🏭 煤制合成氨全流程工艺图谱

从原煤 → 合成气 → 液氨 → 尿素 | 物质流 × 工艺链 × 设备群
原料/公用工程 核心反应 净化/分离 产品 副线加工
煤制合成氨 — 全流程物质演变与工艺装置映射 Coal-to-Ammonia Process Flow Diagram | 30万吨/年装置规模参考 阶段0:原料输入 阶段1:空分制备 阶段2:煤气化 阶段3:CO变换 阶段4:气体净化 阶段5:氢气提纯 阶段6:氨合成 阶段7:冷冻分离 阶段8:尿素合成 阶段9:储运外销 🪨 原煤 无烟煤 / 烟煤 含C >80% | 灰分<15% 消耗量 ~25 t/h 来源:煤仓→皮带输送→煤斗 🌬️ 空气 N₂ 78% + O₂ 21% + 其他1% 经空压机压缩至 0.4-1.0 MPa 💧 蒸汽 / 水 高压蒸汽 3.5-10.0 MPa 参与气化反应 & 驱动透平 B1 空分装置 · 深冷精馏 工艺:深冷分离 (-190°C 液化精馏) 空压机 → 分子筛 → 冷箱 → 精馏塔 产出 O₂ >99.5% (送气化炉) 产出 N₂ <5ppm O₂ (送合成) 功率 10,000-25,000 kW | 冷箱 30-60m B1 空分 B3 氧压站 O₂ 加压至 3.0-8.0 MPa → 送气化炉 B2富余O₂可装瓶外销 A1 气化装置 · 核心反应 输入:煤 + O₂ + 蒸汽 C + H₂O → CO + H₂ C + O₂ → CO₂ + 热量 1200-1700°C | 2.5-6.5 MPa | 气流床 粗合成气:CO~20% + H₂~35% + CO₂~8% 副产:煤焦油 + 含酚废水 + 煤渣 ⚠️ 防爆 Ex d IIC T4 | CO剧毒 | H₂易爆 A1 气化 A5 变换及冷却装置 输入:粗合成气 + 蒸汽 CO + H₂O → H₂ + CO₂ 中温 350-450°C (Fe-Cr) → 低温 200-280°C (Cu-Zn) 变换气:H₂↑ CO₂↑ CO<0.3% 反应热回收副产蒸汽 | 冷凝水分离 ⚠️ 高温+CO剧毒+催化剂(Cr⁶⁺致癌) A5 变换 A3 转净化装置 · 脱碳+脱硫 输入:变换气 (含 CO₂ + H₂S) 方案A:低温甲醇洗 (-60~-30°C) 方案B:MDEA化学吸收 (常温) 净化目标:CO₂<10ppm | H₂S<0.1ppm 副产 CO₂ → 尿素装置 / 外销 副产 H₂S → 硫回收(Claus)→硫磺 ⚠️ H₂S剧毒 | 甲醇易燃 | H₂易爆 A3 净化 A7 PSA · 变压吸附提纯 输入:净化合成气 (H₂+N₂+微量杂质) 4-12塔交替:吸附→降压→冲洗→升压 产品 H₂ >99.9% 解吸气 → 燃料气管网回收 A7 PSA A2 氨合成装置 · 核心反应 输入:纯H₂ + N₂ (配比 3:1) N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ Fe₃O₄熔铁催化剂 | 400-520°C | 15-30 MPa 单程转化率10-18% | 循环累积>85% 产出:高压含氨混合气 ⚠️ 高压H₂自燃喷射火焰(不可见) A2 合成 A6 冰机装置 · 冷冻分离 输入:合成塔出口气 (~400°C) 废热锅炉 → 水冷器 → 氨冷器(-10°C) → 分离器 液氨产品 >99.8% 冰机功率 ~5,000 kW | 冷冻压缩机 未反应气循环回合成塔 | 驰放气去氢回收 ⚠️ 高压+低温NH₃泄漏 | 液击风险 A6 冰机 尿素合成装置 · CO₂汽提法 输入:液NH₃ + CO₂(来自净化工段) 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O 高压合成 15-20 MPa | 180-190°C 汽提 → 分解 → 蒸发 → 造粒 尿素颗粒 N≥46.3% 斯塔米卡邦工艺 | 能耗 0.8-1.0吨蒸汽/吨尿素 尿素装置 液氨/尿素储运系统 液氨球罐 2000-5000 m³ 常温加压 ~1.6 MPa | 或常压低温 -33°C 装车泵 + 鹤管 → 槽车外运 尿素成品 → 散装/袋装 → 出厂 ⚠️ 重大危险源 | 单罐>100吨 ━━ 副线1:焦油深加工 B8 焦油罐区 储存气化副产煤焦油 含多环芳烃(苯并芘致癌物) B8 焦油 A4 加氢装置 煤焦油高温高压加氢提质 转化为清洁燃料油/化工原料 A4 加氢 B7 焦油成品罐区 储存加氢提质后的焦油成品 等待出厂销售 B7 成品 B10 焦油充装 鹤管/管道装车外运 焦油产品出厂终端 B10 充装 ━━ 副线2:环保处理 B4 酚氨回收 从含酚废水中回收酚类+氨 资源化利用,降低废水负荷 B4 回收 B9 脱酚罐区 含酚物料中间储存 废水处理线中间环节 B9 脱酚 C1 生化装置 生物降解法处理有机废水 达标排放 C1 生化 C7 碱回收 废碱液再生循环使用 降低运行成本 C7 碱回收 ━━ 公用工程(C系列) 循环水系统 C2-C6 / C9 C9(5000m³)主冷却 + C2-C6分区冷却 蒸汽管网系统 气化废热锅炉 + 合成废热锅炉 副产蒸汽 电力系统 驱动压缩机/泵/风机 | 全厂供电 O₂ 空气 蒸汽 煤浆 O₂ N₂ 输送管道 → 合成装置 粗合成气 变换气 净化气 纯H₂ >99.9% 含氨气 液NH₃ CO₂ → 尿素原料 尿素 液氨 → 储罐 煤焦油 含酚废水 碱液循环 循环冷却水 → 各装置换热器 蒸汽管网 → 驱动压缩机/加热 📊 物质流总览(30万吨/年装置参考) 输入端 原煤 ~25 t/h | 空气 ~26 t/h | 蒸汽 ~22 t/h 主要元素:C + H₂O + O₂ + N₂ 输出端 液氨 ~37,500 kg/h | 尿素(可选)~60,000 kg/h CO₂ ~15,000 kg/h(可回收)| 灰渣 ~3,000 kg/h 核心反应式 N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (ΔH = -92.4 kJ/mol) 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O ⚠️ 安全等级分布 🔴 A系列(红色):气化/变换/净化/合成/分离/加氢 🟡 B系列(黄色):空分/氧压/罐区/充装/酚回收 🔵 C系列(蓝色):循环水/生化/碱回收 🤖 机器人巡检优先级链路 最高危主线:A1(气化) → A5(变换) → A3(净化) → A7(PSA) → A2(合成) → A6(冰机) 覆盖此链路 = 守护全厂80%以上高风险关键设备 车间编号对照表 A1气化 A2氨合成 A3转净化 A4加氢 A5变换 A6冰机 A7 PSA B1空分 B3氧压 B7/B8焦油罐 B10焦油充装 B4酚回收 B9脱酚罐 C1生化 C7碱回收 C2-C9循环水 📅 基于煤制合成氨企业实际厂区规划 | 分析日期:2026年4月 | 中国主流工艺路线(煤制占比~78%) 100%

工艺节点详情

使用说明

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工艺流程概述

  • 阶段0-1:原料输入与空分制备,将空气分离为O₂和N₂
  • 阶段2:煤气化,煤在高温高压下转化为粗合成气(CO+H₂)
  • 阶段3:CO变换,CO与水蒸气反应生成H₂和CO₂
  • 阶段4:气体净化,脱除CO₂和H₂S等杂质
  • 阶段5:PSA提纯,获得高纯度H₂(>99.9%)
  • 阶段6:氨合成,N₂+3H₂在催化剂作用下合成NH₃
  • 阶段7:冷冻分离,冷凝分离出液氨产品
  • 阶段8:尿素合成(可选),NH₃+CO₂→CO(NH₂)₂
  • 阶段9:产品储运,液氨/尿素出厂销售