煤制合成氨工艺
将原料煤经过粉碎处理后送入气化炉气化,制成含H2和CO等组分的煤气,然后,采用各种净化方法,除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质,以获得符合氨合成要求的洁净的1:3的氮氢混合气,最后,氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上,借助催化剂合成氨。工艺步骤大致可以分为造气、净化、变换、合成氨几个部分。
1造气净化工段
原料煤再气化炉内与载氧剂发生不完全氧化反应,生成以CO、H2、H2S、CH4为主要成分的合成气。目前多用气流床气化炉,主要是壳牌气化工艺或德士古气化工业(详细情况小七在《德士古与壳牌之争,谁料独霸煤气化领域》中以做过介绍,想了解的七友可以搜索看一看)。
固定床气化炉,鲁奇或BGL因为合成气中甲烷含量较高,多用于同天然气联产工艺。合成气经过脱硫回收硫磺处理后,送入合成气变换工段。
2合成气变换工段
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%~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。变换反应如下: CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ[2] 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0.3%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。
3变换气精炼
工艺气中还含有少量的CO和CO2。但即使微量的CO和CO2也能使氨催化剂中毒,因此在去氨合成工序前,必须进一步将CO和CO2脱除。有公司采用的方法为醋酸铜氨液洗涤法,铜洗后的工艺气体中的含量将至25ppm以下。醇后气体由铜洗塔底部进入,与塔顶喷淋的醋酸铜氨液逆流接触,将工艺气中的CO和CO2脱除到25ppm以下,经分离器将吸收液分离后送往压缩机六段进口。铜氨液从铜洗塔经减压还原、加热、再生后,补充总铜、水冷却、过滤、氨冷后经铜氨液循环泵加压循环使用。
4氨合成工段
变换气与氮气在氨合成塔内混合,使氢氮比2.8-2.9,温度控制在500摄氏度左右,压力不小于15Mpa,在铁催化剂的作用下,完成合成氨反应。
工艺条件优化合成氨工段以压力来区分,70Mpa以上的高压合成法,20-50Mpa的中压合成法,10Mpa以上的低压合成法。原则上压力越高,转化率越高、反应速率越快。但是受设备压力的限制,国内一般采用低压合成法。氢氮比理论值为3,为了加大反应速率及转换率,一般采用氮气过量。
合成氨生产安全事项
液氨泄露液氨易腐蚀、易挥发,合成氨项目中将存有大量商品液氨,必须做好应急预案。
应急预案a)当班人员立即向值班调度、消防值班和车间主任报告;
b)班长迅速查明事故发生源点,组织切断危险源,防止事故扩大;
c)立即投用氨罐围堰事故喷淋水,阻止氨气的四处扩散,检查并关闭氨罐围堰的排水阀,防止氨水的排出;
d)班长立即组织人员清点搜救,对中毒者进行人工呼心脏复苏等紧急抢救,设立临时警戒,疏散事故区域无关人员;
e)通知停止现场一切明火作业,所有电器设备和照明保持原来状态,机动车辆就地熄火;
f)如泄漏部位氨气弥漫能见度低,无法接近事故源,必须在消防救护队人员配合下进行处理。
氢氮气泄露氢气热值高,爆照极限大,着火点低,必须格外注重氢气防火。
蒸汽烫伤工段中多出需要高压蒸汽传热,严防蒸汽烫伤,不多说化工人都懂。