在线气体分析仪在煤化工中的应用—合成氨

发布日期：2022-03-03 浏览次数：25

我国是一个多煤、少油、贫气的国家，煤炭资源极其丰富，煤化工是发展煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等、煤制油、煤制乙二醇)、煤基液体燃料、先进的IGCC 发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础。以煤间接液化为例，规模为500万吨/年的生产装置，气化用煤在2200~2500万吨/年。国内在建的甲醇装置、合成氨装置、煤制油装置和处于筹建中煤制烯烃装置、煤制油装置、甲醇装置项目众多，对分析仪器的需求依然旺盛。

化肥厂—合成氨

第一步：原料气的制取。制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。一般由造气、空分工序组成。

▲ 造气工段：造气出来的煤气也就是半水煤气，在气柜出口（或入口）控制其中的氧含量，防止氧含量超高从而对电捕焦器带来危险，其检测目的是安全检测。

测量组份氧，测量范围 0-1%

▲ 变换工段：

中变：CO 0-15% CO2 0-1%

低变：CO 0-5% H2 35-75%

CO2出工段：CO2 0-100%

第二步：原料气的净化。除去粗原料气中的氢气、氮气以外的杂质。一般由原料气的脱硫、一氧化碳的变换、二氧化碳的脱除、原料气的精制工序组成。

▲ 脱硫

以煤、天然气或重油为原料制取的合成氨原料气中，都含有一定量的硫化物。一些工厂在脱硫工段脱硫塔后对H2S进行在线测量。

常用：醋酸铅纸带法、色谱法、紫外法。

▲ 脱碳

无论采用固体、液体或气体原料，所制成的合成氨原料气中均含有一氧化碳，其含量为12～40%。一氧化碳不是合成氨的直接原料，而且能使氨合成催化剂中毒，因此在送到合成工序前必须除掉。一氧化碳的脱除分两步：

中变： CO 0-15% CO2 0-1%

低变： CO 0-5% H2 35-75%

CO2出工段：CO2 0-100%

不论以固体燃料还是以烃类原料制得的合成氨原料气中，经CO变换以后还会有18 ～35%的CO2， CO2的存在不仅能使氨合成催化剂中毒，而且给精制工序带来困难，如堵塞管线等。CO2又是制造尿素等化工产品的原料，所以必须加以回收利用，脱除气体中的CO2 过程习惯上简称为脱碳。脱碳方法可分为：物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法三大类。

净化出口：CO2 0-1%

低闪气：CO2 0 ～10%

醇后气：CO 0 ～2% CO2 0 ～1%

▲ 原料气的精制（精炼）

目前只有小化肥厂在使用铜洗法，一般中型以上化肥厂均使用甲烷化法

甲烷化入口：CO 0-1% CO2 0-0.5%

甲烷化出口：CO 0-50ppm ,CO2 0-50ppm

第三步：原料气的压缩与合成。将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力后，在高温、高压和有催化剂的条件下，将氢氮气合成为氨。一般由压缩、合成工序组成。

▲ 压缩

在合成氨生产过程中，采用不同原料制备的合成氨原料气，需要输送到在一定压力下操作的净化、合成工序，同时完成原料气各工序间的输送，所以需要对原料气进行压缩。压缩工序的任务就是输送合成氨原料气并提高其压力，以满足各个工序对压力的实际需求。

CO2 80-100%

▲ 合成

氨的合成是整个合成氨流程中的核心部分，是合成氨厂最后一道工序。它的任务是在一定的温度、压力及催化剂存在的条件下，将精制的氢氮气合成为氨，反应后气体中一般氨含量只有10～20%，将反应后气体中的氨与其他气体组分分离，提供液氨产品，将分离氨后的未反应气体循环使用。因而氨合成工艺通常采用循环流程。由于采用合成的方法生产氨，所以称为合成氨，将生产氨的工厂称为合成氨厂。

新鲜气：H2 35-75%

循环气：H2 35-75%

进合成塔混合气：H2 35-75% CH4 0-30% NH3 0-5%

合成塔出口：NH3 0-20%

▲ 尿素

液氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，反应后送造粒塔喷淋，下落过程干燥、结晶，落到塔底成为尿素。反应过程中要严格控制二氧化碳中的氧含量，氧的测量范围是0～1%，背景气是CO2。

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