氨和尿素.pdf

年产年产 3030 万吨合成氨万吨合成氨 5252 万吨尿素万吨尿素研究报告研究报告一、一、尿素的性质及用途尿素的性质及用途尿素是一种含氮量最高的中性固体肥料，也是重要的化工原料。农业用尿素占 90，10用于工业。农业上尿素可作单一肥料、复合肥料、混合肥料及微肥使用，也用作饲料及添加剂。在工业上，尿素可牛产三聚氰胺、尿树脂、氰尿酸、氯化异氰尿酸、羟基异氰酸酯、水合肼、盐酸氮基脲、脲炕、氨基磺酸、发泡剂AC、尿囊素等；尿素可制氨基甲酸酯、酰尿、造影显影剂、止痛剂、漱口水、甜味剂等医药品；尿素可生产石油炼制的脱蜡剂；尿素用于生产含脲聚合物，也可作纤维素产品的软化剂；尿素还可以作炸药的稳定剂，选矿的起泡剂，也可用于制革颜料生产。二、二、尿素的国内外市场分析预测尿素的国内外市场分析预测1、国外市场供应现状及预测2006 年世界合成氨生产能力达 1.715 亿吨，同比增加640 万吨，其中约有 210 万吨为商品氨，商品氨的增加主要来自中东（100 万吨）和大洋洲（70 万吨）。尿素生产能力达 1.526 亿吨，同比增加 810万吨，尿素产量增加的 85%来自中国和中东；阿曼 Omifco 的全部投产以及委内瑞拉和印尼闲置装置的再启用，也促使尿素产量的提高。目前全球 60 多个国家拥有尿素生产装置，但主要集中存 30 个国家，有出口能力的国家只有 15 个。2003 年世界尿素装置生产能力分布状况见表(1-1)2003 年世界尿素装置生产能力分布状况 (万吨，实物量，)表 1-1地区中国印度中东东方诸国欧洲前苏联北美拉丁美洲非洲大洋洲合计原厂家数186614179122427830173659关闭数107341635371081185现厂家数1765438385937412092474生产能力42002094.514481428.81296.71241.31180.5536356.449.413831.6开工率86898286606111048609783比例30.715.1410.4710.339.378.978.533.882.580.36100近年来，世界尿素生产格局发生较大的变化，生产重心逐渐由发达国家向发展中家转移，向气源丰富、价格低廉的地区转移。目前，世界上合成氨尿素新建装置主要集中在中东、南亚及东亚地区，尤其是中国。伊朗、卡塔尔、沙特及阿曼等新增产能将于近期投产。今后 5 年，天然气价格将决定世界新建合成氨的建设地点。天然气价格较低的国家或地区主要有俄罗斯、中东、澳大利亚、孟加拉和马来西亚。价格较高的国家或地区主要有美国、欧洲及东亚。两者氨成本差达 20-35 美元/吨。近年来，由于天然气价格涨幅较大，美国一些氨厂相继关闭或减负荷生产，或将氨厂迁到气源丰富、价格低廉的地区，产量下降 30以上。中欧合成氨天然气长期依赖俄罗斯供应，今后10 年这种状况难以改变。据不完全统计，在今后10 年中，世界尿素的新增能力仍然集中在亚洲发展中国家和中东地区。2、国外市场消费需求现状及预测 2006 年全球尿素消费量约 1.3552 亿吨，比2005 年 l.232 亿吨增长了约 10，年均增长率约 2.49，其中亚洲消费量占全球总消费量的 63，主要消费国是中国和印度。世界尿素供需状况及预测见表 2-1。世界尿素供需状况及预测(万吨)表 2-1项目年份199619971998 1999200420052006年 均 增 长率(199920053.27 5.085.36生产能力11000115431189112130产量开工率需要量88487543917494579717839180.4379.4779.5280.11810978483261 369614717116961108760913078152601147847885.488.86供需平衡348304283尿素主要用作农田肥料，农用尿素约占世界尿素消费总量的90，其余作三聚氰胺等化工产品。尿素是氮肥中的主要贸易品种。1985 年世界尿素贸易量为 760万吨，1996 年达到 1100 万吨，中国进口尿素占当年世界贸易量的52。1997 年中期中国停止尿素进口后，世界贸易量一度大幅度下降。中国停止进口的份额逐渐由拉美、澳大利亚和美国进口的增加填补，1999 年又恢复到 1996 年的水平。2003 年世界尿素出口量为 2830万吨，其中前苏联国家出口量居第 1 位，达到 750 万吨，占 27；中东地区尿素出口量次之，620 万吨，占 22。预计 2012 年，中东尿素出口量将翻番至 1500 万吨左右，占世界贸易总量的39。而传统意义上的尿素出口大国，如俄罗斯、乌克兰等前苏联国家，由于国内消费增长，加之装置老化而又无较大的新增能力，出口将逐渐萎缩，2012 年出口份额将降至 18。近 10 年来，世界尿素市场一直是供大于求，随着世界尿素产能和产量的提高，预计在今后相当长的一段时间内仍将处于过剩状态。世界尿素消费增长主要在亚洲，特别是印度和中国，亚洲将是世界尿素生产商争夺的主要市场，中东地区凭借低廉的天然气原料价格，大量尿素产品投放国际市场，将对世界尿素市场产生较大的冲击，生产成本高的生产商将最终被挤出市场。未来尿素需求量的增加将主要来自肥料用尿素需求的增加，包括尿素用于粮食增产，也包括尿素进一步替代其它肥料的应用，如西欧逐步替代硝酸铵、在中国逐步替代碳酸氢铵。据预测，2007 年世界尿素生产能力 1.68 亿吨，产量 1.517 亿吨，过剩 800 多万吨。今后几年，尿素缺口主要集中在亚洲、拉丁美洲、大洋洲、非洲等地区。亚洲缺口逐年增大。3、国内市场供应现状及预测我国尿素工业化生产始于 1967 年，70 年代我国引进了 13 套大型尿素装置，单套装置生产能力在 50 万吨年。进入 80 年代以后，又引进了多套装置，先后有 100 多家碳铵厂改产尿素，一些工厂尿素生产能力由 4 万吨年改为 6 万吨年，有的扩至 10 万吨年，最大的达到 60 万吨年。迄今为止，全国共有生产企业 170 多家，生产能力达到 4600 万吨年，大型尿素装置 30 套，小型尿素装置产能约占总产能的 45。除了 2004 年 12 月建成投产的山东华鲁恒升集团有限公司国产化 30 万吨年尿素装置外，大型尿素装置均为引进装置，采用当时先进的成熟的工艺技术，在国际市场竞争中具有一定的实力。20 世纪 90 年代，我国尿素生产进入了大发展时期，产量从 1990年的 1100 万吨增至 1999 年的 2900 万吨，年均递增 180 万吨，尤其是 1997 年和 1998 年增幅更大，年均增长 300 万吨以上。2000 年和2001 年，由于尿素市场疲软，价格过低，增长势头明显趋缓。2002年以来，尿素市场好转，2004 年尿素产量突破 4000 万吨大关，达到 4182 万吨，比上年增加529 万吨。2005 年尿素生产继续保持增长势头，产量达 到 4337 万吨。2006 年增加 270 万吨,量达 到 4607万吨2005 年我国尿素产量前 20 名生产企业(吨)表 3-1序号12地址四川纳溪新疆乌鲁木齐3456789101112湖北宜昌宁夏银川山东德州湖北官化集团有限责任公司中国石油天然气宁夏化分公司山东华鲁恒升集团有限公司441699431702429444379973363526363482329344328392304596294385煤气代油煤天然气天然气煤天然气煤天然气天然气公司名称泸天化集团有限责任公司产量748650原料天然气气代油中国石油天然气乌鲁木齐石化分公司554640海南东方市中海石油化学有限公司云南水富陕西渭南四川成都山两晋城四川成都贵州赤水云天化股份有限公亓陕两渭河煤化工有限责任公司川化集团有限责任公司山西兰华煤炭集团有限公司四川美丰化工股份有限公司贵州赤天化集团有限责任公司1314151617181920山西晋城重庆涪陵山东禹城市浙江宁波山西运城市河南驻马店市辽宁葫芦岛山东济宁市邹城市天脊集团晋城化工有限公司中国核工业建峰化工总厂山东禹城润田化工有限公司288234280629273267煤天然气煤煤代油煤煤天然气煤中国石化镇海炼油化工股份有限公司271056山东曲丰喜肥业(集团)股份有限公司河南骏马化工集团有限公司锦阳大然气化工责任有限公司山东峄山化工集团有限公司合计2695572568832464272442257100111利润驱动资本，在国内外市场需求的拉动下，从 2002 年起，我国尿素又进入了新一轮扩能高峰期。2004 年尿素新增产能超过 400 万吨年。2004年 9 月山两晋城煤化工公司 30 万吨年大颗粒尿素装置投产；12 月山东华鲁恒升集团 30 万吨年大颗粒尿素建成投产；2003 年 9 月 30 同，中海石油化学有限公司建设的富岛二厂 80 万吨年大颗粒尿素投运。与此同时，一批中小企业也完成了技术改造和设备更新，约增产160 万吨。2005 年一些项目投产或扩产形成生产能力，新增产能近400 万吨年。辽宁华锦集团利用新疆库车当地丰富、廉价的天然气资源，利用广州石化和华锦集团闲置设备兴建 52 万吨年尿素装置及内蒙古天野化工集团“油改气”工作的同样规模的尿素装置将 2005 年 8 月投产；以天然气为原料，中石油宁夏石化分公司第 3 套大化肥工程，66 万吨年大颗粒尿素装置也将在2005 年建成投产；四川美丰化工股份有限公司 70 万吨年尿素装置产能扩至 100 万吨年。山西天脊中化高平化工有限公司_60 万吨年尿素装置、山西兰花集团第 2 套 30 万吨尿素工程、大庆石化公司化肥公司 30 万吨尿素扩能改造工程、本溪北方煤化工有限公司 62 万吨年大颗粒尿素装置扩能改造，也将在 2005 年或 2006 年形成生产能力。2004-2006 年中国部分大型尿素工程状况见表 3-2厂址山东山西新疆辽宁宁夏山西其它能力(百万吨)0.50.30.50.50.71.11状态投产投产在建在建在建在建技改建成2004 年2004 年2005 年2006 年2006 年2006 年2004/2006 年1995-2006 年我国尿素生产和消费状况见表 3-3。1995-2006 年我国尿素生产和消费状况(万吨)表 3-3年份产量产量1995199619971998199920002001200217952060229026362937302731633482折成纯度825.7947.61053.41212.61351.01.92.41455.01601.7696.25576.33341.9611.916.810.00250.002479.074.6619.7435.0512.515.3896.14127.0741.302486.592616.592596.912635.402938.432930.863035.933519.77进口量出口量表观消费量200320042005200636534182433746071716.91923.71994.92119.213.923.87.1273.03394.29157.053393.893791.514187.054、国内市场消费需求现状及预测1995到 2004年 10年间，我国尿素表观消费量净增1304.92万吨，年均增长率为 4 31。其中前 5 年净增 451.84 万吨，后 5 年为 860 65万吨，年均增长率分别为3.4和 5.28。2005 年尿素表观消费量增幅较大，达到4187.05 万吨，净增395.54 万吨，比上年增长10.43。1997 年以前，我国是全球最大的尿素进口国之一，每年进口量高达几百万吨，同期出口量仅几十万吨。庞大的供需缺口引领企业投资热潮，1997 年和 1998 年新装置投运和改扩建产量增幅超过 300 万吨以上。缺口填补后，2000 年和 2001 年几乎停止进口，2004 年也仅进口 38 万吨，主要进口国为俄罗斯和乌兹别克斯坦。反之，由于国内尿素资源量大增，加之国际市场尿素价格走高，除了 2002 年出口为 41.3 万吨外，从2000 年开始，我国尿素开始跻身国际市场，出口量逐年大幅度增长，2004 年达到创记录 394.29 万吨，逼近 400 万吨大关，位居全球尿素出口第 3，主要去向是越南、韩国、菲律宾、台湾省及美国。短短 56 年时时间，我国由尿素进口大国跃成为出口大国，对世界尿素市场格局影响巨大。5 年来，我国尿素从成批量走出国门到去年达到出口高峰，在国际市场扮演着主要角色，呈现出量大、范围广、出口厂家多、品牌效应凸现等特点。由于我国地理位置优越，海运价格合理，出口范围逐年扩大，现遍及各大洲，成为尿素出口市场新近崛起的竞争力量；在国家一系列优惠政策的刺激下，出口企业逐年增多，在国内用肥淡季，成为企业销售的主要渠道；我国尿素产品的内在质量和外观质量，可与世界任何一家尿素厂商产品相媲美，价格比中东低，成为东南亚地区的品牌产品。为了保证国内市场供应，平抑市场价格，保护农民利益，2005年国家对尿素出口采取了比较严厉的限制措施，我国尿素的出口大幅度减少，仅出口 157 万吨，同比下降 60。农业生产实践证明，氮磷钾肥料的均衡使用是以最适宜的投入获取最大收益的保证。2002 年我国氮磷钾施肥比例为 1：0.33：0.20，农业部提出 2005 年到 2015 年我国化肥的氮磷钾需求比例为 1：0.38：0.250.30，目前国际上使用肥料的氮磷钾比例为1：0.40.5：0.30.4。影响我国尿素中长期需求的主要动力是农业生产，包括农业经济增长量、粮食及经济作物产量、农业结构调整等因素。经济增长量和粮食及经济作物增产量对化肥需求量的关系密切。预计我国农业增加值增长仍将保持 4-5之间的水平，这对于化肥需求增长将是一个稳定持续的推动力量。2004 年我国化肥表观消费量为 3791 5l 万吨，按 1995 年到 2004年的化肥年平均增长率 4.31计，预测我国未来 10 年尿素需求量，2010 年尿素需求量 4884 万吨，2015 年为 5782 万吨5 5、尿素价格分析、尿素价格分析(1)竞争力分析我国大型尿素装置原料构成及成本见表 5-1。我国大型尿素装置原料构成及成本原料天然气(油田气)重油煤或水煤浆装置数1758比例56.716.726.6(元吨)表 5-1制造成本90011001700180013001400表 5-1 中，天然气(油田气)生产成本最具竞争优势，因此，今后发展趋势是气头大型尿素生产企业的市场占有率将会越来越高。目前国内市场近 80份额由中小企业占据，这些企业原料路线，产品规模、设备陈旧，生产成本，竞争能力较差。可以预料，这些中小尿素企业将被淘汰，退出市场，腾出上千万吨的市场空间，缺口将被新建或扩建的大型企业所填补，未来中国尿素市场将是大型企业的天下。大型尿素生产企业的产品市场占有率通常仅占 20左右，因此，市场空间巨大，完全可凭借明显的竞争优势挤占这部分市场。(2)价格预测2000 年 6 月后，由于尿素市场供过于求，价格呈单边下跌之势，从 1 300 元/吨跌破 1000 元吨，在这种情况下，市场仍然非常低迷。除中石油公司下辖的以天然气为原料的企业和山西、河南和山东的部分以煤为原料的企业外(当时的煤炭价格只相当于当前的 14)，许多以渣油为原料的中石化厂家由于生产成本太高，不得不关门停产。在国内尿素价格跌至历史低点之时，国际尿素市场价格却在石油涨价的推动下维持高位。在出口增值税退税的政策激励下，两年的尿素出口合计超过 200 万吨，加之高成本生产企业停产或减产，市场供大于求的状况得到了根本改观。到 2002 年初，即使在非用肥季节，价格已经反弹至 1200 元吨。当年中期，国家禁止硝铵产品进口，尿素充当了硝铵产品的替代品，需求更加旺盛，市场供应紧张，价格持续止高。从 2003 年 8 月开始，由于出口需求旺盛且价格很高，尿素出口商和国内经销商开始在国内竞争货源，截止到年底，尿素经销价格达到 1500 元口屯，相当于出口价格 170 美元吨，达到 1999 年以来的最高峰。2003 年 10 月以来，石油、天然气价格又出现大幅上扬，天然气价格存高位徘徊，显示了市场供需平衡已经进入新的价格区间。据国际一些咨询机构预测，天然气价格短期内不会回调，将在相当长的时间内支持尿素价格保持相当高的水平，而我国尿素价格与国际价格有一定关联，国际市场尿素价格居高不下将支撑国内价格保持在较高的水平上。由于国际市场原油价格持续走高，国际化肥交易价格比往年普遍上涨，2003 年国际市场尿素平均价格达到 154.33 美元吨(FOB价中国)。从 2004 年 3 月 16 日起，国家为了保障春耕期间的尿素供应，抑制过高的销售价格，从而让利于农民，决定尿素出口退税暂停一年，这意味着中国出口尿素的 FOB 价格将提高 15-17 美元吨。国家发改委等有关部门，要求化肥出厂价格实行政府指导价，大型氮肥企业生产的尿素出厂价格仍为 1400 元吨，并要求各地对化肥价格实行定价或干预管理。2004 年我国尿素价格大幅上涨，是近几年来涨幅最大的一年。虽然由于国家一系列限价政策的干预，使尿素价格在用肥旺季出现了短期下滑走势，但6 月份以后价格一路上扬，至年底用肥淡季，出现最高市场价格。据有关资料显示，2004 年年 底时，我国尿素出厂价在 1650-1850 元吨，市场价在 1750-1950 元吨，同比增长 20-40。2005 年尿素市场典型特征是先高后低，上半年一路上涨，7 月达到最高点，出厂价大多数1800 元口屯以上，市场批发价突破2000元吨大关。下半年尿素市场风云突变，价格一路走低，甚至连一次反弹行情都没有，到年底出厂价大多数为1 5201650 元吨，市场批发价 16001700 元吨。2006 年尿素市场价格走势虽然略逊于 2005 年，但仍基本上承袭了 2002 年以来的良好走势，产销量继续增加，市场交投活跃，尿素价格也在相对高位运行，呈现出一定的牛市特征。一级批发价1700-1750 元/吨左右1997-2006 年我国尿素市场平均零售价表 2.3-2。1997-2005 年我国尿素市场平均零售价年份1997199819992000200120022003200420052006价格14001300120010601150106012001400150017001750110014001100150017001900据国际一些咨询机构预测，天然气价格将长期保持较高的水准，将在相当长的时间内支持尿素价格保持相当高的水平，根据发展趋势，国际市场原油价格持续上涨，使得国内外尿素价格相当，甚至略高于国内尿素价格。尿素价格大幅上扬也不大可能。近 2 年国家执行免征农业税和支农等一系列政策，粮价有所提高，农民种粮积极性高涨，农民购肥积极性也有所提高。另外还有很多因素，如国内大量采用无烟煤生产尿素，随着无烟煤的价格上涨，运输费用的增加，同时国际市场上天然气价格的上涨，也带来尿素价格上涨。综合各种因素，预计全后普通尿素出厂价在 1550-1750 元/吨左右。本项目价格定位 1650 元/吨三、三、产品方案和生产规模产品方案和生产规模(一一)建设规模建设规模合成氨合成氨:日产日产 937.5937.5 吨，年产吨，年产 3030 万吨万吨尿素：尿素：日产日产 16251625 吨，吨，年产年产 5252 万吨万吨自备电站：自备电站：2 2 25MW,25MW,基本满足本装置自用电基本满足本装置自用电工厂年运行天数：工厂年运行天数：320320 天天/年年(二二)产品方案产品方案尿素产品规格符合国家标准尿素产品规格符合国家标准 GB2440-2001GB2440-2001 要求，见表要求，见表 3-13-1项目项目总氮总氮(N)(N)(干基干基)%)%缩二尿，缩二尿，%水（水（H H2 2O O）,%,%46.546.50.50.50.30.3工业用工业用优等品优等品一等品一等品合格品合格品46.346.30.90.90.50.546.346.31.01.00.70.7优等品优等品46.446.40.90.90.40.4农业用农业用一等品一等品46.246.21.01.00.50.5合格品合格品46.046.01.51.51.01.0铁（铁（FeFe 计）计），%碱度（以碱度（以 NHNH3 3），%硫酸盐（以硫酸盐（以 SOSO4 4），%水不容物，水不容物，%亚甲基二脲亚甲基二脲(以以 HCHO)HCHO)，%粒度粒度mmmmd 0.85d 0.852.802.80d 0.85d 0.852.802.80d 0.85d 0.852.802.80d 0.85d 0.852.802.800.00050.00050.00050.00050.00100.00100.010.010.0050.0050.0050.00590900.020.020.0100.0100.0100.01090900.030.030.0200.0200.0400.04090900.60.690900.60.690900.60.69090四、四、技术方案技术方案(一一)原料路线和工艺方案的确定原料路线和工艺方案的确定本项目以菏泽盛产的焦煤和无烟煤为原、燃料，本着工艺先进、节能、技术成熟可靠、生产成本低、经济效益好的原则，最终产品尿素生产能力为公称能力 52 万吨年。主要生产装置包括空分、气化装置(包括磨煤、气化、灰水处理)、耐硫变换、净化、氨合成(包括压缩、氨合成、氨回收、氨库)、C02压缩、尿素装置、硫回收等装置。从输煤系统来的小于 10mm 的碎原料煤在磨煤工段，经磨机磨成水煤浆，水煤浆经加压输送至气化炉工艺喷嘴，与蒸汽和空分装置来的氧气一起进入气化炉，进行部分氧化反应生成粗煤气，粗煤气再经洗涤除尘后送至变换工序：变换工段将混合气中 CO 和 H2O 反应变换成 CO2和 H2，再经脱硫脱碳，合成气送往氨合成装置；氨合成装置生产出来的合成氨送至氨库或尿素装置。本工程采用的工艺方案如下：(1)煤气化：采用 6.5MPA水煤浆加压气化工艺。(2)变换：采用中串低变换工艺，节省蒸汽消耗。(3)变换气净化：采用国内专利最先进的低温甲醇洗工艺。(4)合成气的最终精制采用液氮洗工艺。(5)合成气压缩机采用抽凝式蒸汽透平驱动的离心式压缩机组，同循环机合二为一。(6)氨合成采用托普索或卡萨利合成技术。(7)新上二套 30000Nm3h 制氧装置，选用国内新型全低压单系列，分子筛净化节能工艺，空压机选用离心式压缩机，全凝式蒸汽透平驱动，可做到节电。并附带液氧、液氩装置。(8)尿素装置采用 CO2气提工艺(2 套装置)。(9)生产装置控制全部集中在中央控制室由 DCS 自动优化调节，以最少的材料、动力投入，获得最大产出。(10)全厂供水采用原水处理、循环冷却水、脱盐水站、消防水、污水处理及排水一体化，节能节水、环保新技术。(11)根据工艺生产用汽及动力设备用汽负荷要求，自备热电站设3 220th,9.82MPa540。C高温高压蒸汽锅炉及2x25MW抽汽凝汽式汽轮发电机组，向全厂供出中、低压各等级蒸汽，确保厂区生产、生活用热及动力用汽供应。(二二)空分装置空分装置(1)装置设计规模装置组成与各工序名称。本空分装置公称制氧能力为二套 30000m3(标)h，负荷调节范围75105。生产中压氧气、高压氮气作为气化用气；中压氮气作为合成氨配氮用，低压氮作为净化气提用氮气和全厂公用氮气；液氧、液氩作为产品出售；液氮作为备用保安气源或产品出售(2)装置组成装置：由空气的过滤和压缩、预冷和纯化系统、冷量制耳义和空气精馏，氮气压缩、液产品贮罐等工序组成(3)生产方法、流程特点本装置采用蒸汽透平驱动离心式空气压缩机组、全低压分子筛吸附、增压透平膨胀机制冷、氧、氮双内压缩的工艺流程。采用蒸汽透平驱动离心式氮气压缩机组(配氮)流程先进、技术成熟、运行安全可靠、操作方便、能耗低。(4)装置主要技术性能：装置启动时间36 小时(从膨胀机启动到氧气纯度符合合同要求)装置加温解冻时间36 小时 装置运行周期二年以上(二次大加温时间间隔)(三三)煤气化工艺技术详见甲醇生产装置煤气化工艺技术详见甲醇生产装置(四四)气体净化技术气体净化技术1、变换工艺变换工段的主要任务是将气化送来的水煤气中的 CO 经变换反应得到合成氮生产需要的 H2，并根据不同的温度范围产生不同等级的蒸汽进行工艺余热回收。由于后续的净化是采用低温甲醇洗和液氮洗，故采用两个变换炉就可以使第二个变换炉出口的变换气 CO(干)含量小于 1.0。由于水煤浆气化炉气化的水煤气的以上特点，故现在广泛 Co-Mo系耐流变换催化剂，所以本工程采用耐流变换触媒为中国齐鲁化工研究院的 QCS 一 01 或 BASF(ICI)的 K811，齐鲁化工研究院的 QCS一 01 催化剂在中国有许多工厂使用业绩，BASF(ICI)的 K8-11 在世界有广泛的工业业绩。2、净化工艺技术及选择净化工段的主要任务是脱除变换气中的合成催化剂有毒的气体H2S、COS、C02等。采用 6.5Mpa 气化，原料气的净化适宜选择物理吸收法，其最有代表性的方法为低温甲醇洗和 NHD 法，两种方法各有特点(1)低温甲醇洗；低温甲醇洗法属于物理吸收，在低温(一 50-60下)，溶剂吸收能力大，溶液循环量小，气体净化度高，再生热耗少，操作费用低，能综合脱除气体中的 H2S、COS、C02，溶液不起泡、不腐蚀，H2S 浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S 的浓度也可满足硫回收的要求。上述工艺虽然存在部分设备和工艺管道需要采用低温钢材，需要引进国外的低温材料，所以基建投资高，但其最大优点是溶剂价格便宜，消耗指标和能耗均低于其它净化工艺，在大型合成氨厂中普遍采用。低温甲醇洗的专利技术具有代表性专利商为：国外为林德和鲁奇的技术；国内为大连理工大学的技术，两种技术都为成熟技术，但国外专利费、基础设计费较高，因此，本工程为节省投资选用国内技术。(2)NHD 脱硫脱碳NHD 法是中国南化公司研究院原鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司等单位合作丌发成功的新技术，属于物理吸收净化技术，该工艺在常温条件下操作，溶剂无毒，饱和蒸汽压低，溶剂损失小，再生热耗低，设备材质大部分为碳钢，取材范围广，价格也便宜，相对低温甲醇洗而言，溶液循环量大，消耗高，另外，NHD 溶剂对有机硫的吸收能力差，对高硫煤要增加有机硫水解设备。该工艺的主要优点是投资少，能耗低于除低温甲醇沈以外的其它净化方法。表 4-1 是低温甲醇洗和 NHD 净化方法比较低温甲醇洗和 NHD 净化方法比较净化方法生产规模原料净化气H2SCO2溶液成份再生方法电耗单位t/dNH3度/tNH3NHD 脱硫脱碳484煤1PPm0.1%NHD低温甲醇洗1000煤0.1PPmCH3OH氮气气提或空气气提闪蒸+气提脱 S:14.17脱 C:59.5合计：73.67合计：25蒸汽t/tNH3脱 S:0.32脱 C:0合计：0.31水t/tNH3脱 S:17.04脱 C:0.32合计：17.16合计：8.16冷量0.288GJ/tNH3溶剂消耗kg/tNH3脱 S:0.2脱 C:0.2合计：0.41总能耗kJ106/tNH3脱 S:1.080脱 C:1.034合计：2.1141.4486根据以上比较，从工程规模、工艺先进性、降低能耗等方面考虑，酸性气脱除采用低温甲醇洗工艺较好。3、气体精制气体精制气体精制有两种方法：(1)低温甲醇洗配液氮洗耐硫变换只采用中温变换，出变换的气体中 CO 含量在 1O左右经热回收和冷却进低温甲醇洗后，再进入液氮洗，一次性将气体中所有杂质包括 CO，Ar，CH4等全部脱除，合成新鲜气的惰性气含量小于 10ppm。变换气经低温甲醇洗净化后的气体温度在-55。C 左右下进入液氮洗时，液氮洗的冷量可以自身半衡。由于气体精度很高，因而在合成回路中无弛放气，减少了气体损失，压缩功耗也较低。但投资较高。(2)甲烷化精制采用耐硫中变串低变，使 CO 含量降至 0.4以下，进甲烷化反应，甲烷化后新鲜气中 CH4+Ar 含量约为 07。甲烷化工艺的缺点是甲烷化过程中消耗 H2，同时合成回路中弛放气增加，不但损失有效气体，而且压缩功耗增加。甲烷化流程只适合于压力小于 4.0MPa、水汽比较高的工艺。变换操作压力太高时，受平衡压力的影响，CO 的浓度只能达到 1.0，此时若采用甲烷化流程，甲烷化触媒容易超温，消耗氢气量增加，同时合成回路中弛放气增加，压缩功耗也增加。采用甲烷化的优点是：流程短、压降小、投资约为液氮洗的三分之一。结论：虽然液氮洗比甲烷化投资高，但由于液氮洗气体净化度高，新鲜气消耗低，压缩功耗低，其和低温甲醇洗相配合的低温净化流程是最佳的，净化流程能耗、正常操作费用均低，所以本方案推荐采用低温甲醇洗配液氮洗精制流程，除去对氨合成催化剂有害的 CO 和 C02组分，同时也除去 CH4和 Ar 等其它杂质。(五五)氨合成工艺氨合成工艺氨合成工段是合成氨厂生产中的关键环节，而合成塔又是合成工段的关键设备。近年来许多公司在氨合成塔技术方面进行了大量的工作，一些新型的氨合成塔相继问世，如丹麦Topse 公司丌发Topse-300 型氨合成塔，瑞士 Casale 公司的轴径向氨合成塔，美国Kellogg 公司的卧式氨合成塔等，在世界上处于领先地位。降低塔的压降、改善气流分布、提高塔的容积利用率和触媒利用率、提高氨净值，减少循环压缩功率是氨合成塔技术发展中的主要特点。选用高效、节能的氨合成塔为工厂带来最好的经济效益是本设计所追求的目标。Casale 公司及 Topse 公司建造氨合成装置工程主要业绩Casale 公司1)中国吉林石化公司生产能力：1000MTD2)中国陕西天际煤化工有限公司尘产能力：1000MTD3)澳大利WMCFERTILIZER SYBELLA CreeK生产能力：1000MTD4)美国 FARMLAND Ccoeffille Kansas 生产能力:1 000MTDTopsqe 公司：占全世界大型合成氨装置建设的 40-50的份额1)中国渭河化肥厂生产能力：1000MTD2)孟加拉化肥生产能力 1000MTD3)印度化肥生产能力:1350MTD4)泰国化肥生产能力:1000MTD5)印度尼西亚拉化肥生产能力:1000MTD(1)(1)卡萨利合成塔内件有如下优点：卡萨利合成塔内件有如下优点：1)气体轴径向流过触媒床，从而降低了塔的压降，根据卡萨利公司给本工程的初步报价，全塔压降在 2.5bar 左右。2)氨净值高，可达 18左右。充分利用全部催化剂床层，包括顶层。3)采用床间换热和床问冷激相结合的方法，调节触媒床的温度，调节灵活快捷。4)第一、二触媒筐可单独从内件中抽出，三个触媒筐之间分别采用重力密封的形式，第三触媒筐固定于内件上，不需密封。上、下两个换热器用密封垫固定在一起，两换热器之间采用迷宫密封的形式，使其很容易取出。(2)(2)托普索合成塔内件特点托普索合成塔内件特点1)Topsqe-300 合成塔采用全径向反应床。床层阻力降低，全塔阻力降 2.5bar 左右。2)全塔净氨值达 18左右。3)采用床间换热和床间冷激相结合的方法。4)技术成熟可靠。(3)(3)氨合成塔操作条件比较氨合成塔操作条件比较型式净氨值催化剂 m3惰性浓度%合成压力 MPaA废热回收 106kJ/tNH3Casale三床层18.3%48.50.0214.752.59Topse-200二床层15.5%100814.22.553.81Topse-300三床层18.5%压缩(包括合成气和床机)1.05106kJ/tNH3注：以上数据是参考 Topse 其它工程技术指标。(六六)氨贮存和氨输送氨贮存和氨输送(1)(1)氨贮存氨贮存液氨贮存有常压和低压 0.4MPa；中压 2.02.5MPa 三种型式。常压贮存液氨温度较低为一 33，贮罐需用耐低温钢材，适于大型氨贮存。需要设置冷冻保安系统。低压液氨贮存，为考虑到环境及安全因素，也需要设置冷冻保安系统。同时，需设置氨输送泵，将液氨回压到 2.2MPa，才能达到本工程尿素装置的需求。中压液氨贮存，不需冷冻保安系统及氨输送泵，但压力贮罐造价太高。只适用于中小型氨贮存。考虑到运行和投资的因素，本设计暂推荐低压液氨贮存。为考虑尿素装置检修，确保合成氨装置的正常生产，确定存贮量为合成氨生产 4 天的生产量。即：57600.680.9=9412m3选用 5000m3低压液氨球罐 2 台。并设有保安氨冰机系统。（2 2）氨回收）氨回收氨回收是将液氨中间贮槽和氨库液氨贮罐释放气体中的氨，用蒸氨后含少量氨的残液(软水)吸收，所回收的稀氨水进入氨蒸馏塔进行蒸馏，所回液氨送回液氨贮罐。来自合成工段及氨库的贮罐气，进入氨吸收塔底部。由软水贮槽来的软水，经洗涤液泵升压后送入吸氨塔顶部。同时由氨洗涤塔底部出来的 12左右的氨水也进入吸氨塔中部。由氨吸收塔顶出来的尾气经减压送至燃料气系统，塔底出来的氨水送入氨蒸馏塔回收浓度99.5以上的液氨返回液氨球罐，氨蒸馏塔地的残液供氨吸收塔使用。（3 3）硫回收）硫回收采用采用 SURPERCLAUSESURPERCLAUSE(4)(4)冷冻站冷冻站本装置制冷设计能力按年产 30 万吨氨合成所需冷量进行工程设计。制冷量：正常量-26.334l06kcalhr最大量-28.967106kcalhr装置是利用过热蒸汽(440，3.82MPa)驱动透平压缩机，以氨作为制冷剂的冰机制冷装置。(七七)尿素装置尿素装置(1)(1)工艺方案的选择工艺方案的选择本尿素装置的设计能力为两套日产 812.5 吨颗粒尿素。自全循环法合成尿素工艺工业化以来的几十年时间里，尿素工艺技术已取得了很大进展。在解决诸如提高反应转化率、促进未反应物分解回收、减轻设备腐蚀、提高能量利用率、减轻环境污染以及提高操作灵活性和设备可靠性等方面都已积累了丰富的经验。目前在尿素技术市场上占主导地位的主要有以下几种技术：C02汽提法、NH3汽提法、ACES 节能工艺等。为了合理地选择用于本工程的尿素生产工艺，兹将上述三种汽提法的工艺技术特点和生产能耗及经济效益比较。氨汽提工艺氨汽提工艺氨汽提工艺，即 Snamprogetti 斯那姆工艺。氨汽提法尿素工艺核心是采用过量氨作为自提剂的全循环汽提过程。特点主要在合成回路：操作压力150-155bar，合成塔入口 NH3C023.33.6，反应温度186189C，因此合成塔内C02转化率可达65-67，钝化 02含量 0.25。且由于此塔内设有多层孔板阻止返混，有利于尿素生成反应的进行。由于过量氨的气提作用，反应液进入汽提塔后大部分未转化的甲铵被分解，使得整个合成回路尿素产率(以C02计)高达 85。残余的甲铵与游离氨在下游中压(18bar)循环段和低压(45bar)循环段予以分解回收。从气提塔顶部出来的 NH3与 C02气体，跟中压段打来的甲铵循环液混合后，在高压甲铵冷凝器内冷凝，借助液氨喷射器吸引返回合成塔。甲铵冷凝器利用冷凝热副产低压蒸汽，供下游分解段和蒸发段利用。氨气提法还采取了一系列热回收措施，节省蒸汽和用水，如利用低压分解气予热进合成塔的液氨，用工艺冷凝液予热高压甲铵，利用中压分解气加热予蒸发器，工艺冷凝液经水解处理后作锅炉给水，回收的低压蒸汽用于二段蒸发等。氨汽提法可在 40负荷下运行，操作弹性好。C0C02 2汽提工艺汽提工艺C02汽提工艺，即 Stamicarbon 斯塔米卡邦工艺C02汽提法是第一个申请汽提专利、工业化较早的汽提技术。采用该技术在世界范围内建厂较多，生产能力也较大。其主要特点是高压圈在 C02-NH3-H20 系统共沸点温度上运行，并不在意单方面追求较高的 C02转化率，而是将 C02转化率与 NH3 的转化率同时考虑，综合各方面因素，以最低的运行成本确定最佳氨碳比。由于采用 C02作为汽提剂，汽提效果好，过剩氨较少，不需中压分解回收段，流程短，减少设备投资。该工艺从六十年代成功地工业化至八十年代初，在世界尿素技术市场占有统治地