甲烷化和烃化2种合成氨原料气精制技术的比较及探讨
马 辉，杨国洞，许世方
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）
[摘 要] 介绍甲烷化和烃化2种合成氨原料气精制技术，结合河南心连心化肥有限公司和山东瑞星化工集团有限公司装置的运行情况分析和比较2种精制技术的优缺点，并指出应根据企业自身的实际情况选择合适的合成氨原料气精制技术。
[关键词] 合成氨原料气；甲烷化；烃化；甲烷；烃化物；精制技术；比较
[中图分类号] TQ 113.26+4.3 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932（2017）03-0013-02
1 概 述
目前合成氨原料气精制技术共有铜洗、液氮洗、双甲（醇烷化）、醇烃化4种工艺，前两种属于湿法精制技术，采用物理或化学吸收的方法除去原料气中的少量一氧化碳和二氧化碳而完成原料气的精制；后两种属于干法精制技术，采用化学转化法在催化剂的作用下将一氧化碳和二氧化碳转化为甲醇、烃化物而从原料气中分离、脱除，或者转化为甲烷继续留在原料气中［1］。铜洗工艺由于流程复杂、操作困难、能源消耗高、环境污染大等缺点[2]，之前采用此法进行生产的合成氨装置现大部分已完成技术升级和改造，采用技术更先进的其他3种精制技术。由于近几年先进煤气化技术的推广和空分装置在合成氨生产中的应用，液氮洗工艺已成为在建或者拟建大型合成氨装置首选原料气精制技术。但是由于历史原因，我国仍有大部分的中、小氮肥企业采用以无烟煤为原料的固定床气化技术，受整体工艺技术的限制，合成氨原料气精制只能采用双甲或者醇烃化气体精制技术，因此目前这2种精制技术仍然占据合成氨原料气精制领域的半壁江山。
2 甲烷化和烃化精制工艺技术介绍
双甲工艺和醇烃化工艺属于合成原料气干法精制技术，2种工艺的原理比较类似，经脱碳或者低压甲醇（联醇工艺）净化后的原料气先经过甲醇化精制，再经过甲烷化或烃化进一步精制。2种精制工艺的区别主要在于甲烷化工艺和烃化工艺的不同。
2.1 甲烷化精制技术
甲烷化就是将一氧化碳和二氧化碳在催化剂（主要成分为镍）的作用下加氢转化为甲烷，此法可以将合成氨原料气中的碳氧化物含量降到指标要求。其主要反应方程式如下：
CO+3H2→CH4+H2O
CO2+4H2→CH4+2H2O
甲烷化反应为强放热反应，反应温度低有利于反应的进行，但温度也不能过低，因为反应温度过低时催化剂中的镍会与一氧化碳反应生成羰基镍，所以进催化剂床层的原料气温度不能低于200 ℃，以免影响催化剂的活性。甲烷化反应的温度一般在280～420 ℃，进入甲烷化塔的原料气需要加热，可根据工厂的实际情况采取蒸汽加热或电加热的方式。另外，因原料气中的甲醇、二甲醚等物质会造成催化剂中毒，必须在甲醇化系统后设置洗涤装置，除去进甲烷化塔原料气中的微量甲醇、二甲醚等，以保护催化剂。甲烷化工序中，在催化剂作用下，原料气中一氧化碳的起活温度在180 ℃左右，二氧化碳的起活温度在180～183 ℃，一氧化碳可直接与氢气发生反应，而二氧化碳需先分解成一氧化碳再进行甲烷化反应，反应后气体降温生成的水被分离后，含甲烷的合成氨原料气被压缩机提压后送氨合成界区。
甲烷在氨合成反应中既不参与反应，又不能在反应后的气体中被冷却、分离下来，随着反应的进行，甲烷在氨合成回路中逐渐累积，影响氮气和氢气的分压，增加合成氨能耗。所以，从能耗的角度来看，甲烷化精制技术通过消耗氢气把一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷，对氨合成反应极为不利。
更多内容详见《中氮肥》2017年第3期