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KBR公司是全球最大的合成氨工藝提供商。全球已有超過(guò)200家合成氨工廠采用了KBR的專(zhuān)利工藝。憑借在該領(lǐng)域60多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，KBR公司不斷創(chuàng)新，為了應(yīng)對(duì)新的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)而成功地開(kāi)發(fā)出多種節(jié)能省氣的新型合成氨工藝。這些新技術(shù)既可以用于對(duì)已有工廠的改造，也可以用于新建工廠。實(shí)踐證明，KBR的新工藝具有可靠的設(shè)計(jì)和優(yōu)異的性能表現(xiàn)。

KBR Purifier工藝

傳統(tǒng)的天然氣合成氨工藝為了保持較高的轉(zhuǎn)化率，減少合成氣中的甲烷殘余量，一段爐出口溫度需控制在810℃左右，二段爐出口溫度需達(dá)到1000℃左右。同時(shí)，為了保障合成氣壓縮機(jī)出口的氫氮比為3:1，需要有效的控制二段爐進(jìn)口工藝空氣的進(jìn)料量。由于工藝流程長(zhǎng)，控制回路有較大的滯后。為了降低合成回路的甲烷和惰性氣體，需要單獨(dú)的弛放氣回收裝置。

KBR的Purifier工藝在干燥器和合成氣壓縮機(jī)之間添加了特有的深冷凈化器設(shè)備，如圖1所示。該設(shè)備能夠清除合成氣中的所有甲烷和大部分惰性氣體，并且能夠精確地將氫氮比控制在3:1。因此，當(dāng)使用該工藝時(shí)，二段爐將通入過(guò)量的空氣，出口溫度降低至860℃左右。同時(shí)，一段爐的熱負(fù)荷得到減輕，從而允許其出口溫度降低至700℃左右，輻射段爐管的尺寸可以縮小約1/3。合成回路的馳放氣直接通入深冷凈化器的上游，由凈化器承擔(dān)其回收工作。因此Purifier工藝不需要獨(dú)立的弛放氣回收裝置。

Purifier工藝以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和有效的整體優(yōu)化，具有低能耗、低投資成本、操作靈活以及生產(chǎn)高度可靠等優(yōu)勢(shì)。

中海石油化學(xué)有限公司在海南省東方工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)新建的合成氨工廠采用了KBR的Purifier工藝，氨生產(chǎn)能力1500噸/天。該工廠的能耗低至6.49Gcal/噸氨，是目前全球能耗最低的合成氨工廠。

Yara集團(tuán)位于荷蘭Sluiskil的Purifier合成氨裝置，平均在線率達(dá)到97.3%，曾創(chuàng)下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1375天的記錄。

KBR KRES工藝

傳統(tǒng)合成氨工藝中，原料天然氣除了用作工藝物料，通過(guò)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化生成合成氣以外，還有相當(dāng)數(shù)量的天然氣用作一段爐的燃料，加熱一段爐以提供蒸汽轉(zhuǎn)化所需的熱量。二段爐出口溫度必須維持在1000度左右，為了回收熱量而產(chǎn)生了大量的蒸汽。其實(shí)質(zhì)上是使用了昂貴而又有限的天然氣制造蒸汽，從能量的經(jīng)濟(jì)性角度看是不合理的。

而在KBR的KRES工藝中，傳統(tǒng)的一段爐取消，取而代之的是由預(yù)熱爐、自熱式轉(zhuǎn)化爐（ATR）和換熱式轉(zhuǎn)化爐（KRES）組成的轉(zhuǎn)化單元，如圖2所示。原料氣經(jīng)預(yù)熱或者輕度轉(zhuǎn)化后，約70％的氣體與富氧空氣混合后進(jìn)入自熱式轉(zhuǎn)化爐，其功能相當(dāng)于原二段爐。甲烷和氧氣首先在上部的混合室燃燒，然后進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，其出口氣通入換熱式轉(zhuǎn)化爐的底部。

換熱式轉(zhuǎn)化爐是一個(gè)兼帶轉(zhuǎn)化反應(yīng)的開(kāi)管式換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。約30％的原料氣從爐體的頂部通入，順著填充有催化劑的換熱器管程向下流動(dòng)，在管程，原料氣發(fā)生轉(zhuǎn)化發(fā)應(yīng)，反應(yīng)所需的熱量通過(guò)管殼換熱提供。反應(yīng)后的轉(zhuǎn)化氣在換熱器的底部與自熱式轉(zhuǎn)化爐出口氣混合，然后通過(guò)殼程向上流動(dòng)，與管程換熱后流出裝置，其出口溫度約在600℃～800℃。

在KRES工藝中，自熱式轉(zhuǎn)化爐出口氣體的高溫?zé)崮苤苯釉趽Q熱式轉(zhuǎn)化爐中被利用，用以進(jìn)一步生產(chǎn)轉(zhuǎn)化氣，預(yù)熱爐或者輕轉(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷得到有效降低，從而極大地減少了燃料天然氣的消耗。

遼寧華錦通達(dá)化工股份有限公司的遼河化肥廠由于天然氣供應(yīng)不足，長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，尤其是在冬季供熱高峰期（每年的十二月到二月份），該廠一般只能維持在60%～70%的負(fù)荷下運(yùn)行。為了減少對(duì)天然氣供應(yīng)的依賴(lài)，遼化廠采用了KBR的KRES工藝進(jìn)行改造。改造后天然氣耗量由9.15 Gcal/噸氨降低到 6.47 Gcal/噸氨，在相同產(chǎn)量下可以節(jié)約高達(dá)29%的天然氣，同時(shí)還能增加了13%的CO2產(chǎn)量，用于實(shí)現(xiàn)尿素增產(chǎn)。改造后該廠在全年的大部分時(shí)間實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，即使在天然氣最為短缺的1～2月間，其生產(chǎn)負(fù)荷也能達(dá)到90％以上。