合成-13-合成氨吨氨耗气量的计算

3
3
论文部分
2010年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司
4）各企业对煤气流量的统计位置不同，计算的方法也有所不同，有的则对脱碳后的净化气统计考 核。无论哪种考核方法，原理是相通的，目的是将“吨氨耗气量”降到最低限。
5 结语 各企业应该根据各自的工艺流程及各工段的运行指标，计算出最佳的吨氨耗气指标，并进行考核，
2）采用块煤制气时，半水煤气质量对吨氨耗气的影响较小，导致吨氨耗气升高的原因往往是脱碳、 铜洗岗位有效气体的损失。
3）半水煤气质量，对吨氨耗气量影响最大，包括氧含量的高低，直接影响有效成分的损失量，型 煤制气时，吨氨耗气升高的主要因素还是半水煤气质量下降。采用型煤或劣质煤制气时，设法提高半水 煤气的质量，是提高产量、降低消耗的关键点。
通过吨氨耗气量的计算，可分析煤气成分与吨氨耗气量的关系，以及各工段有效气的损失情况，为 分析合成氨消耗指标提供依据，可大大提高企业的精细化管理水平。下面就我公司全部采用型煤制气时 吨氨耗气量进行核算，以供参考。
造气炉
气柜 变换
压缩机
脱碳
CO2浓气
冰机
氨回收
合成
精炼
生活气柜
氢回收
我公司合成氨生产流程示意图
20.2
10
2.9
10
2.9
343.05
100
块煤制气
吨氨损失 H2 Nm3/tNH3
比例 %
96.6
38.7
21
8.4
39
15.6
73
29.2
10
4
10
4
249.6
100
1）这里要说明的是，所谓有效气体（或有效氢）的“损失”，针对合成工段来说，有的是排放到大 气中，有的则是回到系统中，凡是从气柜出来，而不能制成氨产品的，统称“损失”了。
反应式 摩尔数 kmol 体积数 Nm3
表1
1/2N2 + 3/2H2 = NH3
29.4
88.2 58.8
658.56 1975.68 1317.2
3.2 吨氨耗气量的计算 1）由氨合成的反应式，生产 1t 氨理论所需的原料气体积如表 1，即生产 1t 氨所需的纯 H2 量为
1975.68Nm3。下面主要通过计算各工段有效氢的损失来计算实际氢的消耗量。为方便计算，我们通过“插 入法”试算，先假设生产 1t 氨耗半水煤气量为 3500Nm3，则 60000Nm3/h 的半水煤气每小时产合成氨： 60000/3500=17.14t。
1
1
论文部分
2010年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司
民用燃料，氨罐弛放气采用净氨塔回收氨后直接送生活气柜。
3 吨氨耗气量的计算 3.1 基本参数
型煤制气时，气柜半水煤气中的 CO 含量在 24%左右，CO2 含量 12%～15%，CH4 含量 2.6%～3.9%，计 算时，以变换进口的半水煤气成分和流量为基准，半水煤气的总量按 60000Nm3/h 计。变换进口半水煤气 的成分如下：CO：22%；CO2：13.5%；H2：41%；O2：0.3%；CH4：3.0%。
193.79+21+39+69.26+10+10=2318.73Nm3。则吨氨耗半水煤气量：2318.73/0.63=3680Nm3/tNH3。以上计算 与我公司实际吨氨耗气量基本吻合。
9）计算误差。（3680-3500）/3500=5.1%，用“试算法”计算的误差在工业上是允许的。
4 各工段损失的有效气体的比例 采用以上计算方法，对我公司块煤制气时的吨氨耗气量也进行计算，结果列入表 2。
5）铜洗工段再生气中氢的损失。首先要明白一个问题，变换气中的少量 CO 气体，经过铜洗工段铜 液吸收后再生气全部送至气柜，使气柜出口半水煤气中的 CO 含量升高 1.5%左右。这部分 CO 相当于在“气 柜——变换——铜洗”之间循环，在变换的流量计中是“重复”计量的。变换、脱碳后净化气中的 CO 含量按 1.5%计算，则再生气中总的 CO 量为：60000×0.865×0.015=778.5Nm3/h。已知铜洗后再生气中 的 CO 含量为 50%，则再生气量为：778.5/50%=1557Nm3/h。再生气中，除其中 CO2 约 15%外，其余的为氢 氮气，约 35%，氢氮气中氢的比例为（75%），则氢总量为：1557×0.35×0.75=408.7Nm3/h，再生气中共 损失的有效氢（CO+H2）为 778.5+408.7=1187.2Nm3/h。吨氨在铜洗工段损失的氢：1187.2/17.14=69.26 Nm3/tNH3。注：采用醇烃化工艺时，因为没有再生气，该工段有效气体损失也就不存在了。另外，联醇
3）半水煤气中氧消耗的有效气体的量。变换进口的煤气中的氧含量为 0.3%，在变换炉内产生氧化 反应：O2+2H2=2H2O，根据方程式，1 分子氧气要消耗 2 分子氢，则损失的有效气体的量为 0.6%，60000 ×0.6%/17.14=21Nm3/tNH3。
4）MDEA 脱碳溶液中带出的氢氮气。半水煤气 60000Nm3/h，变换气中 CO2 含量按 25%计，产生的 CO2 量为 18750Nm3/h，CO2 气浓度一般为 96%或更低，其中，4%的惰性气为氢氮气（比例按净化气成分），18750 ×0.04=750Nm3/h，其中氢的含量为 75%，则脱碳损失的吨氨纯氢量：750×0.75/17.14=39Nm3/tNH3。注： 一、生产碳铵的工艺，要计算循环氨水的爆空损失，以及净化气带出的氨损失等；二、对于变压吸附工 艺，由于氢损失较大，要根据实际测定的情况计算 CO2 浓气中带出 H2 的量。
2）合成放空气量的计算。合成放空气量的大小与半水煤气的 CH4 含有关，CH4 含量高，则放空量大。 半水煤气中的 CH4 含量为 3.0%，则根据惰性气“守恒”原则，净化气的体积比半水煤气体积小 13.5%左 右（其中 CO2 的量），则净化气中的 CH4 含量为：60000×0.03/(60000×0.865)=3.4%。实际测定时，合成 补充气的 CH4 含量在 2.4%～3.4%左右波动，考虑前工段气体损失，以及实测数据，合成补充气的 CH4 含 量按 3.2%计算。经测定合成“两气”：塔后放空气（有氢回收装置）和氨罐弛放气混合后（以下称“尾 气”）CH4 含量为 25%左右。设合成尾气的量为 X，则根据 CH4 量守恒原则：60000×0.865×0.032=X×0.25， 求得 X=6643.2Nm3/h。已知合成尾气中的 H2 含量为 50%，则生产 1t 合成氨由合成尾气中损失的氢总量为： 6643.2×0.5/17.14=193.79Nm3/tNH3。
论文部分
2010年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司
合成氨吨氨耗气量的计算
薛永林 甘肃金昌化学工业集团有限公司
1 计算吨氨耗气量的意义 我们知道，采用固定床煤气炉（块煤）制取半水煤气时，吨氨耗气量在 3300Nm3 左右，对于天然气
或焦炉气为原料制合成氨时，吨氨耗气量则为 1800Nm3 左右，那是因为与原料气的有效气体成分有关， 并由所采用的净化、合成工艺决定的。近年来许多以煤头为原料的合成氨厂，逐步采用型煤或劣质煤制 气，半水煤气的成分也发生了一些变化，加之后工段工艺的改造，吨氨耗气量随着变化。特别是采用劣 质原料煤制气时，半水煤气中的 CO2 含量升高，CO 下降，CH4 升高，导致吨氨耗气升高。
2
2
论文部分
2010年全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司
工艺中生产的产品粗醇要计入产量。 6）自用氨的损失。自用氨的量为 0.5%，则每生产 1t 氨损失的纯氢量为 10Nm3。 7）其它损失。压缩机回气(回入系统)、分析样管损失、碳化氨水损失、冰机、合成油污排放氨损
失等，估算损失纯氢量按 10Nm3 计算。 8）合计 1t 氨所需的纯氢量。由以上各工段计算，每生产 1t 氨实际消耗的纯氢量为：1975.68+
注：粗实线为气体的主流程，虚线、细实线为回气或有效气体的放空流程
图1
2 工艺流程 吨氨耗气量的高低，不仅与半水煤气的成分有关，还与生产工艺有关。我公司合成氨生产的主要工
艺如图 1。目前全部采用型煤制气，气柜出口煤气经罗茨机加压后经过除焦、脱硫送压缩机一进，三段 出口压力 2.0MPa，送中串低变换、MDEA 脱碳，净化气经压缩机加压到 12.5MPa 送铜洗精制，再加压到 30MPa 合成氨。铜洗工段再生气回罗茨机进口。合成塔后放空气采用膜提氢后送生活气柜，用作锅炉和
表 2 型煤/块煤制气时，吨氨耗气量及各工段气体损失情况比较
比较项目
型煤制气
块煤制气
CO
22
25
变换进口
CO2
13.5
8
半水煤气成分
H2
%
O2
41ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
40
0.3
0.2
CH4 变换进口半水煤气量 Nm3/h
3.0 60000
1.4 60000
合成氨产量 t/d
391
420
吨氨耗气量 Nm3/tNH3
3680
3423
有效成分损失因素
合成放空气(造气有效成分及惰性气成分影响） 半水煤气中的氧含量 脱碳 CO2 浓气带走 再生气回气 自用氨损失 高压机回气及泄漏、取样管、设备内漏、排油 水（冷凝水）等带出的损失 合计
型煤制气
吨氨损失 H2 Nm3/tNH3
比例 %
193.79
56.5
21
6.1
39
11.4
69.26
作为生产管理的重要依据。
4
4