天然气合成氨工艺范文

天然气合成氨工艺范文第1篇

1 天然气压力波动的原因

1.1 二化肥退气导致一化肥压缩机入口压力增加

外来天然气有三处用户, 其中一、二化肥天然气用量较大, 如果遇到二化肥因装置故障停车或降负荷时, 总管天然气压力会大幅上升, 导致一化肥压缩机入口压力急剧上升, 影响装置稳定运行, 在遇到二化肥降负荷时, 由于调度提前通知, 一化肥早做调整, 因此压力波动时对一化肥的稳定运行不会造成很大的冲击。

1.2 锅炉投气影响压力波动

宁夏石化公司一共有4台高压锅炉提供蒸汽, 其中1#、2#锅炉以煤为原料, 3#锅炉以天然气为原料并作为备用锅炉, 4#锅炉为煤气两用炉。正常情况下, 1#、2#、4#锅炉正常运行, 一旦遇到运行锅炉爆管等故障, 则会紧急启动3#备用锅炉, 使天然气压力大幅下降, 最终影响了一、二化肥装置的稳定运行。

1.3 气站故障或管线泄漏导致天然气压力下降

气站为提高天然气输送效率而设置增压机, 如遇到增压机故障或检修, 会使至厂区天然气总管压力大幅下降, 对装置造成很大影响。在遇到天然气输送管线泄漏或检修时也会导致天然气压力大幅波动。

1.4 一台气化炉跳车导致另一台气化炉入口压力高

一化肥合成氨造气系统一共有三台气化炉, 其中2#气化炉作为备用炉, 在正常情况下, 1#、3#气化炉运行, 当其中一台气化炉发生跳车时会导致其所投用的天然气瞬间全部退出, 从而使总管压力出现很大的上涨幅度, 影响另一台气化炉的正常运行。

1.5 由于长庆天然气输送管线部分民用, 中

午和傍晚用餐时间为天然气民用高峰期, 此时会造成天然气压力波动

2 天然气压力波动及成分改变对一化肥产生的影响

2.1 对气化炉氧/气比值的影响

部分氧化还原反应的目的的是制造含CO和H2浓度较高的工艺气, 在正常情况下CH4的厂控指标为0.5%~1.5%之间, 如果其值高于1.5%, 则说明氧/气比过低, 工艺气有效气成份低, 这部分未参与反应的CH4不但增加很大的能耗而且还影响后续工段的正常运行;如果CH4指标低于0.5%, 则说明氧化反应较充分, 可这样会在反应时放出大量的热, 从而使气化炉超温, 烧坏炉砖, 并可能导致气化炉鼓包泄漏。有效气成分下降, CO2成分增加。天然气入炉压力决定入炉流量的大小, 压力波动会直接造成氧/气比值发生变化, 天然气压力上升会导致比值下降, 造成工艺气CH4含量增大, 如果天然气压力下降, 则会直接导致比值上升, 这样将造成气化炉超温, 进而引起CO变换触媒超温, 造成事故。

2.2 对压缩机调压系统的影响

从外部来的天然气压力一般为2.0~3.0之间, 至装置区后通过两台压缩机 (4112K1/K2) 加压至9.0MPa以上分别为两台气化炉提供天然气, 增压机电机与压缩机转速比为4.3∶1, 转速调节器每点击一次, 电机转速将向上或向下调整3转。而压力急剧下降时, 由于压缩机提速机构不能及时满足提压要求会造成入炉天然气压力大幅下降并导致气化炉因天然气流量低联锁而停车;当天然气压力急剧上升时, 在降压缩机转速过程中会使入口压力越来越高, 此时压缩机自保护防喘振阀会自动逐渐打开, 使出口压力降至更低, 调整不及时会造成气化炉直接停车。

3 天然气成分不同对一化肥生产的影响

合成一部气化工号系统工作压力较高, 从界区来的天然气压力较低, 一般只有2.0MPa~3.0MPa, 而进气化炉的天然气压力需要保证在9.0MPa以上, 因此在天然气进气化炉之前设置了两台压缩机4112K1, 2用以提压以供气化炉使用, 压缩机的打压能力与气体介质的密度有关, 也即与气体的组份有关, 由于宁夏石化公司所用天然气由长宁气与涩宁兰气组成, 正常情况下, 二者为混合状态, 其CH4含量基本保持在94%~99%之间, 并且无规律波动, 由于压缩机压缩比较高, 对于密度较小的甲烷含量较少的长宁气来说, 压缩机出口压力会低一点, 相反对于对于密度较小的甲烷含量较多的涩宁兰气来说, 压缩机出口压力会高一点, 这就会直接影响气化炉入口天然气压力。因此解决这个问题的方法只能是保持总管有着较高而且比较稳定的压力。通过公司协调, 此压力基本上保持平稳势态, 为压缩机的平稳工作和后续工号的稳定压力提供了有力的保障。

4 处理对策

4.1 针对处理天然气压力上升

天然气入口压力上升较快, 比值小于0.7时, 立刻解除负荷控制器串级系统并切至自动状态, 减少天然气流量, 或降低压缩机转速, 控制比值在0.6~0.68, 比值稳定后投用负荷控制器。当天然气压力上升至3.5MPa, 转速降至2400rpm时用防喘振阀控制压缩机压力在9.4MPa~106MPa, 并确认现场防喘振阀与中控阀位一致, 确认一段压力小于6.7MPa, 防止压缩机一段安全阀起跳发生气化炉停车事故。

4.2 针对天然气压力下降

天然气压力下降快, 比值出现报警时, 立刻将负荷控制器切至手动操作, 降低氧气流量, 同时增加压缩机转速, 控制比值在0.6~0.68之间, 比值稳定后分别将氧气、天然气调节器切至自动, 在自动状态比较稳定后投用负荷控制器串级系统。当天然气入口压力低, 压缩机转速升至2950rpm, 天然气压力降至9.04MPa时, 申请系统降负荷。

4.3 针对长宁气与涩宁兰气切换

如果在外部条件改变需要在长宁气与涩宁兰气间切换时, 那么气化工段操作人员就要清楚切换后对天然气压缩机出口气压力的影响, 从而加强监护, 第一时间做出调整。由于长宁气密度小, 涩宁兰气密度高, 所以如果是在相同流量的情况下用长宁气时压缩机出口压力会小, 而在用涩宁兰气时压缩机出口压力较高。所以在两气切换时岗位要密切监护, 及时调整天然气压缩机的转速并监控氧气比和甲烷值, 防止过氧或比值联锁跳车。

5 结语

由于天然气压力波动给安全生产带来了隐患, 装置操作人员在各种特殊情况下处理手段也各不相同, 这无形中增大了事故发生率, 经过技术和岗位操作人员认真分析、讨论, 并结合实际操作经验编写出了一套针对不同情况下天然气压力上涨和下降的操作预案, 从而提高了操作人员的应急能力, 使其在处理各种情况时能够有效处理, 确保了装置的安全。

摘要：天然气压力波动及天然气成分改变对以天然气为原料的合成氨生产造成了很大影响, 本文通过原因分析, 确定各项影响因素, 并通过技术手段对问题进行解决。

关键词：天然气,成分,压力波动,分析,影响,应对措施

参考文献

[1] 宁夏石化公司.合成氨气化工段操作规程.

[2] 宁夏石化公司.合成氨气化工段相关学习资料.

天然气合成氨工艺范文第2篇

前言

本论文以“合成氨脱硫工段工艺及发展方向”为题展开叙述。对合成氨和脱硫工艺的发展概况进行了概述。着重详细介绍了脱硫工段的工艺流程、工艺条件、生产原理、技术指标等内容。编写本设计总的指导思想是：理论联系实际、简明易懂、经济实用。本书在编写过程中得到河北化工医药孙娜老师的指导，在此表示衷心感谢。由于编者自身的知识水平和认识水平的有限，书中错误与不妥之处，恳请读者批评指正。

目录

第一章 总 论 概 述

第二章 脱硫方法分类及其基本原理

1、脱硫方法的分类

2、干法脱硫

3、湿法脱硫

4、PDS法

5、其他脱硫方法 第三章

脱硫工艺的发展 第四章 安全操作及注意事项 第五章 三废治理及利用

第一章 脱硫方法分类及其基本原理

第一节 总 论 概 述

氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各 种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨 本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的 85%90%用于 生产各种氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。 合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态 氮，这一过程称为固定氮。 氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含 氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要 原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。 合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、 低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是 在合成氨工业的基础上发展起来的。 所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地 位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。 在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气 还是焦炉气、半水煤气都含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢(H2S) 、二硫化碳 (CS2) 、硫氧化碳(COS) 、硫醇(RSH)和噻吩(C4H4S)等。其中硫化氢属于无 机化合物，常称为“无机硫” 。 天然气中硫经物的含量(标准状态)一般在 0.515g/ m3 的范围内，有机硫以硫 醇为主， 在气田经过粗脱磙处理后的天然气， 硫化物的含量 (标准状态) 20100mg/ 在 m3 左右。

合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。 ①腐蚀设备、管道。含有 H2S 的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸(HSH) ， 腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中 H2S 的含量增高而加剧。 ②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催 化剂活性中心结合， 就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、 失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂等。

脱硫的任务是除去原料气中的各种硫化物，同时硫是一种重要的资源，应加以回 收和利用。因此，无论原料来源如何，合成氨原料必须首先脱硫。

第二节 脱硫方法

干法脱硫

干法脱硫系指采用固体吸收剂或吸附剂以脱除硫化氢或有机硫。常见的干法脱硫有：氧化铁法、活性炭法、钴-钼加氢和氧化锌法等。由于固体脱硫剂硫容量(单位质量脱硫剂所能脱除硫的最大数量)有限，一般适用于脱低硫且反应器体积较庞大。如果原料气中硫含量较高，吸收剂使用周期短且因再生频繁，操作费用大而变的不利。

活性炭脱硫：活性炭脱除硫化氢的原理。当含有硫化氢和一定比例的氧的煤气，在氨的催化作用下，通过装有活性炭的吸附器时，硫化氢在活性炭的表面上被氧化成单体硫。其反应式为：2H2S+O2=2H2O+2S+Q.氨的作用：它的存在可以激发活性炭的表面能量，从而使硫化氢的吸附成为化学吸附，处于吸附状态并被活化的硫化氢与氧反应生成单体硫，活性炭表面的活化中心得以再生。

活性炭的再生：在吸附器内硫化氢与氧反应生成的硫被活性炭吸附，当吸附的硫量达到一定程度后，其活性表面被覆盖，以致失去活性，此时需要再生。 湿法脱硫

虽然干法脱硫净化度高，并能脱除各种有机硫化物，但硫化剂难于或不能再生，且系间歇操作，设备庞大。因此不适于用作对大量硫化物的脱除。

采用溶液吸收硫化物的脱硫方法通称为湿法脱硫。适用于含大量硫化氢气体的脱除。其优点之一是脱硫液可以再生循环使用并回收富有价值的硫磺。

湿法脱硫方法众多，可分为化学吸收法、物理吸收法和物理-化学吸收法三类。常见的有碳酸钠、氨水和醇胺溶液等吸收硫化氢的方法属化学吸收法;用冷甲醇吸收硫化氢的方法属物理吸收法。依再生方式又可分为循环法和氧化法。循环法是将吸收硫化氢后的富液在加热降压或气提条件下解吸硫化氢。氧化法是将吸收硫化氢后的富液用空气进行氧化，同时将液相中的HS氧化成单质硫。其过程示意如下：

载氧体(氧化态)+HS==载氧体(还原态)+S↓

1载氧体(还原态)+O2(空气)==载氧体(氧化态)+H2O

2上述过程是在催化剂的作用下进行的。工业上使用的催化剂有对苯二酚、蒽醌二磺酸钠(简称ADA)、萘醌、栲胶和螯合铁等。

第二章 国内常用脱硫工艺

目前的脱硫工艺主要有 ADA 法、栲胶(TV)法、PDS 法、碱液催化法、等。 1)ADA 法(蒽醌二磺酸钠法，Stretford) 该法以钒作为脱硫的基本催化剂，采用蒽醌二磺酸钠(ADA)作为 还原态钒的再生氧载体， 以碳酸盐为吸收液。 目前全世界内有近 1000 套装置在运行。该方法需要进一步改进之处有： ①悬浮液中硫颗粒小，硫回收困难; ②由于副产物的存在使化学药剂消耗量大; ③脱有机硫和氰化氢的效率差; ④有害废液处理困难，易造成二次污染; ⑤设备腐蚀严重; ⑥有细菌积累。 针对上述问题，通过向脱硫液中加入酒石酸钾(钠) ，少量 FeCl3 和 EDTA 螯合剂起阻止钒酸盐沉淀和稳定溶液的作用而形成了改良的 ADA 法(南化集团研究院) ，ADA 法正在被新的高效脱硫法所取代。 2)栲胶(TV)法 栲胶脱硫法是我国特有的脱硫技术，包括碱性栲胶脱硫(橡碗栲 胶和偏钒酸钠)和氨法栲胶。 栲胶脱硫主要是利用天然栲胶中存在的多羟基芳烃化合物所存 在的酚式及醌式结构互变， 再利用偏钒酸钠进行氧化还原来实现脱硫 的。其特点是资源丰富，价廉易得，运行费用比改良 ADA 法低，脱硫 液腐蚀性小，脱硫效果较好，基本上无硫堵塔问题，但栲胶需熟化处 理，脱硫废液存在钒污染。 3)PDS 法 PDS 是东北师范大学开发的一种新型脱硫催化剂，活性物质为双 核酞菁钴磺酸盐，同时加入助催化剂和碱性物质。该法特点是：脱硫 效率高， 只需 ppm 浓度级的催化剂即可， 无毒; 生成得单质硫颗粒大， 易分离;可脱除部分有机硫。该方法不足之处是有时脱硫效率不太稳 定，绝大部分时间需要复配其它成分一起使用。 4)碱液催化法 碱液催化法脱硫工艺过程比较简单、技术成熟、成本较低，非常 适合较小规模合成氨厂的煤气脱硫。

湿式氧化法脱硫技术是国内化工行业广泛使用的脱硫方法之一，故名思义它是用稀碱液吸收气相中的H2S，在吸收H2S的液相中由于氧化催化剂的作用，将H2S氧化为元素硫并分离回收。因此该技术包括H2S吸收，氧化和硫回收。

脱硫工艺流程

1、气体流程 半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部 进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的 大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。

2、溶液流程 从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至 富液槽(又称缓冲槽) 。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质 硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富液槽的溶液用再生泵加压后， 打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化 栲胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出 贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽 浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使 用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。

3 硫磺回收流程 再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜， 用夹套蒸汽加热精制，放出做成 98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系 统中使用。

第三章 国内脱硫新工艺介绍 第四章 脱硫工艺的发展方向

天然气合成氨工艺范文第3篇

1.合成氨的工艺流程

(1)原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

(2)净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

① 一氧化碳变换过程

在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：

CO+H2OH2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2;第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

② 脱硫脱碳过程

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO

2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。

一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 4 ③ 气体精制过程

经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。

目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：

CO+3H2CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔ

CO2+4H2CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ

(3)氨合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：

N2+3H22NH3(g) =-92.4kJ/mol 2.合成氨的催化机理

热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成NH、NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为：

xFe + N2FexN FexN +〔H〕吸FexNH FexNH +〔H〕吸FexNH2 FexNH2 +〔H〕吸FexNH3xFe+NH3 在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335 kJ/mol。加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol。由于反应途径的改变(生成不稳定的中间化合物)，降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。

3.催化剂的中毒

催化剂的催化能力一般称为催化活性。有人认为：由于催化剂在反应前后的化学性质和质量不变，一旦制成一批催化剂之后，便可以永远使用下去。实际上许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期。接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。

催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O

2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。

4.我国合成氨工业的发展情况

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。

近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。

5.化学模拟生物固氮的研究

目前，化学模拟生物固氮的重要研究课题之一，是固氮酶活性中心结构的研究。固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白这两种含过渡金属的蛋白质组合而成。铁蛋白主要起着电子传递输送的作用，而含二个钼原子和二三十个铁和硫原子的钼铁蛋白是络合N2或其他反应物(底物)分子，并进行反应的活性中心所在之处。关于活性中心的结构有多种看法，目前尚无定论。从各种底物结合物活化和还原加氢试验来看，含双钼核的活性中心较为合理。我国有两个研究组于19731974年间，不约而同地提出了含钼铁的三核、四核活性中心模型，能较好地解释固氮酶的一系列性能，但其结构细节还有待根据新的实验结果精确化。

国际上有关的研究成果认为，温和条件下的固氮作用一般包含以下三个环节：

①络合过程。它是用某些过渡金属的有机络合物去络合N2，使它的化学键削弱;②还原过程。它是用化学还原剂或其他还原方法输送电子给被络合的N2，来拆开N2中的NN键;③加氢过程。它是提供H+来和负价的N结合，生成NH3。

目前，化学模拟生物固氮工作的一个主要困难是，N2络合了但基本上没有活化，或络合活化了，但活化得很不够。所以，稳定的双氮基络合物一般在温和条件下通过化学还原剂的作用只能析出N2，从不稳定的双氮络合物还原制出的NH3的量相当微少。因此迫切需要从理论上深入分析，以便找出突破的途径。

固氮酶的生物化学和化学模拟工作已取得一定的进展，这必将有力地推动络合催化的研究，特别是对寻找催化效率高的合成氨催化剂，将是一个有力的促进。[编辑本段]生产方法

生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤(或焦炭)等。

①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%～0.3%(体积)，经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

③煤(焦炭)制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤(焦炭)为原料制取氨的方式在世界上已很少采用，但随着能源格局的变化，现在煤制氨又被重视起来，外国主要是粉煤气化技术发展很快，国内则转向型煤制气技术已非常成熟。

用途 氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。

天然气合成氨工艺范文第4篇

1 合成氨的工艺流程

合成氨的工艺流程,大体可以概括为四步:固体燃料气化、空气的液化及分离、原料气净化、气体的压缩及合成。

1.1 原料气的制取

本工序主要目的是制取含有氮气、氢气的原料气。氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制取。工业上通常先在高温下将这些原料与水蒸气作用制得含氢、一氧化碳等组分的合成气,这个过程称为造气。具体来说对于固体原料煤和焦炭,通常采用固体燃料气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

氮气则主要来源于空气,可以通过物理方法空气液化或者化学方法得到。第一种物理方法即首先降低温度使空气液化,再升高温度,沸点低的氮气先逸出,从而获得高纯度氮气。而化学方法是让碳在空气中燃烧,再用脱除气体中的二氧化碳,即得到氮气.

1.2 空气的液化及分离

空分的原理是采用深度冷冻的方法,先将空气液化,然后根据空气中氧氮等组分沸点不同,用精馏的方法将空气分离成氧气、氮气等。

1.3 原料气净化

对粗原料气进行净化处理。原料气的净化是氨合成生产的重要环节,也是比较复杂的环节,此环节包括变换过程、脱硫脱碳过程和气体精制过程,以下对各个环节进行具体分析。

(1)一氧化碳变换。在煤气化生成的原料气中,一氧化碳占有较大比重,在合成氨工艺中需要使一氧化碳与水蒸气反应转换成二氧化碳和氢气,从而将难以脱除的一氧化碳转化为容易脱除的二氧化碳,并且提高有效气体氢气的含量。一氧化碳变换工序是工业过程中耗能最大的工序之一,所以,工业过程中要降低本工序能耗是解决资源浪费的关键步骤。

(2)原料气脱硫脱碳过程。脱碳工序是合成氨工艺流程中的重要环节,脱碳主要方法有物理吸收法和化学吸收法两种。这个环节是为了防止氨合成催化剂中毒现象的发生,在脱碳工序中重要的是二氧化碳的回收和利用,因为二氧化碳可以制造制造尿素、纯碱、碳酸氢铵,所以对于二氧化碳的回收利用既可以节约资源,又可以保护环境。其次是是脱硫工序。工业脱硫方法有干法脱硫或湿法脱硫两种方法。干法脱硫是用固体脱硫剂,脱硫效果好但是脱硫剂再生困难,常用于精脱硫。而湿法脱硫是用溶液脱硫,优点是再生容易,常用于粗脱硫。

(3)原料气精制

原料气的精制主要是精炼脱硫脱碳后原料气中残余的杂质,这些杂质成分包括少量的一氧化碳、二氧化碳和水等,以保护氨合成的催化剂。原料气的精制有多种方法,其中通常使用的方法有铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷液氮洗涤法等。

1.4 氨的合成

氨的合成是合成氨工艺流程中最关键也是最后的部分,它是在一定条件下将氢氮混合气体进行化合反应。氨的合成主要有六步:1、气体的压缩和除油,此步骤采用氢氮气循环流程。2、气体的预热和合成;3氨的分离,可以回收分离后的气体;4未反应气体的循环;5惰性气体的排放;6、反应热的回收利用。氨的合成过程主要在高温高压下进行,整个系统是一个循环利用系统。不会造成浪费原料的现象,既降低了生产成本又提高了生产效率。反应热的回收利用这一环节是合成氨流程中的核心环节。

2 合成氨生产中的存在的问题

合成氨生产受多方面影响,主要的方面有:1、落后的生产技术;2、能源的浪费;3、生产管理制度不完善;4、能源供应不足。这四个因素综合影响着氨合成的生产。

3 合成氨生产系统节能改造措施

针对我国合成氨生产过程中的问题,企业采取了相应措施,包括提高生产技术,提高能源利用率,节约资源,合理利用余热。相关措施有:造气工段的技术改进,全低变流程的采用,新型氨合成塔内件,蒸发式冷凝器的使用等。

3.1造气工段的技术改进,(1)自动加焦机技术:此技术主要具有节省时间,减少能量消耗,提高能源利用率,安全性强的特点,可有效避免事故的发生。(2)油压微机控制、炉况监测与系统优化技术:此技术主要可以合理调节分配时间,能全面检测造气炉的情况和环境,进行反馈和调节,从而提高生产效率,节约资源,增强安全度,减少事故的发生。(3)集中式回收煤气余热:利用回收器对生产过程中产生的余气进行回收,可以提高资源利用率,形成资源的回收利用。有利于发展资源节约型经济。改善我国粗放型经济的情况。(4)集中式高效洗气塔:此方法主要利用高塔喷淋式洗气塔,来降低系统阻力,减少冷却水和污水,起到保护环境的作用。(5)提高入炉蒸汽品质:过热蒸汽可以起到稳定炉温,提高蒸汽分解率,降低能源消耗的作用,是合成氨过程中必不可少的环节。(6)吹风气余热回收:对吹风气余热的回收是节约资源的重要措施,此过程主要利用集中式燃烧炉吹风气回收技术,有的企业还可以采用三废流化混燃技术,回收利用余热,进而避免资源浪费,提高生产效率,提高经济效益。(7)增设高效静电除焦油器:焦油器的主要作用是保证脱硫质量和提高脱硫效率,提高气体的质量,延长压缩机的寿命,焦油器主要在脱硫工段前和清洗塔后使用,是氨合成生产中重要的仪器。

3.2 采用全低变流程,全低变流程主要具有提高工作效率,减少能源消耗,有效利用资源,形成资源循环利用,减少催化剂的使用量,降低生产成本,提高经济效益的作用。

3.3 使用新型氨合成塔内件,新型合成塔内件可以提高氨净值,提高生产能力,增加蒸汽产量,提高能源回收率,适当提高出塔合成气温度。新型合成塔有传统工艺所不具备的特点。

3.4 冷冻工段采用蒸发式冷凝器,此装置可以提高生产效率,降低能源消耗,减少氨合成工艺中的能源损失,提高了经济效益。

3.5 氨的分离新技术,氨的分离有水吸收法和冷凝分离法两种方法,氨的分离都是利用氨分离器来进行,这种装置较为先进,氨分离器较之传统的分离器先进许多,传统分离器有分离不彻底,资源的浪费现象,氨分离器的工作原理是利用转变气体流向来分离气体中的液滴。

4 结语

我国现阶段能源特别紧张,并且我国的工业主要是资源型工业,所使用的能源较多,在生产过程中,技术的落后很容易造成能源的浪费。其次我国经济形式为粗放型经济,而我国面临的国际问题是国际能源价格上涨,所以在合成氨工业中必须进行技术创新和改革,提高生产技术可以有效的提高能源利用率,合理利用资源,减少能源消耗。在产业结构上要进行改革,我国目前以第二产业为主,第二产业为重工业,主要依靠资源发展,所以产业结构的调整也是一大措施,要积极推动第三产业的发展,从依靠资源发展转向依靠技术发展,引进先进技术,提高技术的利用率,从而改善生产结构,进一步促进经济发展。

摘要：合成氨工业为我国的经济发展做出了突出贡献,但是我国的合成氨生产技术存在着一些问题,比如:生产效率较低,能源消耗量大,生产成本较高,所以合成氨工艺技术有待提高。本文介绍了合成氨的工艺流程,并针对这些问题提出了合成氨工艺流程中的节能和改造技术,用以提高工作效率,降低生产成本。

关键词：合成氨,工艺流程,节能措施

参考文献

[1] 刘化章.合成氨工业节能减排的分析[J].化工进展,2011,06:1147-1157.

[2] 李建强.合成氨工艺流程的系统分析与节能措施[J].科技与企业,2012,08:302.

[3] 刘化章.传统合成氨工业转型升级的几点思考[J].化工进展,2015,10:3509-3520.

[4] 章有虎,陈环琴,吴小飞.合成氨原料气节能净化技术简介[J].中氮肥,2016,01:14-17.

[5] 王辉.大型合成氨装置节能减排的思考[J].化肥设计,2013,02:8-11.

天然气合成氨工艺范文第5篇

1 合成氨生产过程分析

1.1 造气阶段

造气阶段的本质是碳和氧气以及蒸汽混合在一起的过程。其中主要包含吹风和制气两个环节的内容。吹风的方式主要包含吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个部分。在原料煤阶段性地放入固定层煤气发生炉内。先送入空气, 不断提升煤气炉的温度, 之后把水蒸气和加氮空气送入煤炉内, 生成半成品的气体。把这些气体送进洗涤塔内加以除尘处理, 降低半煤气的温度, 最后把这些半煤气存到气柜内。造气环节完成。

1.2 脱硫阶段

在合成氨的过程中, 硫的存在对制作设备会产生一定的腐蚀作用, 而且会导致催化剂中毒, 对整个合成氨过程造成极大的损害。所以, 想要取得好的合成氨效果, 就一定要去除气体内的硫。脱硫环节的主要目的是为了通过DDS去除气体内的硫。气柜中的半水煤气通过多种工艺处理, 恢复温度后引入压缩机。脱硫完成后废气可以再次使用。

1.3 变换阶段

变换阶段的主要产物是CO2和H2。半煤气中的CO和水蒸气混合在一起, 在催化剂的刺激下, 反应完成。需要注意的是这个阶段的反应, 一般分前后两个阶段, 前阶段的反应完成之后, 把半水煤气引入饱和塔内提高温度, 增加塔内的湿气, 并补充一定的水分。后一阶段把水煤气引入中变炉, 释放其中的热量回收。把降温后的气体引入低变炉, 把反应后的工艺气体送入压缩机三段入口。

1.4 变换气脱硫和脱碳

经过气体转换之后, 气体内存在的有机硫就会转变为会转变为H2S, 这就必须做二次脱硫处理, 让气体中硫的成分保持在25mg/m3。脱碳的目的是去除换气之后产生的CO2, 把气体内的杂质去除。保持器具内的压力在1.3MPa左右, 引入水分离器, 排除水分, 把剩下的气体引入吸附塔内, 处理之后把气体送往精脱硫阶段。

1.5 精炼阶段

经过上述的工艺处理之后, 气体内还会存在微量的一氧化碳和二氧化碳。但是, 不管其含量多么少, 都可能造成催化剂中毒, 所以, 在进行合成氨处理之前, 必须把一氧化碳和二氧化碳处理干净。一般情况下, 可以使用醋酸铜氨液洗涤法, 经过此工艺之后, 气体内的一氧化碳和二氧化碳的含量将会降低到25ppm之下。把气体引入到分离器内, 补充总铜、水冷却、过滤、氨冷后经铜氨液循环泵加压循环使用。[1]

1.6 压缩阶段

鉴于前述各工艺的处理之后, 其压力有明显的下降, 变换、脱碳之后器具内的压力只有0.87MPa、3.7MPa, 这样的压力根本不符合合成氨的压力条件。所以, 压缩阶段的主要目的是为了增加工艺气体的压力, 为合成氨的生成提供必需的压力条件。

1.7 氨合成阶段

氨合成阶段的主要目的是为了把经过铜洗处理后得到的氮气、氢气和混合气在催化剂的作用下合成为氨。此时, 器具内的压力保持在27MPa, 不断补充新鲜气体和混合气混合在一起后, 引入氨冷器, 氨分离器, 冷交换器, 经过循环机, 不断升压, 经过油分离器去除混合器内的油分, 把混合气引入到氨合成塔内器和外器之间的间隙, 经过一系列工艺的处理, 把合成氨的液体分离出系统。还没有完全反应的氮氢气体循环使用。

2 合成氨工艺参数对氨净值的影响

当前, 我国大多企业生产合成氨使用的工艺为哈伯技术和铁系催化剂。在铁系催化剂媒床中, 按照容器内部构造的不同, 反应气的进入形式有所区别, 但是一般进入的气体主要有两类, 一是没有经过加热的气体, 另一种是经过加热的气体。这两种气体的区别之处在于, 经过加热的气体, 其氮含量会有所增加。在这个过程中, 使用的催化剂主要是四氧化三铁。生成的气体在媒床中完成热交换后, 进入两组三级旋风分离器进行氮气的分离。之后, 压力降低, 循环压缩机承受的压力不足, 气体再次进入媒床开始下一轮反应。这里我们以塔内器件中直径为Φ1.4m的合成塔作为研究对象对整个转化过程进行展示:其反应过程顺利进行需要的条件为:压力20-30MPa, 温度485-515℃, 空速15000-20000Nm3hˉ1, 氢氮气比2.8--3.2, 氨转化率10%--16%。在这个过程中, 和企业关联最大的问题就是如何减少循环压缩机的消耗, 增加合成氨的生成量。在上述条件环境内, 在催化剂的作用下, 氢氮混合气体的反应过程中会发生多个平行反应和串联反应, 而最终影响这一反应结果的元素主要包含:反应器内的压力, 反应发生时的温度, 空速和氢氮混合气体的比例等。在这些元素中, 反应器内的压力可以明显促进氨气的生成, 但是这一元素并不能无限加大, 它受到反应器皿的材料和整个系统功耗的约束。所以, 在日常的生产环节, 并不把调整反应器内的压力作为增加氨气生成的工艺手段, 而只是作为参考参数, 能够发挥一些辅助作用而已。反应温度的高低, 对合成氨的速度有着明显的影响。在催化剂的刺激下, 反应温度保持较高的状态时, 氢和氮的反应速度加快, 容易合成氨。但是, 温度升高过多的话, 逆反应的发生也会加速, 这又会降低氨的生成率。所以, 对于反应温度的调整, 要在催化剂加入之后, 根据反应阶段的不同, 区别对待。一般情况下, 会把合成氨的过程划分为前、中、后三期, 不同的阶段给予不同的温度。空速会加速反应的进行, 提升氨气的生成率。但是, 空速转动的高低对于媒床内催化反应过程的持续时间和反应器内的热量稳定也有一定的影响。所以, 要按照反应媒床内床层构成和系统压力来确定一个合适的反应气量。氢氮比和合成氨的生成有更加直接的关联, 假如氢氮比例不能均衡, 会导致整个反应器系统失衡, 容器内温度降低, 压力增加, 合成氨的生成率降低。[2]

3 结语

总之, 合成氨是一种影响深远的工艺, 在当今这个讲究节能高效的时代, 提高合成氨的氨净值对合成氨的产量有着非常大的影响。从上面的论述中我们可以看出, 对氨净化值数据有着明显影响的工艺主要包含反应发生时的温度, 空速和氢氮混合气体的比例等, 对这几项合成氨的工艺参数进行优化, 就需要对上述的各合成氨的生产阶段进行优化, 不断提高合成氨的产量, 增加氨净化值。这样, 不但提高了合成氨的生产效率, 产生了很好的经济效益, 而且由于氨净化值提高了, 其能量消耗减少, 其社会效益也有不小的提升。

摘要：合成氨是一个非常复杂的过程, 其中涉及到很多的工艺。氨净值是合成氨生成率的主要标志, 直接反映着合成氨效率的高低。对合成氨的过程进行优化, 改善其合成氨工艺的参数, 可以有效地改善氨净值的数据效果, 提升合成氨的生成量。

关键词：合成氨过程,氨净值,影响元素

参考文献

[1] 安宏伟, 李永华.合成氨产业的现状和发展建议[J].西部煤化工, 2012 (08) :45.

[2] 符丁, 尹卓英.关联规则挖掘发现问题的协同式需求获取方法[J].计算机与数字工程, 2011 (4) :6366.

天然气合成氨工艺范文第6篇

1.1 凝胶-溶胶

1.1.1 原料

通过调节原液的浓度将其Al2O3调到40g/L, 而后以2m3/Lh的速度通CO2, 当反应溶液p H值达到11时, 停止通气。而后分别在80℃、90℃下老化4小时, 滤饼用5倍量80℃±蒸馏水静态洗涤。

制备的拟薄水转入封闭的塑料袋内备用。取少量烘干, 计算其水分含量, 以备下一步配备悬浊液时使用。

1.1.2 解胶剂的选择

硝酸、盐酸、醋酸均为分析纯。在室温条件下边搅动边滴加。

1.1.3 试验过程

原料以本课题组制备为主, 并选取了车间的普通拟薄水、低钠拟薄水、高粘拟薄水。解胶剂均冲稀。将解胶剂加入滴瓶中, 将拟薄水和水按含Al2O3为10%配制, 放入下面的烧杯中, 搅拌半小时后, 开始慢慢的滴加解胶剂, 同时加大搅拌力度, 混合均匀后, 将料浆取出注入小高压釜内升温。

1.1.4 试验分析

由于拟薄水在形成时已形成较大的胶团, 仅使用较少的解胶剂, 不可能完全将其解胶, 由于凝胶溶胶制备的铝溶胶溶液太稀, 不适合下一步的试验, 故本课题组没有再对其对活性氧化铝的影响进行研究。

1.2 铝盐溶铝

在凝胶-溶胶试验有了比较深刻的理解的情况下, 本课题阻开始将重点转向铝盐溶铝方案, 在一次偶然的机会中, 将AlCl36H2O倒入铝粉和水的混合体中, 结果发生了急剧的反应, 生成了大量的热和气, 以至溶液喷出了烧杯。受此启发, 开始正常的进行铝盐溶铝制备铝溶胶的试验。

1.2.1 原料

铝粉、氯化铝、硝酸铝, 均为分析纯

1.2.2 试验装置

将铝粉和水混合, 其比例为1:8~1:7, 而后加入烧杯中, 边搅拌边用水浴加热;其铝盐配为2mol/L的溶液, 注入悬挂的滴瓶中, 当水铝浑浊液达到80℃时, 以250ml/h的速度滴加, 并且严格控制其滴加速度, 不可过快。此后每1小时补水一次, 以烧杯中的液面与未加热前的液面相当即可, 4~5小时后, 此时溶胶已全部反应完毕, 基本呈透明状, 用漏斗过滤之, 其溶胶滤液放置在室温, 观察其稳定性。

1.2.3 试验数据、现象及结果分析

首先, 我们使用了硝酸铝为溶剂, 试验结果如表1所示:

由表1可看出, 使用硝酸铝溶铝制备溶胶工艺是不可行的。在此情况下, 本课题组开始尝试使用其它铝盐, 经过数次的验证, 确定了以Al Cl36H2O为溶铝用铝盐的工艺。

在经过数次试验确定了基本工艺后, 课题组开始对工艺的具体指标参数分步进行了研究。

1.2.4 铝盐与铝比

本试验以50克铝粉为原料, 进行了盐与铝粉比对溶胶指标的影响, 及其最佳的比的确定, 使得溶胶易于形成, 同时又尽可能的降低酸根离子的引进。首先按溶胶中Al2O3含量为20%计算, 把水和铝粉混合, 充分的搅拌, 使铝粉在水中悬浮, 而后将Al Cl36H2O溶于水中, 配成溶液, 缓慢的加入水铝混合物中, 并同时加大搅拌力度

通过实验, 每100克铝粉用Al Cl36H2O在75~100克之间, 铝盐过多时, 虽然铝粉溶解速度加快, 但是铝溶胶中引入的酸根离子液同时大大增加, 而少于75克时, 用很长时间也不可以把铝粉全部溶解, 不适合生产实际情况, 故不可以。

1.2.5 铝粉与水比

制备铝溶胶时, 应当有适合的水铝配比, 在反应时应尽量控制水分的挥发, 否则无法制备合格的铝溶胶。为了找到具体的水铝比和铝盐铝比值, 课题组进行了数十次试验, 并与有关用户联系, 请其给予鉴定,

通过实验, 以用水450ml±50ml, 铝粉用量为56~58g, Al Cl36H2O用量为100±5g时制备的铝溶胶, 易于过滤, 清澈稳定。

在实验室制备铝溶胶成功后, 课题组立刻对其对活性氧化铝改良效果进行了研究。在立足完善铝溶胶制备工艺的前提下, 结合我厂常规生产的活性氧化铝品种, 对其改良效果进行了研究, 课题组仍以快脱粉为原料, 对其用铝溶胶成球, 以及其活铝球的改良性能进行了测试。

2 结语

本课题经过半年多的大量实验, 对凝胶-溶胶, 和铝盐溶铝两种制备铝溶剂的工艺进行了大量的研究, 确定了制备铝溶胶的工艺及工艺参数。凝胶-溶胶工艺制备的铝溶胶为一种高分散的假溶胶体系, 其液体浓度不可过大, 干燥后不可重溶, 其工艺制备的铝溶胶一般以胶态存放, 用时稀释。铝盐溶铝工艺制备的铝溶胶稳定, 流动性好, 低温干燥后可溶于水。应用于活铝求的改良可起到显著的作用。本课题组也为其它课题组提供了此类铝溶胶, 已应用于实验中, 并初步取得了良好的效果。

摘要：铝溶胶作为一种无机高分子多价聚合物, 其应用广泛, 是一种少有的优良无机材料。本课题经过大量实验, 对凝胶-溶胶, 和铝盐溶铝两种制备铝溶剂的工艺进行了大量的研究, 确定了制备铝溶胶的工艺及工艺参数, 并分别制备了数十千克的样品, 对两种工艺制备的铝溶胶进行了理论和应用的剖析。应用于活铝球的改良可起到显著的作用。

关键词：铝溶胶,凝胶,溶胶,铝盐

参考文献