氨生产控制

氨是目前生产的十大化学品之一;各种形式的化肥占氨气产量的85%，而其他工业用途包括纤维、塑料、涂料和树脂。

图像信用：Shutterstock / Saoirse2013

大多数氨是通过天然气原料的蒸汽甲烷重整而产生的。为了提高过程效率和降低成本，制造商采用了闭环控制策略:其成功的关键是ExtrelMAX300-RG.实时气体分析仪。MAX300-RTG是一种坚固的四极孔质谱仪，采用复杂的电子产品和提供全自动操作。通用分析仪提供稳定的实时数据采集和10 ppb的动态范围至100％。流组件的确切浓度立即用于集成到控制方案中。

由于其可靠性，速度和准确性，MAX300-RTG在氨生产中提供无与伦比的性能。它允许对四个重要过程变量的紧密控制：蒸汽到碳比，H₂: N₂甲烷滑脱率、工艺惰性气体。严格控制这些变量可以为氨生产商带来三大经济效益:降低燃料成本、提高产量和整体优化效率。图1是由MAX300-RTG分析的典型流氨过程的简单示意图。

图1。氨的过程

原料气

在第一和第二重整装置中，碳氢化合物原料流和蒸汽在1500°F下结合并通过含有镍基催化剂的重整装置。这就形成了一氧化碳和氢:CH_4.+ H₂O→co + 3h₂．

被称为焦化，这种碳形成对催化剂是有害的。将过量的蒸汽与进料气体混合以防止焦化：应将3：1的最小比率保持在1.0磅的蒸汽至1.0磅的氧化氢。植物通常以慷慨升高的蒸汽与碳比一起操作，以防止低于该比例并降解催化剂。

通过控制蒸汽与碳的比例至±0.02%的公差来控制蒸汽产生成本。

氨生产中最昂贵的过程之一是产生蒸汽:蒸汽的生产水平通常是氨产品的四倍。严格控制汽碳比，可显著降低生产成本。

MAX300-RTG可以对进料流进行油气浓度的快速分析，并计算出BTU值。该信息用于调节蒸汽流量;允许快速调整和避免潜在转换器问题。MAX300-RTG通常可以分析天然气原料流中己烷以下的碳氢化合物，也可以分别分析丁烷和戊烷异构体。这使得计算的BTU值更精确。使用MAX300-RTG作为闭环策略的一部分，蒸汽与碳的比例公差为±0.02%。使用双检测器选项，MAX300-RTG还可以分析原料气流中是否存在硫化物和硫醇等有毒成分，这些成分会使催化剂失活。

原料气
组件	％conc。
氮	0.30
二氧化碳	2.30
甲烷	81.00
乙烷	9.60
丙烷	4.10
正丁烷	1．10
i-Butane	0.40
n-戊烷	0.35
i-Pentane	0.15
己烷	0.05
硫化氢	5 ppm

一段转化炉出水和二段转化炉出水

初级重整器流出物和二级重整器流出物中未反应的甲烷的量称为甲烷滑动或渗漏。图3是将甲烷转化为氢和二氧化碳的重整器效率指示。控制目标是以非常低且恒定的值，通常为0.3％甲烷或更小，确保甲烷滑动。

初级和二级重整器的分析需要由于化妆复杂的化学构成，因此需要高度敏感和非常稳定的传感器。还需要宽的动态范围，因为甲烷转化率在90％甲烷以0.3％甲烷末端开始。MAX300-RTG的灵敏度和稳定性使得控制公差为0.05％，允许操作者最小化甲烷滑动的变化，从而最大限度地提高产量和延长设备寿命。2020欧洲杯下注官网在采用闭环控制的植物中，使用闭环控制的植物中可以看到高达20％的增长率增加了202020欧洲杯下注官网％，并用推动CMS MAX30-RG。

通过无与伦比的甲烷滑脱控制，最大限度地2020欧洲杯下注官网提高产量和设备寿命

空气为氨反应提供所需的氮气:一定量的氮气被引入二段转化炉，产生一种氢氮比为3:1的出口气体。空气中的氧气在燃烧中与碳氢化合物原料反应，并提供能量来改造剩余的气体。二次转化反应增加了氢气含量，使大部分CO氧化为CO₂，后者是首选的，因为它更容易溶于水，并且在进一步的过程中很容易被去除。二段转化炉出口也含有少量的甲烷和氩气，它们作为惰性气体进入合成回路。

CH._4.+ H₂O→co + 3h₂+ (CH_4.）

H₂+空气→3h₂+ N₂+(有限公司₂+ CO)

主要改革者废水
组件	％conc。
氢	67.00
氮	1．50
二氧化碳	11.50
一氧化碳	8.00
甲烷	12.00
氩	0.10

二级重整器流出物
组件	％conc。
氢	57.50
氮	22.50
二氧化碳	8.50
一氧化碳	12.00
甲烷	0.30
氩	0.30

高温移位、低温移位(CO去除)

为了最大化氢屈服，加入更多的蒸汽以将一氧化碳转化为二氧化碳和氢气。该反应在氧化铁基催化剂上的高温下进行换档转换器。质谱仪通常测量高温换档和低温流出物。

公司+ H₂O→有限公司₂+ H₂

高温转变
组件	％conc。
氢	52.70
氮	27.27
二氧化碳	14.53
一氧化碳	3.60
甲烷	1．55

低温变换
组件	％conc。
氢	54.20
氮	26.40
二氧化碳	17.19
一氧化碳	0.40
甲烷	1．50
氩	0.35

CO.₂吸收器和甲烷转化器

CO.₂通过含有多种吸收剂的吸收再生装置去除，包括单乙醇胺溶液(MEA)、亚砜、碳酸丙烯等。经过这一过程，产物气体中的CO小于100ppm。

统称碳氧化物，CO₂CO对许多类型的催化剂都是有毒的，在吸收器后必须从合成气体中去除痕量的两者。这是通过在甲烷发生器中有氢气存在的情况下，通过镍或钌催化剂将它们转化为甲烷来实现的。与未反应的甲烷滑移水平相比，该过程产生的甲烷量是微不足道的。工艺气体中的碳氧化物残留量将小于5ppm。

公司+ 3 h₂→CH_4.+ H₂O.

CO.₂+ 4 h₂→CH_4.+ 2H.₂O.

吸收器出口
组件	％conc。
氢	65.33
氮	31.80.
二氧化碳	0.08
一氧化碳	０．４８
甲烷	1.81
氩	０．４１
氩	0.35

甲烷炉出口
组件	％conc。
氢	69.80
氮	28.00
二氧化碳	<5 ppm.
一氧化碳	<5 ppm.
甲烷	1.70
氩	0.30

变频器进口，变频器出口

氨的高效生产关键是控制氨的H₂: N₂在合成转化器进口的比率。利用MAX300RTG的速度和稳定性以及闭环策略，H₂: N₂在转换器进口的比率可以保持在±0.01%的公差内。使用气相色谱仪，耐受性通常为0.10%。

控制进气H₂: N₂±0.01%以内

估计建议使用MAX300-RTG在H₂: N₂比例控制和质量平衡可以使日产1000吨的工厂每天额外生产10.3吨氨。当使用气相色谱仪的典型循环时间为5-6分钟时，这个额外的输出与预期的植物输出相比较。

N₂+ 3H.₂→2 nh_3.

转换器入口
组件	％conc。
氢	65.00
氮	22.50
氩	2.50
氦	0.50
甲烷	7．00
氨	2．00

转换器出口
组件	％conc。
氢	54.00
氮	19.50
氩	3.50
氦	0.50
甲烷	7.50
氨	15.00

高压吹扫和HRU

MAX300-RTG质谱仪的另一个重要优点是对过程惰性气体(氩气、甲烷和氦气)的控制。这些气体的控制对于保持恒定的转炉进料比至关重要。转炉的大部分原料是氨气生产后再循环的转炉气体。用质谱仪对转炉入口、转炉循环和高压吹扫回路进行分析，确保这些惰性能保持在±0.01%的误差范围内。

通过对过程惰性气体的控制来保持恒定的转炉进料比±0.01%

高压吹扫到HRU
组件	％conc。
氢	62.00
氮	22.50
氩	3.50
氦	0.50
甲烷	11.00
氨	2．00

H2恢复天然气
组件	％conc。
氢	50．00
氮	10.00
氩	1．75
氦	0.60
甲烷	37.50

结论

在过去几年中，随着原材料成本增加，产品价​​格降低了高效的过程控制变得更加重要：提高工艺效率降低成本，制造商采用了闭环控制策略。欧洲杯足球竞彩氨生产者必须利用各种可用的机会来改善他们的过程。有效的闭环控制策略的关键是用于提供分布式控制系统（DCS）的分析仪，其中包括信息：它们必须快速，可靠，准确，精确和粗糙。在氨生产商中，推动CMS工艺质谱仪已经开发出一个声誉，因为“必须具有”分析仪用于氨过程的闭环控制。

这推动CMS MAX300-RTG工艺质谱仪有良好的性能和可靠性记录。它是实时数据采集，允许在不到两分钟的时间内报告12个样本点。特别是，质谱仪提供的信息可以严格控制四个关键的过程变量:

1. 通过对原料气流的准确快速分析，可以将蒸汽与碳的比例控制在±0.02%的误差范围内，显著降低了蒸汽产生成本。
2. 控制转化炉出口的甲烷滑脱可以获得最大的产品收率并延长设备寿命。2020欧洲杯下注官网
3. 通过控制进料到空气(H₂: N₂)的比值在合成转换器进口到±0.01%以内。
4. 通过将工艺惰性气体控制在0.01%以内，保持恒定的转炉进料比，可以提高效率。

此信息已采购，审核和调整来自Extel CMS，LLC提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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