合成氨畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　合成氨是重要的基礎化工產品之一，其產量位居各種化工產品的首位，同時也是消耗能源的大戶，合成氨的生產對國民生活至關重要，而在環(huán)境和資源問題日益嚴重的今天，更高效的合成氨生產以及符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型生產理念的要求，合成氨工業(yè)的改革顯得至關重要。 合成氨的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢主要圍繞合成氨設備、合成氨催化劑、合成氨工藝技術三方

2、面進行闡述，在合成氨設備方面，我國中小型合成氨裝置面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，中型合成氨裝置面臨技術改造，而小型裝置則面臨淘汰。國內外合成氨設備的發(fā)展和新技術方面，通過對國內冷管型合成塔和國外絕熱型合成塔的對比介紹，闡述了國內外合成氨設備的不同及國外的先進之處，絕熱型合成塔具有簡單、可靠的特點，而且能夠消除“冷壁效應”。目前國內也積極開發(fā)這項技術，并且也有應用。 催化劑是合成氨生產的重要原料，最基本的合成氨催化劑是鐵系催化劑，而國外開發(fā)的新型釕基催

3、化劑具有更高的催化活性，但釕是稀有貴金屬，全面推廣釕基催化劑還有一段路要走。 釕基催化劑及非鐵系催化劑是今后合成氨催化劑的主要研究方向，而通過介紹光催化合成氨、AB5型金屬氫化物室溫合成氨、電化學常壓合成氨、酶催化室溫合成氨四種新的技</p><p>　　第一章 合成氨裝置的發(fā)展</p><p>　　我國的氮肥工業(yè)自20 世紀50 年代以來，不斷發(fā)展壯大，目前合成氨產量已躍居世界第一位，目

4、前研發(fā)的設備可以將焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產合成氨，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產規(guī)模并存的生產格局。目前合成氨總生產能力約為4500萬t/a，合成氨工業(yè)已基本滿足了國內需求，但要想進一步提高生產能力，還要對設備進行進一步技改和研發(fā)。 2.1 大型及中小型氮肥裝置現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢 我國目前有大型合成氨裝置共計34 套，生產能力約為1000 萬t/ a ；其下游產品除生產硝酸磷肥之

5、外，均為尿素。按照原料類型分：以天然氣(油田氣) 為原料的17 套，以輕油為原料的6 套，以重油為原料的9 套，以煤為原料的2 套。其中大部分是從國外引進，20 世紀七八十年代引進的天然氣合成氨裝置均已對其進行了以“節(jié)能降耗”和“擴能增產”為目的的兩輪與國外裝置類似的技術改造，合成氨能耗由41.87 GJ/t 降至33.49 GJ/t ，生產能力提高了15～22 %；輕油型合成氨裝置也進行了類似的增產節(jié)能技改，將能耗降至37.2 GJ/

6、t ，生產能力提高了15 %左</p><p>　　第一節(jié) 氨合成塔的工藝</p><p>　　1.1.1 材料選用 </p><p>　　外筒溫度小于200℃，故其選材只需考慮機械強度、焊接性能和冷熱加工性即可。筒體：內筒直接與介質接觸，要求防腐蝕好、耐高壓、高溫，可選用0Cr18Ni9外部層板不與介質接觸且要求強度高、韌性好，可選用15MnVR。上端蓋：

7、需要具有耐氫腐蝕的性能材料，且應使平蓋厚度盡量減小些，選用強度較好的20MnMoNb即可，上端法蘭及下端的球形封頭須鍛造和沖壓，要求強度好、耐腐蝕的材料，可選用18MnMoNbR。換熱器的管板：換熱器、殼體、擋板、隔熱板等重要部件應采用Cr18Ni9，而麻花鐵等輔助部件選用A3F（普通碳素結構鋼）即可。觸媒筐及、花板、殼體、中心管、冷氣副線等均可采用Cr18Ni9。對于其他的一些輔助部件的材料選則見裝配圖的明細表。[4] </p&

8、gt;<p>　　1.1.2 內部結構及結構特點 </p><p>　　合成塔的內部結構不同的塔型不同的結構，概括來說主要有冷管型、冷激型、冷管冷激混合型；塔內溫度的調節(jié)主要是靠冷管氣量、冷激氣量來調節(jié)。里面的測溫點的數(shù)量和布局也是結構塔的大小和塔內件的結構形式而定，不只是12個測溫點，也有16個的，也有24個的，其布置原則是能夠真實反映塔內的反應情況，以便操作人員的操作調節(jié)。 特點：根據氣

9、體流動方向不同，氨合成塔分為軸向流型、徑向流型和軸徑向流型，各有所長。軸向流塔操作穩(wěn)定，催化劑裝量多；徑向流塔效率高，壓力降小，操作敏感性強，要求高效催化【5】。 </p><p>　　1.1.3 氨合成塔的壓力 </p><p>　　氨的合成，國內的中、小廠已有成熟經驗。在操作壓力等級上計有11、15、25、27、32MPa(A)等多種等級。但近年來，國際上氨的合成壓力，由于氨合成

10、觸媒性能的改進，均向低壓的方向發(fā)展，以簡化合成氣壓縮機及高壓設備的制造和降低投資。當今世界上氨合成的發(fā)展趨勢為等壓合成，即氣化壓力要提高，合成壓力要降低，氣化壓力等于氨合成壓力。前面工段的水煤漿氣化壓力已限定為6.5MPa，要實現(xiàn)等壓合成，須使氨合成的壓力也為6.5MPa，由于合成觸媒和其它方面的原因，當今世界上尚無6.5MPa下進行氨合成的先例,為此采用了11.0MPa下氨合成的技術方案。 選用11.0MPa的低壓合成工藝，可以借鑒我

11、國中原化肥廠和內蒙古化肥廠的使用技術和生產經驗，完全自力更生地進行工藝包的開發(fā)和工程設計。南京化學工業(yè)集團公司研究院又推出適合11.0MPa合成工藝的高活性的氨合成催化劑，使得11.0MPa低壓合成工藝的實現(xiàn)更加可靠、現(xiàn)實。由于合成壓力的相對降低，減少了合成回路中壓力容器設備和壓縮機等的制造難度，有利于國產化的實施</p><p>　　第二節(jié)氨合成塔的發(fā)展</p><p>　　1.2.1冷

12、管型合成塔 </p><p>　　國內氮肥廠基本上都采用冷管型合成塔，主要型式有雙套管、三套管和單管并流等，20 世紀90 年代以來又開發(fā)了U 形管、單管折流、XF - ⅢJ 、22AHC 和雙層并聯(lián)扁平單管并流等 。 (1) 單管折流—內冷絕熱型 單管折流式內件是浙江工業(yè)大學開發(fā)的。由于該內件取消了上絕熱層，床層由冷管層和下絕熱層構成，故也稱內冷絕熱型，其中冷管為單管折流，換熱器為螺旋板式。Φ1 000、Φ1

13、 200 內件已改為軸徑向結構，使用效果較好，技術也較為成熟。 (2) 絕熱、冷激、分流內冷三軸一徑一ⅢJ-99型 國內公司開發(fā)的ⅢJ- 99 型內件是在XF-ⅢJ 內件的基礎上改造而成的。床層由三軸一徑4段構成，其中有3個絕熱層和1個冷管層，一、二絕熱層之間采用出冷管氣體進行冷激，下絕熱層為徑向結構。該內件在國內中、小氮肥廠普遍使用，效果良好。安淳公司近年來又在Φ1400、Φ1600 合成塔中采取三軸二徑結構，床層由上絕熱層-第二絕熱

14、層- 第三絕熱層- 冷管層- 下絕熱層組成，其中后面幾段為徑向結構，采取冷激- 分流內冷移熱。目前冷管型合成塔冷管層多為軸向結構，大直徑塔冷管層也有改為徑向的。</p><p>　　1.2.2 絕熱型合成塔</p><p>　　絕熱型合成塔絕熱型合成塔絕熱型合成塔 絕熱型合成塔結構比冷管型塔簡單、可靠，而且消除了“冷壁效應”。國外氮肥裝置幾乎都采用這種塔型，近年來國內也有不少中、小氮肥廠采

15、用了此種塔型，開發(fā)的單位也不少。絕熱型塔一般都采用多層結構，按塔內氣體流向可分為軸向、徑向、軸- 徑向復合和軸徑混流等，段間移熱方式有冷激、間冷和冷激- 間冷復合3 種，國內均有使用 。 (1) 軸向塔 該類型塔根據換熱方式不同，又可分為4 種。</p><p><b>　　冷激式</b>

16、</p><p>　　我國大化肥引進的Kellogg 塔和國內開發(fā)的YD塔都屬于4 段軸向冷激塔，層間3 次冷激。實踐證明，此種塔型具有結構簡單、操作彈性大、易于控制、安裝檢修方便等優(yōu)點，但存在循環(huán)量大、氨凈值低、阻力降大的缺點。Kellogg 塔在我國大化肥中使用較廣，目前很多塔已被改造為Topsoe-200型或卡薩利(Casale) 軸徑向塔。</p><p>　　層間換熱(間冷) 式

17、 該塔層間設置列管式換熱器，一般用入塔氣移熱，床層分成3 段。國內最早是清華大學進行過開發(fā)，目前在用的JR 型合成塔就屬于這種形式。 由于層間采取間接冷卻，無冷激造成氨濃度稀釋的弊病，氨凈值較高。但層間設置換熱器，結構有所復雜，而且占據了一定的高壓空間，相應減少了催化劑的裝量。</p><p>　　冷激- 間冷復合式 對于3 段床層的合成塔，由于上層氨濃度低、反應激烈、放熱多、移熱量大，而下層則相反，因此采取先冷

18、激后層間冷卻移熱，能發(fā)揮2 種移熱方式的長處，理應是最佳組合。國內五環(huán)公司和浙江工業(yè)大學都開發(fā)過這種內件，前者層間熱交與主交為串聯(lián)，后者為并聯(lián)2 種內件都在生產中發(fā)揮了效益。</p><p>　　單層絕熱式—布朗合成塔 布朗合成塔為熱壁塔(外殼設計溫度為420℃) ，矮胖型，內件為單層軸向催化劑床層，無熱交換器，在塔外設置高壓廢鍋換熱。該塔合成率高，結構簡單，操作檢修方便，但對殼體材質和制造要求較高。Braun

19、流程一般為3 座(或2 座) 塔與相應的廢鍋組成合成圈。</p><p>　　(2) 徑向塔 由于流體的阻力與行程成正比而與通道截面積的平方成反比，而徑向塔大幅度縮短了行程、增加了通氣截面，因此氣體阻力可顯著降低，相應可采用小顆粒催化劑。大化肥中引進的Topsoe - 100 型和S - 200型都是2 段徑向塔，只是前者為層間冷激，后者為層間冷卻。兩者阻力降都很小，間冷與冷激相比氨凈值更高。

20、 節(jié)能型Kellogg 臥式合成塔也屬于徑向合成塔，3 段徑向床層，層間采取間接換熱，其塔阻僅0. 13～0. 20MPa，工藝指標較先進</p><p><b>　　(3) 軸徑向塔</b></p><p>　　①軸向- 徑向復合塔 由于國內中、小氮肥廠合成塔直徑較小，床層氣流均布設計難度較大。為了降低塔阻

21、，又要穩(wěn)定生產，往往采取了先軸后徑的軸徑向復合結構。南化研究院開發(fā)的多層冷激- 間冷軸徑向(即NC 型) 合成塔就屬此例，在Φ1 000、Φ1 200 合成塔上用得比較成功。該內件的特點是采用菱形冷激分布器和魚鱗筒式徑向流分布器。</p><p><b>　?、谳S徑向混流塔</b></p><p>　　瑞士Casale 公司開發(fā)了雙層軸徑向合成塔，層間采用了中間換熱的

22、形式。此種氨塔取消了傳統(tǒng)的徑向層封板，采用中心集氣管上端部分不開孔調節(jié)氣流的方法，使氣體在頂部處于軸徑向混合流動狀態(tài)，而在下部則仍處于純徑向流動狀態(tài)。由于采用上方軸徑向流動工藝，既簡化了原有徑向層的結構，又充分利用了催化劑的活性。此種結構易于裝拆，對于多層結構是十分有利的。該塔阻力低，小顆粒球形催化劑使其更適合于低壓合成系統(tǒng)[5]。</p><p>　　第三節(jié) 氨合成塔的比較</p><p&g

23、t;　　1.3.1卡薩利合成塔</p><p>　　氨合成塔為立式筒形容器，里面裝有卡薩利內件。</p><p><b>　　塔高：14.7米</b></p><p><b>　　內徑：2.3米</b></p><p>　　觸媒填裝量：38m3</p><p><b&g

24、t;　　設計條件：</b></p><p>　　設計壓力：15.9MPa</p><p><b>　　設計溫度：280℃</b></p><p>　　底部封頭和出口管口的設計溫度：450℃</p><p><b>　　1、結構</b></p><p>　　為了達到

25、最高的單程轉化率，并保持催化劑最低裝填量，卡薩利采用了熱力學效率最高的合成塔結構，即三床兩中間換熱器結構（換熱器分別放置在第一二床之間和第二三床之間）。</p><p>　　采用軸徑向分布，大部分氣體徑向的流過催化劑床，其余氣體軸向的通過頂層的催化劑，從而消除了催化劑床對頂封頭的需要。</p><p>　　在典型的徑向塔中，催化劑放在兩個同心壁之間，壁上適當開孔，允許氣體進出。通常頂部和底

26、部用氣密性的風頭密封起來。在理想情況下，這種安排可以提供床層內規(guī)則的氣體流動，從而保證催化劑的最佳利用率。然而實際上，在操作期間，催化劑會下沉，在頂封頭下邊會形成一個空隙空間，為了避免氣體短路，催化床壁的頂部部分不開孔，這樣裝填在這里的催化劑就只起密封的作用，而并不能起催化作用?？ㄋ_利移去了頂部封頭，允許一部分氣體軸向流進床層，通過對打孔壁開孔進行適當設計，可以控制軸向流動的氣體量，這樣，原來作“密封”用的催化劑就在和徑向部分催化劑相同

27、的條件下，即相同的停留時間下起了催化作用。</p><p>　　為了防止催化劑移動，每個催化劑床頂部設保護網罩及導流片以保護催化劑不受氣體直接沖蝕。催化劑床放在兩個同心圓柱形打孔壁之間，打孔板帶有分布孔，其板制成橋形支撐扣在其上的絲網以盛放小顆粒催化劑（1.5~3mm），如下圖。為了節(jié)省塔內空間，根據軸徑向流動模式，在塔中心附近形成一個圓柱形空間放置層間換熱器，以獲得較高換熱速率。</p><

28、p>　　2、卡薩利內筒特點：</p><p>　　（1）塔內催化劑床層由筒式內壁與外壁組成，催化劑裝在兩筒壁之間，中間筒為中空。除內筒壁頂部外，其余內、外筒壁全鉆孔。</p><p>　?。?）催化劑床層間采用迷宮密封結構，拆卸方便，可大大縮短催化劑裝卸時間。</p><p>　　（3）催化劑床層的筒壁替代了氣流分布器。</p><p>

29、;　?。?）內件材料采用不銹鋼AISI 321， 1mm結構及金屬絲網采用Inconel600，阻力降較小。</p><p>　　3、合成塔內的氣體流程</p><p>　　大部分氣體由外殼底部進入合成塔，由內外筒環(huán)隙向上流動冷卻殼體，在內筒的頂部進入中央管，輸送到二床中間的層間換熱器管側，冷卻二床出口合成氣自身加熱后與旁路氣體混合后，流過一床層間換熱器管側冷卻一床出口合成氣自身加熱。在此

30、與另一股旁路氣體混合（一床溫度由此旁路控制）后進入一床向內流動，而后出一床的合成氣被換熱器冷卻進入二床向內流動，出口氣體流過層間換熱器殼側冷卻后向內流動流過第三床。出第三床合成氣直接進入鍋爐。</p><p>　　1.3.2 Topsoe氨合成塔</p><p>　　為提高合成塔的生產能力， 降低造價，設計出一種稱為“ 熱壁 ” 型式的合成塔，已投入工業(yè)應用。該合成塔耐壓殼體較薄，重量

31、較輕，制造費用較少，頂蓋直徑也較小。 </p><p>　　(1)投資費用較少 耐壓殼體較薄頂蓋較小底部結構簡單內件設計也很簡單。 </p><p>　　(2)容易運輸和安裝 內件重量小，可以用標準集裝箱船運。</p><p>　　(3)流體分布均勻， 床層壓降小 </p><p>　　催化劑的裝填對合成塔能否發(fā)揮正常性能很重要。傳統(tǒng)的徑向流

32、合成塔裝填催化劑時都需要振打， 以確保催化劑均勻填滿整個床層。這種裝填方式較耗時， 且不容易裝填好， 易產生很多空穴， 使氣體出現(xiàn)偏流， 催化劑利用率低。Topsoe研究出了一種稱為“ 毛毛雨式裝填法”該法裝填迅速，所需時間為振打法的一半， 而裝填密度為振打法的102%-104%，且催化劑密度均勻。該法已在工業(yè)生產中取得了良好的效果。</p><p>　　1.3.3 凱洛格先進的合成氨工藝</p>

33、<p>　　補充氣和循環(huán)氣經單缸合成氣壓縮機壓縮后通過進出物料換熱器進入有4個床層的徑向流KAAP合成塔。合成塔出來的氣體壓力約9MPa、氨含量為20%。通過產生高壓蒸汽回收熱量?；厥諢岷螅铣伤隽纤偷桨被厥展ば?， 冷凝得到氨不凝性氣體一小部分送到弛放氣回收系統(tǒng)回收氫和氮后再與其余大部分氣體匯合，組成循環(huán)氣。</p><p>　　KAAP合成塔是直立的有4個床層的內冷型徑向流合成塔。由于操作壓力和溫度

34、較低， 可以采用“ 熱壁” 設計和輕質鋼結構。第一床層裝填鐵催化劑， 另3個床裝活性較高KAAP的催化劑。KAAP催化劑在低溫低壓條件下活性較高，雖然合成塔操作壓力較低，合成塔出口氨含量仍較高。KAAP系統(tǒng)的成功之處在于其獨特的催化劑，它由比表面積較大的石墨載體浸漬鍺組成， 該催化劑活性是鐵催化劑的10到20倍。</p><p><b>　　凱洛格新工藝優(yōu)點：</b></p>

35、<p><b>　　投資費用低 </b></p><p>　　燃燒式一段爐由熱交換型系統(tǒng)替代， 新系統(tǒng)所占空間小， 使用的鋼材少， 因此降低了投資費用，投資費用可節(jié)約10%。 </p><p><b>　　能耗低 </b></p><p>　　轉化出口氣中50%以上的熱量通過轉化原料天然氣加以回收，再加上合成回路

36、壓力較低，噸氨能耗僅為27.2GJ。 </p><p><b>　　對環(huán)境影響小 </b></p><p>　　與通常的燃燒蒸汽轉化爐排出的尾氣相比較，的排放量減少60%，且NOx和CO2的排放量也很少。</p><p><b>　　操作簡單 </b></p><p>　　系統(tǒng)沒有影響轉化過程的燒嘴

37、， 低壓KAAP回路僅使用一臺單缸壓縮機， 操作較簡單。 </p><p><b>　　（5）可靠性較高 </b></p><p>　　導致合成氨系統(tǒng)停車的故障中，一段爐和主壓縮機約占50%。因該系統(tǒng)沒有燃燒式一段爐，僅采用一臺單缸合成氣壓縮機以及低壓合成回路， 設備故障較少， 系統(tǒng)的可靠性較高。</p><p><b>　　第二章

38、合成氨工藝</b></p><p><b>　　第一節(jié) 崗位任務</b></p><p>　　將從合成壓縮機來的合格氫氮氣，在高溫、高壓下經觸媒催化反應生成氨，通過相應設備冷卻、冷凝、分離出液氨，并將產品液氨送往氨庫，未反應的氣體經合成氣壓縮機循環(huán)段提壓后返回合成系統(tǒng)，其合成反應熱用于副產2.8 MPa</p><p><b&

39、gt;　　蒸汽。</b></p><p>　　第二節(jié) 氨合成生產原理</p><p>　　液氨的汽化潛熱很大，液氨汽化，產生冷量；同時，中高壓氣體含有較高能量，通過膨脹機膨脹，帶壓氣體通過吹動轉子對外做功，使自身能量減小，溫度降低。閃蒸氣和氨罐弛放氣中的氨的冷凝溫度最高，易被液化；氫、甲烷、氮等氣體冷凝溫度較低，不容易被液化。當溫度在-60～-70℃時，氨基本被液化分離，而冷凝

40、溫度較低的氫、甲烷、氮等氣體未被液化，仍呈氣態(tài)形式，通過氣液分離，分離出液氨，實現(xiàn)氨的回收。運轉過程中無需輸入額外動力，完全依靠弛放氣的靜壓能推動其中膨脹機組對外做功。</p><p>　　第三節(jié) 氨合成工藝流程及說明</p><p>　　由凈化變壓吸附送來的氫氣（2.0 MPa、40℃）及空分裝置送來的氮氣（2.5MPa、40℃），在進入氨合成壓縮機C001前并入同一管道（氫氮配比約2.

41、8～2.9）后，經壓縮機壓縮與進入殼體的循環(huán)氣在機內混合，壓力達到14.76 MPa后送到熱氣氣換熱器E003管間與從鍋爐給水預熱器E002來的管內合成氣換熱后，溫度提到193℃進入合成塔R001，入塔氣分為四路。</p><p>　　第一路為入塔主線氣，從塔底進入經催化劑筐與外筒的內壁間隙及中心管依次進入第二、第一層間換熱器（管內），與第二、第一催化劑床來的合成氣（管間）換熱后，溫度提到380℃入第一催化劑床進

42、行合成氨反應。反應后的氣體溫度為480℃進入第一層間換熱器（管間）與未反應的入塔主線氣(管內)換熱。冷卻到385℃入第二床繼續(xù)反應，出第二床反應氣溫度為440℃，入第二層間換熱器(管間)仍與未反應的入塔主線氣（管內)換熱，冷卻到355℃入第三床繼續(xù)反應，出第三床氣體溫度為430℃，氨含量約18.57%，從合成塔底部出塔至廢熱鍋爐E001入口。</p><p>　　第二路為一床副線氣，該路氣體在第一催化劑床入口處與

43、入塔主線氣匯合用來調節(jié)控制第一催化劑床入口氣體溫度。</p><p>　　第三路為二床副線氣，該路氣體在第一催化劑層間換熱器（管內）入口處與入塔主線氣匯合，用來調節(jié)控制第二催化劑床入口氣體溫度。</p><p>　　第四路為開車副線，供原始開車時催化劑升溫還原及正常開車催化劑升溫使用，以及非正常操作為合成塔維持塔溫使用。</p><p>　　出塔氣經廢熱鍋爐E001

44、回收熱量后，約269～280℃的氣體進入鍋爐給水預熱器E002進一步回收熱量后，溫度降至220℃然后進熱氣氣換熱器E003（管內）與入塔氣（管間）換熱，冷卻后溫度降至85℃又經水冷器E004冷卻至40℃，進入冷氣氣換熱器E005（管內）與高壓氨分離器V001來的冷氣（管間）換熱后溫度降至28℃，依次進入第一氨冷器E006、第二氨冷器E007，經第二氨冷器冷卻后的氣液相混合物-10℃，進入高壓氨分離器V001，冷凝下來的液氨在分離器中被分

45、離，并從底部出口經減壓閥減壓排至中壓氨分離器V002，而出高壓氨分離器V001的循環(huán)氣經冷氣氣換熱器E005回收冷量后進入合成氣壓縮機循環(huán)段，重復上述循環(huán)。另設塔后吹除，調節(jié)系統(tǒng)內氣體成分并且還可以供停車放空使用。</p><p>　　高壓氨分離器V001來的液氨經減壓后（-10℃、2.1 MPa）進入中壓氨分離器V002，從其底部出來的液氨產品經液氨換熱器E008回收冷量后（25℃、1.9 MPa）送往液氨球罐

46、儲存。</p><p>　　中壓氨分離器V002頂部出來的閃蒸氣減壓后送往無動力氨回收裝置進行回收。一氨冷E006、二氨冷E007所需液氨從冷凍裝置（氨壓縮機）提供，蒸發(fā)后的氣氨送冷凍裝置（氨壓縮機），形成閉路循環(huán)。</p><p>　　廢熱鍋爐所需鍋爐給水4.0 MPa由中壓除氧站提供，副產2.8 MPa中壓蒸汽送2.5 MPa中壓蒸汽管網。</p><p>&l

47、t;b>　　工藝流程圖</b></p><p>　　第三章 合成氨技術未來的發(fā)展趨勢</p><p>　　根據合成氨技術發(fā)展的情況分析，估計未來合成氨的基本生產原理將不會出現(xiàn)原則性的改變，其技術發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產成本、提高運行周期，改善經濟性”的基本目標，進一步集中在“大型化、低能耗、結構調整、清潔生產、長周期運行”等方面進行技術的研究開發(fā)。 </p&g

48、t;<p>　　大型化、集成化、自動化，形成經濟規(guī)模的生產中心、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。單系列合成氨裝置生產能力將從2 000 t/ d 提高至4000～5000 t/ d ；以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經接近了理論水平，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。 </p><p>　　①在合成氨裝置大型化的技術開發(fā)過程中，其焦點主要集中在關

49、鍵性的工序和設備，即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術、合成氣壓縮機。 </p><p>　　合成氣制備。天然氣自熱轉化技術和非催化部分氧化技術將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。Topsoe 公司和Lurgi 公司均認為ATR 技術是最適合大型化的合成氣制備技術，并推出了基于此的大型化制氨工藝技術。Texaco 、Shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術，為合成氣制備工藝的大型化進行技術準備

50、。 </p><p>　　合成氣凈化技術。以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝，有可能在合成氣凈化大型化中得以應用氨合成技術。以Uhde 公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑KAAP 工藝”，將會在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。 </p><p>　　合成氣壓縮機。針對大型化的合成氣壓縮機正在開發(fā)之中，以適用于未來產量可能高達3000～5000

51、 t/ d 甚至更高的裝置。</p><p>　?、谠诘湍芎暮铣砂毖b置的技術開發(fā)過程中，其主要工藝技術將會進一步發(fā)展。 </p><p>　　合成氣制備工藝單元。預轉化技術、低水碳比轉化技術、換熱式轉化技術。 CO 變換工藝單元。等溫CO 變換技術(以Linde 公司的等溫變換塔ISR 為代表，催化床層內裝U 型旁管或其他型式散熱設備，管內走鍋爐給水，逆向流動；控制反應床層溫度不超過250

52、 ℃，達到降低CO 之目的) ，低水氣比CO 變換技術。CO2脫除工藝單元。無毒、無害、吸收能力更強、再生熱耗更低的凈化技術。</p><p>　　氨合成工藝單元。增加氨合成轉化率(提高氨凈值)，降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量。開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結構更加合理的合成塔及其內件；開發(fā)低壓、高活性合成催化劑，實現(xiàn)“等壓合成”。 </p><p>　　以“油改氣”和“油

53、改煤”為核心的原料結構調整和以“多聯(lián)產和再加工”為核心的產品結構調整，是合成氨裝置“改善經濟性、增強競爭力”的有效途徑。 </p><p>　　全球原油供應處于遞減模式，正處于總遞減曲線的中點，預計到2015 年原油將出現(xiàn)自然短缺，需用其他能源補充。石油時代將逐步轉入煤炭(氣體)時代，原油的加工產品輕油、渣油的價格也將隨之持續(xù)升高。目前以輕油和渣油為原料的制氨裝置在市場經濟的條件下，已經不具備生存的基礎，以“油改

54、氣”和“油改煤”為核心的原料結構調整勢在必行；借氮肥裝置原料結構的調整之機，及時調整產品結構，聯(lián)產氫氣及多種C1 化工產品亦是裝置改善經濟性的有效途徑。 </p><p>　　潔凈煤氣化技術。以Texaco 水煤漿氣化和Shell 粉煤氣化為代表的潔凈煤技術、以及相應的合成氣凈化技術，將在“油改煤”結構調整中發(fā)揮重要的作用，并在大型化和低能耗方面將會取得重大的進展和實質性的突破。 </p><

55、p>　　天然氣制合成氣技術。天然氣自熱轉化技術、非催化部分氧化技術，以及相應的合成氣凈化技術，也將在“油改氣”結構調整中發(fā)揮重要的作用，并在大型化和低能耗方面將會取得重大的進展和實質性的突破。 </p><p>　　聯(lián)產和再加工技術。聯(lián)產氫氣和多種C1 化工產品及尿素的再加工技術亦將得到高度重視，并在與合成氨、尿素裝置的系統(tǒng)集成、能量優(yōu)化方面取得進展。 </p><p>　　實施與環(huán)

56、境友好的清潔生產是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產過程中不生成或很少生成副產物、廢物，實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產技術將日趨成熟和不斷完善。 </p><p>　　(4)提高生產運轉的可靠性，延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經濟性、增強競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產運轉率、延長運行周期”的技術，包括工藝優(yōu)化技術、先進控制技術等將越來越受到重視[15]。</p><p>

57、<b>　　結 論</b></p><p>　　合成氨是重要的化工產品，通過對合成氨設備、合成氨催化劑、合成氨新的生產工藝三方面的研究，大體了解了合成氨現(xiàn)階段國內外的最新技術和國內外技術發(fā)展的差距，而合成氨的未來發(fā)展趨勢的敘述為我國未來合成氨產業(yè)的發(fā)展提供了方向。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p

58、>　　[1 ] 蔣德軍. 現(xiàn)代化工，[J ] .2002 ，22 (6) :39 – 48. </p><p>　　[2 ] 蔣德軍，合成氨工藝技術的未來發(fā)展趨勢 [J] 現(xiàn)代化工，2005.</p><p>　　[3 ] 劉增勝. 大型氨合成塔的發(fā)展動態(tài).化肥工業(yè)，1994 </p><p>　　[4 ] 湖北化工設計院主．氨合成塔[M]．北京：石油化工出

59、版社，1977</p><p>　　[5 ] 劉增勝，李芳玲，王岱玲 等. 大型氨合成塔的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化肥工業(yè),2003,30（5）:6～8</p><p>　　[6] 王庭富. [J ] . 化工進展，2001 ，20 (8) ，6 – 8.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　三

60、年的讀書生活在不久即將劃上一個句號，而對于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學生涯在師長、同學的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，把我的敬意和贊美獻給黃永茂老師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的

61、思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導，經由您悉心的點撥，再經思考后的領悟，常常讓我有“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。還要感謝和我一同學習的幾位同學，是你們在我平時工作中和我一起探討問題，并指出我論文上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把論文順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結稿，在此表示深深的謝意。同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中