1、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、我国天然气制合成氨研究、开发、生产、消费现状生产、消费现状1PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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2PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1
2、.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 3PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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4PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述5PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述6PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用
3、技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述7PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.1 概述概述8PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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9PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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0.510-6，甚至0.110-6。2.2.1.1中温氧化
4、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10PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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11PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
5、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 7908201200水碳比 反应速度及防析碳 高 装置能耗 低 适宜值 催化剂12PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 对转化反应具有高的活性；选择性好；优良的几何形状；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13PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合
6、利用技术天然气综合利用技术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14PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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15PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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.
7、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16PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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17PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合
8、利用技术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+CO21010-6 O2110-6 H2O110-6 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18PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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+CO20.6%温升 3050 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19PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2 天
9、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20PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 35%CO2 0.21%出塔净化气 CO+CO2 99%回收率 5085%32PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.2
10、 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 33PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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：14MPa 氢气 纯度 99%回收率 7095%34PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天
11、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2832GJ/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 37.741.8GJ 35PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
12、生产技术应用及进展36PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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37PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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38
13、PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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39PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 40P
14、PT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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29.2731.4GJ（3）主要技术进展 钌基催化剂 挤出型催化剂 特点 高活性1020倍常规铁基催化剂 大比表面 转化效率比传统催化剂高1216%高耐毒性 强烈吸附氢 41PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
15、成氨生产技术应用及进展先进氨合成工艺（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 42PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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43PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 KR
16、ES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 44PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 480620 蒸汽/碳 3.33.8 转化出口温度 9251045 压力 3.0MPa 碳钢壳体，耐火衬里，外部水夹套 45PPT课件天然气综合利用技
17、术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 46PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 47PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综
18、合利用技术天然气综合利用技术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 48PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
19、展49PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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：110-6 水碳比：2.53.0 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 5075%过剩空气 热效率8292%热效率100%废热锅炉 高压蒸汽过热器 50PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术
20、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 1010-6 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 23个串联式绝热氨合成塔 燃气轮机驱动空气压缩机 51PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 入塔合成
21、气残余CH4含量低（约0.2%），氢氮比约2.98 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。一段转化炉负荷减小采用富气（30%O2）和调整两段转化负荷 全装置综合能耗为28.429.3GJ/t NH3。52PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 ICI-AMV节能型工艺 53PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技
22、术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ICI-LCA工艺 54PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 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 78MPa 55PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气
23、综合利用技术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 24.97106kJ 燃料天然气 10.8 106kJ 外供蒸汽 1.0t 外供电 51.5kWh 冷却水 193m3 精制水 2.15 m3 吨氨能耗28.69GJ56PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 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
24、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。57PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 1010-6 58PPT课件天然气综合利用技术天然气综
25、合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 7.8512.5MPa 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 59PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
26、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 60PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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61PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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（2530%）一段转化炉出口甲烷含量 0.9%
27、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 62PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 63PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 无高变、低变、脱
28、碳和甲烷化等工序 使用PSA装置的转化气净化系统 附加 洗涤装置回收CO2 工艺冷凝液直接送回绝热变换炉 工艺流程简单，总压降减少 最直接的制氨途径 全面简化传统工艺路线 易综合利用 64PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 65PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.
29、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 66PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 转化 一段水碳比2.5 侧烧式 变换 铜基催化剂 脱碳 物理方法 氨合成 双床层径向流反应器 阻力小 热能回收 余热回收 67PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利
30、用技术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 68PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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69PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
31、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 70PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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71PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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72PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气
32、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73PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 74PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术2.
33、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75PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 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 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 已有成熟技术优化组合 76PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
34、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=0.0230.14）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 77PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 压力等级 降压 氨的分离 低压下氨分离技术与能耗 78PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合
35、利用技术天然气综合利用技术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 79PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
36、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 80PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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（2025%）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81PP
37、T课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 82PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
38、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 83PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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。GHR工艺 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 84PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然
39、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 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。85PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 86PPT课件天然气综合利
40、用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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87PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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.
41、4.2.2 轴-径向变换炉 Casale公司 88PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 89PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
42、.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 90PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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-1：0.51.0%ACT-1：13%91PPT课件天然气综合利用技术天然气综
43、合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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 92PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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）93PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气
44、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）94PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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
45、催化剂 95PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术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96PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术97PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术烧嘴炉管炉管烧嘴烟道气烧嘴烧嘴炉管炉管炉管（a)顶部烧嘴炉(b)侧壁烧嘴炉（c)
46、梯台炉98PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术99PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术100PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术101PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术102PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术103PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术104PPT课件天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术天然气综合利用技术105PPT课件
