【正文】 或少生成副產(chǎn)物、廢物、廢渣，實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù) 將日趨成熟和完善。全球原油供應(yīng)處于遞減模式 ,正處于總遞減曲線的中 點 ,預(yù)計到 20xx年 原油將出現(xiàn)自然短缺 ,需用其他能源補(bǔ) 充。在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開發(fā)過程中 , 其主要工藝技術(shù)將會進(jìn)一步發(fā)展。以天然氣為原料制氨噸氨能耗已 經(jīng)接近了理論 水平 , 今后難以有較大幅度的降低 , 但以油、煤為原料制氨 , 降低能耗還可以有所作為。 、集成化、自動化 , 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。中國潛在的天然氣資源十分豐富，除新勘探的新疆塔里木盆地有大量的天然氣可以通過長距離的管線東輸外，對海南鶯歌海域蘊藏的天然氣已決定在新世紀(jì)初新建一套引進(jìn)的年產(chǎn) 450kt 合成氨裝置，這也將是中國規(guī)模最大的一套合成氨裝置。通過對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和改造創(chuàng)新，不但使合成氨的技術(shù)水平跟上了世界前進(jìn)的步伐，而且促進(jìn)了國內(nèi)中小型氨廠的技術(shù)發(fā)展。特別是 90 年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn) 20 萬噸合成氨 生產(chǎn)裝置達(dá)到了當(dāng)時的國際先進(jìn)水平。 中國是世界上人口最多的農(nóng)業(yè)大國，為了在 20xx 年氮肥產(chǎn)量達(dá)到基本自給自足，最近十年先后陸續(xù)引進(jìn) 14 套具有 20 世紀(jì) 90年代先進(jìn)水平的年產(chǎn) 300kt 合成氨成套設(shè)備， 同時從 20世紀(jì) 70年代起，我國開始了大型合成氨成套裝置的自行設(shè)計、自行制造工作。 1973 年開始，首批引進(jìn) 13套年產(chǎn) 300kt 合成氨的成套裝置 (其中 10 套為天然氣為原料，建在云南、貴州、川化等地 )。 ③ 大型氨廠的崛起 20 世紀(jì) 70 年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時期。迄今為止，國內(nèi)已建成 50 多座中型氨廠。到 60 年代中期中氮已投產(chǎn)了 15家。經(jīng)過 50 多年的努力，中國已擁有多種原料、不同流程的大、分布廣，中、小型合成氨廠 1000 多個， 1999 年總產(chǎn)量為 氨， 已 躍居世界第 1 位，已掌握了以褐煤、焦?fàn)t氣、焦炭、無煙煤、天然氣及油田氣和液態(tài)烴等氣固液多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，形成中國大陸特有的煤、 石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。此外在上海還有一個電解水制氫生產(chǎn)硝酸、合成氨的小型車間。 以天然氣為原料合成氨廠的凈化工序大多采用 Benfiled 熱鉀堿脫碳，采用蒸汽噴射器可以節(jié)省部分能量。 瑞士卡薩利公司 ：對氨合成塔進(jìn)行改造，其特點是合成塔內(nèi)件中采用軸徑向結(jié)合的氣體流向和專門的氣體分布器。這些改進(jìn)使LCA 工藝可在簡單和溫和的條件下操作。它利用二段轉(zhuǎn)化后的反應(yīng)熱作為一段爐的熱源，轉(zhuǎn)化管僅受很小的壓力差，省去龐大和昂貴的一段轉(zhuǎn)化爐，節(jié)省燃料天然氣，采用新型的轉(zhuǎn)化和變換催化劑，降低原料氣中的水碳比，進(jìn)而節(jié)省了工藝蒸汽；采用變壓吸附凈化工藝，省去復(fù)雜的溶劑脫 CO2裝置；采用壓力為 的低壓氨合成系統(tǒng)，節(jié)省壓縮機(jī)功耗，減少壓縮機(jī)段數(shù)，使離心壓縮機(jī)可在中型氨廠采用。 英國 ICI 公司 ： LCA 合成氨工藝于 1988 年在英國建成兩套日產(chǎn) 450 噸的合成氨裝置，經(jīng)一年試運轉(zhuǎn)，證明是成功的。 氨合成塔內(nèi)件改造：僅改變催化劑筐結(jié)構(gòu)，使氣流由原軸向流改為軸徑向流。 合成氣壓縮機(jī)入口增設(shè)氨 冷器 ，同時又增設(shè)一臺低壓鍋爐給水預(yù)熱器。又增設(shè)一低壓冷凝液鍋爐和鍋爐給水換熱器，進(jìn)一步回收低變氣的余熱。 一段爐增設(shè)蒸汽過熱燒嘴：在對流段過熱蒸汽盤管高溫段上方，增加 20 個過熱沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 燒嘴（強(qiáng)制鼓風(fēng)式），使過熱蒸汽溫度，由原 440℃提至 460℃，使過熱蒸汽作功能力增大。這樣，排煙溫度由原 260℃降至 130℃，提高了轉(zhuǎn)化爐的熱效率。 凱洛格公司 ： 20 世紀(jì) 70 年代以后，凱洛格公司開始研究并推出了凱洛格節(jié)能流程。1975 年美國霍 尼威爾公司開發(fā)成功 TCP20xx 總體分散控制系統(tǒng)（ TotolDistributed Control System），簡稱為集散控制系統(tǒng)（ DCS）。因此，某一環(huán)節(jié)的失調(diào)就會影響生產(chǎn)，為了保證長周期的安全生產(chǎn)，對過程控制提出更高的要求，從而發(fā)展到把全流程的溫度、流量、料位、壓力和成分五大參數(shù)的模擬儀表、報警、連鎖系統(tǒng)全部集中在中央控制室顯示和監(jiān)視控制。 20 世紀(jì) 60年代以前的過程控制多采取分散方式，在獨立的幾個車間控制室中進(jìn)行。 目前以天然氣為原料的日產(chǎn) 1000t 合成氨裝置噸氨能耗已從 20 世紀(jì) 70 年代的 下降到 左右，而且以天然氣為原料的大型氨廠的所需動力約有 85%可由余 熱 供給 [3]?，F(xiàn)在合成氨能耗占世界能 源消費總量的3%，中國合成氨生產(chǎn)能耗約占全國能耗的 4%。 ⑶ 低能耗新工藝 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外。因此大型氨廠通常是指日產(chǎn) 600t 級，日產(chǎn) 1000t 級和日產(chǎn) 1500t 級的三種。從 20世紀(jì) 60年代中期開始，新建氨廠大都采用單系列的大型化裝置。隨著蒸汽透平驅(qū)動的高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，美國凱洛格公司運用建設(shè)單系列大型煉油廠的經(jīng)驗，首先運用工藝過程的余熱副產(chǎn)高壓蒸汽作為動力，并在1963 年和 1966 年相繼建成日產(chǎn) 和 的合成氨廠，實現(xiàn)了單系列合成氨裝置的大型化，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上的第一次突破。因此合成氨生產(chǎn)的初始原料是焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等 。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高，技術(shù)不成熟。氣和水到處都有，而且取之不盡。 ⑴ 原料構(gòu)成的變化 氨的合成，首先必須提供氮和氫。第一次世界大戰(zhàn)后，德國因戰(zhàn)敗而被迫把合成氨技術(shù)公開。在化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)已經(jīng)成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)。 隨著世界人口的不斷增加，用于制硝酸銨、磷酸銨、造尿素、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長。同時，石油加氫、高壓聚合、尿素和甲醇的合成等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。此外，氨還是常用的冷凍劑。硝酸、磺胺藥、聚氨酯、各種含氮的無 機(jī)鹽及有機(jī)中間體、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。 同時氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料 ，廣泛用于合成纖維、合成樹脂、制藥、煉油、純堿、含氮無機(jī)鹽等工業(yè)部門 ，這部分約占 30%的比例，稱之為“工業(yè)氨”。世界上的氨少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。 除了液氨可以直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如磷酸銨、氯化銨尿素、硝酸銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。 合成氨工藝的改進(jìn)將對礦物燃料的消費量產(chǎn)生重大影響。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 氨的用途及其在國民生產(chǎn)中的作用 合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界上每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1億噸以上，其中有80%左右的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20%左右的氨作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨在高溫下燃燒生成一氧化氮和水，一氧化氮再氧化并溶解于水便可制成硝酸。 氣相或液相的純氨對大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但如摻入水分后便對 Ag、 Cu、 Zn等金屬有腐蝕作用，氨和水銀可構(gòu)成爆炸混合物。雖然氨與空氣的混合氣不易燃燒，但很容易引起爆炸。它不像一般的毒氣具有累積的毒害作用，但是對人體的組織具有很大的灼傷性，正?？諝庵腥艉?5000ppm 的氨含量就能使人在短時間內(nèi)窒息；若有 20xxppm 的氨含量就有可能在幾秒內(nèi)灼傷皮膚，使它起泡，并可能造成嚴(yán)重的肺水腫；若濃度超過 700ppm 將會損傷眼睛，如果不及時治療，就會失去視力。 合成氨的性質(zhì)、用途及其重 要性 氨的性質(zhì) 氨為無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，密度為 ，比重為 ，沸點為 ℃，固體氨溶點為 ℃，臨界溫度為 ℃，臨界壓力為 ，液氨比重是 （ 20℃），液氨揮發(fā)性很強(qiáng)，汽化潛熱較大。 化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)的重要手段，對發(fā)展中國家尤其如此。但是大多數(shù)植物不能直接吸收這種游離態(tài)的氮，只有當(dāng)?shù)c其他元素化合以后，才能為植物所利用，這種使空氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變成化合態(tài)氮的過程，稱為“氮的固定”?？紤]到生產(chǎn)成本的能量消耗以及環(huán)境保護(hù)方面等，目前合成氨的技術(shù)還要不斷地完善和改進(jìn)，進(jìn)一步集中在“大型化，規(guī)整化，低能耗，清潔生產(chǎn)長周期運行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。其中造氣爐、脫硫系統(tǒng)、爐況監(jiān)測與系統(tǒng)優(yōu)化等技改始終是重點 。到 20xx年，合成氨的行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是：單位能耗量由目前的 千克標(biāo)煤／噸減少到 千克標(biāo)煤／噸；能源利用的效率由目前 ％提高到 ％；實現(xiàn)節(jié)能 萬～ 萬噸標(biāo)煤，減少排放二氧化碳 萬～ 萬噸。 會議根據(jù)“十一五”期間《合成氨能量優(yōu)化節(jié)能工程實施方案》規(guī)劃，確定了這一重點節(jié)能工程的目標(biāo)是：大型合成氨裝置采用新型催化劑、先進(jìn)節(jié)能工藝和高效節(jié)能設(shè)備，加強(qiáng)余熱回收利用，提高轉(zhuǎn)化效率；以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造；以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術(shù)，并改造蒸汽系統(tǒng)；中小型合成氨采用節(jié)能設(shè)備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。但是合成氨一直是化工產(chǎn)業(yè)的耗能大戶。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況來分析 , 未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變 , 其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、改善經(jīng)濟(jì)性、提高運行周期”的基本目標(biāo) , 進(jìn)一步集中在“大型化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、長周期運行、低能耗、清潔生產(chǎn)”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。氨還是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)染料、銨、胺、炸藥、合成纖維、制藥、合成樹脂的原料，這部分約占 30 %左右的比例 ,稱之為“工業(yè)氨”。氨主要用于農(nóng)業(yè)、化工行業(yè)。 Heat Balance沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 目 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述 ...................................... 1 合成氨的性質(zhì)、用途及其重要性 ....................... 1 氨的性質(zhì) ...................................... 1 氨的用途及其在國民生產(chǎn)中的作用 .................. 2 合成氨的發(fā)展技術(shù) .................................. 3 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展 ........................... 3 國外合成氨技術(shù)概況 ............................ 4 中國合成氨技術(shù)的發(fā)展 .......................... 6 合成氨技術(shù)未來發(fā)展趨勢 ......................... 7 成氨的工藝流程 .................................... 8 合成氨的典型 工藝流程介紹 ........................ 8 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理 ....................... 10 合成氨變換工序的工藝原理 ....................... 11 合成氨催化劑 ..................................... 12 催化劑合成氨的反應(yīng)機(jī)理 ........................ 12 鐵基催化劑的研究 .............................. 13 釕基合成氨催化劑 .............................. 15 母體的選擇 .................................... 15 載體的選擇 .................................... 15 促進(jìn)劑 ....................................... 16 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 第二章 工藝流程 ..................................... 17 工藝介紹 ......................................... 17 原料的選擇 .................................... 17 原料的脫硫 .................................... 17 造氣 ......................................... 19 一氧化碳變換 .................................. 21 CO2的脫除 ..................................... 23 甲烷化法微量 CO、 CO2的脫除 ..................... 24 氨合成工藝條件 ................................... 25