1、2022/7/28合成氨流程簡介-32130萬噸仿真合成氨工藝原理流程簡介2010.102022/7/28合成氨流程簡介-322本模型是以德國伍德公司生產工藝，以天然氣為原料的日產合成氨1000噸（年產30萬噸）縮微仿真模型。整個裝置主要包括（1）天然氣脫硫與壓縮；（2）工藝空氣壓縮；（3）天然氣蒸汽轉化；（4）CO變換；（5）CO2脫除；（6）甲烷化；（7）合成氣壓縮；（8）氨合成；（9）冷凍；（10）氨回收；（11）氫回收2022/7/28合成氨流程簡介-3232022/7/28合成氨流程簡介-324一、原料氣壓縮和脫硫原料天然氣進入壓縮機，經四段壓縮至51105Pa，溫度加熱至390，進

2、入鈷-鉬加氫反應器中反應，將有機硫轉化為無機硫，然后入氧化鋅脫硫槽將硫脫除，控制硫含量小于0.1ppm。 2022/7/28合成氨流程簡介-325二、轉化經脫硫后的原料氣在鎳催化劑作用下進行一段、二段蒸汽轉化，轉化氣溫度在983左右，殘余CH4在0.9以下入廢熱鍋爐回收工藝氣熱量。 2022/7/28合成氨流程簡介-326三、變換工藝氣溫度降為370左右進入鐵鉻系催化劑的高溫變換爐頂部，從底部流出高變氣溫度降為204再入低溫變換爐。低溫變換在銅鋅系催化劑中進行反應，CO含量降到0.36。 2022/7/28合成氨流程簡介-327四、脫碳低變氣經冷卻進入吸收塔下部，經吸收氣體中CO2含量降到0.

3、4，再經上塔吸收，從塔頂逸出的脫碳后的CO2含量0.1工藝氣去甲烷化工序。吸收塔底流出富液，經水力透平做功后送至再生塔頂部，溶液減壓閃蒸出水蒸汽和CO2，然后向下流經再生塔四層填料。再生溶液（貧液）從再生塔底部流出，經溶液泵升壓后分兩路（頂部和中部）送入吸收塔。2022/7/28合成氨流程簡介-328五、甲烷化來自吸收塔頂的脫碳氣，進入甲烷化爐反應，從爐底流出進入熱交換器冷卻，甲烷化氣中（CO+ CO2）小于10ppm。2022/7/28合成氨流程簡介-329六、合成氣的壓縮甲烷化后的工藝氣進入合成氣壓縮機低壓缸、高壓缸壓縮到101105Pa，冷卻到40后入第一氨冷器冷卻至5，與一氨冷出口的循

4、環(huán)氣在管路中匯合，進入二氨冷降溫到-10，此時大部分氣氨被冷凝。出循環(huán)段的氣體經熱交換器升溫后進入合成塔。2022/7/28合成氨流程簡介-3210七、氨的合成壓力104105Pa、溫度239、氨含量4.12的循環(huán)氣，流經合成塔在鐵催化劑上進行合成反應。出塔氣的壓力為100105Pa，414，氨含量16.3入廢熱鍋爐回收熱量，部分氣氨在換熱器內冷凝為液氨，然后合成氣再進入一氨冷，然后與新鮮氣匯合成為循環(huán)氣，形成合成循環(huán)回路。2022/7/28合成氨流程簡介-3211八、冷凍來自一氨冷、二氨冷及氣體冷卻器的氣氨分別進入冰機，經壓縮后與從氨閃蒸槽來的氣氨相匯合，進入二段壓縮至15.6105Pa，1

5、00，經水冷器冷卻至40后，氣氨液化為液氨入氨收集器，再入氨閃蒸槽、產品氨加熱器與來自閃蒸槽的冷氨進行交換使之冷卻過冷至13，重新作為冷凍劑送往第一、二氨冷裝置，構成冷凍循環(huán)回路。 2022/7/28合成氨流程簡介-3212九、氨回收合成馳放氣入吸收塔底部，被水吸收，吸收后氣體中含氨量為0.02，大部分氣體送往氨冷器冷卻后送氫回收裝置。氨吸收塔底部流出的氨水，經加熱后入汽提塔，從汽提塔頂蒸出的氣氨在冷凝器中冷凝為液氨。汽提塔底流出的氨水濃度為0.1經冷卻后分別送往吸收塔作吸收劑循環(huán)使用。 2022/7/28合成氨流程簡介-3213十、氫回收經氨回收后的氣體進入分子篩干燥器，將氣體中的NH3，H

6、2O徹底清除，然后送入冷箱，CH4、Ar、部分N2液化為液體與未液化的氫氣進入分離器，氫氣被富集為富氫氣，送往合成氣壓縮機循環(huán)段入口。2022/7/28合成氨流程簡介-3214十一、氨的貯存本裝置設有兩臺球型氨罐，每個貯存量為2500噸，操作壓力與溫度分別為3.8105 Pa和 3。 2022/7/28合成氨流程簡介-3215轉化工段2022/7/28合成氨流程簡介-3216 天然氣 預熱器 脫硫 預熱一段轉化二段轉化廢熱鍋爐蒸汽預 熱蒸汽空氣去變換1.天然氣蒸汽轉化工藝流程2022/7/28合成氨流程簡介-32172. 原料氣脫硫天然氣中含有少量硫化物，這些硫化物可以使多種催化劑中毒而不同程

7、度地使其失去活性，硫化氫能腐蝕設備管道。因此，必須盡可能地除去原料氣中的各種硫化物。加氫轉化 指在加入氫氣的條件下使原料氣中有機硫轉化為無機硫。加氫轉化不能達到直接脫硫的目的，但經轉化后就大大的利于硫的脫除。在有機硫轉化的同時，也能使烯烴類加氫轉化為烷氫類從而可減少下一工序蒸汽轉化催化劑析炭的可能性。氧化鋅 是一種內表面積大，硫容較高的接觸反應型脫硫劑。除噻吩及其衍生物外，脫除硫化氫及各種有機硫化物的能力極高，可將出口氣中硫含量降至0.1PPm以下。2022/7/28合成氨流程簡介-32183原料氣的一段蒸汽轉化經脫硫后的原料氣的總硫含量降至0.1PPm以下，與水蒸汽混合后進行轉化反應，生成氫

8、氣和CO （CO 將在下一變化工序中去除）： CH4+H2O CO+3H2 CnH2n+2+nH2O nCO +（2n+1）H2由于轉化反應是吸熱反應，在高溫條件下有利于反應平衡及反應速度。在實際生產中，轉化反應分別是在一段爐和二段爐中完成。在一段爐中 ，烴類和水蒸氣的混合氣在反應管內鎳催化劑的作用下進行轉化反應，管外有燃料氣燃燒供給反應所需熱量，出一段爐轉化氣溫度控制在800左右。 2022/7/28合成氨流程簡介-32194轉化氣的二段轉化為了進一步轉化，需要更高的溫度。在二段爐中加入預熱后的空氣，利用H2和O2的燃燒反應，產生高熱，促使CH4進一步轉化。 出二段爐的工藝氣殘余甲烷含量0.

9、3左右，經并聯(lián)的兩臺第一廢熱鍋爐回收熱量，再經第二廢熱鍋爐進一步回收余熱后，送去變換。 2022/7/28合成氨流程簡介-32205變換經蒸汽轉化后的工藝氣含有1215的CO，變換工序的任務是使CO在有催化劑存在的條件下與水蒸汽進行反應：CO + H2O CO2 + H2這樣即能把一氧化碳變?yōu)橐子谇宄亩趸迹瑫r又可制得合成需要的原料氫。變換反應是一個可逆、放熱、反應前后氣體體積不變的化學反應。 2022/7/28合成氨流程簡介-32215變換整個變換過程是由高溫變換和低溫變換組成。高溫變換爐，所用的催化劑是以Fe3O4為活性組分的，它的活性溫度在300以上（一般在350430）。在此溫度

10、下，可以取得較高的反應速度，但不能達到較低的CO濃度。為了進一步取得較低的CO濃度，還要以銅為活性組分的催化劑作用下，進行低溫變換 。它的變換溫度一般在200250，這樣的低溫下，就能使CO的變換進行的比較徹底，可以使CO濃度降至0.3以下。2022/7/28合成氨流程簡介-32222022/7/28合成氨流程簡介-3223凈化工段1、脫碳經變換工序后的工藝氣，CO2含量一般在17左右。本裝置采用改良苯菲爾法脫除工藝氣中的CO2 ，吸收劑為碳酸鉀溶液，溶液的吸收和再生可以用如下反應方程式表示： K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 + 熱量這是一個可逆過程。脫碳溶液中 K2CO3在

11、低溫、加壓的條件下吸收了CO2生成KHCO3 ，KHCO3又在加熱、減壓的條件下放出CO2，重新變成K2CO3。前一個過程是吸收過程，后一個是再生過程。經過吸收塔的脫碳氣體要求CO2小于0.1；經過再生塔的CO2氣體要求純度大于98.5。 2022/7/28合成氨流程簡介-32242、甲烷化碳氧化物（CO、CO2）是合成觸媒的毒物，在工業(yè)生產中要求入合成工序的氫氮氣中的CO、CO2含量小于10PPm。在催化劑作用下將CO、CO2 加氫反應生成對合成觸媒無害的甲烷。在鎳觸媒存在的條件下，進行如下化學反應： CO + 3H2 CH4 + H2O + 206.16kJ/mol CO2 + 4H2 C

12、H4 + 2H2O + 165.08kJ/mol甲烷化反應是可逆強放熱反應，溫升很大，每反應1CO，溫升72左右；每反應1CO2，溫升60左右。因此，要嚴格控制低變出口CO含量及脫碳出口CO2含量，在規(guī)定指標范圍內，嚴防甲烷化觸媒超溫。 2022/7/28合成氨流程簡介-32252022/7/28合成氨流程簡介-3226反應具有如下幾個特點： 是可逆反應。即在氫氣和氮氣反應生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。 是放熱反應。在生成氨的同時放出熱量，反應熱與溫度、壓力有關。 是體積縮小的反應。 反應需要有催化劑才能較快的進行。氨合成反應的特點氨合成的化學反應式如下：2022/7/28合成氨流程簡介

13、-3227合成工段氨的合成是整個合成氨流程中的核心部分。前面工序制得的合格氮氫氣在高溫高壓及鐵催化劑作用下合成為氨。由于在反應過程中只有少部分氮氫氣合成為氨，因此反應后的氣體混合物分離氨后，經加壓又送回合成塔，構成合成回路。本裝置的合成塔采用了三段間接換熱式徑向合成塔，這樣合成塔觸媒層的溫度分布就更為合理，更加接近最佳溫度分布曲線，觸媒層的阻力降也更小。同時，在合成塔出口設置了合成廢鍋，利用合成氨余熱產生125105 Pa的高壓蒸汽，能量回收更為充分。但是，由于轉化工序加入過量空氣，使合成系統(tǒng)氮過剩，加大了合成排放氣量。為此增加了氫回收裝置加以彌補，回收的氫返回合成系統(tǒng)。 2022/7/28合成氨流程簡介-3228本裝置的合成塔采用了三段間接換熱式徑向合成塔，這樣合成塔觸媒層的溫度分布就更為合理，更加接近最佳溫度分布曲線，觸媒層的阻力降也更小。同時，在合成塔出口設置了合成廢鍋，利用合成氨余熱產生125105 Pa的高壓蒸汽