天然气制合成氨ppt课件.ppt
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1、第第2章章 天然气制合成氨天然气制合成氨2.1 概述概述2.2 天然气制合成氨的技术概况2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展2.4 天然气制合成氨技术新动向2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、生产、消费现状3/22/20231第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1 概述概述氨3/22/20232第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值
2、的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1.1全球合成氨（氮肥）工业发展历程 基础原料 哈伯-布什法 2.1 概述概述克劳德 卡萨里 3/22/20233第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1.2全球合成氨的生产和需求现状 2.1 概述概述3/22/20234第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1 概
3、述概述3/22/20235第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1 概述概述3/22/20236第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1 概述概述3/22/20237第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增
4、值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.1 概述概述3/22/20238第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/20239第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.1天然气精脱硫 硫化物脱除至0.510-6，甚至0.110-6。2.2.
5、1.1中温氧化锌精脱硫 氧化锌为主体 助剂如氧化镁或氧化铜等 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202310第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.1.2加氢转化串接氧化锌精脱硫 噻吩、硫醚等 加氢转化为H2S 以氧化锌脱除剂除去 钴钼系催化剂 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202311第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间
6、变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.2天然气转化制合成气 关键两段转化 蒸汽转化 不完全燃烧 2.2.2.1工艺条件 压力 热力学 低压 装置能耗 高压 较高压力 温度 反应 1000 装置能耗 炉管材质 两段转化 7908201200水碳比 反应速度及防析碳 高 装置能耗 低 适宜值 催化剂3/22/202312第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有
7、资金的时间价值2.2.2.2 催化剂 对转化反应具有高的活性；选择性好；优良的几何形状；要有足够的使用寿命 蒸汽转化催化剂 镍 难熔耐火氧化物 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202313第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.2.3转化炉 一段转化炉 二段转化炉辐射段对流段顶烧炉 侧烧炉 梯台炉上部有均相燃烧空间固定床绝热式催化反应器2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202314
8、第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.2.4工艺参数 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202315第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值低温变换 2.2.3 CO变换 2.2.3.1 CO变换催化剂 高温变换 铁系催化剂 Fe2O3 Fe3O4 Cu-Zn-Al催化剂
9、Cu-Zn-Cr催化剂的 2.2.3.2 CO变换的工艺条件 压力 温度 水气比 加压 反应初期 高 反应后期 低 4 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202316第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.4 合成气中CO2的脱除 化学溶剂法 物理溶剂法 化学物理溶剂法 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202317第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动
10、的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.5 合成气中微量碳氧化物及其他组分的脱除 CO+CO21010-6 O2110-6 H2O110-6 甲烷化 分子筛 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况3/22/202318第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2.5.1 甲烷化 CO+CO20.6%温升 3050 镍 2.2 天然气制合成氨的技术概况天然
11、气制合成氨的技术概况3/22/202319第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况2.2.5.2 Braun深冷净化合成气 分子筛脱水深冷净化压缩3/22/202320第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术
12、概况2.2.5.3 其他净化方法 中小型合成氨装置 乙酸铜氨溶液洗涤法 乙酸铜氨溶液 可再生 进铜塔原料气 CO 35%CO2 0.21%出塔净化气 CO+CO2 99%回收率 5085%3/22/202332第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（3）深冷法 氢气 流程较长，操作复杂、能耗较高 氢气回收率 90%生产氩、氖等稀有气体 3/22/202333第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合
13、合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.2 天然气制合成氨的技术概况天然气制合成氨的技术概况（4）贮氢合金法 利用某些合金（如钛系、稀土系和镁系贮氢合金）在一定条件下可以选择吸收氢的特性将其从弛放气中分离出来。操作压力：14MPa 氢气 纯度 99%回收率 7095%3/22/202334第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨
14、生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展消耗大量的能源 总能耗2832GJ/t氨 2.3.1 典型工业化合成氨工艺2.3.1.1 Kellogg公司节能工艺 蒸汽轮机驱动的离心式压缩机 单系列、大型化和低能耗，总生产能力约占世界合成氨总生产能力的50%以上。不足装置的原材料和动力消耗大受供气条件的影响也很大 开停车频繁 吨氨能耗高 37.741.8GJ 3/22/202335第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（1）基本工艺过程 2.3 天
15、然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展3/22/202336第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值（2）主要工艺特点 转化压力提高减轻一段蒸汽转化炉的负荷加大二段转化炉的负荷 空气采用烟道气预热 适当降低转化出口气温度 汽轮机驱动的空气压缩机新型的浮头式换热器 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展3/22/202337第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，
16、资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值脱碳 Selexo法工艺 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展3/22/202338第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值甲烷化后的合成气采用分子筛干燥净化 可直接送入氨合成塔 CO+5/2H2 CH4+H2OCO2+3H2 CH4+2H2O2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展
17、3/22/202339第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展采用卧式氨合成塔系统 小颗粒催化剂 提高出口氨浓度 新型组合式换热器 四级氨冷器 汽提法 3/22/202340第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术
18、应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展燃料消耗降低50%动力消耗降低23%冷却水循环量降低27%吨氨能耗降至29.2731.4GJ（3）主要技术进展 钌基催化剂 挤出型催化剂 特点 高活性1020倍常规铁基催化剂 大比表面 转化效率比传统催化剂高1216%高耐毒性 强烈吸附氢 3/22/202341第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展先进氨合成工艺（KAAP）将老牌号催化剂更
19、换成新一代氨合成催化剂 优点 节省投资 降低能耗，单程转化率高催化剂寿命长合成氨可在较温和条件下操作 降低成本可，节能提高合成系统的生产能力 3/22/202342第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展3/22/202343第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金
20、就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展 KRES合成气生产新工艺 采用换热式转化炉代替原有一段加热转化炉和换热器。特点 以换热式转化炉替代一段外加热转化炉 二段转化炉为自热式 开口管式结构的转化换热器 转化管可以自由伸长 管束可拆卸 内径为2.5m、塔高为12m 3/22/202344第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展设计
21、条件 氧气含量 30%混合原料 480620 蒸汽/碳 3.33.8 转化出口温度 9251045 压力 3.0MPa 碳钢壳体，耐火衬里，外部水夹套 3/22/202345第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展KRES工艺技术优点 设备造价低，占地面积小 设备和管线减少 转化换热系统灵活性大 设备结构简化 产生蒸汽量减少20%不直接向大气排放有毒气体 可用于改建 3/22/202
22、346第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展KAAP与KRES组合工艺 3/22/202347第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展2.3.1.2 Braun公司深冷净
23、化工艺 第一个商业化的低能耗工艺 特点：轻度一段转化，二段转化炉采用过量空气在合成气进入合成气压缩机前，增加深冷净化部分（1）基本工艺过程 天然气的脱硫、一段转化、二段转化、中低变、CO2脱除、甲烷化、分子筛干燥、深冷净化和压缩合成等 3/22/202348第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展3/22/202349第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运
24、动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展（2）主要工艺特点 天然气加压 4MPa 脱硫 H2S：110-6 水碳比：2.53.0 中压蒸汽 3.45MPa 329 预热 中变气换热器 一段转化炉对流段 一段转化炉管 温度720压力为3.08MPa CH4 23%梯台炉 二段转化炉 5075%过剩空气 热效率8292%热效率100%废热锅炉 高压蒸汽过热器 3/22/202350第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价
25、值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展天然气制合成氨生产技术应用及进展中变炉 440 降温原料空气预热器 锅炉给水预热器 低变炉 233 2.91MPaCO 0.5%脱除CO2 甲烷化 CO+CO2 1010-6 脱除氨、残余CO2和水分 风（水）冷、氨冷 分子筛深冷净化装置 压缩 合成 23个串联式绝热氨合成塔 燃气轮机驱动空气压缩机 3/22/202351第2章 天然气制合成氨天天然然气气综综合合利利用用技技术术资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时
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