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在線氣體分析儀在煤化工中的應用—合成氨

2021.06.22

我國是一個多煤、少油、貧氣的國家，煤炭資源極其豐富，煤化工是發展煤基化學品(氨、甲醇、二甲醚等、煤制油、煤制乙二醇)、煤基液體燃料、先進的IGCC 發電、多聯產系統、制氫、燃料電池等過程工業的基礎。以煤間接液化為例，規模為500萬噸/年的生產裝置，氣化用煤在2200~2500萬噸/年。國內在建的甲醇裝置、合成氨裝置、煤制油裝置和處于籌建中煤制烯烴裝置、煤制油裝置、甲醇裝置項目眾多，對分析儀器的需求依然旺盛。

化肥廠—合成氨

第一步：原料氣的制取。制備含有氫氣、一氧化碳、氮氣的粗原料氣。一般由造氣、空分工序組成。

▲ 造氣工段：造氣出來的煤氣也就是半水煤氣，在氣柜出口（或入口）控制其中的氧含量，防止氧含量超高從而對電捕焦器帶來危險，其檢測目的是安全檢測。

測量組份氧，測量范圍 0-1%

▲ 變換工段：

中變：CO 0-15% CO2 0-1%

低變：CO 0-5% H2 35-75%

CO2出工段：CO2 0-100%

第二步：原料氣的凈化。除去粗原料氣中的氫氣、氮氣以外的雜質。一般由原料氣的脫硫、一氧化碳的變換、二氧化碳的脫除、原料氣的精制工序組成。

▲ 脫硫

以煤、天然氣或重油為原料制取的合成氨原料氣中，都含有一定量的硫化物。一些工廠在脫硫工段脫硫塔后對H2S進行在線測量。

常用：醋酸鉛紙帶法、色譜法、紫外法。

▲ 脫碳

無論采用固體、液體或氣體原料，所制成的合成氨原料氣中均含有一氧化碳，其含量為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劑中毒，因此在送到合成工序前必須除掉。一氧化碳的脫除分兩步：

中變： CO 0-15% CO2 0-1%

低變： CO 0-5% H2 35-75%

CO2出工段：CO2 0-100%

不論以固體燃料還是以烴類原料制得的合成氨原料氣中，經CO變換以后還會有18 ～35%的CO2， CO2的存在不僅能使氨合成催化劑中毒，而且給精制工序帶來困難，如堵塞管線等。CO2又是制造尿素等化工產品的原料，所以必須加以回收利用，脫除氣體中的CO2 過程習慣上簡稱為脫碳。脫碳方法可分為：物理吸收法、化學吸收法和物理化學吸收法三大類。

凈化出口：CO2 0-1%

低閃氣：CO2 0 ～10%

醇后氣：CO 0 ～2% CO2 0 ～1%

▲ 原料氣的精制（精煉）

目前只有小化肥廠在使用銅洗法，一般中型以上化肥廠均使用甲烷化法

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：原料氣的壓縮與合成。將符合要求的氫氮混合氣壓縮到一定的壓力后，在高溫、高壓和有催化劑的條件下，將氫氮氣合成為氨。一般由壓縮、合成工序組成。

▲ 壓縮

在合成氨生產過程中，采用不同原料制備的合成氨原料氣，需要輸送到在一定壓力下操作的凈化、合成工序，同時完成原料氣各工序間的輸送，所以需要對原料氣進行壓縮。壓縮工序的任務就是輸送合成氨原料氣并提高其壓力，以滿足各個工序對壓力的實際需求。

CO2 80-100%

▲ 合成

氨的合成是整個合成氨流程中的核心部分，是合成氨廠最后一道工序。它的任務是在一定的溫度、壓力及催化劑存在的條件下，將精制的氫氮氣合成為氨，反應后氣體中一般氨含量只有10～20%，將反應后氣體中的氨與其他氣體組分分離，提供液氨產品，將分離氨后的未反應氣體循環使用。因而氨合成工藝通常采用循環流程。由于采用合成的方法生產氨，所以稱為合成氨，將生產氨的工廠稱為合成氨廠。

新鮮氣：H2 35-75%

循環氣：H2 35-75%

進合成塔混合氣：H2 35-75% CH4 0-30% NH3 0-5%

合成塔出口：NH3 0-20%

▲ 尿素

液氨與二氧化碳反應生成氨基甲酸銨，反應后送造粒塔噴淋，下落過程干燥、結晶，落到塔底成為尿素。反應過程中要嚴格控制二氧化碳中的氧含量，氧的測量范圍是0～1%，背景氣是CO2。

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