合成氨原料氣凈化精制工藝的選擇

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1、合成氨原料氣凈化、精制工藝的選擇及應(yīng)用本文系統(tǒng)闡述了近年來(lái)合成氨原料氣的凈化、精制工藝的發(fā)展歷程。分別介紹了“雙甲工藝”、“醇烴化”及“醇烷化”等不同凈化及精制工藝。從工藝設(shè)計(jì)、節(jié)能降耗及實(shí)際案例等方面比較了上述工藝；結(jié)果表明：不論是哪種凈化、精制工藝，關(guān)鍵的工藝控制點(diǎn)是：將CO+CO2凈化精制至微量級(jí)，降低有效氫的損耗，降低生產(chǎn)消耗。關(guān)鍵詞：醇烴化、低耗、合成氨、凈化、精制1概述合成氨原料氣的精制工藝，在近20多年的發(fā)展歷程中進(jìn)行了革命性的變化，從銅洗與深度變換串甲烷化工藝，首創(chuàng)了“雙甲”、“醇烴化”新工藝技術(shù)，為我國(guó)合成氨原料氣精制開辟

2、了新的工藝、裝備技術(shù)路線，同時(shí)也為我國(guó)化肥生產(chǎn)裝置的大型化、節(jié)能化、自控化奠定了基礎(chǔ)。湖南安淳高新技術(shù)有限公司研發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醇烴化（雙甲）凈化、精制工藝，主要是將合成氨原料氣中的CO+CO2經(jīng)催化反應(yīng)脫去，氨合成補(bǔ)充氣中的CO+CO2微量達(dá)到≤10PPm的純氫氮?dú)?，使氨合成的催化劑具有更好地活性，提高了反?yīng)的合成率和催化劑的運(yùn)行周期，使生產(chǎn)過程更簡(jiǎn)便、更節(jié)能、更容易實(shí)行自控化。醇烴化（雙甲）工藝的應(yīng)用世界首創(chuàng)，為我國(guó)化肥企業(yè)的節(jié)能減排、擴(kuò)能增效、快速發(fā)展起到了助推作用，化肥企業(yè)單套裝備從50KtNH3/a發(fā)展到今天的500KtNH

3、3/a的生產(chǎn)規(guī)模，醇烴化（雙甲）精制工藝發(fā)揮了重要作用。2氨合成原料氣的凈化、精制工藝技術(shù)的介紹2.1雙甲工藝“雙甲工藝”(見圖1)是甲醇化（二級(jí)串并結(jié)合）后串聯(lián)甲烷化（鎳催化劑）；合成氨生產(chǎn)線脫C來(lái)的CO+CO2約為2.0%～6.0%的氫氮?dú)?，?jīng)壓縮機(jī)提高壓力進(jìn)入一級(jí)甲醇系統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)粗甲醇，原料氣的凈化在二級(jí)甲醇系統(tǒng)完成，可在中壓段或高壓段進(jìn)行，一般入甲烷化塔的CO+CO2為≤300PPm，有利于合成氨生產(chǎn)的低耗運(yùn)行。圖1雙甲工藝流程示意圖2.2醇烴化工藝“醇烴化工藝”（見圖2）是“雙甲工藝”的升級(jí)新工藝技術(shù)，主要是在精制系統(tǒng)內(nèi)“催化劑”上的

4、創(chuàng)新，具有原料氣精制過程中的精制度高、H2耗少、生產(chǎn)管理更簡(jiǎn)便、催化劑使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)合成氨生產(chǎn)的大型化、節(jié)能化、長(zhǎng)周期運(yùn)行打下了堅(jiān)石的基礎(chǔ)。圖2醇烴化工藝流程示意圖2.3醇烷化工藝“醇烷化工藝”只是合成氨原料氣在不同的壓力下，進(jìn)行的凈化、精制過程，生產(chǎn)的裝備、工藝流程與催化劑的型號(hào)沿用的是“雙甲工藝”技術(shù)路線，利用不同壓力獲得不同的氣質(zhì)，使甲烷化進(jìn)口CO+CO2為≤300PPm下進(jìn)行精制來(lái)滿足氨合成所需的合格氫氮?dú)猓?lián)醇生產(chǎn)的CO轉(zhuǎn)化率在3.0MPa～15.0MPa為最佳，再提高壓力后，CO轉(zhuǎn)化率減緩、壓縮機(jī)功耗增加。3合成氨系

5、統(tǒng)原料氣的凈化工藝合成氨原料氣的凈化分為二級(jí)，從工藝流程上表述：煤氣（CO～32%、CO2～8%）→變換（CO～4.0%、CO2～30%）→脫碳（CO～4.0%、CO2～0.5%）→壓縮機(jī)（5.0MPa）→一級(jí)聯(lián)醇（CO～0.8%、CO2～0.2%）→壓縮機(jī)（22.0MPa～31.4MPa）→二級(jí)甲醇凈化（CO～0.02%、CO2～0.01%）、烴化（甲烷化）精制CO+CO2≤10PPm、氨合成系統(tǒng)。4合成氨原料氣凈化的聯(lián)醇工藝合成氨聯(lián)醇工藝主要是凈化原料氣中的CO+CO2，為使生產(chǎn)能耗低，甲醇系統(tǒng)工藝條件上選擇的壓力與銅基催化劑型號(hào)不同，

6、所以，在不同壓力下的轉(zhuǎn)化率也不一樣，甲醇反應(yīng)速度增加與壓力有關(guān)，但是，因壓力的提高，副反應(yīng)的組分的分壓也隨之增高，CO與H2反應(yīng)生成的副反應(yīng)二甲醚、甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物增多，對(duì)氨合成催化反應(yīng)有較大影響，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的放空量，有效氣體損耗大，在高壓下，還要求醇烷化催化劑強(qiáng)度好，才能長(zhǎng)周期運(yùn)行。5合成氨原料氣精制工藝的對(duì)比與選擇目前，我國(guó)合成氨原料氣的精制工藝有多種技術(shù)路線，從投資、生產(chǎn)管理和操控性來(lái)對(duì)比，烴化工藝最為理想。醇烴化催化劑為鐵銅基型，具有強(qiáng)度好、適應(yīng)性高、產(chǎn)生甲烷低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在合成氨生產(chǎn)的大中型裝置上。甲烷化催化劑為鎳基

7、型，由鎳、鋅、鋁組成，強(qiáng)度低、碳氧化合物稍高就易燒催化劑，且鎳基催化劑在還原態(tài)下與CO+CO2反應(yīng)易產(chǎn)生劇毒物質(zhì)［Ni(CO)4］。5.1工藝設(shè)計(jì)合成氨原料氣的精制部分，醇烴化與甲烷化后所產(chǎn)生的物質(zhì)不同，導(dǎo)致了消耗不一樣。5.1.1反應(yīng)機(jī)理醇烴化反應(yīng)原理甲烷化反應(yīng)原理：主反應(yīng)：副反應(yīng)：5.1.2醇烴化工藝與甲烷化工藝的氣耗對(duì)比（1）凈化的醇后氣體成份（見下表1）表1凈化的醇后氣體成份表組分體積（%）H2N2COCO2CH4ArCH3OH工況173.80024.8750.3000.0400.7700.2000.015工況274.10024.1

8、800.0160.0041.5000.200/工況374.10024.1800.0300.0201.4700.200/注：凈化醇后氣量：124300NM3/h。（2）精制后的氣體