《低压宽温合成氨产业化关键技术创新与年产60万吨装置开发》

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中国是世界合成氨最大的生产国,产量占世界总产量的35%以上,属国民经济大宗基础性原料。特别是中国粮食安全的重要保障,中国粮食增产的45%以上由化肥贡献,因而在国民经济中占十分重要的地位。

众所周知,合成氨是高耗能产业,国际上科技竞争集中体现于节能降耗技术,因此能耗的高低是衡量一个国家合成氨生产技术水平的重要标志。国内外合成氨节能降耗的技术研发范围,基本上局限于在原有生产体系上进行局部工艺环节的技术创新,未能从整个合成氨生产技术上进行系统的技术创新,从而使节能降耗技术难以实现跨越性突破。由于合成氨产品属大宗性基础原料,同时涉及国民经济诸多重要领域,因此《国家中长期科技发展规划》将“坚持节能优先,攻克主要耗能领域的节能关键技术”列为优先发展主题。

就节能降耗而言其产业化关键技术集中于合成氨合成催化体系、氨合成工艺技术和合成反应器结构设计与制造三方面。该项目基于现有高温高压合成生产体系存在的催化剂利用率低、系统阻力大、单程转化率低和氨净值低三大共性技术难题,以大幅度降低氨合成能耗为目标,构建基于解决了低压宽温合成技术的产业化氨合成体系,设计与开发年产60万吨合成氨大型成套装置。主要创新点如下:

1.开发研制了新型低压高活性催化剂,为实现低压宽温带合成氨奠定了基础。开发的由高活性组分、有效载体和催化促进剂等组成的氨合成锰基催化剂,具有在低温低压条件下活性高,单程转化率高的显著特点。避免了现有Fe-Co型,Fe-Mo型等各类型号铁基系高温高压催化剂,可导致生产过程能耗大的难题,为合成氨生产体系向低压化、大型化发展的奠定了基础。

2.建立起向心型并流进气方式及低压、宽温带工艺路线。基于DC型合成塔阻力小,装填低压、中低温宽温性能好的小颗粒催化剂,采用反应气体径向并流方式,降低操作压力,拓宽反应温度区间,三个方面进行工艺创新,提高反应速度和氨净值,增加了单塔生产能力,降低了能耗,克服了现有合成塔因操作压力高带来的动力消耗大的技术难题。

3.自主设计具有独特结构的大型低压DC型氨合成塔。结构方面的突破在于采用分体式“三床四段”准全径向催化剂床、合成塔中部设置两个层间高效换热器,采用具有分布控制板和侧向喷射板的气体分布器,解决了增加催化剂装填量和提高利用率,降低系统阻力,有效调节反应温度的关键技术,实现了低压条件下高产低能耗的目的。

基于低压宽温合成的产业化关键技术的年产60万吨合成氨装置,自2015年9月投入运行,各项经济技术指标均达到和超过世界先进水平,比现有普遍采用的合成工艺能耗降低27.38%,每年节约标准煤26万吨,减少CO2排放量3.6万吨,平均年增加销售收入22.16亿元,利税6.5亿元。

该项目实施过程中获国家发明专利4项,实用新型专利5项。技术推广应用于湖北三宁化工股份有限公司、万华化学(宁波)有限公司、江苏晋煤恒盛化工股份有限公司等企业,以示范作用推动中国合成氨工业的技术进步。

成果说明

该项目低压化、大型氨合成整套技术,从氨合成工艺、关键设备以及催化剂等系统的研究,取得了多项突破性成果。为我国氨合成技术向低压化、大型化发展奠定了基础,对促进合成氨产业技术进步开辟了新的途径。 山东润银生物化工股份有限公司应用该项整套技术,建成了国内首套60万吨/年合成氨装置,取得了重大经济效益。除此,还在湖北三宁化工股份有限公司、江苏晋煤恒盛化工股份有限公司、万华化学(宁波)有限公司等多家合成氨生产企业推广应用。分别应用“三床四段准全经”“层间高效换热”“多孔气体分布和侧向喷射”技术,改造了原有合成塔,

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