年产70万吨合成氨脱碳工段工艺设计

年产70万吨合成氨脱碳工段工艺设计

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一合成氨脱碳工段的来源及意义

二

国内外脱碳工艺发展

三年产70万吨合成氨脱碳工段设计方法

四方案的可行性分析

五NHD脱碳未来展望

六阶段进度安排

七设计的意义与预期结果

八参考文献一合成氨脱碳工艺的来源及意义氨是最重要的基础化工产品之一，是氮肥工业的基础，这部分约占70%，主要用于农业（是国民经济发展的头等大事），也是重要的无机化学和有机化学工业的基础原料，用于生产铵，胺，染料，炸药，制药，合成纤维等这部分约占30%

1合成氨工业在国民经济发展中的重要性

2我国合成氨工业发展概况与发展趋势工业概况：中国经过50多年的发展，合成氨产量已跃居世界第1位。掌握了多种原料生产合成氨的技术。2009年，我国共有合成氨生产企业496家，产量已达5135万吨，总体上，我国合成氨工业能够满足氮肥工业生产需求，基本能满足农业生产。发展趋势：未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化，低能耗，结构调整，清洁生产，长周期运行”。产能分布的走势将是向资源地转移，尤其是向煤炭资源地转移。3脱碳工段在合成氨中的重要作用

在合成氨装置前面工序产生的CO2气体，如果不除去将影响后续合成过程并使催化剂中毒。为合成氨提供合格原料气；为尿素合成提供合格的CO2气体。从节能与环保方面考虑，脱除CO2的洗涤液要能够再生和循环使用。二国内外脱碳工艺发展按照过程机理，合成氨装置脱碳工艺可分为3大类。（1）物理吸收法；（2）化学吸收法；（3）物理化学吸收法。（1）物理吸收法

优点：投资省，能耗低，再生容易。1964年Fluor公司开发了碳酸丙烯酯法，净化气中CO2低于1%，但回收率与纯度均不理想。且能耗高。50年代林德和鲁奇（Linde&Lurgi）联合开发了低温甲醇洗法，利用低温下甲醇的优良性脱除CO2、H2S、硫的有机化合物等；1964年林德公司又设计了低温甲醇洗串液氮洗的联合装置，净化气中CO2<5µL/L。但是低温操作对设备和管道的材质要求较高，制造有难度，换热设备多，投资大，有毒性，使操作和维修不便。1965年美国ALLied化学公司开发成功了聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收法此法主要优点：对多种硫化物有较高的吸能力，能选择吸收H2S,也能脱除CO2，并能同时脱除水；溶剂本身稳定，不分解，不起化学反应，损失少，对普通碳钢腐蚀性小，无毒性，也不污染环境。（2）

化学吸收法因为CO2是酸性气体，可以选用成碱性的化学吸收液。比较典型的两类吸收剂是烷基醇胺和热钾碱溶液。a烷基醇胺溶液法中有：联碳公司(UnionCarbide)开发的一乙醇胺(MEA)吸收法，通过简单，经济的装置得到较满意的净化度，但是，再生能耗增加，吸收塔的效率变低，生成少量腐蚀性的物质。德国巴斯夫公司(BASF)开发的活化MDEA法，此法吸收能力大，循环量少，能耗低，CO2

回收率很高。MEA-TEA双溶剂法，同时使用MEA、TEA来脱除CO2,既提高了吸收效率,又降低了再生能耗。b热钾碱溶液法中有：DavyPowergas公司开发的无毒G-V法，此法能耗低，CO2的回收纯度99%左右，无毒；苯菲尔(Benfield)法，由于吸收液价格低廉,吸收容量大,便于操作管理,溶液再生容易。经历了不断改造，主要有低能耗苯菲尔工艺和变压苯菲尔工艺。c由Eickmeyer&Associates公司开发的催化热钾碱法(CataCarb法)净化气中CO2含量为50µL/L左右,能耗与操作费用都不高。d由美国Exxon公司开发的空间位阻胺工艺其投资、能耗、操作费用都低于MDEA法,溶剂稳定,气体净化度小于50µL/Le联合法工艺：用两种不同方法交替使用联合组成一个系统,可以发挥各自的长处,在某些情况下,可比采用其中任何一个单独方法要节省操作费用，其中有苯菲尔溶液-DEA联合法，该联合法与两段苯菲尔法相比，操作费用可节约10%左右;70年代开发了HiPure法，这种方法的投资费用增加5%～10%,但比正常设计的苯菲尔装置节省再生能耗22%左右。（3）

物理化学吸收法

常温甲醇法(Amisol),鲁奇公司60年代工化。溶剂:大部分甲醇,40%的二乙醇胺(DEA),少量的硼酸。净化气中CO2

含量5µL/L。冷量节省,溶剂价格便宜,腐蚀小,但有毒。三年产70万吨合成氨脱碳工段设计方法吸收方法：采用聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收剂，此法是物理吸收法。溶剂物理性质：分子结构CH3-O-(-C2H4-)n-CH3(n=2~8)相对分子质量280~315；凝固点-22℃~-29℃

；闪点151℃，蒸汽压（25℃）<1.33Pa,比热容（25℃）2.05kJ/(kg·℃)，密度（25℃）1.03kg/L,粘度（25℃）5.8×10-3Pa·s,表面张力（25℃）34.3×10-5N/cm2,溶解CO2释放出热量374.30kJ/kg.该溶剂能与水任意比例互溶，不起泡，也不会因原料气中的杂质而引起降解，加上溶剂的蒸汽压低，损失非常少。NHD脱碳的优势①溶剂的优良性能：具有极强的脱碳能力，对H2S,COS的脱硫，脱水及脱油均有一定效果，且化学性稳定，蒸汽压极低，不起泡，无毒无味，无污染，对硫有部分溶解能力。②工艺流程简单、投资省：NHD对CO2的吸收能力在各种脱碳剂中居第一，低温脱碳效率又高，可省去氨塔洗涤。又因为蒸汽压很低，几乎不存在气相夹带问题，可省去溶剂回收流程。无腐蚀，所以维修费较低，设备可全部采用碳钢制作。③低温操作性能好，溶剂损耗少：NHD低温不分解，还能提高脱碳能力。④溶剂循环量少，净化度高：NHD循环量仅为碳丙溶剂的40%~50%。净化气中CO2的含量可控制在0.6%~0.8%。⑤能耗低：由于低温吸收，溶剂循环量少，气相夹带少，回收分离设备简单，大大降低了能量的消耗。

1NHD脱碳工艺流程示意图四方案的可行性分析

当每年合成70万吨合成氨时，按照365天计算，大约每小时要合成80吨。脱碳工段的处理气量估算在32000m3/h~53000m3/h之间，明显低于NHD已有的工艺指标88000m3/h。说明设计能够满足70万吨合成氨生产的要求。可以做进一步的相关研究。五NHD脱碳未来展望经过小合成氨厂的多年实际运行，NHD气体净化技术的可行性、优越性达到了国家有关部门和企业界的认可。NHD法在合成氨厂的应用已经在全国推广开来。目前国内大型氨厂还没有应用NHD法。如果采用NHD法，则设备可全部国产化，节省大量投资，因此开发70万吨的脱碳工艺将有巨大的潜在的市场。①实习时间2014年3月10号—2014年4月10号②设计计算2014年4月11号—2014年4月25号③设计绘图2014年4月26号—2014年5月20号④设计说明书编写2014年5月21号—2014年5月26号⑤设计答辩2014年5月29号—2014年5月31号六阶段进度安排

七

设计的意义与预期结果①为中、大型氨厂的合成氨脱碳工段设计一种简单、低能耗，投资少的方法。②验证NHD法在中、大型氨厂应用的可行性。③对NHD法进行一些改良，和更近一步的研究。八参考文献1.蒋德军，合成氨工艺技术的现状及其发展.20