以煤为原料的合成氨工艺选择
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煤化工合成氨的工艺气化工艺各有千秋1.常压固定床间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一,其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气,要求原料为?准 25~75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重,属于将逐步淘汰的工艺。
2.常压固定床无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8~10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合用于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。
3.鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤,要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性,适用于生产城市煤气和燃料气。
其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右,甲烷含量约10%左右。
焦油分离、含酚污水处理复杂,不推荐用以生产合成气。
4.灰熔聚煤气化技术中国科学院山西煤炭化学研究所技术。
其特点是煤种适应性宽,属流化床气化炉,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。
可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦,投资比较少,生产成本低。
缺点是操作压力偏低,对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。
此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5.恩德粉煤气化技术属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料煤不粘结或弱粘结性,灰分<25%~30%,灰熔点高、低温化学活性好。
在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉,已投产的有16台。
属流化床气化炉,床层中部温度1000~1050℃。
目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。
缺点是气化压力为常压,单炉气化能力低,产品气中CH4含量高达1.5%~2.0%,飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。
煤制氨工艺流程
煤制氨工艺流程简述如下:
首先,通过气化装置将煤炭转化为含氢和一氧化碳的合成气(主要成分为H2、CO和少量CH4、CO2等)。
接着,合成气经过净化步骤去除杂质如硫、氮化合物及粉尘等。
随后,进行变换反应,将部分CO转化为H2,以获得富含氢气的气体。
再通过深冷分离或变压吸附技术提取高纯度氢气。
最后,在合成塔内,利用铁系催化剂在高温高压条件下使氮气与氢气发生哈柏法反应生成氨气(NH3),经冷却、分离后得到液氨产品。
整个过程需严格控制温度、压力和化学平衡,确保氨的高效合成和设备安全稳定运行。
以煤为原料的合成氨工艺煤合成氨工艺的核心问题是制备纯净的氢气,而制备纯净的氢气,就涉及到脱硫脱碳工序!含硫、含碳的气体,都是酸性气体!C+H2O(水蒸气)=CO+H2(水煤气法)CO+H2O=CO2+H2拥有氢气与氮气,即可制得氨。
氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵),进一步脱水生成尿素!2NH3+CO2==COONH2NH4(放热),COONH2NH4==CO(NH2)2+H2O(吸热)。
尿素加热分解可以制成三聚氰胺6CO(NH2)2==C3N3(NH2)3 (三聚氰胺)+3CO2+6NH3。
工艺流程(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
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气。
(2)净化对粗原料气进行净化处理,除去氢气和氮气以外的杂质,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CO,其体积分数一般为12%到40%。
合成氨需要的两种组分是H2和N2,因此需要除去合成气中的CO。
变换反是:CO+H2O→H2+CO2 =mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热,并控制变换段出口残余CO含量。
第一步是高温变换,使大部分CO转变为CO2和H2;第二步是低温变换,将CO含量降至%左右。
因此,CO变换反应既是原料气制造的继续,又是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件。
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,为了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,第一道工序是脱硫,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采用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,常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
合成氨工艺控制方案总结一合成氨工艺简介中小型氮肥厂是以煤为主要原料,采用固定层间歇气化法制造合成氨原料气。
从原料气的制备、净化到氨的合成,经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。
工艺流程简图如下所示:该装置主要的控制回路有:(1)洗涤塔液位;(2)洗涤气流量;(3)合成塔触媒温度;(4)中置锅炉液位;(5)中置锅炉压力;(6)冷凝塔液位;(7)分离器液位;(8)蒸发器液位。
其中触媒温度控制可采用全系数法自适应控制,其他回路采用PID控制。
二主要控制方案(一)造气工段控制工艺简介:固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料,周期循环操作,在每一循环时间里具体分为五个阶段;(1)吹风阶段约37s;(2)上吹阶段约39s;(3)下吹阶段约56s;(4)二上吹阶段约12s;(5)吹净阶段约6s.l、吹风阶段此阶段是为了提高炉温为制气作准备的。
这一阶段时间的长短决定炉温的高低,时间过长,炉温过高;时间过短,炉温偏低并且都影响发气量,炉温主要由这一阶段控制。
般工艺要求此阶段的操作时间约为整个循环周期的18%左右。
2、上吹加氮制气阶段在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。
空气的加入增加了气体中的氮气含量,是调节H2/N2的主要手段。
但是为了保证造气炉的安全该段时间最多不超过整个循环周期的26%。
3、上吹制气阶段该阶段与上吹加氯制气总时间为整个循环的32%,随着上吹制气的进行下部炉温逐渐下降,为了保证炉况和提高发气量,在此阶段蒸汽的流量最好能得以控制。
4、下吹制气阶段为了充分地利用炉顶部高温、提高发气量,下吹制气也是很重要的一个阶段。
这段时间约占整个循环的40%左右。
5、二次上吹阶段为了确保生产安全,造气炉再度进行吹风升温之前,须把下吹制气时留在炉底及下部管道中的半水煤气吹净以防不测,故进行第二次上映。
这段时间约占7%左右。
6、吹净阶段这段时间主要是回收上行煤气管线及设备内的半水煤气。
约占整个循环的3%。