2022年产万吨合成氨脱碳工段工艺设计方案.docx

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1、年产 30 万吨合成氨脱碳工艺工程 可行性讨论报告指导老师：姚志湘同学：魏景棠- 14 - / 14目 录第一章总论 31.1 概述 31.1.1 工程名称 31.1.2 合成氨工业简况 31.2 工程背景及建设必要性 4 1.2.1工程背景 41.2.2 工程建设的必要性 41.2.3 建设意义 错误！未定义书签；1.2.4 建设规模 4其次章市场猜测 .62.1国内 市 场 猜测62.2 产品分析 6第三章脱碳方法及种类 . 73.1 净化工序中脱碳的方法 . .73.1.1 化学吸收法 . .73.1.2 物理 吸 收法.83.1.3 物理化学吸取法 . .83.1.4 固体吸取法 .

2、.103.2 碳酸丙烯酯 PC）法脱碳基本原理 .103.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 . .103.2.2 发展过程 . . .103.2.3 技术经济 . . .113.2.4 工艺流程 . . .113.2.5 存在的问题及解决方法 . . . . .123.2.6 PC脱碳法进展趋势 . .13第一章工程总述2.1 概述1.1.1 工程名称年产 30 万吨合成氨脱碳工段工艺设计1.1.2 合成氨工业简况1898 年，德国 A. 弗兰克等人发觉空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙 又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：CaCN23H2 Og） 2NH 3g） CaCO3

3、在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模 烷链醇胺类的脱碳工艺有：- 乙醇胺 monoethanolamine ，H2NCH2CH2，OHMEA法 ；甲基二乙醇胺 M2 DE）A 法；活化 MDEA法即 aMDEA工艺）；2）碳酸钾溶液作吸取剂的脱碳工艺，即热钾碱脱碳工艺有：无毒 G-V 法；苯菲尔法；催化热钾碱Cata carb ）法； Flexsorb法2 ；3.1.1.1 . 1MEA法MEA法是一种比较老的脱碳方法；吸取过程中，MEA与 CO2 发生反应生成碳酸化合物，经过加热即可将 CO2分解出来；该法的最大优点是可以在一个非常简洁的装置中，把合成气中的 CO2脱除到可以接受的程

4、度；但它本身存在两个缺点： 1） CO2 能与吸取反应生成的碳酸化合物发生进一步反应生成酸式碳酸盐，该盐较稳固，不易再生；生成的碳酸盐稳固性较差，分解温度低，且无腐蚀性；相对其它工艺，MDEA法有以下优点： 1）能耗和生产费用低； 2）脱碳效率高，净化气中CO2 含量可小于 100ppm； 3）使用范畴广，可用于大、中、小各型合成氨厂； 4）溶剂稳固性好； 5）溶剂无毒、腐蚀性微小； 作活化剂， V2O5作为腐蚀防护剂；我国于 20 世纪 90 岁月相继以布朗工艺建了 4 套装置，即锦西自然气化工厂、建峰化肥厂、四川天华公司化肥厂和乌鲁木齐石化总厂其次化肥厂，规模都是日产氨1000 吨；低热耗

5、苯菲尔工艺是由美国联碳公司在传统苯菲尔工艺基础上开发的，采纳了节能新技术；国内在20 世纪 70 岁月引进的 13 套大型化肥装置中，有 10 套采纳苯菲尔脱碳工艺；从 1985 年起，己有 7 套进行了用低热耗苯菲尔工艺改造；国内新建的以自然气为原料的大型合成氨装置，脱碳系统也多采纳低热耗苯菲尔工艺，如锦天化厂、建峰厂、天华公司等；中海石油化学有限公司合 成氨装置脱碳系统采纳改良型苯菲尔流程5 ；苯菲尔法可在高温下运行，再生热低，添加的 V2O5 可防腐蚀，但该工艺需对设备进行钒化处理，要求工人的操作水平较高，并且铺张溶剂，能耗大，特殊蒸汽用得多，有效气体缺失也大，运行成本高等缺点；3.1.

6、2 物理吸取法物理洗涤是 CO2 被溶剂吸取时不发生化学反应，溶剂减压后释放CO2 不必加热 ， 解吸后的溶液循环使用；相对化学吸取法，物理洗涤法的最大优点是能耗低，CO2 不与溶剂形成化合物，减压后绝大部分CO2被闪蒸出来，然后采纳气提或负压实现溶剂的完全 再生；这就使得工艺投资省、能耗低、工艺流程简洁；物理吸取法主要有Selxeol法、Elour法、变压吸附法及低温甲醇法等6 ；物理吸取法常用于高CO2 分压的原料气处理；3.1.2.1 NHD 法NHD法被认为是目前能耗最低的脱碳工艺之一，该法使用的溶剂为聚乙二醇二甲醚的 混合物，其分子式为 CH3-O-n-CH，2式中 n=2-8 ；N

7、HD是兖矿鲁南化肥厂与南京化学工业集团公司讨论院、杭州化工讨论所共同开发胜利的一种物理吸取硫化氢和二氧化碳等酸性气体的高效溶剂7 ；NHD气体净化技术改造系脱除酸性气体的物理吸取新工艺，适合于合成气、自然气、城市煤气等的脱硫脱碳；NHD具有对设备无腐蚀，对CO2、 H2S 等酸性气体的吸取才能强、蒸汽压低，挥发性小、热稳固性和化学稳固性好、不会起泡，无腐蚀性等优点，并且该法在NHD的再生过程中几乎不需要能量，通常利用空分装置富余的低压氮气在气提塔进行脱碳富液的气提再生，其优点是削减利用空气气提带来系统内 NHD溶液含水量的富集，省去了空气水冷、气水分别及NHD脱水设备，节约了投资，简化了流程

8、8 ；3.1.2.2 碳酸丙烯酯法 PC法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸取剂的脱碳方法；其原理是利用在同样压力、温度 下，二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中的溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中的溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫化氢而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是随压力上升和温度的降低而增加的， CO2等酸性气体在碳丙溶剂中溶解量一般可用亨利定律来表达， 因而在较高的压力下，碳酸丙烯酯吸取了变换气中的二氧化碳等酸性气体，在较低的压力下二氧化碳能从碳酸丙烯酯溶液中解吸出来，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新复原吸取二氧化碳等酸性气体的才能；碳酸丙烯酯法具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳固、无

9、腐蚀、流程操作简洁等优点；该法 CO2的回收率较高，能耗较低，但投资费用较高；适用于吸取压力较高、CO2净化度不很高的流程，国内主要是小型厂使用；用碳丙液作为溶剂来脱除合成氨变换气中CO2 工艺是一项比较适合我国国情的先进技术，与水洗工艺比较，除具有物理吸取过程显著的节能成效外，在现有的脱碳方法中，由于它能同时脱除二氧化碳、硫化氢及有机硫化物，加上再生无需热能，能耗较低等优势，在国外合成氨和制氢工业上已得到广泛应用；3.1.2.3 变压吸附法变压吸附气体分别净化技术，简称PSAPressure Swing Adsorption）；变压吸附法是近几年才用于合成气净化的，它属于干法，采纳固体吸附剂

10、在转变压力的情形下，进行加压）吸附 CO2或减压）解吸；变压吸附法分别气体混合物的基本原理是利用某一种吸附剂能使混合气体中各组份的吸附容量随着压力变化而产生差异的特性，挑选吸附和解吸再生两个过程，组成交替切换的循环工艺，吸附和再生在相同温度下进行；可用此法改造小型氨厂，将低能耗，在大型氨厂使用显得困难9 ；为了达到连续分别的目的，变压吸附脱碳至少需要两个以上的吸附塔交替操作，其中必需有一个吸附塔处于挑选吸附阶段，而其它塔就处于解吸再生阶段的不同步骤；在每次循环 中，每个吸附塔依次经受吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最终升压等工艺步骤；目前，此种类型的装置在全国合成氨厂已广

11、泛采纳；如四川什邡某氮肥厂为自然气富氧造气，变换气脱碳采纳我公司近年来开发的节能型变压吸附脱碳新工艺，多塔进料，多次均压，并实现了吸附塔和真空泵的新组合，同时对吸附剂、程控阀门、掌握系统、动力 设备的配置都做了较大的改进，从而使H2、N2 有效气体回收率大大提高，能耗进一步降低，装置投资也有所削减 10 ；3.1.2.4 低温甲醇洗法低温 甲醇 洗工艺RectisolProcess ） 系 由德 国林 德公司Linde ） 和 鲁奇 公司法具有一次性脱除 CO2，溶液廉价易得，能耗低，适用范畴广泛等特点；但该法投资很大，我国镇海炼化厂大化肥等四家以重油和煤为原料的合成氨装置 使用了低温甲醇法脱

12、除CO2；3.1.3 物理化学吸取法物理化学吸取法脱除 CO2工艺主要有环丁砜 Sulfinol法和常温甲醇 Amisol 法，物理化学吸取法常用于中等 CO2分压的原料气处理；环丁砜法中所使用的溶剂由是环丁矾、二异丙醇胺与水组成，能同时吸取CO2和硫的化合物，且吸取速度快，净化度高，但再生 耗热多，目前只有一些中小型厂使用；常温甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，当CO2分压上升时，以其在甲醇中溶解的物理吸取为主；当CO2分压较低时，以其与二乙醇胺发生化学反应的化学吸取为主，该法应用范畴广，净化率高，但对H2S和 CO2的挑选性较差， 己很少使用；3.1.4 固体吸取法固体吸附是 CO2在加压时

13、被吸附在多孔状固体上，减压时吸附的CO2被解吸，亦称变压吸附；3.2 碳酸丙烯酯 PC ）法脱碳基本原理3.2.1 PC 法脱碳技术国内外的情形PC为环状有机碳酸酯类化合物，分子CH3CHOCO2C，H该2 法在国外称 Fluor法；PC法是南化集团讨论院等单位于20 世纪 70 岁月开发的技术， 1979 年通过化工部鉴定；据初步统计，已有 150 余家工厂使用 PC技术，现有装置 160 余套，其中大型装置两套，其余为中小型装置；大部分用于氨厂变换气脱碳；总脱碳才能约300 万吨合成氨 / 年，其中配尿素型应用较多，占 60%左右，至今该法仍是联碱、尿素、磷铵等合成氨厂使用最广的脱碳方法，

14、其开工装置数为 MDE、A NHD法总和的数倍；3.2.2 进展过程PC技术的应用，主要经受了两个阶段：第一阶段始于70 岁月末，两个小氮肥厂用 PC法代替水洗法脱 CO2的工业试验装置获得胜利，取得了明显的节能成效和经济效益；加之PC 法在工艺上与水洗法相像，改造费用低，很快在一些小氮肥企业中推广应用；其次阶段， 20 世纪 90 岁月以来，随着小化肥转变碳铵单一产品结构，适应市场需要，采纳脱碳增氨转产尿素或联醇等方法，以提高经济效益，增强小化肥的竟争才能；为此，需要增设 一套变换气脱碳装置，由于PC 技术为典型的物理吸取过程，流程简洁，投资少，节能明显，技术易于把握；因此，很快得到了推广，

15、并扩大了应用范畴，技术上也趋于成熟；3.2.3 技术经济由于碳丙脱碳纯属物理过程，因而它的能耗主要消耗在输送流体所须的电能；碳丙溶剂对 CO2等酸性气体的吸取才能较大，一般为同条件下水吸取才能的4 倍；因此，代替水洗法脱除变换气中 CO2不但满意铜洗要求，而且回收 CO2的浓度和回收率也能满意尿素、联碱生产的要求；与水洗法相比可节约电耗150-250KWh/tNH3，可节约操作费 10-25 元/t NH3；因而应用碳丙脱碳的厂家均可获得明显的节能成效；但这种成效随着工艺配置、设备、操作状况，处理规模和目的的不同而差异较大；碳丙脱碳与几种脱碳方法的能耗比较如表 1.1 ；表 1.1几种脱碳方法

16、的能耗比较表方法加压苯 菲位 阻水洗尔法胺法改MEDA法1884良NHDP名称法C法能耗28473558-54423349-41871047-125612563.2.4 工艺流程1）原料气流程由压缩机三段送来 2.3MPa 的变换气第一进入水洗塔底部与水洗泵送来的水在塔内逆流接触，洗去变换气中的大部分油污及部分硫化物，并将气体温度降到30以下，同时降低变换气中饱和水蒸汽含量；气体自水洗塔塔顶出来进入分别器，自分别器出来的气体进入二氧化碳吸取塔底部，与塔顶喷淋下来的碳酸丙烯酯溶液逆流接触，将二氧化碳脱至工艺指标内；净化气由吸取塔顶部出来进入净化气洗涤塔底部，与自上而下的稀液或脱盐水）逆流接触，将

17、净化气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来，净化气由塔顶出来后进入净化气分别器，将净化气夹带的碳酸丙烯酯雾沫进一步分别，净化气由分别器顶部 出来回压缩机四段入口总管；依据各厂的详细情形和氨加工产品的不同，相匹配的碳丙脱 碳条件及要求亦各异；在使用上，有替代加压水洗型、联碱型、配尿素型、联醇型、生产 液氨型以及制氢等各类型；在净化效率上，有的对CO2进行粗脱，而大部分厂家，就进行精脱；对脱碳压力，有采纳 0.4MPa、1.1-1.3Mpa 、1.6-1.8Mpa 、2.5-2.8Mpa 及 4.3Mpa 等多种类型；2）解吸气体回收流程由闪蒸槽解吸出来的闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下

18、的稀液逆流接触，将闪蒸气夹带的液滴回收下来；闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分别器，将闪蒸气夹带的碳酸丙烯酯液滴进一步分别下来，闪蒸气自分别器顶部出来送碳化，脱除二氧化碳并副产碳酸氢铵后，闪蒸气回压缩机一段入口总管；由常解塔解吸出来的常解气进入常解- 汽提气洗涤塔的常解气洗涤段，与自上而下的稀液逆流接触，将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中的碳酸丙烯酯蒸气回 收下来，常解气自常解气洗涤段出来后进入常解气分别器，将常解气中夹带的碳酸丙烯酯 液滴进一步分别，常解气自分别器顶部出来送食品二氧化碳工段；汽提气由汽提塔出来后进入常解 - 汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段，与自上而下的稀液逆流接触

19、，将汽提气中夹带的碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中的碳酸丙烯酯蒸气回收下 来，经洗涤后汽提气由塔顶放空；3）液体流程a）碳酸丙烯酯脱碳流程简述贫碳酸丙烯酯溶液从二氧化碳吸取塔塔顶喷淋下来，由塔底排出称为富液；富液经自 调阀进入溶液泵 - 涡轮机组的涡轮，减压后进入闪蒸槽，自闪蒸槽出来的碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器，大部分不经过过滤器，二者混合过后进入常解- 汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出来经过两液封槽进入汽提塔顶部，与自下而上的空气逆流接触， 将碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳进一步汽提出来，经汽提后的碳酸丙烯酯溶液为贫液，贫 液由汽提塔出来进入循环槽，再由循环槽进入溶液泵- 涡轮机组的溶液

20、泵，由泵加压后经碳酸丙烯酯溶液冷却器降温，进入二氧化碳吸取塔，从而完成了碳酸丙烯酯溶液的整个解 吸过程；b）稀液流程循环稀液或软水）由常解 - 汽提气洗涤塔的常解段出来，经稀液泵加压后送往净化气洗涤塔上部自上而下；由塔底出来经自调阀进入闪蒸气洗涤塔的上部自上而下，由底部出来经自调阀进入常解 - 汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段自上而下，由底部出来经一U 型液封管进入常解气洗涤段连续循环；3.2.5 存在的问题及解决方法综合分析 PC法脱碳各厂的使用情形，最具代表性的问题有：1）溶剂损耗高；造成这一问题缘由有三个因素： a.PC 溶剂蒸汽压高；b.PC 气相回收系统不完善；c. 操作治理水平的影响；2

21、）净化气中 CO2含量简洁跑高，吨氨电耗高；净化气中CO2含量高，缘由是多方面的如再生成效不好，系统残碳高或冷却不好等等；目前，碳丙脱碳技术已提高到一个新的阶段，工业应用的或即将应用的最有吸引力的进展有以下几个方面；3.2.6 PC 脱碳法进展趋势塔器的优化包括塔径、塔填料、塔内件、塔过程掌握的技术改造，改造后往往可提高20%-50%或更高的生产才能，改造主要分两部分进行: 一是脱碳塔气液分布器和填料的改造，其目的是提高通气量和强化气液接触效率，加大润湿面积；详细方法是设税全截面均 匀分布的气体和液体分布器，部分或全部采纳规整填料；二是再生塔的改造；由于传统设 计中再生塔常解段均为淋降式，当系

22、统硫含量高时，受逆流及淋降板开孔直径的限制，易造成溶液中的单质硫积存结垢，慢慢堵塞淋降板上的开孔，使其失效故往往生产2 年后再生成效会明显不如以前；由此可见，必需对这种结构完全改造；详细方法是将常解段改为筛板或填料塔型，并增设类似塔型的真空解读段；改造工作除了塔器以外，仍进行了系统工艺优化，详细内容有：1）调整溶剂泵的扬程，串联 1 台增压泵； 2）气提流程由原正压气提改为负压气提，有利于提高贫度；3） 降低变换气和循环溶剂的温度，以提高碳丙吸取才能；4）实行碳丙溶剂半过滤或全过滤方法，杜绝系统堵塞隐患； 5）提高变换气脱硫成效； 6）碳丙稀液回收改造 11 ；3.2.6.1 复合溶剂法用两种

23、或两种以上的物理、化学或物理化学溶剂作为复合溶剂净化酸性气体的讨论， 多年来始终方兴未艾；复合溶剂法的优点从挑选性和吸取才能分析，特殊是高分压下，挑选合适的复合溶剂，优于纯溶剂，显著地提高了溶剂的吸取才能；另一方面明显地降低了能耗；除此以外，复合溶剂为了达到操作特性要求所作的混合过程，仍具有其它方面的敏捷性，即复合溶剂的组成；而且，复合溶剂可以优化配方用最低的费用达到所须的分别要求见表 1.2 ）；工程CO2净化度 %） 溶剂损耗 Kg） 电耗KW）h操作成本 元）PC法0.81.514585复合溶剂法0.50.7510060表 1.2 两种方法的技术经济比较 以吨氨计）3.2.6.2 低温 PC法实践证明，低温碳丙法具有以下优点：1）气体净化度高； 2）降低溶剂循环量；3）降低溶剂损耗；为了在较低操作压力下获得需要的气体净化度、降低溶剂循环量、节约动力消耗、降低溶剂蒸发缺失，吸取操作可在低于常温条件下进行，即低温碳酸丙烯酯脱碳技术；CO2在溶剂中的溶解度可用下式表示： lgx*=lgp+B/T+C+lg 式中：x* CO2 在含 水溶 剂中 的饱和溶 解度 ， 摩 尔 分数； p 气相 CO2 分 压，1.01 105Pa；B、C常数， B=686.1，C=-4.245 ；溶剂含水量的修正系数，当含水量为2%时， =0.9 ，lg =-0.046 ；T吸取温度， K；