联合气化法生产合成氨的新工艺

摘要

本发明名称为：联合气化法生产合成氨的新工艺，化肥工业领域。是指采用2种或2种以上的气化技术联合应用于合成氨生产的新工艺。主要针对化肥工业在采用Shell粉煤气化技术生产合成氨的工艺中存在的气化装置出口一氧化碳、硫氧化碳含量高增加变换工艺难度的问题，本发明采用粉煤空气连续气化等国内成熟的气化技术和Shell粉煤气化技术联合生产合成氨原料气，降低一氧化碳、硫氧化碳等组分含量，简化变换工艺，除Shell气化装置外其他工序均可以采用目前成熟的工艺技术，可以使氨生产能力增加25％左右而无须增加空分能力。本工艺还可用于采用德士古水煤浆气化、重质烃部分氧化以及气态烃部分氧化等纯氧气化技术生产合成氨装置的增产、降低成本的技术改造。

说明书

技术领域

本发明涉及化肥工业领域。

背景技术

采用Shell粉煤气化技术生产合成氨的工艺。由于气化装置出口一氧化碳高达60％以上，硫氧化碳含量很高，增加了变换工艺的难度。同时合成氨生产的原料气中的一氧化碳和氢气均需要用氧气来生产，而原料气经过净化后又需要加入氮气调节氢、氮比，因而氧气消耗很高。

采用其他纯氧气化技术生产合成氨的工艺。其原料气的生产采用纯氧气化技术，生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比大于3的原料气。在原料气经过净化后，再加入氮气生产氢气与氮气的摩尔比为3左右的净化气供合成工序生产合成氨使用。由于原料气中的一氧化碳和氢气的生产均需要用氧气来生产，因而氧气消耗很高。

发明内容

本发明是指采用2种或2种以上的气化技术联合应用于合成氨生产的新工艺，主要针对化肥工业在采用Shell粉煤气化技术生产合成氨的工艺中存在的气化装置出口一氧化碳高达60％以上、硫氧化碳含量高增加变换工艺难度的问题，发明采用粉煤空气连续气化等国内成熟的气化技术和Shell粉煤气化技术联合生产合成氨的原料气，使得原料气中的一氧化碳降低到50％左右、硫氧化碳明显降低，混合气体中的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值在3左右，简化了变换工艺，除Shell气化装置外其他工序均可以采用目前成熟的工艺技术，可以使氨生产能力增加25％左右而无须增加空分能力。

本工艺还可用于采用德士古水煤浆气化、重质烃部分氧化以及气态烃部分氧化等纯氧气化技术生产合成氨装置的增产、降低成本的技术改造。用纯氧气化化(煤气化、重质烃部分氧化、气态烃部分氧化)技术生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值大于3的原料气和采用空气或富氧空气气化技术生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气通过混合后净化，或净化后混合生产的氢气与氮气的摩尔比为3左右的净化气用于合成氨的生产。目前采用纯氧气化技术生产合成氨的工艺在合成工序前用来调节氢、氮比的氮气大量减少或不再使用。除气化工艺采用联合气化工艺外，合成氨的其他工序均可以采用目前成熟的工艺技术。

以下按新建生产装置和现有装置的改扩建分别说明如下：

1、新建生产的合成氨装置

用新建的纯氧气化装置生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值大于3的原料气和新建的空气或富氧空气煤气化装置生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气进行混合后，经过变换、脱硫、脱碳、精制等净化工序后，生产的氢气与氮气的摩尔比值为3左右的净化气加压送到合成工序用于合成氨的生产。除气化工艺采用联合气化工艺外，合成氨的其他工序均可以采用目前成熟的工艺技术。

2、现有合成氨装置的改扩建

2.1现有采用纯氧气化(煤气化、重质烃部分氧化、气态烃部分氧化)技术生产合成氨装置的改扩建

用现有纯氧气化装置生产的原料气和新建的以煤为原料采用空气或富氧气化技术等气化技术生产的有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气，这两类原料气通过混合后净化或净化后混合生产的氢气与氮气的摩尔比值为3左右的净化气用于合成氨的生产。现有装置采用目前成熟的技术作相应的技术改造。

2.2现有以煤为原料采用非纯氧气化技术的合成氨装置的改扩建

现有以煤为原料的煤气化装置经过技术改造后采用国内成熟的空气或富氧连续气化技术生产有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气与新建的粉煤纯氧气化装置生产有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值大于3的原料气混合后净化或净化后混合，生产的氢气与氮气的摩尔比值为3左右的净化气用于合成氨的生产。其它工序做相应的改扩建。

3、有益的效果

如果国内采用纯氧气化技术生产合成氨的企业和已经立项准备建设的采用Shell粉煤气化技术生产合成氨的企业采用本发明后，预计每年可增加效益11亿元以上。

测算基础：

蒸汽价格：65元/吨；粉煤价格：200元/吨；电价：0.35/千瓦时；

合成氨价格：1,600元/吨；有效气消耗：2,050M³/T氨；天；

引进国外技术专利费：1.8美元/米³(CO+H₂)

3.1新建1,000吨氨/日采用Shell技术的粉煤气化装置

由于新建装置采用本技术后，其生产能力增加25％左右，由于可以采用目前国内成熟的净化工艺，总投资预计只需增加6,000万元。

节省的专利费＝250×2,050×1.8×8.3＝7,656,750元

增产部分的效益：

增产的产量＝1,000×25％＝250吨(7.5万吨/年)；

经测算增产的合成氨增量成本为570元/吨，

增产部分的效益＝增产的合成氨产量×(价格-成本)＝75,000×(1,600-570)＝77,250,000(元/年)

目前将要建设的采用Shell技术的粉煤气化生产合成氨的装置约有320万吨氨/年的生产能力，采用本发明后每年可产生效益8.24亿元，可一次性节约专利费8,167.2万元。

3.2现有1,000吨氨/日采用重油部分氧化或天然气部分氧化装置的改扩建

现有1,000吨氨/日采用重油部分氧化或天然气部分氧化装置采用本技术改扩建后，可以采用目前国内成熟的净化工艺，总投资预计增加1.2亿元，增产15％。

经测算增产的合成氨增量成本为700元/吨；

效益＝增加的产量×(氨价格-吨氨成本)＝1,000×15％×300×(1,600-700)＝40,500,000(元/年)

全国有8套大氮肥装置，采用本发明后每年预计可增加效益3.24亿元。

具体实施方式

按本发明应用于新建装置和现有装置的改扩建分别说明如下：

1、新建的以粉煤为原料的合成氨装置

对新建的以粉煤为原料的合成氨装置的工艺为：气化装置应采用纯氧气化(Shell、Texaco以及其它粉煤气化)技术生产原料气，同时建设空气粉煤气化装置(如采用恩德炉)生产有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气。这两类原料气通过一定的方式混合后经过变换、脱硫、脱碳、精制等工序后生产的氢气与氮气的摩尔比值为3左右的净化气，然后加压送到合成工序用于合成氨的生产，相应建设其它工序。

如果采用Shell粉煤气化工艺，为了尽可能多加入空气煤气，可以将气化工艺中输送煤粉的氮气部分或全部用生产中富余的二氧化碳气代替，不再设置氮气调节、氮比工序。其工序流程为：可采用Shell气化装置和恩德流化床气化装置，恩德气化装置生产的空气煤气经降温、除尘、加压和Shell气化装置生产的煤气混合后，送到变换工段变换，采用NHD或其他脱硫、脱碳工艺进行脱硫、脱碳，然后送甲烷化工段，从甲烷化出来的净化气经过加压送到合成工段进行氨的合成。从脱碳工段出来的二氧化碳一部分加压送到Shell煤气化装置，一部分送到其他需要二氧化碳的工序。除气化工艺采用联合气化工艺外，合成氨的其他工序均可以采用目前成熟的工艺技术。

2、现有装置的改扩建

2.1现有采用纯氧气化(煤气化、重质烃部分氧化、气态烃部分氧化)技术生产合成氨装置的改扩建

对现有装置采用纯氧气化主要指采用Shell、Texaco以及其它先进的煤气化技术或重质烃部分氧化技术或气态烃部分氧化技术生产的原料气用于生产合成氨的装置。其实施步骤如下：新建一套采用空气或富氧气化技术的粉煤气化(如恩德炉)装置(装置规模视增产需要而定)以及配套的加压、变换、脱硫、脱碳、甲烷化装置，生产氢气与氮气含量的摩尔比值小于3的净化气。对目前现有的合成氨装置进行技术改造或扩建，改造后的老装置生产的净化气和新建装置生产的净化气在合成工序以前混合后用来生产合成氨，原来用于调节氢、氮比的氮气减少或不再使用。

如本发明应用于现有的纯氧气化(煤气化、重质烃部分氧化、气态烃部分氧化)技术生产1,000吨氨/日规模的装置的改扩建实施方案：新建一套小时产气量40,000米³(空气煤气)的恩德流化床气化装置和相应的加压、变换、脱硫、脱碳、甲烷化装置，对原有装置的精制、压缩、合成工序进行适当的改造。新建装置生产的净化气在老装置的合成工序前和老装置生产的净化气混合即可满足技术改造的需要。

2.2现有以煤为原料的煤气化装置采用非富氧气化技术的装置的改扩建

现有采用间隙式固定床煤气化炉生产半水煤气用来生产合成氨的装置的改扩建。其实施步骤如下：新建一套粉煤气化装置(具体规模视情况而定)，采用Shell、Texaco等其它先进的纯氧煤气化技术生产有效气组分(一氧化碳+氢气)含量与氮气含量的摩尔比值大于3的原料气。对现有以煤为原料的煤气化装置进行技术改造，采用恩德或其他连续空气或富氧空气气化技术生产有效气组分(一氧化碳+氢气)与氮气的摩尔比值小于3的原料气，新、老装置的原料气根据装置实际情况经过工艺处理后在合成工序前混合用来生产合成氨。对压缩、变换、脱硫、脱碳、精制、合成等工序做相应的技术改造或扩建。