李紅濤等

摘要：合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。本文綜述了合成氨生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢，重點從裝置大型化、節(jié)能降耗結(jié)構(gòu)調(diào)整以及長周期運轉(zhuǎn)和清潔生產(chǎn)技術(shù)等幾個方面進行了論述。

關(guān)鍵詞：合成氨 生產(chǎn)工藝 尿素 技術(shù) 節(jié)能 發(fā)展趨勢

1 合成氨工藝凈化

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。合成氨造氣廢水懸浮物高，含有氰化物、硫化物、揮發(fā)酚和氨氮等。其處理方法多采用沉淀、冷卻、生化工藝。選用一體化凈水器和雙層曝氣生物濾池處理造氣廢水，不但可提高回用水質(zhì)，達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的一級標準；還能減少處理運行能耗和工程占地。為老企業(yè)合成氨造氣廢水的處理改造提供了新途徑。

以無煙煤為原料生成合成氨常見過程是：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2工段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫硫→壓縮機4，5工段→銅洗 →壓縮機6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2時，合成氨工藝流程圖如下：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫碳→精脫硫→甲烷化→壓縮機4，5，6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

2 氨合成裝置大型化技術(shù)

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會于2013年在北京組織專家對湖南安淳高新技術(shù)有限公司開發(fā)完成的“日產(chǎn)千噸級新型（ⅢJD）氨合成技術(shù)”項目進行科技成果鑒定。鑒定委員會的結(jié)果顯示，該氨合成塔及系統(tǒng)是一項新的自主知識產(chǎn)權(quán)，具有優(yōu)異的工業(yè)運行綜合性能，已經(jīng)打破了我國在這項技術(shù)上長期依賴國外技術(shù)的尷尬局面，不僅在我國處于領(lǐng)先地位，在世界上也是先進的水平，應(yīng)該進行大力的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅具有操作簡單，裝置運行安全穩(wěn)定、年運轉(zhuǎn)率高、能耗低等優(yōu)勢，還能夠在高惰氣情況下，保證其主要指標都優(yōu)于設(shè)計值，這在國際上還是首例。有關(guān)專家指出，該技術(shù)的十大創(chuàng)新點都是原始創(chuàng)新，其中還包括計算方法、徑向筐氣分布裝置等重大創(chuàng)新。

工業(yè)合成氨在高壓合成塔中完成，由于合成氨需要加壓、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的過程釋放大量熱量，所以合成塔中還有熱交換室，用于預(yù)熱反應(yīng)氣體。未來，單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中，其焦點主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備。世界級合成氨、尿素裝置的規(guī)模越來越大，采用斯塔米卡幫CO2汽提工藝新建尿素裝置中規(guī)模最大已達3250t/d。

①合成氣制備。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和非催化部分氧化技術(shù)將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均認為ATR技術(shù)（天然氣與水蒸汽在氧化催化劑作用下進行部分氧化。進料氣與水蒸汽先混合預(yù)熱、與氧化劑燃燒，然后在1790℃-1920℃反應(yīng)溫度下通過催化劑床層進行水蒸汽與甲烷轉(zhuǎn)化生成合成氣）是最適合大型化制氨工藝技術(shù)。Texaco、shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術(shù)，為合成氣制備工藝的大型化進行技術(shù)準備。

②合成氣凈化技術(shù)。目前廣泛使用的BASF公司的MDEA工藝，完全適用于大型化裝置；以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝，也有可能在合成氣凈化大型化裝置中得以應(yīng)用。

3 低能耗合成氨工藝技術(shù)

合成氨典型的節(jié)能流程。目前新建的以天然氣為原料的合成氨裝置的綜合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有競爭能力的低能耗合成氨技術(shù)有：KBR公司的技術(shù)、ICI公司的AMV技術(shù)、Uhde公司的技術(shù)和TopsΦe公司的技術(shù)。各公司依據(jù)其擁有的專利技術(shù)，組合了四種典型的節(jié)能流程。其中具有代表性的是KBR工藝。

現(xiàn)已開發(fā)成功的合成氨各工序的節(jié)能工藝還有許多，主要有：

①合成氣制備工藝單元。節(jié)能降耗的主要技術(shù)有：預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)、低水碳比轉(zhuǎn)化技術(shù)、換熱式轉(zhuǎn)化技術(shù)。

②CO變換工藝單元。等溫CO變換技術(shù)，實現(xiàn)低水碳比變換反應(yīng)。

③CO2脫除工藝單元。Linde公司LAC工藝的制氫單元中采用了簡單的PSA裝置，即可完成傳統(tǒng)流程中氫氣的精制和CO2脫除兩個工序的任務(wù)。程控操作、沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備，維護工作量少。含有CO、CH4和H2的排放氣可以作為燃料，回收熱量。

④氨合成工藝單元。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，開發(fā)氣體分布更均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更合理的合成塔及其內(nèi)件，實現(xiàn)“等壓合成”。其中以釕基催化劑為核心的KAAP工藝為代表。

4 結(jié)束語

隨著石油化工和天然氣化工的發(fā)展，氨合成工藝技術(shù)越來越先進，真正簡化了流程、降低了系統(tǒng)阻力、提高了變換率和有效能的利用率、減少了系統(tǒng)投資，實現(xiàn)了變換工藝歷史性的新突破，能滿足大型化肥生產(chǎn)節(jié)能與環(huán)保的要求，推廣應(yīng)用社會經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻：

[1]鮑衛(wèi)娜，祝亞榮.新型四噴嘴氣化爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣州化工，2011（18）.

[2]徐紅東，門長貴.多元料漿氣化工藝過程模擬[J].化肥設(shè)計，2008（02）.

[3]汪家銘.BGL碎煤熔渣氣化技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)，2011（07）.endprint

摘要：合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。本文綜述了合成氨生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢，重點從裝置大型化、節(jié)能降耗結(jié)構(gòu)調(diào)整以及長周期運轉(zhuǎn)和清潔生產(chǎn)技術(shù)等幾個方面進行了論述。

關(guān)鍵詞：合成氨 生產(chǎn)工藝 尿素 技術(shù) 節(jié)能 發(fā)展趨勢

1 合成氨工藝凈化

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。合成氨造氣廢水懸浮物高，含有氰化物、硫化物、揮發(fā)酚和氨氮等。其處理方法多采用沉淀、冷卻、生化工藝。選用一體化凈水器和雙層曝氣生物濾池處理造氣廢水，不但可提高回用水質(zhì)，達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的一級標準；還能減少處理運行能耗和工程占地。為老企業(yè)合成氨造氣廢水的處理改造提供了新途徑。

以無煙煤為原料生成合成氨常見過程是：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2工段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫硫→壓縮機4，5工段→銅洗 →壓縮機6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2時，合成氨工藝流程圖如下：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫碳→精脫硫→甲烷化→壓縮機4，5，6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

2 氨合成裝置大型化技術(shù)

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會于2013年在北京組織專家對湖南安淳高新技術(shù)有限公司開發(fā)完成的“日產(chǎn)千噸級新型（ⅢJD）氨合成技術(shù)”項目進行科技成果鑒定。鑒定委員會的結(jié)果顯示，該氨合成塔及系統(tǒng)是一項新的自主知識產(chǎn)權(quán)，具有優(yōu)異的工業(yè)運行綜合性能，已經(jīng)打破了我國在這項技術(shù)上長期依賴國外技術(shù)的尷尬局面，不僅在我國處于領(lǐng)先地位，在世界上也是先進的水平，應(yīng)該進行大力的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅具有操作簡單，裝置運行安全穩(wěn)定、年運轉(zhuǎn)率高、能耗低等優(yōu)勢，還能夠在高惰氣情況下，保證其主要指標都優(yōu)于設(shè)計值，這在國際上還是首例。有關(guān)專家指出，該技術(shù)的十大創(chuàng)新點都是原始創(chuàng)新，其中還包括計算方法、徑向筐氣分布裝置等重大創(chuàng)新。

工業(yè)合成氨在高壓合成塔中完成，由于合成氨需要加壓、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的過程釋放大量熱量，所以合成塔中還有熱交換室，用于預(yù)熱反應(yīng)氣體。未來，單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中，其焦點主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備。世界級合成氨、尿素裝置的規(guī)模越來越大，采用斯塔米卡幫CO2汽提工藝新建尿素裝置中規(guī)模最大已達3250t/d。

①合成氣制備。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和非催化部分氧化技術(shù)將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均認為ATR技術(shù)（天然氣與水蒸汽在氧化催化劑作用下進行部分氧化。進料氣與水蒸汽先混合預(yù)熱、與氧化劑燃燒，然后在1790℃-1920℃反應(yīng)溫度下通過催化劑床層進行水蒸汽與甲烷轉(zhuǎn)化生成合成氣）是最適合大型化制氨工藝技術(shù)。Texaco、shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術(shù)，為合成氣制備工藝的大型化進行技術(shù)準備。

②合成氣凈化技術(shù)。目前廣泛使用的BASF公司的MDEA工藝，完全適用于大型化裝置；以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝，也有可能在合成氣凈化大型化裝置中得以應(yīng)用。

3 低能耗合成氨工藝技術(shù)

合成氨典型的節(jié)能流程。目前新建的以天然氣為原料的合成氨裝置的綜合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有競爭能力的低能耗合成氨技術(shù)有：KBR公司的技術(shù)、ICI公司的AMV技術(shù)、Uhde公司的技術(shù)和TopsΦe公司的技術(shù)。各公司依據(jù)其擁有的專利技術(shù)，組合了四種典型的節(jié)能流程。其中具有代表性的是KBR工藝。

現(xiàn)已開發(fā)成功的合成氨各工序的節(jié)能工藝還有許多，主要有：

①合成氣制備工藝單元。節(jié)能降耗的主要技術(shù)有：預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)、低水碳比轉(zhuǎn)化技術(shù)、換熱式轉(zhuǎn)化技術(shù)。

②CO變換工藝單元。等溫CO變換技術(shù)，實現(xiàn)低水碳比變換反應(yīng)。

③CO2脫除工藝單元。Linde公司LAC工藝的制氫單元中采用了簡單的PSA裝置，即可完成傳統(tǒng)流程中氫氣的精制和CO2脫除兩個工序的任務(wù)。程控操作、沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備，維護工作量少。含有CO、CH4和H2的排放氣可以作為燃料，回收熱量。

④氨合成工藝單元。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，開發(fā)氣體分布更均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更合理的合成塔及其內(nèi)件，實現(xiàn)“等壓合成”。其中以釕基催化劑為核心的KAAP工藝為代表。

4 結(jié)束語

隨著石油化工和天然氣化工的發(fā)展，氨合成工藝技術(shù)越來越先進，真正簡化了流程、降低了系統(tǒng)阻力、提高了變換率和有效能的利用率、減少了系統(tǒng)投資，實現(xiàn)了變換工藝歷史性的新突破，能滿足大型化肥生產(chǎn)節(jié)能與環(huán)保的要求，推廣應(yīng)用社會經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻：

[1]鮑衛(wèi)娜，祝亞榮.新型四噴嘴氣化爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣州化工，2011（18）.

[2]徐紅東，門長貴.多元料漿氣化工藝過程模擬[J].化肥設(shè)計，2008（02）.

[3]汪家銘.BGL碎煤熔渣氣化技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)，2011（07）.endprint

摘要：合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。本文綜述了合成氨生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢，重點從裝置大型化、節(jié)能降耗結(jié)構(gòu)調(diào)整以及長周期運轉(zhuǎn)和清潔生產(chǎn)技術(shù)等幾個方面進行了論述。

關(guān)鍵詞：合成氨 生產(chǎn)工藝 尿素 技術(shù) 節(jié)能 發(fā)展趨勢

1 合成氨工藝凈化

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，化學(xué)分子式為NH3。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。合成氨造氣廢水懸浮物高，含有氰化物、硫化物、揮發(fā)酚和氨氮等。其處理方法多采用沉淀、冷卻、生化工藝。選用一體化凈水器和雙層曝氣生物濾池處理造氣廢水，不但可提高回用水質(zhì)，達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的一級標準；還能減少處理運行能耗和工程占地。為老企業(yè)合成氨造氣廢水的處理改造提供了新途徑。

以無煙煤為原料生成合成氨常見過程是：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2工段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫硫→壓縮機4，5工段→銅洗 →壓縮機6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

采用甲烷化法脫硫除原料氣中CO、CO2時，合成氨工藝流程圖如下：

造氣→半水煤氣脫硫→壓縮機1，2段→變換→變換氣脫硫→壓縮機3段→脫碳→精脫硫→甲烷化→壓縮機4，5，6段→氨合成→產(chǎn)品NH3

2 氨合成裝置大型化技術(shù)

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會于2013年在北京組織專家對湖南安淳高新技術(shù)有限公司開發(fā)完成的“日產(chǎn)千噸級新型（ⅢJD）氨合成技術(shù)”項目進行科技成果鑒定。鑒定委員會的結(jié)果顯示，該氨合成塔及系統(tǒng)是一項新的自主知識產(chǎn)權(quán)，具有優(yōu)異的工業(yè)運行綜合性能，已經(jīng)打破了我國在這項技術(shù)上長期依賴國外技術(shù)的尷尬局面，不僅在我國處于領(lǐng)先地位，在世界上也是先進的水平，應(yīng)該進行大力的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅具有操作簡單，裝置運行安全穩(wěn)定、年運轉(zhuǎn)率高、能耗低等優(yōu)勢，還能夠在高惰氣情況下，保證其主要指標都優(yōu)于設(shè)計值，這在國際上還是首例。有關(guān)專家指出，該技術(shù)的十大創(chuàng)新點都是原始創(chuàng)新，其中還包括計算方法、徑向筐氣分布裝置等重大創(chuàng)新。

工業(yè)合成氨在高壓合成塔中完成，由于合成氨需要加壓、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的過程釋放大量熱量，所以合成塔中還有熱交換室，用于預(yù)熱反應(yīng)氣體。未來，單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨裝置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中，其焦點主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備。世界級合成氨、尿素裝置的規(guī)模越來越大，采用斯塔米卡幫CO2汽提工藝新建尿素裝置中規(guī)模最大已達3250t/d。

①合成氣制備。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和非催化部分氧化技術(shù)將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均認為ATR技術(shù)（天然氣與水蒸汽在氧化催化劑作用下進行部分氧化。進料氣與水蒸汽先混合預(yù)熱、與氧化劑燃燒，然后在1790℃-1920℃反應(yīng)溫度下通過催化劑床層進行水蒸汽與甲烷轉(zhuǎn)化生成合成氣）是最適合大型化制氨工藝技術(shù)。Texaco、shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術(shù)，為合成氣制備工藝的大型化進行技術(shù)準備。

②合成氣凈化技術(shù)。目前廣泛使用的BASF公司的MDEA工藝，完全適用于大型化裝置；以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝，也有可能在合成氣凈化大型化裝置中得以應(yīng)用。

3 低能耗合成氨工藝技術(shù)

合成氨典型的節(jié)能流程。目前新建的以天然氣為原料的合成氨裝置的綜合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有競爭能力的低能耗合成氨技術(shù)有：KBR公司的技術(shù)、ICI公司的AMV技術(shù)、Uhde公司的技術(shù)和TopsΦe公司的技術(shù)。各公司依據(jù)其擁有的專利技術(shù)，組合了四種典型的節(jié)能流程。其中具有代表性的是KBR工藝。

現(xiàn)已開發(fā)成功的合成氨各工序的節(jié)能工藝還有許多，主要有：

①合成氣制備工藝單元。節(jié)能降耗的主要技術(shù)有：預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)、低水碳比轉(zhuǎn)化技術(shù)、換熱式轉(zhuǎn)化技術(shù)。

②CO變換工藝單元。等溫CO變換技術(shù)，實現(xiàn)低水碳比變換反應(yīng)。

③CO2脫除工藝單元。Linde公司LAC工藝的制氫單元中采用了簡單的PSA裝置，即可完成傳統(tǒng)流程中氫氣的精制和CO2脫除兩個工序的任務(wù)。程控操作、沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備，維護工作量少。含有CO、CH4和H2的排放氣可以作為燃料，回收熱量。

④氨合成工藝單元。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，開發(fā)氣體分布更均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更合理的合成塔及其內(nèi)件，實現(xiàn)“等壓合成”。其中以釕基催化劑為核心的KAAP工藝為代表。

4 結(jié)束語

隨著石油化工和天然氣化工的發(fā)展，氨合成工藝技術(shù)越來越先進，真正簡化了流程、降低了系統(tǒng)阻力、提高了變換率和有效能的利用率、減少了系統(tǒng)投資，實現(xiàn)了變換工藝歷史性的新突破，能滿足大型化肥生產(chǎn)節(jié)能與環(huán)保的要求，推廣應(yīng)用社會經(jīng)濟效益顯著。

參考文獻：

[1]鮑衛(wèi)娜，祝亞榮.新型四噴嘴氣化爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣州化工，2011（18）.

[2]徐紅東，門長貴.多元料漿氣化工藝過程模擬[J].化肥設(shè)計，2008（02）.

[3]汪家銘.BGL碎煤熔渣氣化技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)，2011（07）.endprint