天然气制合成氨简介课件.ppt

第第2章章 天然气制合成氨天然气制合成氨2.1 概述概述2.2 天然气制合成氨的技术概况2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.4 天然气制合成氨技术新动向2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、 生产、消费现状9/9/20241第2章 天然气制合成氨第2章 天然气制合成氨2.1 概述2.2 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述氨9/9/20242第2章 天然气制合成氨2.1 概述氨10/2/20222第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1.1全球合成氨（氮肥）工业发展历程 基础原料 哈伯-布什法 2.1 概述概述克劳德 卡萨里 9/9/20243第2章 天然气制合成氨2.1.1全球合成氨（氮肥）工业发展历程 基础原料 哈伯-布天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1.2全球合成氨的生产和需求现状 2.1 概述概述9/9/20244第2章 天然气制合成氨2.1.2全球合成氨的生产和需求现状 2.1 概述10/2天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述9/9/20245第2章 天然气制合成氨2.1 概述10/2/20225第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述9/9/20246第2章 天然气制合成氨2.1 概述10/2/20226第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述9/9/20247第2章 天然气制合成氨2.1 概述10/2/20227第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述9/9/20248第2章 天然气制合成氨2.1 概述10/2/20228第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/20249第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况10/2/20229第2章 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.1天然气精脱硫 硫化物脱除至0.5×10-6，甚至0.1×10-6。

2.2.1.1中温氧化锌精脱硫 氧化锌为主体 助剂如氧化镁或氧化铜等 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202410第2章 天然气制合成氨2.2.1天然气精脱硫 硫化物脱除至0.5×10-6，甚至0天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.1.2加氢转化串接氧化锌精脱硫 噻吩、硫醚等 加氢转化为H2S 以氧化锌脱除剂除去 钴钼系催化剂 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202411第2章 天然气制合成氨2.2.1.2加氢转化串接氧化锌精脱硫 噻吩、硫醚等 加氢转天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.2天然气转化制合成气 关键两段转化 蒸汽转化 不完全燃烧 2.2.2.1工艺条件 压力 热力学 低压 装置能耗 高压 较高压力 温度 反应 >1000℃ 装置能耗 炉管材质 两段转化 790~820℃1200℃水碳比 反应速度及防析碳 高 装置能耗 低 适宜值 催化剂9/9/202412第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.2天然气转化制合成气天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.2.2 催化剂 ①对转化反应具有高的活性； ②选择性好； ③优良的几何形状； ④要有足够的使用寿命 蒸汽转化催化剂 镍 难熔耐火氧化物 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202413第2章 天然气制合成氨2.2.2.2 催化剂 ①对转化反应具有高的活性； ②选择性天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.2.3转化炉 一段转化炉 二段转化炉辐射段对流段顶烧炉 侧烧炉 梯台炉上部有均相燃烧空间固定床绝热式催化反应器2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202414第2章 天然气制合成氨2.2.2.3转化炉 一段转化炉 二段转化炉辐射段对流段顶烧天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.2.4工艺参数 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202415第2章 天然气制合成氨2.2.2.4工艺参数 2.2 天然气制合成氨的技术概况10天然气综合利用技术天然气综合利用技术低温变换 2.2.3 CO变换 2.2.3.1 CO变换催化剂 高温变换 铁系催化剂 Fe2O3 Fe3O4 Cu-Zn-Al催化剂 Cu-Zn-Cr催化剂的 2.2.3.2 CO变换的工艺条件 压力 温度 水气比 加压 反应初期 高 反应后期 低 4 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202416第2章 天然气制合成氨低温变换 2.2.3 CO变换 2.2.3.1 CO变换天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.4 合成气中CO2的脱除 化学溶剂法 物理溶剂法 化学物理溶剂法 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202417第2章 天然气制合成氨2.2.4 合成气中CO2的脱除 化学溶剂法 物理溶剂法 化天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.5 合成气中微量碳氧化物及其他组分的脱除 CO+CO2<10×10-6 O2<1×10-6 H2O<1×10-6 甲烷化 分子筛 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202418第2章 天然气制合成氨2.2.5 合成气中微量碳氧化物及其他组分的脱除 CO+CO天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.5.1 甲烷化 CO+CO2<0.6% 温升 30~50℃ 镍 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202419第2章 天然气制合成氨2.2.5.1 甲烷化 CO+CO2<0.6% 温升 30~天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.5.2 Braun深冷净化合成气 分子筛脱水深冷净化压缩9/9/202420第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.5.2 Braun天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.5.3 其他净化方法 中小型合成氨装置 乙酸铜氨溶液洗涤法 乙酸铜氨溶液 可再生 进铜塔原料气 CO 3~5% CO2 0.2~1% 出塔净化气 CO+CO2 < 10×10-6 变压吸附 9/9/202421第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.5.3 其他净化方法天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2.6 合成气压缩 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况9/9/202422第2章 天然气制合成氨2.2.6 合成气压缩 2.2 天然气制合成氨的技术概况1天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.7氨的合成与分离 2.2.7.1合成催化剂 熔铁基催化剂 助剂 Al2O3、K2O、CaO、MgO及SiO2等 9/9/202423第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.7氨的合成与分离 2天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.7.2 合成工艺条件 压力 温度 升高 有利合成氨反应反应器生产能力增加 增加投资费用及动力消耗 大型14.71MPa及26.38MPa 中型31.88MPa 升高 提高合成氨反应速率 近平衡条件下转化率下降 最适宜温度 9/9/202424第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.7.2 合成工艺条天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况氢氮比 理论 3：1 控制步骤 氮气在催化剂上的活性吸附 成反应距平衡的程度 空速 稍低于3 惰气 CH4及Ar 由补充合成气带入 随未反应的合成气循环而积累 未冷凝的氨 9/9/202425第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况氢氮比 理论 3：1 控制步天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况空速 高 高的空时产率 气体中的氨净值↓和系统压降↑低压回路 5000~10000h-1 中压回路 15000~300000h-1 高压回路 600000h-1 9/9/202426第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况空速 高 高的空时产率 气体天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.7.3 合成反应器 合成氨装置的核心设备 外筒 内件 承受高压而不承受高温 承受高温而不承受高压 气流方向 轴向流型 径向流型 混合流型 9/9/202427第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.7.3 合成反应器天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况反应热的处理方式 连续换热型 间歇换热型 冷激式 间接换热式Casale混合流型反应器 9/9/202428第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况反应热的处理方式 连续换热型天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.7.4 氨的分离冷凝分离法 水冷 氨冷 20~30MPa 7~10% 2~4% 0℃以下 15MPa 2% -23℃ 冷凝分离氨的能耗 限制合成压力进一步降低 9/9/202429第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.7.4 氨的分离冷天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.8 合成氨弛放气的回收利用 氨 氢和氮气 氩等稀有气体 CH4 维持系统组成稳定 防止惰气累积 大型装置 200m3/t氨 Braun工艺 120m3/t氨 目的产品 合成原料 特殊用途 燃料 9/9/202430第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况2.2.8 合成氨弛放气的天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（1）膜分离法 组分通过膜时渗透速率差异普里森（Prism）法 聚砜复合膜制成的中空纤维管束 内径0.02~0.12mm外径0.03~0.16mm 上万根 9/9/202431第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况（1）膜分离法 组分通过膜时天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（2）变压吸附法（PSA） 回收氢气 多塔均压流程 四塔流程 吸附剂 活性炭 活性氧化铝 硅胶 分子筛 氢气 纯度 > 99% 回收率 50~85% 9/9/202432第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况（2）变压吸附法（PSA） 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（3）深冷法 氢气 流程较长，操作复杂、能耗较高 氢气回收率 > 90% 生产氩、氖等稀有气体 9/9/202433第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况（3）深冷法 氢气 流程较长天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（4）贮氢合金法 利用某些合金（如钛系、稀土系和镁系贮氢合金）在一定条件下可以选择吸收氢的特性将其从弛放气中分离出来。

操作压力：1~4MPa 氢气 纯度 > 99% 回收率 70~95% 9/9/202434第2章 天然气制合成氨2.2 天然气制合成氨的技术概况（4）贮氢合金法 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展消耗大量的能源 总能耗28~32GJ/t氨 2.3.1 典型工业化合成氨工艺2.3.1.1 Kellogg公司节能工艺 蒸汽轮机驱动的离心式压缩机 单系列、大型化和低能耗， 总生产能力约占世界合成氨总生产能力的50%以上 不足装置的原材料和动力消耗大受供气条件的影响也很大 开停车频繁 吨氨能耗高 37.7~41.8GJ 9/9/202435第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展消耗大量的能源 总能天然气综合利用技术天然气综合利用技术（1）基本工艺过程 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202436第2章 天然气制合成氨（1）基本工艺过程 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气综合利用技术天然气综合利用技术（2）主要工艺特点 转化压力提高减轻一段蒸汽转化炉的负荷加大二段转化炉的负荷 空气采用烟道气预热 适当降低转化出口气温度 汽轮机驱动的空气压缩机新型的浮头式换热器 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202437第2章 天然气制合成氨（2）主要工艺特点 转化压力提高减轻一段蒸汽转化炉的负荷加大天然气综合利用技术天然气综合利用技术脱碳 Selexo法工艺 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202438第2章 天然气制合成氨脱碳 Selexo法工艺 2.3 天然气制合成氨生产技术应用天然气综合利用技术天然气综合利用技术甲烷化后的合成气采用分子筛干燥净化 可直接送入氨合成塔 CO + 5/2H2 → CH4 + H2OCO2 + 3H2 → CH4 + 2H2O2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202439第2章 天然气制合成氨甲烷化后的合成气采用分子筛干燥净化 可直接送入氨合成塔 CO天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展采用卧式氨合成塔系统 小颗粒催化剂 提高出口氨浓度 新型组合式换热器 四级氨冷器 汽提法 9/9/202440第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展采用卧式氨合成塔系统天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展燃料消耗降低50% 动力消耗降低23% 冷却水循环量降低27% 吨氨能耗降至29.27~31.4GJ （3）主要技术进展 ①钌基催化剂 挤出型催化剂 特点 高活性10~20倍常规铁基催化剂 大比表面 转化效率比传统催化剂高12~16% 高耐毒性 强烈吸附氢 9/9/202441第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展燃料消耗降低50% 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展②先进氨合成工艺（KAAP） 将老牌号催化剂更换成新一代氨合成催化剂 优点 节省投资 降低能耗，单程转化率高催化剂寿命长合成氨可在较温和条件下操作 降低成本可，节能提高合成系统的生产能力 9/9/202442第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展②先进氨合成工艺（K天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202443第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20224天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展③ KRES合成气生产新工艺 采用换热式转化炉代替原有一段加热转化炉和换热器。

特点 以换热式转化炉替代一段外加热转化炉 二段转化炉为自热式 开口管式结构的转化换热器 转化管可以自由伸长 管束可拆卸 内径为2.5m、塔高为12m 9/9/202444第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展 KRES合成气生产天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展设计条件 氧气含量 > 30% 混合原料 480~620℃ 蒸汽/碳 3.3~3.8 转化出口温度 925~1045℃ 压力 3.0MPa 碳钢壳体，耐火衬里，外部水夹套 9/9/202445第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展设计条件 氧气含量 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展KRES工艺技术优点 设备造价低，占地面积小 设备和管线减少 转化换热系统灵活性大 设备结构简化 产生蒸汽量减少20% 不直接向大气排放有毒气体 可用于改建 9/9/202446第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展KRES工艺技术优点天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展KAAP与KRES组合工艺 9/9/202447第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展KAAP与KRES组天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.2 Braun公司深冷净化工艺 第一个商业化的低能耗工艺 特点：轻度一段转化，二段转化炉采用过量空气在合成气进入合成气压缩机前，增加深冷净化部分 （1）基本工艺过程 天然气的脱硫、一段转化、二段转化、中低变、CO2脱除、甲烷化、分子筛干燥、深冷净化和压缩合成等 9/9/202448第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.2 B天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202449第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20224天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气加压 4MPa 脱硫 H2S：1×10-6 水碳比：2.5~3.0 中压蒸汽 3.45MPa 329℃ 预热 中变气换热器 一段转化炉对流段 一段转化炉管 温度720℃压力为3.08MPa CH4 23% 梯台炉 二段转化炉 50~75%过剩空气 热效率82~92% 热效率≈100% 废热锅炉 高压蒸汽过热器 9/9/202450第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展中变炉 440℃ 降温原料空气预热器 锅炉给水预热器 低变炉 233℃ 2.91MPaCO 0.5% 脱除CO2 甲烷化 CO+CO2 < 10×10-6 脱除氨、残余CO2和水分 风（水）冷、氨冷 分子筛深冷净化装置 压缩 合成 2~3个串联式绝热氨合成塔 燃气轮机驱动空气压缩机 9/9/202451第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展中变炉 440℃ 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（3）主要技术进展 ①入塔合成气残余CH4含量低（约0.2%），氢氮比约2.98 ②合成回路不直接排放弛放气，深冷净化单元排出的燃料量也大为减少。

③一段转化炉负荷减小④采用富气（30%O2）和调整两段转化负荷 ⑤全装置综合能耗为28.4~29.3GJ/t NH3 9/9/202452第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（3）主要技术进展 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.3 ICI公司AMV节能工艺和LCA工艺 （1）基本工艺过程① ICI-AMV节能型工艺 9/9/202453第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.3 I天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展②ICI-LCA工艺 9/9/202454第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展②ICI-LCA工艺天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 ① ICI-AMV节能型工艺 增设原料气饱和塔 脱硫 饱和塔 高、低温变换 一段转化 出口甲烷含量 16% 二段转化过量未预热空气脱碳 低能耗改良型苯菲尔法 低压法氨合成回路 7~8MPa 9/9/202455第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展吨氨消耗定额 原料天然气 24.97×106kJ 燃料天然气 10.8 ×106kJ 外供蒸汽 1.0t 外供电 51.5kW·h 冷却水 193m3 精制水 2.15 m3 吨氨能耗28.69GJ9/9/202456第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展吨氨消耗定额 原料天天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展② ICI-LCA工艺 一段转化 管壳式连续换热变换反应器（GHR） 管内装催化剂 管外用从二段转化炉出口的高温气体加热 该反应器炉管少，压差小（<0.2MPa），体积小，热效率高，采用低水碳比的催化剂，可以节省高镍铬合金钢，结构简单，易于制造安装。

9/9/202457第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展② ICI-LCA工天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展二段转化 传统的固定床绝热反应器 过量1.5倍加热后的工艺空气出口温度为975℃ 中低变合并在一个管壳式反应器内进行 变压吸附（PSA） 脱除CO2和过量N2 脱弛放气的CH4和Ar 甲烷化 CO+CO2 ≦ 10×10-6 9/9/202458第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展二段转化 传统的固定天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展低压法氨合成回路 7.85~12.5MPa 钴基催化剂ICI74-1 三大机组 电动机驱动的离心式压缩机 冰机采用电动机驱动螺杆式 天然气、工艺空气和合成气压缩机 9/9/202459第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展低压法氨合成回路 7天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.4 Uhde公司Uhde-ICI-AMV节能工艺 优化能量利用 合成塔 大直径间接换热三床层径流式 串接倒U型管废热锅炉 （1）基本工艺过程 9/9/202460第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.4 U天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202461第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20226天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 燃气轮机驱动工艺空气压缩机 提高了转化压力 转化炉为预燃式 二段转化炉加入过量的空气（25~30%） 一段转化炉出口甲烷含量 0.9% 延长了一、二段转化炉使用寿命 氨回收 等压水吸收 氨水提氨冷凝液化 氢回收 等压低温深冷 大部分转动设备电动机驱动 9/9/202462第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.5 Linde公司LAC工艺 （1）基本工艺过程 9/9/202463第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.5 L天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 ① 无高变、低变、脱碳和甲烷化等工序 ② 使用PSA装置的转化气净化系统 ③ 附加 洗涤装置回收CO2 ④ 工艺冷凝液直接送回绝热变换炉 ⑤ 工艺流程简单，总压降减少 ⑥ 最直接的制氨途径⑦ 全面简化传统工艺路线 ⑧ 易综合利用 9/9/202464第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（3）主要技术进展 Linde等温变换炉 Linde PSA空分装置 Casale公司的合成塔 9/9/202465第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（3）主要技术进展 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.6 Topsoe公司低能耗工艺 （1）基本工艺过程 脱硫一、二段转化二步变换脱碳甲烷化压缩氨合成产品回收 9/9/202466第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.6 T天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 ① 转化 一段水碳比2.5 侧烧式 ② 变换 铜基催化剂 ③ 脱碳 物理方法 ④ 氨合成 双床层径向流反应器 阻力小 ⑤ 热能回收 余热回收 9/9/202467第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.2 天然气制合成氨生产装置概况 9/9/202468第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.2 天然气天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202469第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20226天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.3 天然气制合成氨几大工艺的对比 Kellogg工艺 KAAP工艺 钌基催化剂 ICI-AMV工艺 Braun工艺 节能降耗 综合指标较优越 装置最多 9/9/202470第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.3 天然气天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202471第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20227天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202472第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20227天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202473第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20227天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.4 天然气制合成氨技术的发展趋势及特点 （1）单系列大型化 节能、降低建设费用 气动离心式压缩 （2）能源的综合利用 将合成氨生产与动力生产合二为一 （3）节能 改造传统工艺方法引入新设计概念 9/9/202474第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.4 天然气天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展9/9/202475第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展10/2/20227天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展新厂 ① 引入深冷技术 美国Braun 公司深冷净化工艺 调节氢氮比 英国ICI公司的ICI-AMV法 ② 工艺过程反应热自行平衡补偿 LCA法 一、二段炉换热式反应器GHR ③ 已有成熟技术优化组合 9/9/202476第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展新厂 ① 引入深冷技天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（4）新型氨合成催化剂的广泛使用 磁铁矿型合成氨催化剂 人造非化学计量的氧化铁酸盐基（Fe1-xO，其中x=0.023~0.14）催化剂 高活性 低还原温度快还原速度含钴型催化剂 钌基催化剂 以铯为助催化剂的钴、钼氮化物催化剂 9/9/202477第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（4）新型氨合成催化天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（5）氨合成回路的改进 ① 压力等级 降压 ② 氨的分离 低压下氨分离技术与能耗 9/9/202478第2章 天然气制合成氨2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展（5）氨合成回路的改天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向20世纪20年代第一座合成氨装置投产 20世纪60年代中期 美国Kellogg公司 美国Braun公司 丹麦Topsoe公司 英国ICI公司 第一次技术革命和飞跃 20世纪80年代 第二次突破性的技术革命 近年来 新技术、新设备、新催化剂 改造旧装置 9/9/202479第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向20世纪20年代第一座合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.1 造气 2.4.1.1 增设预转化炉 节约转化炉燃料 高转化率和反应速率 在预转化炉中除去重烃避免转化炉结炭预转化炉出来的气体加热到一段炉原进口温度 预转化炉 体积小、安装费用低 9/9/202480第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.1 造气 2.4.天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.1.2 一段转化炉 （1）炉管 高含量铬（25%）镍（20~25%）合金 提高炉管强度和抗腐蚀性能 Paralloy H24W和H39W合金 镍和铌 高蠕变强度 Paralloy 集流腔和集气管 强度大 可焊接 炉管使用寿命↑ 操作温度和压力 ↑燃料燃烧效率 ↑转化炉的生产能力↑9/9/202481第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.1.2 一段转化炉天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向（2）催化剂装填 Unidens技术 在炉管内先放入一根带有弹簧刷子的装填绳，催化剂装进炉管后，慢慢拉出装填绳。

减缓催化剂颗粒下降速度 不会因架桥而产生空穴 炉管内催化剂密度相同且很大 9/9/202482第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向（2）催化剂装填 Unide天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.1.3 二段转化炉 （1）采用高比表面积（GSA）催化剂 转化炉性能 燃烧过程 催化剂 混合过程 湍度 喷嘴 富燃料燃烧 均匀 比表面积（GSA）大、体积小 增大气体混合空间 9/9/202483第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.1.3 二段转化炉天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向（2）新型烧嘴 工艺气和空气混合均匀 （3）气体加热转化系统 换热式转化器 用来自二段自热转化的热量替代向管式蒸汽转化供热的燃烧炉 ① GHR工艺 ② KRES工艺 原理相同 原料气 蒸汽转化器 自热转化器 平衡反应器热量 9/9/202484第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向（2）新型烧嘴 工艺气和空气天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向③ CAR工艺 蒸汽转化和自热转化组合在一个管壳式反应器中。

壳程 部分氧化反应 管程 蒸汽转化 （4）Halder Topsoe的自热转化反应器 ATR工艺 无蒸汽转化用炉管 蒸汽转化和自热转化组合在一个管壳式反应器中 9/9/202485第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向③ CAR工艺 天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向优点 单元设计紧凑 不生成炭黑 投资和操作成本低 操作安全、灵活 专利燃烧器 固定床催化剂 9/9/202486第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向优点 单元设计紧凑 不生成炭天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向特点 喷嘴使原料气和氧充分混合 燃烧器与火焰核心间用耐火材料保护 高温循环气流和燃烧器之间用耐火材料保护 催化剂床层温度分布均匀9/9/202487第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向特点 喷嘴使原料气和氧充分混天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.2 CO变换2.4.2.1 高温变换（HTS）催化剂ICI 71-5催化剂 减小了孔隙内气体的阻力 出口CO含量↓ 产生氢↑ 床层压降↓2.4.2.2 轴-径向变换炉 Casale公司 9/9/202488第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.2 CO变换2.4天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向主要特点 气体轴-径向通过催化床层，使床层的压降降低 粒径更小、活性更高的催化剂 使HTS催化剂免受水滴浸渍 适合装填同体积催化剂 90%的气体径向穿过床层 10%的气体则沿轴向向下通过床层 9/9/202489第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向主要特点 气体轴-径向通过催天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.3 脱碳2.4.3.1 活性MDEA法（aMDEA法）在MDEA中添加活化剂 净化度高 aMDEA溶液化学稳定性和热稳定性好 溶液中各组分溶解度大，无颗粒沉淀物，无需对装置进行伴热。

良好缓蚀性能 aMDEA溶液再生效果好 能耗低 9/9/202490第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.3 脱碳2.4.3天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.3.2 ACT-1法UOP公司 ACT-1活化剂 特点 高化学稳定性单独使用 与DEA活化剂共用 ACT-1：0.5~1.0% ACT-1：1~3%9/9/202491第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.3.2 ACT-1天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.4 合成2.4.4.1 氨合成塔Topsoe热壁”式合成塔 S-50型单床层合成塔 投资费用较少 易运输和安装 流体分布均匀 9/9/202492第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.4 合成2.4.4天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.4.2 Kellogg先进的合成氨工艺（KAAP） 9/9/202493第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.4.2 Kello天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.4 天然气制合成氨技术新动向天然气制合成氨技术新动向2.4.4.3 钌合成催化剂 挤出型催化剂 2.4.4.4 Linde合成氨工艺（LAC） 9/9/202494第2章 天然气制合成氨2.4 天然气制合成氨技术新动向2.4.4.3 钌合成催化剂天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、生产、我国天然气制合成氨研究、开发、生产、 消费现状消费现状2.5.1 合成氨生产原料 天然气 2.5.2 生产状况 2.5.3 产能建设规划和计划 对现有装置进行技术改造 2.5.4 合成氨生产技术的研发 催化剂 Fe1-xO的氨合成催化剂 A301低温低压氨合成催化剂 9/9/202495第2章 天然气制合成氨2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、生产、2.5.1 合成天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、生产、我国天然气制合成氨研究、开发、生产、 消费现状消费现状新型煤气化技术 新型净化技术 氨合成技术 本章结束9/9/202496第2章 天然气制合成氨2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、生产、新型煤气化技术 天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/202497第2章 天然气制合成氨10/2/202297第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/202498第2章 天然气制合成氨10/2/202298第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/202499第2章 天然气制合成氨10/2/202299第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024100第2章 天然气制合成氨10/2/2022100第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024101第2章 天然气制合成氨10/2/2022101第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024102第2章 天然气制合成氨10/2/2022102第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024103第2章 天然气制合成氨10/2/2022103第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024104第2章 天然气制合成氨10/2/2022104第2章 天然气制合成氨天然气综合利用技术天然气综合利用技术9/9/2024105第2章 天然气制合成氨10/2/2022105第2章 天然气制合成氨。