氨合成工艺技术的新进展
合成氨国际工艺技术
合成氨国际工艺技术合成氨是一种重要的化工原料，在农业和工业中有广泛的应用。
其生产工艺技术在国际上得到了长时间的研究和不断的改进。
目前，国际上主要采用的合成氨工艺技术包括哈伯–博仑斯（Haber-Bosch）法和贝礼法（Kellogg-Bel）法。
哈伯–博仑斯法是合成氨的传统工艺技术，也是目前最主要的工艺技术。
它是由德国化学家哈伯和博仑斯于20世纪初提出的。
该法是将氮气和氢气以高温高压的条件下通过络合剂进行反应，生成合成氨。
该法工艺相对简单，反应条件可调控性强，反应效率高。
然而，该法的能耗较高，对催化剂的要求较高，催化剂的失活也较快。
贝礼法是一种新型的合成氨工艺技术，也是目前工业化规模较大的工艺技术之一。
贝礼法是由美国化学家贝礼于20世纪30年代提出的。
该法与哈伯–博仑斯法相比，在合成氨的催化剂和工艺上有所不同。
贝礼法采用高压催化剂床，催化剂采用铁/铬复合氧化物。
该法具有催化剂活性高、催化剂失活慢、反应温度低等优点，能耗较哈伯–博仑斯法低。
在国际上，对于合成氨工艺技术的研究重点主要集中在提高反应效率、降低能耗和催化剂失活的问题上。
近年来，一些新型的催化剂和反应工艺被提出和采用，以期能更好地解决这些问题。
例如，一种基于银催化剂的工艺技术被提出，该技术能在相对较低的温度下实现高效的合成氨反应。
另外，一些研究者还尝试使用非传统的反应介质，如离子液体和超临界流体，以提高反应速率和效果。
总体而言，合成氨的国际工艺技术在不断发展和改进。
尽管哈伯–博仑斯法和贝礼法是目前应用最广的工艺技术，但随着科技的进步和对资源和环境的要求的不断提高，未来合成氨工艺技术的发展方向可能会更加多样化和绿色化。
相信随着技术的不断突破和创新，合成氨的生产将越来越高效、环保。
合成氨工艺技术的现状及其发展趋势
合成氨工艺技术的现状及其发展趋势合成氨工艺技术是一种重要的化工工艺，它在农业、工业以及能源等领域具有广泛的应用。
本文将介绍合成氨工艺技术的现状以及其发展趋势。
合成氨工艺技术主要有哈伯-博士过程、氨水法以及电解法等。
其中，哈伯-博士过程是最为常见和成熟的合成氨工艺技术，它是通过在高温高压条件下将氮气和氢气进行催化反应来合成氨气。
该过程所需的催化剂以及反应条件的优化对于提高合成氨产率和降低能耗非常关键。
氨水法则是通过在氨水中溶解空气中的氮气来合成氨气，该工艺技术相对简单，但能耗较高，因此在工业应用中较少使用。
电解法则是通过电解水来制备氢气和氮气，然后将其进行催化反应来合成氨气。
电解法相比于哈伯-博士过程能耗较低，但目前在工业上尚未得到广泛应用。
随着科学技术的不断发展，合成氨工艺技术也在不断进步。
目前的研究主要集中在提高合成氨的产率和降低工艺能耗上。
为了提高合成氨的产率，研究人员正在寻找更有效的催化剂，改进反应条件以及优化反应器的设计。
同时，通过改变催化剂的组成和结构，可以提高催化剂的活性和选择性，从而提高合成氨的产率。
此外，研究人员还在探索新的合成氨工艺，如光催化合成氨等，以期实现更低能耗和更高产率。
除了提高合成氨的产率，降低工艺能耗也是当前的研究重点。
工艺能耗的降低可以通过改进反应条件、优化反应器的设计以及改良催化剂等手段来实现。
此外，研究人员还在探索利用可再生能源和废弃物资源来替代传统的氢气制备方法，以进一步降低工艺能耗。
在未来，合成氨工艺技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面。
首先，随着对环境保护意识的提高，研究人员将更加注重合成氨工艺的环境友好性，努力开发低碳排放的合成氨工艺。
其次，研究人员将继续探索新的催化剂和反应条件，以提高合成氨的产率和选择性。
最后，随着能源资源的日益紧缺，研究人员将更加关注合成氨工艺的能耗问题，努力寻找新的能源替代品，以降低工艺能耗。
合成氨工艺技术是一项重要的化工工艺，它在农业、工业以及能源等领域具有广泛应用。
合成氨工艺的历史与技术突破
合成氨工艺的历史与技术突破合成氨是一种具有广泛应用的化学品，被广泛用于农业、化工、能源等领域。
其制备工艺经历了多年的发展与改进，取得了许多重要的历史与技术突破。
本文将探讨合成氨工艺的发展历程，并着重介绍其中的一些重要技术突破。
合成氨的历史可以追溯到20世纪初，当时科学家们发现通过将氮气和氢气在一定条件下进行反应，可以制备出氨。
然而，在当时的条件下，这一过程并不高效，需要消耗大量的能源和催化剂。
因此，研究人员开始寻找改进工艺的方法，以提高合成氨的产率和效率。
在20世纪20年代，德国化学家哈伯与英国化学家博什曼几乎同时提出了合成氨的工业化生产方法。
哈伯与博什曼独立研究出了一种将氮气与氢气在高温高压条件下催化反应的方法，这一方法即被称为“哈伯-博什曼工艺”。
这一突破奠定了合成氨工业化生产的基础，使得合成氨的产量大大提高。
然而，哈伯-博什曼工艺依然存在一些问题，比如催化剂的寿命较短、能源消耗大等。
为了克服这些问题，研究人员进行了进一步的探索与改进。
在20世纪50年代，英国科学家克劳德提出了一种新的催化剂，称为“铁-钼催化剂”，取得了良好的效果。
这一催化剂减少了催化剂的损耗，提高了合成氨反应的效率，使得合成氨的生产更加经济可行。
在20世纪末，另一个重要的技术突破出现了。
科学家们发现，在一定条件下，通过将空气中的氮气与氢气在电弧等离子体中进行反应，可以直接合成氨。
这一方法被称为“离子束合成氨技术”。
相比于哈伯-博什曼工艺，离子束合成氨技术更加环保，能源消耗更低。
然而，目前离子束合成氨技术仍处于实验室阶段，尚未实现工业化生产。
除了这些主要的技术突破之外，合成氨工艺在其他方面也有一些创新。
例如，催化剂的研究与改进、反应条件的优化、工艺流程的改良等。
这些技术突破的出现，不仅提高了合成氨的产量和效率，也减少了能源消耗和生产成本。
合成氨的工艺不断进步，为相关行业的发展提供了坚实的基础。
综上所述，合成氨工艺经历了多年的发展与改进，取得了许多重要的历史与技术突破。
合成氨工艺发展
③Braun公司的深冷净化工艺 针对传统天然气合 成氨流程中，燃料天然气消耗过大的问题，布朗
工艺采用了减少一段炉负荷、增大二段转化炉的
负荷的办法。由于二段炉采用绝热式催化反应器，
热效率高于一段转化炉效率，因此可以节省一段
转化炉的燃，必须添加过量空气以满足自热重整的需
后来在我国的川化和泽普的20万t/a装置上 使用，其工艺流程与经典的二段蒸汽转化
工艺相近。该工艺的特点是通过提高造气
转化压力，平衡一、二段转化炉负荷，改
进换热和冷量利用，减少合成回路循环比
和完善蒸汽系统等措施，使燃料消耗下降 50%，动力消耗降低23%，[wiki]冷却 [/wiki]水循环量下降37%，综合能耗下降 到28.4-30.0GJ/t。② Topsoe公司的低能 耗工艺 与凯洛格工艺不同，该工艺流程采
合成氨工艺发展
一：以煤为原料的[wiki]合成氨[/wiki]工艺。 各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。典型 的大型煤气[wiki]化工[/wiki]艺主要包括固定 床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化 工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。①固定床 碎煤气化 固定床碎煤加压气化，以鲁奇炉为代 表，是指一定粒度范围(5。50mm)的碎煤， 在1.0。3.0MPa的压力下与气化剂逆流气化的 反应过程。碎煤加压气化最先由德国 鲁奇公司
LCA工艺 1988年英国ICI公司提出了技术概念上 领先的合成氨工艺(LCA)。其主要特点是采用新 型的催化剂，一段转化水碳比为2.5。采用转化器 (GHR)代替结构复杂、体积庞大以[wiki]辐射 [/wiki]传热为主的一段转化炉，在转化器中，二 段转化气返回一段转化炉的表程提供一段转化炉 所需热量。采用水冷列管式变换炉代替传统流程 高、低变换炉。采用分子筛变压吸附工艺脱除过 量的氮以及[wiki]二氧化碳[/wiki]、一氧化碳、 甲烷及氩，流程中采用较少的传动设备，用电机 驱动机[wiki]泵[/wiki]。
合成氨工艺的现状及发展
［ 键 词 ］ 成 氨 关 合 中 图 分 类 号 ：ｓ ２
合 成 氨 装 量 的 结 构 调 整 （ ）“油 改气 ”天然 气 制 氨装 置 一 般采 用 蒸 汽 转 化技 术 ，但 一 采用此技术来 改造基于部分氧 化工艺 的重 油气化装置 ，则远不如采 用 天然气部分氧化 技术更为合 理 。采用天然气 部分氧化 技术，不仅可 以 利 用现 有 的气 化 炉 调 整 操 作 ，改 造烧 嘴 ，而 且 投 资 少 ，改造 难 度 小 ，改 造 周期短 ，总体 经济性好 ，另外，天然气 部分氧化技术 易于实现大 型 化，逐渐 为行业所公认 。 （ 二）“ 油改煤 ”煤气 化技术 的成 功商业化为合成氨 装置 的原料 结 构调整奠定 了坚 实的技术基础 。相关 的改造 内部包括 ：新建煤气化 部 分和 新建 合 成气 净化 部 分 。 （ ） 三 ”煤气化 ” 。成熟且有竞争力 的煤气化工 艺主要 为水煤气浆气 化煤煤气化 工艺，这两类煤气化工艺均是成熟 的，都有大 型专利 工厂。 水 煤 浆 气 化 工 艺 生 产 的 粗 合 成 气 己用 于 循 环 联 合 发 电 。 化 肥 ， 甲醇 等 生产 ， 粉 煤 气 化 工 艺 仅 用 于 循 环 联 合 发 电 ， 两 者 各 具 特 色 。 （ ） 合 成 气 净 化 ” 本 部 分 的 关 键 问 题 在 于 确 定 Ｃ０ 变 换 ， 四 ” 。 酸性气体脱 除，气 体精 制等工序的合理流程组合形式 。其 中 ｃ ０变换 工 艺 的选 择 是 合 成 气 净 化 工 艺 技 术 选 择 的 问 题 ，ｃ Ｏ变 换 工 艺 技 术 全 为 非 耐 硫 挛 我 和 耐 硫 变 换 ２种 ，而 这 ２种 变 换 工 艺 的 选 择 将 直接 影 响 后 续 酸性气 体脱除工序 ，气 体精制工序 的流程组 合。煤气化 的变 换气具有 硫 ，Ｃ０ 含 量 高，分 压大 的特 点 ，根 据变 换气 的工 艺条 件 ，采用物 理 吸 收 法 比较 有 利 。 ＝ ．合 成 氨 的 工 艺 流 程 （ ）原料 气 制备 。将 煤 和天 然气 等 原料 制 成含 氢 和氮 的粗 原 一 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 氮 。 （ ） 净 化 。 对 粗 原 料 进 行 净 化 处 理 ， 除 去 氢 气 和 氮 气 以 外 二 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 Ｃ ０ ，其 体 积 分 数 一 般 为 ｌ ２％ 一 ４ ０％ ，合 成 氮 需 要 的两种 组分 是 Ｈ。 Ｎ。 和 ，因此 需 要除 去合 成 气 中的 Ｃ ０。 （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 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 ，第一道工序是脱疏，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 变换是否彩和 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 ，常用的低温 甲醇洗法 ，聚 乙 二 醇 二 甲醚 法 等 。 （ 气 体 精 制 过 程 。 经 Ｃ 变 换 和 Ｃ０ 脱 除 去 的 原 料 气 中 尚 含 ３） ０ 少量残余 的 Ｃ ０和 Ｃ 为 了 防 止 对 氨 合 成 催 化 剂 的毒 害 ，规 定 Ｃ ０， ０ 和 Ｃ 总 量 不 得 大 于 １ Ｃ （ 积 分 数 ） 因 此 ， 原 料 气 在 进 入 ０ Ｍｓ ａ 体 ０ ／Ｍ 。 合成 工 序 前 ， 必 须 进 行 原 料 和 原 料 气 的 最 终 净 化 ， 即 精 制 过 程 。 （ ）氨 合 成 。 将 纯 净 的 氢 ，氮 混合 气 压 缩 到 高压 ，在 催 化 三 剂 的作用 下 合成氨 。氨 的合 成是 提供 液氮产 品工序 ，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 ％一２ ０％，故采 用 未 反应氢 氮 气循 环 的流 程 。 三 ．合 成 氯 的 值化 机 理 热 学 力计 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
合成氨原料气醇烃化净化精制新工艺技术
合成氨原料气醇烃化净化精制新工艺技术合成氨是一种重要的化学原料，在农业、化肥生产以及其他领域有广泛的应用。
合成氨的生产过程中，醇烃化是一个关键的步骤，它将醇类原料氧化成氨气。
然而，该过程中也存在着一些问题，如氨气纯度不高、能耗大和废水处理困难等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新的工艺技术，通过气醇烃化净化和精制的方法来改进合成氨的生产过程。
新工艺技术的主要步骤包括以下几个方面：首先，选择高纯度的醇类原料作为氨气的来源。
一般来说，乙醇和丙醇是合成氨生产中常用的原料，它们具有较高的氨气产率。
在这一步中，可以采用蒸馏等方法从原料中提取纯度较高的醇类化合物。
其次，将醇类化合物经过催化氧化反应得到氨气。
这个步骤的关键在于选择适当的催化剂和反应条件，以提高氨气的产率和纯度。
同时，还需控制反应中的温度、压力和氧化剂的使用量，以减少能耗和废水产生。
接下来，对产生的氨气进行净化处理。
在这一步中，可以采用吸附剂、膜分离或冷凝等方法去除气相中的杂质，如水、氧气和碳氧化物等。
通过这些净化手段，可以提高氨气的纯度，并减少对后续工艺步骤的影响。
最后，对净化后的氨气进行精制处理。
在这一步中，可以利用洗涤和吸附等方法去除氨气中的杂质，如硫化氢和二氧化碳等。
通过精制处理，可以进一步提高合成氨的纯度，并保证其达到工业生产的要求。
总的来说，合成氨原料气醇烃化净化精制新工艺技术为合成氨的生产过程提供了一种可行的改进方法。
该工艺技术通过选择高纯度的醇类化合物原料、优化催化氧化反应条件以及采用净化和精制手段，可以提高氨气的产率、纯度和质量，降低能耗并减少废水处理难题，从而实现合成氨生产过程的可持续发展。
合成氨是一种广泛用于农业、化肥生产和其他领域的化学原料。
目前，最常用的方法是通过醇烃化将醇类原料氧化成氨气。
然而，传统的合成氨工艺存在一些问题，如氨气纯度低、废水处理难题以及能耗较高。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新的合成氨原料气醇烃化净化精制工艺技术。
合成氨工艺技术的现状及发展趋势
合成氨工艺技术的现状及发展趋势摘要：本文首先阐述了我国合成氨工艺技术现状，接着分析了合成氨的工艺流程，最后对合成氨工艺技术的发展趋势进行了探讨。
希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：合成氨；工艺技术；发展趋势引言：合成氨催化技术是制作化工产品的主要技术，在生产制造氮肥、铵态化肥、硝酸化肥等产品中得到了十分广泛的运用。
在我们国家对化工产业提出了节能减排要求之后，合成氨催化技术也获得了更加有效的提升与完善，今后此项技术将会应用于更多的加工制造产业中。
1我国合成氨工艺技术现状最早的合成氨技术起源于20世纪初，那时合成氨技术主要是用于战争当中，因为炸药的原料之一就是合成氨。
现代的合成氨技术，则主要运用在农业和现代化学当中。
合成氨技术最早出现在我国，是在20世纪30年代。
那时，我国在合成氨工艺技术方面还比较落后，如今我国合成氨技术已经在全世界占有较高的地位。
在合成氨构成原料方面，我国掌握的种类也比较多，无论是利用无烟煤天然气还是油田等材料，都可以用来生产合成氨。
由于我国经济技术的不断发展，对于合成氨的需求量也日益增加。
同时，因为我国在合成氨工艺技术方面已经有较高的水平，所以目前合成氨的产量已经能够满足人们的日常生活需求。
在合成装置方面，因为我国引进的设备在世界领域中比较先进，所以在合成氨合成装置设备上，我国已经占有了绝大的优势，其也增强了我国在国际上的综合竞争力。
2合成氨的工艺流程分析2.1原料气的制取制作合成氨的原材料主要是天然气、重油、石脑油等。
不管是哪一种原材料都可以用来代表。
这些原材料在水蒸气和高温下形成将一氧化碳与氢作为主体的合成氨原材料气。
我们国家制作合成氨原料气的主要方式为煤气化法。
这种方法主要是利用氧、蒸汽以及其他汽化剂高温处理煤，促使其转变成一氧化碳和氢等可以燃烧的气体。
对气态烃类，工业中通常使用二段蒸汽转化法加工制造合成气。
重油部分的氧化法主要是将重油作为原材料，而气态烃类主要是不完全燃烧氧气，促使烃类在高温的作用下出现燃烧和裂解现象，出现的二氧化碳和水蒸气在高温的作用下和甲烷发生转化反应，进而取得将氧化碳和氢气作为主要原料的合成气。
合成氨催化技术与工艺发展探究
合成氨催化技术与工艺发展探究合成氨催化技术是一种将氮气与氢气在催化剂的作用下转化成氨的技术。
氨是一种重要的工业原料，广泛用于制造肥料、合成塑料和制药等领域。
本文将探究合成氨催化技术的发展历程和工艺特点。
合成氨催化技术最早在19世纪的德国被发现。
当时的研究者们试图通过电解氨水来制备氨，但是效率很低。
直到20世纪初，德国化学家弗里茨·哈伯和卡尔·博丁发现了铁催化剂对于氨合成具有良好的催化性能。
他们还发现高温和高压下反应速率更快。
这一发现标志着合成氨催化技术的正式诞生。
哈伯-博丁制氨方法的工艺条件非常苛刻，需要高温高压下进行反应。
这不仅增加了能源消耗，还使得设备的成本和维护费用很高。
随着工业的发展，人们开始探究新的催化剂和工艺条件。
20世纪40年代，英国科学家弗兰克-卡明斯和乔斯林-罗素发现钼催化剂在较低温度下仍能有效催化氨合成反应。
这一发现对于合成氨工艺的发展非常重要。
随后，研究人员又发现了一种由五金属（钒、镍、钼、钴、铁）组成的催化剂，可以在更低的温度下进行合成氨反应。
这种催化剂被称为五金属催化剂，成为了目前合成氨工艺中广泛使用的催化剂之一。
除了催化剂的发展，工艺条件的优化也是合成氨工艺发展的重要方向。
随着对工艺条件的不断研究和改进，人们发现调整催化剂与反应物的比例可以改善合成氨的产率和选择性。
还可以通过增加循环流化床反应器中催化剂的添加量来提高反应速率，减少反应时间，提高设备的产能。
当前，合成氨催化技术正处于新的发展阶段。
随着对催化剂的进一步研究，人们已经开发出了一系列更高效、更稳定的催化剂，如复合钼钒催化剂和钢铁废催化剂等。
这些新型催化剂不仅能够降低工艺温度和压力，还能够提高氨的产率和选择性。
随着环境保护意识的增强，人们对合成氨工艺的环境友好性要求也越来越高。
研究人员开始探索新的工艺路线，如非常规氨合成工艺、光催化合成氨工艺等，以减少或消除对环境的污染。
合成氨催化技术是一个不断发展的领域。
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化肥工业
第 5期
氨合成工艺技术的新进展
陈运根 刘华彦 孙 勤 程 榕 贾继宁 ( 浙江工业大学化工学院 杭州 310014)
摘要 阐述目前氨合成工艺技术的现状和发展趋势, 介绍了国内外氨合成工艺流程改进方面的新进展。 关键词 氨合成工艺 流程 进展
氨合成的工艺技术包括温度、压力、空速和入
-
铁催化剂
钌催化剂
Prism 或深冷法 Prism 或深冷法
不需要
冷箱
有
有
反应热回收 其它
副产蒸汽或
副产蒸汽或
预热锅炉给水 预热锅炉给水
组合式氨冷器, 4 级 组合式氨冷器, 4 级
副产高压蒸汽 2 级氨冷
副产高压蒸汽 2 级氨冷
副产高压蒸汽 2 级氨冷
副产高压蒸汽 2 级氨冷
表 2 氨合成工艺技术对比
轴向- 径向复合塔 由于国内中、小氮肥厂合成塔直径较小, 床层 气流均布设计难度较大。为了降低塔阻, 又要稳 定生产, 往往采取了先轴后径的轴径向复合结构。 南化研究院开发的多 层冷激- 间冷轴径 向 ( 即 NC 型) 合成塔就属此例, 在 1 000、 1 200 合
第 29 卷
化肥工业
U hde U hde 低能耗 前冷分氨流程
14. 0
氨合成塔型式 催化剂特点 弛放气回收
卧式径向层间换热 4 段径向热壁塔
绝热轴向 3 塔
S- 250 Casale 轴径向塔
( S- 200+ S- 50)
Uhde 3 床 2 塔
小颗粒高活性
铁催化剂+
各种高活性催化剂 ICI 74- 1 铁钴系 小颗粒高行冷激, 下绝
热层为径向结构。该内件在国内中、小氮肥厂普
13
第 29 卷
化肥工业
第 5期
遍使用, 效果良好。 安淳公司近年来又在 1 400、 1 600 合成塔
中采取三轴二径结构, 床层由上绝热层- 第二绝 热层- 第三绝热层- 冷管层- 下绝热层组成, 其 中后面几段为径向结构, 采取冷激- 分流内冷移 热。内件结构见图 1。
层间换热( 间冷) 式 该塔层间设置列管式换热器, 一般用入塔气 14
移热, 床层分成 3 段。国内最早是清华大学进行 过开发, 目前在用的 JR 型合成塔就属于这 种形 式[ 9] 。
由于层间采取间接冷却, 无冷激造成氨浓度 稀释的弊病, 氨净值较高。但层间设置换热器, 结 构有所复杂, 而且占据了一定的高压空间, 相应减 少了催化剂的装量。
单层绝热式 布朗合成塔 布朗合成塔 为热壁塔( 外壳设计温度 为 420 ) , 矮胖型, 内件为单层轴向催化剂床层, 无热交 换器, 在塔外设置高压废锅换热。该塔合成率高, 结构简单, 操作检修方便, 但对壳体材质和制造要 求较高。 Braun 流程一般为 3 座( 或 2 座) 塔与相应的 废锅组成合成圈[ 2] 。 ( 2) 径向塔 由于流体的阻力与行程成正比而与通道截面 积的平方成反比, 而径向塔大幅度缩短了行程、增 加了通气截面, 因此气体阻力可显著降低, 相应可 采用小颗粒催化剂。 大化肥中引进的 Tops e S- 100 型和 S- 200 型都是 2 段径向塔, 只是前者为层间冷激, 后者为 层间冷却。两者阻力降都很小, 间冷与冷激相比 氨净值更高[ 2] 。 节能型 Kellogg 卧式合成塔也属于径向合成 塔, 3 段径向床层, 层间采取间接换热, 其塔阻仅 0. 13~ 0. 20 MPa, 工艺指标较先进。 ( 3) 轴径向塔
图 1 JD- 2000 内件结构图
目前冷管型合成塔冷管层多为轴向结构, 大 直径塔冷管层也有改为径向的。 2. 2 绝热型合成塔
绝热型合成塔结构比冷管型塔简单、可靠, 而 且消除了 冷壁效应 。国外氮肥装置几乎都采用 这种塔型, 近年来国内也有不少中、小氮肥厂采用 了此种塔型, 开发的单位也不少。
冷激- 间冷复合式 对于 3 段床层的合成塔, 由于上层氨浓度低、 反应激烈、放热多、移热量大, 而下层则相反, 因此 采取先冷激后层间冷却移热, 能发挥 2 种移热方 式的长处, 理应是最佳组合。 国内五环公司和浙江工业大学都开发过这种 内件, 前者层间热交与主交为串联, 后者为并联。 2 种内件都在生产中发挥了效益。
很大, 而且直接影响到合成氨的动力消耗。降低 合成操作压力, 显然使高压机( 即合成气压缩机) 的功耗降低, 但却使循环机和冰机功耗增加。在 目前传统的铁系催化剂和工艺流程中, 当压力在 8. 0~ 30. 0 MPa 时, 总功耗( 高压机、循 环机和冰 机功耗之和) 较低且相差不多。
12
第 29 卷
为了增产节能, 国内外在不断研究和改进氨 合成的工艺技术, 目的是提高氨合成转化率、降低
天化、锦天化、中原、富岛等化肥厂各自选用国外 的新工艺, 均发挥出了良好的效益[ 2~ 3] 。上述先
合成压力、减少系统阻力、合理利用能量( 反应热
进工艺的特点和主要技术指标见表 1、表 2。
表 1 节能型氨合成工艺流程的技术特点
成塔, 主要型式有双套管、三套管和单管并流等,
20 世纪 70 年代以来又开发了 U 形管、单管折流、
XF- J、SCM、22AHC 和双层并联扁平单管并流 等[ 9] 。
( 1) 单管折流 内冷绝热型
单管折流式内件是浙江工业大学于 20 世纪
70 年代末开发的。由于该内件取消了上绝热层,
床层由冷管层和下绝热层构成, 故也称内冷绝热
297 676 270 750 553 800 261 800
合成/ 循环压缩机功率( kW) 12 100 9 937 8 700 12 463
氨冰机功率( kW)
5 300 1 963 5 045 2 002
催化剂床层空速( h- 1)
7 120 3 000 5 415 4 739
废锅副产蒸汽量( t/ h)
国内 开发 的 含 Co 催 化 剂 有 A201、A202Q、 NCA 等, 此 外还开发含 稀土 CeO2 为助催 化剂的 HG- 1( 即 A203) 型催化剂, 水平均与 74- 1 催化 剂相当。 1. 2 Fe1- xO 基氨合成催化剂
浙江工业大学于 20 世纪 80 年代开发成功的 A301 型低温低压氨合成催化剂是属于 Fe1- xO 即 维氏体体 系 的 氨 合 成 催 化 剂。 它首 次 改 变 了 Fe3O4 基的传统观念, 把铁系氨合成催化剂提高到 一个新水平, 是铁催化剂研究中的一项重大突破。 与国内外先进的同类型催化剂相比, 活性温度降 低了 15~ 20 , 生产能力提高 10% ~ 20% , 特别 适用于低压合成氨[ 4] 。A301 不含钴等贵金属, 大 幅度降低了生产成本。该催化剂已在国内中、小 氮肥厂推广应用[ 5] , 并出口俄罗斯用于大型合成 氨装置。
绝热型塔一般都采用多层结构, 按塔内气体 流向可分为轴向、径向、轴- 径向复合和轴径混流 等, 段间移热方式有冷激、间冷和冷激- 间冷复合 3 种, 国内均有使用[ 2, 9] 。
( 1) 轴向塔 该类型塔根据换热方式不同, 又可分为 4 种。
冷激式 我国大化肥引进的 Kellogg 塔和国内开发的 YD 塔都属于 4 段轴向冷激塔, 层间 3 次冷激。实 践证明, 此种塔型具有结构简单、操作弹性大、易 于控制、安装检修方便等优点, 但存在循环量大、 氨净值低、阻力降大的缺点。Kellogg 塔在我国大 化肥中使用较广, 目前不少塔已被改造为 Tops e S- 200 型或卡萨利( Casale) 轴径向塔。
项目
工艺流程特点 合成压力( MPa)
Ke llogg
节能型 Kellogg 后冷分氨流程
KAAP 后冷分氨流程
14. 5
10. 5
C. F. Braun Braun
后冷分氨流程 15. 1
ICI AMV 前冷分氨流程 8. 3~ 11. 5
Tops e Tops e 低能耗 前冷分氨流程
14. 0
我国浙江工业大学在钌基催化剂的研究中也
已取得了重要成果。
2 氨合成塔的创新 在相同工况下, 氨产量和氨净值的高低主要
取决于合成塔。对此, 国内外都进行了不少的研 究和开发, 开发出许多新塔型, 在生产中也发挥了 良好的经济效益[ 2] 。
2. 1 冷管型合成塔 国内中、小氮肥厂原基本上都采用冷管型合
化剂, 1979 年英国 BP 公司和 Kellogg 公司联合开 发并进行放大试验。结果表明, 在常压下该催化 剂比铁系催化剂的活性高 10~ 20 倍, 于 1992 年 命名为 KE- 1520 的钌基催化剂首次在加拿大的 Ocelet 氨厂应用。工业应用表明, 该催化剂 不仅 在高浓度下具有高活性, 而且稳定性也达到了期 望值, 预计使用寿命可达 15 年[ 8] 。使用 KAAP 工 艺和 KE- 1520 催化剂, 吨氨成本可比传统工艺降 低 2. 2~ 6. 6 美元, 节能 1. 22 GJ[ 1] 。目前已有 5 座合成塔使用钌基催化剂。
ZA- 5 型氨合成催化剂是继 A301 之后开发 的低温性 能更佳 的催化 剂, 即将在 大氮肥 中应 用[ 6] 。
预还原型催化剂具有许多优点, 是提高氨厂 总体经济技术水平的重要措施之一。亚铁基催化
剂也有预还原型技术, 并已投入工业化生产与工 业使用[ 7] 。
1. 3 钌基氨合成催化剂 1972 年 Ozaki 提出了 Ru- K/ C 非铁系钌基催
-
53. 22 45. 50 72. 80
虽然氨合成工艺技术已经达到了比较成熟的 水平, 但还在继续向深层次的方向发展, 其中包括 低温低压高活性催化剂的研制、高净值及低压降
的合成塔研究、各种节能型的氨合成工艺流程的 开发等。
氨合成工艺技术改造是一项系统工程, 需要 全方位的配合, 才能相得益彰。