【文章內容簡介】 核心的IcI公司LCA工藝、俄羅斯GIAP公司的Tandem工藝、Kel．1099公司的KRES工藝、Uhde公司的CAR工藝；②基于“一段蒸汽轉化+等溫變換+PSA”制氫工藝單元和“低溫制氮”工藝單元，再加上高效氨合成工藝單元等成熟技術結合而成的德國Linde公司IAC工藝；③以“釕基催化劑”為核心的Kellogg公司的KAPP工藝。低能耗制氨工藝技術主要以節(jié)能降耗為目的，立足于改進和發(fā)展工藝單元技術，其主要技術進展包括：①溫和轉化。一段轉化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口cH4含量操作，將負荷轉移至二段轉化爐；同時二段轉化爐引入過量空氣，以提高轉化系統(tǒng)能力。②燃氣輪機。使用燃氣輪機驅動空氣壓縮機，并與一段轉化爐緊密結合。③低熱耗脫碳。采用低熱耗Be面eld或。一MDEA脫碳，以降低能量消耗。④深冷凈化。Braun公司采用深冷凈化，在合成氣進入氨合成回路之前脫除其中的cH4和部分Ar，并調節(jié)合成氣中H2與N2摩爾比為3：1；uhde—IcI—AMV采用深冷凈化，在氨合成回路之中回收弛放氣中的H2。⑤效率更高的合成回路。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，以提高氨合成轉化率、降低合成壓力、減小回路壓降、合理利用能量。Kellogg公司采用臥式徑向合成塔和小顆粒、高活性催化劑；uhde公司和T0psoe公司均采用了立式徑向流動合成塔 和小顆粒、高活性催化劑。2．2 以部分氧化工藝為核心的重油或煤氣化(1)重油氣化。以部分氧化工藝為核心的重油氣化技術，主要有SheⅡ和Texaco兩家公司的技術。自1956年開發(fā)出第一臺渣油氣化爐至今，世界上先后建成了140多套裝置，用于合成氨、甲醇、純氫和羰基合成等。由于國外以重油為原料的合成氨裝置所占比例很小，且近年來受到石油危機和潔凈煤氣化技術的挑戰(zhàn)，競爭力較差，其技術進展不大。主要 的進展包括：①結構多樣化、氣化壓力提高、設備大型化；②改進氣化爐燒嘴，以降低氧／油比、蒸汽／油比，從而降低氧耗、汽耗，改善經濟性；③改進霧化噴嘴的結構和材質，以適應石油深加工帶來的重油重度加重的問題；④炭黑回收部分開路，以適應石油深 加工帶來的重油原料中重金屬含量升高的問題。(2)煤氣化。20世紀80年代初到90年代末，煤氣化技術再度引起人們重視，對潔凈煤氣化技術進行了大量的開發(fā)研究，取得了重大的進展，開發(fā)出眾多的煤氣化技術，包括：以Texaco公司和Destec公司為代表的水煤漿氣化、以sheu公司和德國Prenno公司為代表的粉煤氣化、以Lu蛹公司為代表的固定床煤氣化等。并率先在IGcc領域進行了示范性大型化商業(yè)化裝置的運轉，Texaco工藝和Lu蛹工藝在合成氨生產中也得以應用，并取得了良好的效果。2．3 傳統(tǒng)型制氨裝置的節(jié)能增產改造 以節(jié)能降耗為目的的技術開發(fā)成果，在傳統(tǒng)型合成氨裝置的節(jié)能改造和增產改造中也得到了廣泛的應用；同時針對傳統(tǒng)型合成氨裝置，也開發(fā)出了許多新的節(jié)能和增產技術。在20世紀80年代中期到90年代中期，傳統(tǒng)型合成氨裝置大多進行了2輪技術改造，基本實現(xiàn)了節(jié)能增產的目標，技術水平大大提高，縮小了與低能耗制氨工藝的差距。(1)第一輪改造。主要采用節(jié)能降耗新技術，改造后，傳統(tǒng)天然氣合成氨裝置每噸氨的能耗由41．87 GJ降至35．7 GJ左右，傳統(tǒng)輕油合成氨裝置每噸氨的能耗下降為37．16 GJ。其采用的技術主要包括：一段轉化爐煙氣余熱回收預熱燃燒空氣；增設轉化爐蒸汽過熱燒嘴；脫碳改為低熱Benfield；合成氣壓縮機前加氨冷器；采用casale或Topsoe軸徑向內件對合成塔內件進行改造。(2)第二輪改造。主要采用節(jié)能增產新技術，將產量擴充至日產l 200 t以上，傳統(tǒng)天然氣合成氨裝置噸氨能耗進一步降至32．7 GJ，其采用的技術主要包括：空氣壓縮機、合成氣壓縮機汽輪轉子擴能增效；一段轉化爐管更新為大口徑薄壁HP50管；一段轉化爐對流段空氣預熱器盤管改造；二段轉化爐更換新型燒嘴；高溫變換爐和低溫變換爐安裝內件，成為軸徑向爐；增設小低變爐；脫碳在四級閃蒸的基礎上進一步改造。近10年來，由于低能耗裝置噸氨能耗已經降至28 GJ的水平，接近了理論能耗數(shù)值(22 GJ)，節(jié)能降耗的余地已經很小(預計合成氨裝置噸氨能耗將難以降低到26 GJ以下)，而且即使能夠降低，其對裝置的經濟性也將很小?；诖耍瑸榱诉M一步改善裝置的經濟性，技術專利商均開始轉向以實現(xiàn)單系列合成氨裝置產量最大化為首要目標的研究開發(fā)。與此同時，在高油價背景下，用煤等劣質原料制氨重新受到重視，以Texaco水煤漿氣化和Shell粉煤氣化為代表的煤氣化技術在改造和新建裝置中得到了使用。世界級合成氨裝置的規(guī)模越來越大，以利用較大的產量帶來規(guī)模經濟效益。20世紀80年代投產的世界級合成氨裝置的平均產量為1 120 t／d，而最近投產的世界級合成氨裝置的產量大多已接近2 000 t／d，且主要按照現(xiàn)有技術進行放大。至今為止，uhde公司已經推出了日產3 300 t合成氨技術，KBR、Topsoe、Lu蛹公司均推出了日產2 000 t合成氨技術。(1)uhde技術①加氫脫硫原料氣在脫硫工段對加氫反應器和脫硫反應器的尺寸沒有限制，很容易增加氣體流量。必要時可以安裝2臺脫硫反應器，從而允許裝置運行時更換反應器中的氧化鋅。②工藝實踐證明，離心式壓縮機和整體齒輪式離心壓縮機適用于產量高達3 000 t／d的裝置。③開發(fā)出具有內部絕熱冷氣出口管的頂燒式一段轉化爐，易于應用任何產能的裝置，而不需改變其基本結構。2臺最大的一段轉化爐為甲醇生產合成氣裝置，分別裝有630根和920根管子。3 000 t／d合成氨裝置所用的一段轉化爐采用最新設計和材料，只用了460根管子。④二段轉化爐也可用于產能增加的裝置，其特點是通過安裝在容器壁的噴嘴增加工藝空氣。其優(yōu)點是通過渦流形式注入空氣，可以達到工藝空氣與轉化氣的適當混合。充分的駐留時間允許在燃燒區(qū)完全反應，同時避免內件過熱和火焰沖擊。⑤為滿足大型裝置一氧化碳變換對催化劑容量的要求，可以設計用于高溫和低溫一氧化碳變換的反應器。⑥二氧化碳脫除推薦使用BAsF公司的MDEA工藝，在能量和熱量平衡方面最符合uhde公司的理念，并且將對大型裝置沒有限制。⑦合成氣壓縮對于當前2 200 t／d裝置，制約產能的主要因素是合成氣壓縮機。uhde公司正在開發(fā)一種新型合成氣壓縮機，這種壓縮機適用于未來產能可高達3 000 t／d的裝置。⑧氨合成回路設計基礎是3層2個合成塔，廢熱鍋爐位于各反應器下游。所有工藝和容器的設計參數(shù)都滿足大規(guī)模裝置的要求。⑨uhde公司在sAFcO合成氨裝置中，通過采用“雙壓氨合成工藝”，巧妙地突破和解決了合成氣壓縮機和合成回路對裝置單系列產能為3 000 t／d的限制，應用于已在2 000 t／d合成氨裝置中驗證過的工藝過程和設備，率先實現(xiàn)了3 300 t／d合成氨的目標。BAsF公司在比利時采用uhde技術建成了2 060 t／d的合成氨裝置?！半p壓氨合成工藝”在合成氣壓縮機2個壓縮氣缸之間設置新鮮合成氣的低壓氨合成系統(tǒng)，低壓缸出口壓力為11 MPa，與低壓法氨合成相匹配，并在此系統(tǒng)中分離部分產品；之后在低溫下進一步壓縮至21 MPa，進入氨合成回路進行高壓氨合成。這樣不僅減少了合成氣壓縮的量，而且也減小了合成回路的設備尺寸。減小了合成回路的設備尺寸。(2)Kellogg技術①Kellogg公司和Bm帥amp。Root公司合并為KBR公司之后，在特立尼達采用KBR(KAAP)工藝建設了4套2 000 t／d的合成氨裝置。②KAAP工藝以釕基催化劑為核心，由于該催化劑具有低壓、高活性的特點，與其他催化劑相比其用量較少；合成回路能夠在較低壓力下運行，且合成回路的氨轉化率高。低壓操作可以使用單系列合成氣壓縮機，并節(jié)省裝置投資。KAAP催化劑的高活性使大產能成為可能，同時不需要較高的壓力和多臺合成塔。③KBR公司也設計了4 000 t／d裝置，除了一段轉化爐和氨合成塔為并列設置外，其他設備均為單系列。(3)Topsoe技術Topsoe公司合成氨技術的最新進展包括：改進的轉化爐設計；用于二段轉化爐的新型管式燒嘴；改進的S一200氨合成塔設計；中壓蒸汽冷凝液汽提；改進的觸媒結構。這些新技術在拉丁美洲的2個世界級規(guī)模的項目中得到應用。Pmfeni項目的特點是2 050 t／d合成氨裝置與3250 t／d尿素裝置單系列配套生產。該裝置構成世界上最大的農用合成氨／尿素聯(lián)合工廠，其最終產品是粒狀尿素。其合成氨裝置采用Topsoe公司低能耗合成氨工藝，包括脫硫、一段和二段轉化、二步變換、MDEA法二氧化碳脫除、甲烷化、壓縮、S一200氨合成回路、氫氣回收裝置和產品回收。轉化爐使用現(xiàn)代轉化爐管材，并對側燒爐設計進行了改進，允許在更高的壓力和熱流下操作。轉化爐設計緊湊，只用了264根管子。通過引入新的管口燒嘴，增加了整套裝置的穩(wěn)定性。改進的催化劑允許減小轉化爐尺寸。當原料氣