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【摘要】：对我国的氮肥工业技术发展现状进行了分析介绍，并对合成氨技术未来的发展趋势进行了展望。60kt/a合成氨系统2009年以前采用的是半脱碳（脱碳能力小）的形式，即变换气一部分经脱碳，一部分直接进入碳化塔生产碳酸氢铵，后因市场原因碳酸氢铵滞销，库存加大面临停产，公司决定在原来基础上再上一套变压吸附脱碳装置实行全脱碳，并对老脱碳系统进行改造，产品结构调整力度加大，并且原来的放空气进行了回收，抽真空气气体中二氧化碳的纯度的得到了提高，为生产食品级液态二氧化碳提供了优质原料气。
【关键词】变压吸附脱碳 吸附塔 改造 扩能 真空泵 压缩机
中图分类号：TB652文献标识码： A
原料结构调整主要是"油改气"(利用部分氧化工艺将原料改为天然气)和"油改煤"(利用煤气化工艺将原料改为煤或石油焦)。原料结构调整方案中主要考虑的是资源条件及其地理位置，以经济效益(包括装置投资、操作费用、生产成本)为标准进行确定。天然气是合成氨装置最理想的原料，且改造时改动量最小、投资最省，应以优先考虑；但如果不具备以天然气为原料的基本条件(资源和地理位置)，则以"原料劣质化"为主，进行"煤代油"或"渣油劣质化"的技改。为了尽可能地增大投资效益，可以适当扩大气化部分的规模，通过"配气方案"实现氮肥-C1化工及其衍生物产品的联合生产，以实现产品结构的调整。这样不仅联合生产装置投资较低，而且能够实现合成气的有效合理利用，操作费用和生产成本将会大幅度降低，经济上将更加具有竞争力。 目前上述结构调整工程已经开始实施，由于资源条件及其地理位置的原因，对轻油型合成氨装置进行了"油改煤"的技术改造，而重油型合成氨装置则进行了"油改气"技术改造，并取得了预期效果，有力地推动了天然气部分氧化工艺技术和煤气化工艺技术的进步。
1 變压吸附脱碳工作原理
变压吸附脱碳工作原理是变压吸附脱碳以物理吸附为基础,利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量并且在一定的吸附压力下对被分离的气体混合物又有选择性吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组份，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附塔循环地变动所组合的各循环塔的压力就可以达到连续分离气体混合物的目的。
本装置就是采用变压吸附技术从变换气中脱除二氧化碳气体，即利用所采用的吸附剂加压时吸附原料气中的二氧化碳和水组份，难吸附的组份如氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等作为产品气由吸附塔顶部引出，减压时被吸附的二氧化碳与水组份脱附，同时吸附剂获得再生，从而达到气体分离的目的。
2 原脱碳工艺流程及主要设备
（1）遂平化工厂原脱碳系统工艺流程是变换气（原料气）在其压力和温度下，进入水分离器，将水份分离掉，分离出的水通过低点排出。分离游离水后的变换气，进入吸附塔，脱去杂质组份的气体（产品气）则从吸附塔上端引出，送往碳化工段。
3运行及改造情况
该变压吸附脱碳装置于2000年11月开始兴建，2001年7月装置开始运行，当时主要为了解决生产中两氨不平衡的问题，即解决生产中氨水不足的问题，处理气量较小，且当时并未考虑抽真空气体中二氧化碳的纯度问题。当时的运行程序除了吸附、压力均衡降、压力均衡升、抽真空、回收、终充之外还有顺放和逆放两个过程，气体有一定的损失。为了满足现有生产需要加大处理气量，提高抽真空气体中二氧化碳的纯度，经设计单位多次研究提出技术改造方案，更该工艺流程，由原来的六塔吸附改成九塔吸附增大了处理气量，运行程序中的顺放和逆放过程也被改成了回收，减少了气体损失。更改真空泵型号和增加真空泵台数增加吸附塔抽空能力，添加少量高效脱碳吸附剂增强了吸附效果，提高了抽真空气体中二氧化碳的纯度。2009年底原变压吸附脱碳脱碳改造完成，2010年1月又新增一套九塔变压吸附脱碳装置，新变压吸附脱碳装置在老变压吸附脱碳装置基础之上采用最新工艺设计，均压采用塔与塔之间直接均压的设计减少了均压装置（均压罐）的投入且处理能力比老装置还大处理能力能达到30000m3/h以上。
老装置经过改造和扩能加之新增加的装置，这样整个系统就达到了全脱碳的能力，这样一来就加大了产品结构调节力度，即可全出碳酸氢铵又可全出液氨，也可既出碳酸氢铵又出液氨，可随时因市场对产品需求而进行调整各个产品的产量。通过运行我们也总结出了影响抽真空气体中二氧化碳的纯度的因素，a）吸附时间的长短，吸附时间越长则抽真空气体中二氧化碳的纯度越高，反之则越低。b）水压的高低，一次水压低，则真空泵用水量少真空度低导致抽真空气体中二氧化碳纯度偏低，反之则效果更佳。c）程控阀内塞磨损情况，若程控阀磨损严重则导致程控阀漏气影响真空度，进而影响二氧化碳纯度。d）回收压缩机活门完好情况，若回收压缩机活门漏气则导致回收压缩机打气量差二氧化碳纯度低，反之则经常保持活门完好也会改善二氧化碳纯度。改造完成后，加之运行情况的改善抽真空气体中二氧化碳纯度的提高也为新增加的食品级液态二氧化碳装置提供了优质的原料。既减少了二氧化碳的放空和对环境的污染，又增加了收入可谓一举三得。
4、对我国合成氨工业发展的几点看法
4.1我国合成氨产量虽然已跃居世界第1位，但单系列装置规模较小。
合成氮平均规模为5万t/a，无法适应世界合成氨的发展趋势。据有关资料统计，俄罗斯约有35套合成氨装置，合成氮平均规模为40万t/a；美国有50多套合成氨装置，合成氨平均规模30万t/a以上。近年来合成氨装置大型化是世界合成氨的主流发展趋势。
4.2 目前我国化肥生产厂原料组成气、油、煤比例小。
大致为14％、22％和65％。由于原料在成本构成中占有很大比重，因此要提高国际市场竞争力，首要的是选用价格较低的原料，不再新建以煤、油为原料的大型合成氨装置。
4.3中型合成氨装置必须进行改造。
中型合成氨装置设备效率低是主要矛盾，技术改造主要是提高设备效率，不要盲目扩大设备能力。我国的中型合成氨装置基本上都是我国自行设计、自己制造设备建设起来的，国外没有这方面的实践和投入，因此中型合成氨装置技术改造应以国内技术为主。
4.4 必须压小保大。
我国长期以来对化肥企业实行了多项优惠政策，特别是对小化肥企业免征增值税，这说明国家已下决心压小保大，腾出有限的市场空间，净化现有的市场格局。这也是很多工业行业成功的做法。建立大型化肥企业集团，实现资源最优配置，以发挥整体优势。而自然淘汰下来的小型合成氨企业可为单一元素基础肥料进行二次加工，生产市场需求的各种专用或多功能肥料化肥，由于自然淘汰下来的小型合成氨企业遍布各地，直接面向市场，可形成化肥加工、销售、服务一条龙系统。
4.5 原料占了合成氨生产成本的75%。
由于原料来源困难和价格高，一些厂将调整原料结构，另外，我国化肥工业布局存在靠近市场、远离原料产地的现象，加上公路运输禁止超限，原料长距离运输费用增高，因此，对化肥而言，输气不如输产品，氮肥装置应建设在天然气资源产地，天然气价格也是制约合成氨项目成败的主要因素之一 。
4.6 国际上基本以高浓度化肥为主。
而近年来发达国家化肥生产主要以复合肥料为主，英国复合肥料占80％、美国占65％、法国占61％、日本占55％，并正在进一步向多功能、专用化方向发展。因此必须调整下游产品结构，生产部分复合肥料或混配肥料，以适应农业发展的需要。我国氮肥中高浓度的尿素、硝酸铵约占56％，低浓度的碳铵、硫酸铵等占40％，复合肥、专用肥比例小，跟不上农业生产对化肥需求的变化。
参考文献
[1]《带压堵漏技术问答》，姚在同，2002，中国石化出版社.
[2]《实用带压堵漏技术》，赵良，2001，石化工业出版社.
【关键词】变压吸附脱碳 吸附塔 改造 扩能 真空泵 压缩机
中图分类号：TB652文献标识码： A
原料结构调整主要是"油改气"(利用部分氧化工艺将原料改为天然气)和"油改煤"(利用煤气化工艺将原料改为煤或石油焦)。原料结构调整方案中主要考虑的是资源条件及其地理位置，以经济效益(包括装置投资、操作费用、生产成本)为标准进行确定。天然气是合成氨装置最理想的原料，且改造时改动量最小、投资最省，应以优先考虑；但如果不具备以天然气为原料的基本条件(资源和地理位置)，则以"原料劣质化"为主，进行"煤代油"或"渣油劣质化"的技改。为了尽可能地增大投资效益，可以适当扩大气化部分的规模，通过"配气方案"实现氮肥-C1化工及其衍生物产品的联合生产，以实现产品结构的调整。这样不仅联合生产装置投资较低，而且能够实现合成气的有效合理利用，操作费用和生产成本将会大幅度降低，经济上将更加具有竞争力。 目前上述结构调整工程已经开始实施，由于资源条件及其地理位置的原因，对轻油型合成氨装置进行了"油改煤"的技术改造，而重油型合成氨装置则进行了"油改气"技术改造，并取得了预期效果，有力地推动了天然气部分氧化工艺技术和煤气化工艺技术的进步。
1 變压吸附脱碳工作原理
变压吸附脱碳工作原理是变压吸附脱碳以物理吸附为基础,利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量并且在一定的吸附压力下对被分离的气体混合物又有选择性吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组份，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附塔循环地变动所组合的各循环塔的压力就可以达到连续分离气体混合物的目的。
本装置就是采用变压吸附技术从变换气中脱除二氧化碳气体，即利用所采用的吸附剂加压时吸附原料气中的二氧化碳和水组份，难吸附的组份如氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等作为产品气由吸附塔顶部引出，减压时被吸附的二氧化碳与水组份脱附，同时吸附剂获得再生，从而达到气体分离的目的。
2 原脱碳工艺流程及主要设备
（1）遂平化工厂原脱碳系统工艺流程是变换气（原料气）在其压力和温度下，进入水分离器，将水份分离掉，分离出的水通过低点排出。分离游离水后的变换气，进入吸附塔，脱去杂质组份的气体（产品气）则从吸附塔上端引出，送往碳化工段。
3运行及改造情况
该变压吸附脱碳装置于2000年11月开始兴建，2001年7月装置开始运行，当时主要为了解决生产中两氨不平衡的问题，即解决生产中氨水不足的问题，处理气量较小，且当时并未考虑抽真空气体中二氧化碳的纯度问题。当时的运行程序除了吸附、压力均衡降、压力均衡升、抽真空、回收、终充之外还有顺放和逆放两个过程，气体有一定的损失。为了满足现有生产需要加大处理气量，提高抽真空气体中二氧化碳的纯度，经设计单位多次研究提出技术改造方案，更该工艺流程，由原来的六塔吸附改成九塔吸附增大了处理气量，运行程序中的顺放和逆放过程也被改成了回收，减少了气体损失。更改真空泵型号和增加真空泵台数增加吸附塔抽空能力，添加少量高效脱碳吸附剂增强了吸附效果，提高了抽真空气体中二氧化碳的纯度。2009年底原变压吸附脱碳脱碳改造完成，2010年1月又新增一套九塔变压吸附脱碳装置，新变压吸附脱碳装置在老变压吸附脱碳装置基础之上采用最新工艺设计，均压采用塔与塔之间直接均压的设计减少了均压装置（均压罐）的投入且处理能力比老装置还大处理能力能达到30000m3/h以上。
老装置经过改造和扩能加之新增加的装置，这样整个系统就达到了全脱碳的能力，这样一来就加大了产品结构调节力度，即可全出碳酸氢铵又可全出液氨，也可既出碳酸氢铵又出液氨，可随时因市场对产品需求而进行调整各个产品的产量。通过运行我们也总结出了影响抽真空气体中二氧化碳的纯度的因素，a）吸附时间的长短，吸附时间越长则抽真空气体中二氧化碳的纯度越高，反之则越低。b）水压的高低，一次水压低，则真空泵用水量少真空度低导致抽真空气体中二氧化碳纯度偏低，反之则效果更佳。c）程控阀内塞磨损情况，若程控阀磨损严重则导致程控阀漏气影响真空度，进而影响二氧化碳纯度。d）回收压缩机活门完好情况，若回收压缩机活门漏气则导致回收压缩机打气量差二氧化碳纯度低，反之则经常保持活门完好也会改善二氧化碳纯度。改造完成后，加之运行情况的改善抽真空气体中二氧化碳纯度的提高也为新增加的食品级液态二氧化碳装置提供了优质的原料。既减少了二氧化碳的放空和对环境的污染，又增加了收入可谓一举三得。
4、对我国合成氨工业发展的几点看法
4.1我国合成氨产量虽然已跃居世界第1位，但单系列装置规模较小。
合成氮平均规模为5万t/a，无法适应世界合成氨的发展趋势。据有关资料统计，俄罗斯约有35套合成氨装置，合成氮平均规模为40万t/a；美国有50多套合成氨装置，合成氨平均规模30万t/a以上。近年来合成氨装置大型化是世界合成氨的主流发展趋势。
4.2 目前我国化肥生产厂原料组成气、油、煤比例小。
大致为14％、22％和65％。由于原料在成本构成中占有很大比重，因此要提高国际市场竞争力，首要的是选用价格较低的原料，不再新建以煤、油为原料的大型合成氨装置。
4.3中型合成氨装置必须进行改造。
中型合成氨装置设备效率低是主要矛盾，技术改造主要是提高设备效率，不要盲目扩大设备能力。我国的中型合成氨装置基本上都是我国自行设计、自己制造设备建设起来的，国外没有这方面的实践和投入，因此中型合成氨装置技术改造应以国内技术为主。
4.4 必须压小保大。
我国长期以来对化肥企业实行了多项优惠政策，特别是对小化肥企业免征增值税，这说明国家已下决心压小保大，腾出有限的市场空间，净化现有的市场格局。这也是很多工业行业成功的做法。建立大型化肥企业集团，实现资源最优配置，以发挥整体优势。而自然淘汰下来的小型合成氨企业可为单一元素基础肥料进行二次加工，生产市场需求的各种专用或多功能肥料化肥，由于自然淘汰下来的小型合成氨企业遍布各地，直接面向市场，可形成化肥加工、销售、服务一条龙系统。
4.5 原料占了合成氨生产成本的75%。
由于原料来源困难和价格高，一些厂将调整原料结构，另外，我国化肥工业布局存在靠近市场、远离原料产地的现象，加上公路运输禁止超限，原料长距离运输费用增高，因此，对化肥而言，输气不如输产品，氮肥装置应建设在天然气资源产地，天然气价格也是制约合成氨项目成败的主要因素之一 。
4.6 国际上基本以高浓度化肥为主。
而近年来发达国家化肥生产主要以复合肥料为主，英国复合肥料占80％、美国占65％、法国占61％、日本占55％，并正在进一步向多功能、专用化方向发展。因此必须调整下游产品结构，生产部分复合肥料或混配肥料，以适应农业发展的需要。我国氮肥中高浓度的尿素、硝酸铵约占56％，低浓度的碳铵、硫酸铵等占40％，复合肥、专用肥比例小，跟不上农业生产对化肥需求的变化。
参考文献
[1]《带压堵漏技术问答》，姚在同，2002，中国石化出版社.
[2]《实用带压堵漏技术》，赵良，2001，石化工业出版社.