合成氨生产过程中天然气消耗状况的诊断与调整

教务一体化系统

(11宜宾学院化工系，宜宾644007； 21四川理工学院化学系，自贡643033 )摘要以：合成氨生产两段转化工艺流程为研究对象，分析和诊断了现有系统的天然气消耗情况，提出了低天但是，煤气消费的调整方案。 一、通过调整两段转化炉负荷，改造原转化系统等，将吨氨燃料天然气消费量从现有的350m3降低到150m3左右，吨氨总天然气消费量从1060m3下降到840m3实现了节能和环保的双重效果，显著降低了合成氨的生产成本。关键词：合成氨天然气； 节能； 转换过程图分类号： TQ 11312文献标识码：B文章编号：100129219652005652062352030前言以天然气为原料的合成氨生产，消耗天然气

总能耗的70 %，总成本的50 %[1 ]，特别是1在段变换中，天然气的30 %以上被用作燃料，造成了浪费获得了资源。 因此，在合成氨生产过程中，合理使用天然搞好燃气、转化工段余热利用，降低燃料天然气消耗消耗，降低合成氨成本，节约能源，减少污染，重需要现实的意义。本文选择了两级变换过程作为研究对象进行了分析现有系统的天然气消费状况，呈现出不合理的转变设备和流程。 在此基础上提出了调谐方案，对原转改造系统，调整一、二段炉负荷，收到

取得了良好的效果，实现了节能和环保的双重效果，合成了氨生产成本明显下降。1现有二级变换工艺的天然气消耗状况的诊断和改善

11天然气消费诊断

目前国内合成氨天然气蒸汽两段变换工艺流程过程如图1所示[2 ]。

可见天然气有原料和燃料两种用途。 从根本上就天然气消费而言，各工厂的情况差不多，已经接近理论用量。 因此，变换系统的天然气消费量主要燃料气体上。 脱硫后的天然气首先在转化炉在管路中进行转化，总反应式为：ch42h2o(g )=CO2 4H2 H298=165110kJ/mol，该反应是强吸热反应，且在高温条件下

因为会产生，所以需要提供大量的热量。 传统的炉子在外热式中，转换所需的热量通过管外天然气的燃烧反应提取供给，即直接加热。 然后，在两段炉中通入空气，得到氨在合成所需N2的同时，燃烧一部分H2引起大量反应热量满足剩余甲烷的深度转换，富余热量进入锅炉产生蒸汽。 显然，燃料天然气的消费主要是一个换向炉，其多寡完全取决于换向炉的负荷。 负荷大，转化反应所需热量高，燃料天然气消耗多； 相反，变换反应所需热量低，燃料天然气消耗少。12钴钼加氢反应器； 22氧化锌脱硫器； 32对流段42一级变换炉；2两段变换炉； 62第一废热锅炉； 72第二废热锅炉； 82鼓； 92个子锅炉；

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图1天然气蒸汽转化工艺流程

fig 11 processflowofsteamreformingofnaturalgas天然气(CH4作为氨制造原料，要求尽可能地进行转化

完全地。 另外一方面，甲烷在氨合成过程中是惰性气体，存储在合成电路中，有害无利。 因此，使气体转化残留甲烷的含量必须足够低。 在传统生产中，一、二级周转气体中残留甲烷的含量(体积分数)分别为10 %

015 %控制，其燃料天然气消费量为350Nm3/tN H3左第六期开市等：合成氨生产过程天然气消耗情况诊断与调整53右边。 实际上，企业管理的一、二级转化炉的负荷比这个还大个高，消耗的燃料天然气也超过350Nm3/tN H3，占天然气总消费量的33 %以上。12转换过程存在的问题及改进11211转换过程问题

现有的转换过程已经考虑到了馀热的二次利益用炉烟道气体等额外的热量加热原料和锅炉供水，二级转化气的馀热用于产生高压蒸汽，但仍存在不合理之处：)一段转化炉负荷过高，所需热量增加，

天然气的消费量增大。 由能量平衡计算可知，炉的一段出口气体中甲烷含量每上升10 % (体积分数)，就可以节约天然气20 Nm3/tN H3左右。 现在在生产上10 %有上升空间，燃料天然气有节约的可能性。)外热式一级变换炉，体积大，结构复杂，价格高品格高尚。 其转化过程所需的热量完全被天然气燃烧供给，天然气的30 %以上作为燃料消耗，是原因资源的巨大损失。 两段炉高温出口气体供给的热量来源，在满足自身需求后，还有很大的余地，传统流程将其放入锅炉产生蒸汽，又造成热能的巨大浪费。很明显，这些都是不合理的，必须加以改造。11212转换过程的改进1121211调整一、二级转化炉负荷进一步降低转化炉负荷，缓解出口甲烷含量，比较甲烷往往转移到两段炉中转化。 放入过二段转化炉称量空气，与H2和甲烷作用产生大量的反应热，装满该炉中大量残留甲烷的深度转换所需的热量。 同时甲烷化工序后设置深冷分离装置，去除多余物品得到的N2和高纯度的氢气。 这样转化一段通过在比以往工艺低的反应温度下操作而减少燃料气体消耗。 增加了除N2以外的净化分离装置由于放置、投资增加、动力消耗增大，转化炉负荷不能太低。 通常，使一段炉含有甲烷含量(体积分数)由原来的10 %提高到30 %左右，出口两段炉将甲烷含量缓和为1 %~115 %时，可以得到良好的效果水果。1121212重整炉

采用新开发的热交换式转换炉，实现了进一步的转换在该炉中进行，向管内填充催化剂，使管外热源达到二级炉的高度供给温出口气体，不再以直火加热方式供给，从根开始本上避免了燃料、天然气的消耗。 当然受到CH4的深度转换的热量消耗和H2/N2比的限制，两段炉的高温旋转可用热量有限，无法满足转化炉的需求拜托了。 因此，外热式和热交换式转化炉并用，即采用将外热式一级转化炉和热交换式一级转化炉并联再串联联二段转化炉转化技术(简称双一段炉转化)，在在保证甲烷深度转化指标的前提下，通过一级堆载优化甲烷转化程度，达到燃料天然气消耗最少的目的。 其工艺流程如图2所示。1 -外热式一级变换炉； 2 -换热式一级变换炉；3 -二级变换炉

图2天然气两段炉转化工艺简图

fig 12 schematicdiagramoftheprocesswithdouble修复

四川自贡某化工集团于2003年率先运用了该技术手术改造了6万t/a合成氨装置。 以原外热式在一段炉外并联了3万t/a能力的热交换式转换炉子；

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Nm3

总天然气Nm3耗电量kwh蒸汽t

改造前350 1060 856 0改造后150 840 830 0162技术———经济性分析211转化炉负荷的调整

进一步降低转化炉的负荷，出口甲烷含量(体积)分数)从以往的10 %上升到30 %。 通过除去过剩N2根据需要在原系统中增设分离装置。 改造后的氨天然气消费量减少约40Nm3，取决于天然气市场价格01737元/Nm3，氨产能6万t/a计算，可降低63天然气化工2005年第30卷成本176188万元/a。

新的深冷分离装置费用估计在200万元左右右，新的动力消费量估计为50万元/a，该方案回收投资收获期仅为114年。212转化炉改造

根据二级变换气体高温热源有余量的特点，进行采集外热式一级变换炉和热交换式一级变换炉并联双部分天然气进入换热式转化炉的炉转化工艺内转，其热源由二级高温出口气体的富馀热源供给，省去了传统工艺的天然气燃烧反应，节约吨氨节约燃料天然气200 Nm3，吨氨天然气总消费量下降了220 Nm3。改造后节约用电26kWh/tN H3，新增蒸汽消耗量016t/tN H3。 天然气市价01737元/Nm3，电价0138元/kWh，汽价54元/t，产氨能力9万t/a计算，吨氨成本下降13917元，全年节约125713万元。 另外，改造后，增加合成氨生产能力3万t/a，按液氨市价按1850元/t计算，新增销售额5550万元/a，扣除综合合成本3750万元/a，每年新增经济效益1750万元。新型换热式一级变换炉和其他系统改造总费用335218万元，该方案投资回收年限为111年。3结论对合成氨工业的生产现状，进行了两级转换工艺是研究对象，天然气对现有系统的消耗情况进行了情况分析和诊断，提出了降低消耗的调谐方案。调节一、二级转化炉负荷，可节约燃料天然气

40Nm3/tN H3，降低成本29148元/tN H3。 更进一步造转化炉，采用两段炉转化技术，吨氨节约燃料日

但煤气为200Nm3，吨氨生产成本进一步降低13917元。天然气消费的下降减少和降低了烟道气体的排放减少环境污染，实现了节能和环境保护的双重效果。参考文献[1 ]潘连生.关于化工发展的探讨[ M ] .北京：化工行业出版社，1999. 135

[2 ]陈五平.无机化工工艺学[ M ] .上册(第三版) .北京：化学工业出版社，2000.7210，39，237

examinationandoptimizationofnaturalgasconsumptioninsynthesisammoniasystemZHA N G Kai2shi1、ZEN G Feng2chun2

(11 departmentofchemistryandchemicalengineering，Yibing University，Yibing 644007，China；21Department of Chemistry，sichuaninstituteofscienceandtechnology，Zigong 643033，China )abstract 3360 thenaturalgasconsumptionintheexistingsynthesisammoniasystemisdiagnosedandtheoptimizedplansareproposed.theoptimizedplanshavethedoubleadvantageofbeingenergysavingandbeneficialtotheenvironment.through the optimization，theconsumptionofnaturalgascandecreasefrom1070 nm3/TN h3to 840 nm3/TN H3 andthecostcanbereducedevidently。Key words : synthesis ammonia； 火影忍者； 能源转换； 修改流程新闻简报

采用新的溶剂捕集减少二氧化碳排放量

根据实验室试验巳，使用新溶剂从电厂排出的物品中脱离除CO2外，具有耐久性和能耗少的优点。 这种溶剂是巴斯丈夫公司与欧盟“捕集和储存CO2”开发项目小组其他成员共同开发。 第一次试验中将单乙醇胺(MEA )作为参比溶剂。 用于捕集CO2溶剂的重要点是减少脱离关于CO2所需能量，如果所需能量过高，则电厂的电力产量会减少称量。 例如，燃煤电厂使用普通的MEA溶剂捕集CO2时，就会发出头发减少45 %~30 %的电量。 (ECN，2005 - 11 - 29 )第六期开市等：合成氨生产过程天然气消耗情况诊断与调整73