO+CO2 1010-6 脫除氨、殘余CO2和水分 風(fēng)（水）冷、氨冷 分子篩深冷凈化裝置 壓縮 合成 23個(gè)串聯(lián)式絕熱氨合成塔 燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī) 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨522.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（3）主要技術(shù)進(jìn)展 入塔合成氣殘余CH4含量低（約0.2%），氫氮比約2.98 合成回路不直接排放弛放氣，深冷凈化單元排出的燃料量也大為減少。一段轉(zhuǎn)化爐負(fù)

16、荷減小采用富氣（30%O2）和調(diào)整兩段轉(zhuǎn)化負(fù)荷 全裝置綜合能耗為28.429.3GJ/t NH3。2023/8/15第2章 天然氣制合成氨532.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.3 ICI公司AMV節(jié)能工藝和LCA工藝（1）基本工藝過(guò)程 ICI-AMV節(jié)能型工藝 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨542.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展ICI-LCA工藝 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨552.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn) ICI-AMV節(jié)

17、能型工藝 增設(shè)原料氣飽和塔 脫硫 飽和塔 高、低溫變換 一段轉(zhuǎn)化 出口甲烷含量 16%二段轉(zhuǎn)化過(guò)量未預(yù)熱空氣脫碳 低能耗改良型苯菲爾法 低壓法氨合成回路 78MPa 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨562.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展噸氨消耗定額 原料天然氣 24.97106kJ 燃料天然氣 10.8 106kJ 外供蒸汽 1.0t 外供電 51.5kWh 冷卻水 193m3 精制水 2.15 m3 噸氨能耗28.69GJ2023/8/15第2章 天然氣制合成氨572.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展 ICI-

18、LCA工藝 一段轉(zhuǎn)化 管殼式連續(xù)換熱變換反應(yīng)器（GHR）管內(nèi)裝催化劑 管外用從二段轉(zhuǎn)化爐出口的高溫氣體加熱 該反應(yīng)器爐管少，壓差?。?.2MPa），體積小，熱效率高，采用低水碳比的催化劑，可以節(jié)省高鎳鉻合金鋼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造安裝。2023/8/15第2章 天然氣制合成氨582.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展二段轉(zhuǎn)化 傳統(tǒng)的固定床絕熱反應(yīng)器 過(guò)量1.5倍加熱后的工藝空氣出口溫度為975 中低變合并在一個(gè)管殼式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行 變壓吸附（PSA）脫除CO2和過(guò)量N2 脫弛放氣的CH4和Ar 甲烷化 CO+CO2 1010-6 2023/8/15第2章 天然氣制

19、合成氨592.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展低壓法氨合成回路 7.8512.5MPa 鈷基催化劑ICI74-1 三大機(jī)組 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī) 冰機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿式 天然氣、工藝空氣和合成氣壓縮機(jī) 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨602.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.4 Uhde公司Uhde-ICI-AMV節(jié)能工藝 優(yōu)化能量利用 合成塔 大直徑間接換熱三床層徑流式 串接倒U型管廢熱鍋爐（1）基本工藝過(guò)程 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨612.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然

20、氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨622.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn) 燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)工藝空氣壓縮機(jī) 提高了轉(zhuǎn)化壓力 轉(zhuǎn)化爐為預(yù)燃式 二段轉(zhuǎn)化爐加入過(guò)量的空氣（2530%）一段轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量 0.9%延長(zhǎng)了一、二段轉(zhuǎn)化爐使用壽命 氨回收 等壓水吸收 氨水提氨冷凝液化 氫回收 等壓低溫深冷 大部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨632.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.5 Linde公司LAC工藝（1）基本工藝過(guò)程 2023/8/

21、15第2章 天然氣制合成氨642.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn) 無(wú)高變、低變、脫碳和甲烷化等工序 使用PSA裝置的轉(zhuǎn)化氣凈化系統(tǒng) 附加 洗滌裝置回收CO2 工藝?yán)淠褐苯铀突亟^熱變換爐 工藝流程簡(jiǎn)單，總壓降減少 最直接的制氨途徑 全面簡(jiǎn)化傳統(tǒng)工藝路線 易綜合利用 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨652.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（3）主要技術(shù)進(jìn)展 Linde等溫變換爐 Linde PSA空分裝置 Casale公司的合成塔 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨662.3 天然氣制合成氨

22、生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.1.6 Topsoe公司低能耗工藝（1）基本工藝過(guò)程 脫硫一、二段轉(zhuǎn)化二步變換脫碳甲烷化壓縮氨合成產(chǎn)品回收 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨672.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（2）主要工藝特點(diǎn) 轉(zhuǎn)化 一段水碳比2.5 側(cè)燒式 變換 銅基催化劑 脫碳 物理方法 氨合成 雙床層徑向流反應(yīng)器 阻力小 熱能回收 余熱回收 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨682.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.2 天然氣制合成氨生產(chǎn)裝置概況 2023/8/15第

23、2章 天然氣制合成氨692.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨702.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.3 天然氣制合成氨幾大工藝的對(duì)比 Kellogg工藝 KAAP工藝 釕基催化劑 ICI-AMV工藝 Braun工藝 節(jié)能降耗 綜合指標(biāo)較優(yōu)越 裝置最多 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨712.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨722.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及

24、進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨732.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨742.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2.3.4 天然氣制合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及特點(diǎn)（1）單系列大型化 節(jié)能、降低建設(shè)費(fèi)用 氣動(dòng)離心式壓縮（2）能源的綜合利用 將合成氨生產(chǎn)與動(dòng)力生產(chǎn)合二為一（3）節(jié)能 改造傳統(tǒng)工藝方法引入新設(shè)計(jì)概念 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨752.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展2023/8/15第2章 天然氣制合成氨762.3

25、天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展新廠 引入深冷技術(shù) 美國(guó)Braun 公司深冷凈化工藝 調(diào)節(jié)氫氮比 英國(guó)ICI公司的ICI-AMV法 工藝過(guò)程反應(yīng)熱自行平衡補(bǔ)償 LCA法 一、二段爐換熱式反應(yīng)器GHR 已有成熟技術(shù)優(yōu)化組合 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨772.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（4）新型氨合成催化劑的廣泛使用 磁鐵礦型合成氨催化劑 人造非化學(xué)計(jì)量的氧化鐵酸鹽基（Fe1-xO，其中x=0.0230.14）催化劑 高活性低還原溫度快還原速度含鈷型催化劑 釕基催化劑 以銫為助催化劑的鈷、鉬氮化物催化劑 202

26、3/8/15第2章 天然氣制合成氨782.3 天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展天然氣制合成氨生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展（5）氨合成回路的改進(jìn) 壓力等級(jí) 降壓 氨的分離 低壓下氨分離技術(shù)與能耗 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨792.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向20世紀(jì)20年代第一座合成氨裝置投產(chǎn) 20世紀(jì)60年代中期 美國(guó)Kellogg公司 美國(guó)Braun公司 丹麥Topsoe公司 英國(guó)ICI公司 第一次技術(shù)革命和飛躍 20世紀(jì)80年代 第二次突破性的技術(shù)革命 近年來(lái) 新技術(shù)、新設(shè)備、新催化劑 改造舊裝置 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨802.4 天然氣制合成

27、氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1 造氣 2.4.1.1 增設(shè)預(yù)轉(zhuǎn)化爐 節(jié)約轉(zhuǎn)化爐燃料 高轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率 在預(yù)轉(zhuǎn)化爐中除去重?zé)N避免轉(zhuǎn)化爐結(jié)炭預(yù)轉(zhuǎn)化爐出來(lái)的氣體加熱到一段爐原進(jìn)口溫度 預(yù)轉(zhuǎn)化爐 體積小、安裝費(fèi)用低 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨812.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1.2 一段轉(zhuǎn)化爐（1）爐管 高含量鉻（25%）鎳（2025%）合金 提高爐管強(qiáng)度和抗腐蝕性能 Paralloy H24W和H39W合金 鎳和鈮 高蠕變強(qiáng)度 Paralloy 集流腔和集氣管 強(qiáng)度大 可焊接 爐管使用壽命 操作溫度和壓力 燃料燃燒效率 轉(zhuǎn)化爐的生產(chǎn)能

28、力2023/8/15第2章 天然氣制合成氨822.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向（2）催化劑裝填 Unidens技術(shù) 在爐管內(nèi)先放入一根帶有彈簧刷子的裝填繩，催化劑裝進(jìn)爐管后，慢慢拉出裝填繩。減緩催化劑顆粒下降速度 不會(huì)因架橋而產(chǎn)生空穴 爐管內(nèi)催化劑密度相同且很大 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨832.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.1.3 二段轉(zhuǎn)化爐（1）采用高比表面積（GSA）催化劑 轉(zhuǎn)化爐性能 燃燒過(guò)程 催化劑 混合過(guò)程 湍度 噴嘴 富燃料燃燒 均勻 比表面積（GSA）大、體積小 增大氣體混合空間 2023/8/15第2章 天然

29、氣制合成氨842.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向（2）新型燒嘴 工藝氣和空氣混合均勻 （3）氣體加熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 換熱式轉(zhuǎn)化器 用來(lái)自二段自熱轉(zhuǎn)化的熱量替代向管式蒸汽轉(zhuǎn)化供熱的燃燒爐。GHR工藝 KRES工藝 原理相同 原料氣 蒸汽轉(zhuǎn)化器 自熱轉(zhuǎn)化器 平衡反應(yīng)器熱量 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨852.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向 CAR工藝 蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化組合在一個(gè)管殼式反應(yīng)器中。殼程 部分氧化反應(yīng) 管程 蒸汽轉(zhuǎn)化（4）Halder Topsoe的自熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器 ATR工藝 無(wú)蒸汽轉(zhuǎn)化用爐管 蒸汽轉(zhuǎn)化和自熱轉(zhuǎn)化組合在一個(gè)管殼式反應(yīng)器中

30、。2023/8/15第2章 天然氣制合成氨862.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向優(yōu)點(diǎn) 單元設(shè)計(jì)緊湊 不生成炭黑 投資和操作成本低 操作安全、靈活 專利燃燒器 固定床催化劑 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨872.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向特點(diǎn) 噴嘴使原料氣和氧充分混合 燃燒器與火焰核心間用耐火材料保護(hù) 高溫循環(huán)氣流和燃燒器之間用耐火材料保護(hù) 催化劑床層溫度分布均勻2023/8/15第2章 天然氣制合成氨882.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.2 CO變換2.4.2.1 高溫變換（HTS）催化劑ICI 71-5催

31、化劑 減小了孔隙內(nèi)氣體的阻力 出口CO含量 產(chǎn)生氫 床層壓降2.4.2.2 軸-徑向變換爐 Casale公司 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨892.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向主要特點(diǎn) 氣體軸-徑向通過(guò)催化床層，使床層的壓降降低 粒徑更小、活性更高的催化劑 使HTS催化劑免受水滴浸漬 適合裝填同體積催化劑 90%的氣體徑向穿過(guò)床層 10%的氣體則沿軸向向下通過(guò)床層 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨902.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.3 脫碳2.4.3.1 活性MDEA法（aMDEA法）在MDEA中添加活化劑 凈化度高 a

32、MDEA溶液化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好 溶液中各組分溶解度大，無(wú)顆粒沉淀物，無(wú)需對(duì)裝置進(jìn)行伴熱。良好緩蝕性能 aMDEA溶液再生效果好 能耗低 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨912.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.3.2 ACT-1法UOP公司 ACT-1活化劑 特點(diǎn) 高化學(xué)穩(wěn)定性單獨(dú)使用 與DEA活化劑共用 ACT-1：0.51.0%ACT-1：13%2023/8/15第2章 天然氣制合成氨922.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.4 合成2.4.4.1 氨合成塔Topsoe熱壁”式合成塔 S-50型單床層合成塔 投資費(fèi)用較少 易運(yùn)

33、輸和安裝 流體分布均勻 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨932.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.4.2 Kellogg先進(jìn)的合成氨工藝（KAAP）2023/8/15第2章 天然氣制合成氨942.4 天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向天然氣制合成氨技術(shù)新動(dòng)向2.4.4.3 釕合成催化劑 擠出型催化劑 2.4.4.4 Linde合成氨工藝（LAC）2023/8/15第2章 天然氣制合成氨952.5 我國(guó)天然氣制合成氨研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、我國(guó)天然氣制合成氨研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、消費(fèi)現(xiàn)狀消費(fèi)現(xiàn)狀2.5.1 合成氨生產(chǎn)原料 天然氣 2.5.2 生產(chǎn)狀況 2.5.3 產(chǎn)能建設(shè)規(guī)劃和計(jì)劃 對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行技術(shù)改造 2.5.4 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā) 催化劑 Fe1-xO的氨合成催化劑 A301低溫低壓氨合成催化劑 2023/8/15第2章 天然氣制合成氨962.5 我國(guó)天然氣制合成氨研究