20xx-20xx年合成氨工艺概述初稿总结)

20xx-20xx年合成氨工艺概述初稿总结)内容摘要：

合成气进行处理，除去其中的二氧化碳和一氧化碳，生产出高纯度的富氢 /氮合成气。 采用改良苯菲尔脱碳工艺技术，该工艺技术带半贫液四级闪蒸，从而使外部供热减至最少。 用甲烷化法脱除合成气中残余额二氧化碳和一氧化碳，在甲烷化炉中，碳的氧化物在催化床上与氢反应转化成甲烷和水。 5 净化合成气的压缩与氨的合成 ： 净化后的合成气中含有氢气和氨气，在大约  的温度下送至合成气压缩机 103J 的进口。 此合成气压缩机是一蒸汽透平驱动的二缸，段间冷却离心式压缩机，二段缸内有一分隔开的循环叶轮。 经一段缸压缩后的合成气在段间冷却器 116C 中被冷却水冷却，然后在段间 12 氨冷器 129C 中被氨冷降温，氨冷后的 合成气补充气中冷凝下来的水，在段间分离罐 105F中分离出去，分离器顶部设有一根管线可以把气体回流至压缩机一段缸。 分离器底 有一根管线可以把合成气中分离出来的水返回至合成气压缩机进口罐 104F，以调节其液位。 用段间冷却器和氨冷器冷却去压缩机二段缸的气体，以获得最佳的体积效率，并保证去压缩机的气体不带水，除水步骤能延长合成塔内催化剂的使用寿命，并能获得高纯度的产品氨。 6 脱碳工艺： 基本原理 MDEA(NMethyldiethanolamine) 即 N甲基二乙醇胺， 分子式为 ： 3 2 2 2()CH N CH CH O H 分子量 ，沸点 246℃ 248℃ ，闪点 260℃ ，凝固点21℃ ，汽化潜热 ，能与水和醇混溶，微溶于醚。 在一定条件下，对二氧化碳等酸性气体有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸 温度 低 ,化学性质稳定 ,无毒不降解。 纯 MDEA溶液与 CO2不发生反应，但其水溶液与 CO2可按下式反应： 2 2 3C O H O H H C O   ① 2 3 2 3H R C H N R C H N H ② 式 ① 受液膜控制，反应速率极慢，式 ② 则为瞬间可逆反应，因此式 ① 为 MDEA 吸收 CO2的控制步骤，为加快吸收速率，在 MDEA 溶液中加入 1%5%的活化剂 DEA（ 39。 2RNH ） 后，反应按下式进行： 39。 39。 2 2 2R NH CO R NCO O H ③ 39。 39。 39。 39。 2 2 3 2 2 2 3 3R NCO O H R NCH H O R NH R CH NH H CO      ④ ③ +④： 39。 39。 2 3 2 2 2 3 3R N C H C O H O R C H N H H C O     ⑤ 由式 ③ ⑤ 可知，活化剂吸收了 CO2，向液相传递 CO2，大大加快了反应速度，而 MDEA 又被再生。 工艺流程 图 13 工艺流程 变换气经过三段加压到 Mpa，温度小于 40℃ ，由进口阀导入，经变换气分离器分离油水后进入吸收塔低部。 在塔内与半贫液，贫液逆流接触，被吸收CO2 后，由塔顶引出。 出塔顶的气体被净化器冷却器冷却，再经净化器分离器分离出水分，温度小于 40℃ ，气体中 CO2≤% ，经净化器出口阀到甲烷化工序。 吸收塔内吸收 CO2 的 MDEA 溶液称为富液，温度约 80℃ 、 Mpa，经减压阀减压到 Mpa，经过富液预热器预热后进入常压解析塔的顶部，解析出CO2 后从塔底出来的被称为半贫液，约 2/3 的半贫液到半贫液冷却器降温后经过泵加压到 Mpa 进入吸收塔中部吸收 CO2，约 1/3 的半贫液被常压泵加压到 Mpa，经调节阀进入溶液过滤器。 过滤完机械杂质后流入溶液换热器 管内，出溶液换热器（ 94℃ ）进入气提塔上部，解析出部分 CO2 后溶液从中部出来流入溶液再沸器，在蒸汽作用下，出再沸器温度升高到 113℃ 的气液混合物，再次进入气提塔下部，溶液中 CO2 几乎全部解析，从气提塔底部出来的溶液被称为贫液，温度为 113℃ 进入溶液换热器管间与半贫液换热，降温到 93℃ 进入贫液冷却器管间，被水冷却后的贫液控制在 60℃ ，由贫液泵加压到 Mpa 经调节阀送到吸收塔顶部吸收 CO2。 从气提塔顶部出来的 102℃ 压力 的在生气被称为汽提气，进入常压解析塔顶部，在常压解析塔与富液解析 出来的气体一道从顶部出来，称为再生气。 14 再生气进入再生气冷却塔后冷却后，在进入再生气分离器分离水分，分离后的再生气 CO2≥98% 温度 ≤40 ℃ 压力 510kpa，送入尿素生产车间做为尿素的原料。 苯菲尔溶液吸 CO2 的化学反应 活化钾碱溶液接化学反应吸收二氧化碳，二氧化碳经水合成碳酸，它再与一个碳酸根离子反应，生成重碳酸根离子，其反应式如下： 332323222 2 KH COCOKCOH COHOHCO   苯菲尔系统具有的优点包括： 提高反应速度，导致所需再生热耗量少 采用无挥发性的洗涤介质；使氢损失大大减少； 投资费用和操作费用 低 干法脱碳 简介 在合成氨和尿素生产过程中，都需要除去大量的 CO2组份，其脱碳过程均在变换工序后。 经变换后的变换气， CO2含量通常在 18％～ 35％。 脱除变换气中 CO2的方法很多，从大类来分，可分为湿法和干法，湿法可根据吸收机理的不同，分为化学吸收法、物理吸收法和物理－化学综合吸收法；干法即变压吸附(PSA)法。 变压吸附法脱除变换气中 CO2是利用吸附剂对 CO2的吸附力很强，而对 H N CO 等的吸附力相对较弱的特性，压力状态下 (一般为 ～ )吸附 CO2以及吸附力更强的 H2O、硫化物等杂质 ，在真空状态下脱附这些杂质，使 CO2与 H N2等组分得以有效的分离，同时使吸附剂获得再生。 PSA 干法脱碳技术在 1991 年开始进入工业应用，由于其显著的优越性，目前已得到越来越广泛的应用。 PSA 干法脱碳技术主要有以下 特点 ： （ 1）操作方便，流程简单，无设备腐蚀问题，能耗低，操作中不消耗蒸汽，装置运行费用低。 （ 2） CH4在变换气中一般为 ～ %，经 PSA 脱碳后 CH4含量可降低到～ %，使合成系统的弛放气大大减少。 （ 3）以煤为原料的氨厂变换气中一般 H2S约为 50～ 200mg/m3，有机硫为 20～50ppm，其主要组分为 COS、 CS硫醇、硫醚等，在经 PSA脱碳后净化气中 H2S含量可降至 ，有机硫除 COS 外可全部除去。 （ 4）由于 PSA 技术对变换气净化度高（氢氮气中 CO2含量 ≤% ），可采用甲烷化代替铜洗，节省蒸汽和冷冻量消耗，免除铜洗液污染环境。 由于气体净化度高，硫化物、 NH3等杂质均为 ppm级，使有联醇工序的合成氨厂甲醇质量大大提高，且将延长甲醇催化剂使用寿命。 针对合成氨生产厂家的不同需要，在脱碳工序，变压吸附脱碳技术的用于主要有以下三种类型： 用来替代碳化以增产液氨为目的的 PSA 脱碳工艺。 配甲醇生产的 PSA脱碳工艺。 同时制取脱碳净化气和纯度为 98％以上气体 CO2的工艺。 玉龙化工 厂 主要是 用来替代碳化以增产液氨为目的的 PSA 脱碳工艺。 PSA装置分为提纯系统和净化系统。 整个工艺流程简述如下，由造气车间送来的半水煤气经过湿法脱硫，加压后进入中低变系统，变换气组成： CO2 %、 15 CO %、 H2 %、 CH2 %、 N2 %。 变换气送 PSA 提纯系提纯产品CO2 纯度为 98%，中间气经压缩后去脱除 CO2，便净化气中 CO2〈 %，净化气加压后去铜洗，然后再加压去氨合成。 纯 CO2 经压缩后去脱除，再压缩后去尿素生产。 （ 1）吸收塔 吸收塔是加压吸收设备。 由于采用两段吸收，进入上塔的溶液量仅为整个溶液量的四分之一到五分之一，同时气体中大部分二氧化碳又都在塔下部被吸收掉，因此全塔分成上下两段：上塔直径较小而下塔直径较大。 整个塔内装有填料。 为了使溶液均匀的润湿填料表面，除了在填料层上部装有液体分布器以外，上下塔的填料又多分成两层，每层中间没有液体再分布器。 每层填料都置于支撑板上，支撑板是特殊设计的，称为气 体喷射式支撑板。 支撑板里波纹状，上面开有长条圆形孔，其截面积可与塔的截面积相当，气体由波形上面和侧而的小孔进入填料而液体由波形下部的小孔流出。 这样，气液分布均匀，不易液泛，面且刚性较好，承重量大。 在下塔底部的存液段中设有消泡器，以消除由填料层流出的液体中所形成的泡沫。 为了防止溶液产生旋涡将气体带到再生塔内，在吸收塔下部富液出口管上装有破旋涡装置。 （ 2）解析塔 解析塔的结构和吸收塔的结构差不多，也分为两段也是填料塔。 但是他的塔身上下一样大。 而且是个常压设备没有其他的吸收的的要求高。 而且是从塔的下面进液，上 面出塔是解析后的 CO2 气体。 工艺操作技术指标 进系统变换气压力 ≤ 出系统净化气温度 ≤ 40℃ 出系统净化气 CO2 %~% 再生气压力 410kpa 出系统再生气温度 ≤ 35℃ 出系统再生气 CO2 ≥ 98% 进吸收塔半贫液温度 80177。 2℃ 半贫液含 CO2 1525L/L(V) 进吸收塔贫液温度 6470℃ 贫液 CO2 1.. L/L(V) 出再沸器溶液温度 106110℃ 7 合成氨 工艺 氨的主要特点 氨在标准状态下是无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味。 会灼伤皮 16 肤、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。 空气个氨质量分数在 ％ %时，就能使人在几分钟内窒息。 氨的相对分子质量为 沸点 () 冰点一 77． 7C,临界温度 ，临界压力 ll． 28MPa．液氨的密度 、 334C 为 ?L‘。 标准状态下气氨的密度 7． 71410E4 kgL 摩尔体积 22． 08L?mol1 液氨挥发性很强。 气化热较大。 氨基易挥 发，可生产含氨 15%~30%(质量 )的商品氨水，氨溶解时放出大量的热。 氨水溶液呈弱碱性，易挥发。 液氨和干燥的气氨对大部分 材料 没有腐蚀性，但是在有水存在的条件下。 对铜、银、锌等金属有腐蚀性。 氨是一种可燃性物质，自然点为 630C，一般较难点燃。 氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸，常压，室温下的爆炸范围分别为 %~28%和 %~82% 氨的化学性质较活泼，能与碱反应生成盐。 合成氨工艺的流程 分流进塔：反应气分成两部分进塔，一部分经塔外换热器预热，依次进入塔内换 热管、中心管，送到催化剂第一床层，另一部分经环隙直接进入冷管束，两部分气体在菱形分布器内汇合，继续反应，这样使低温未反应气直接竟如冷管束，稍加热后，作为一、二段间的冷激气，从而减少冷管面积和占用空间，提高了催化剂筐的有效容积，并强化了床层温度的可调性。 同时仅有 65~70%的冷气进入塔内换热器和中心管，减轻了换热器负荷，因而减少了换热面积，相对增加了有效的高压容积，也使出塔反应气温度提高（ 310~340℃ ），即回收热品位提高。 气体分流进塔还使塔阻力和系统阻力比传流程小。 进塔外换热器的冷气不经环隙，这样温 度更低，使进水冷器的合成气温度更低（约 75℃ 左右 ），提高了合成反应热的利用率，降低了水冷器的负荷和冷却水的消耗。 水冷后的合成气直接进入冷交管间，由上而下边冷凝边分离，液氨在重力和离心力的作用下分离，既提高了分离效果，又减小了阻力。 塔后放空置于水冷、冷交后，气体经连续冷却，冷凝量多，因此气体中氨含量低，惰气含量高，故放空量少，降低了原料气消耗。 塔前补压：循环机设于冷交之后，气体直接进塔，使合成反应处于系统压力最高点，有利于反应，同时循环机压缩的温升不消耗冷量，降低了冷冻能耗。 设备选用结 构合理，使消耗低，运行平稳，检修量减少，工艺趋于完善。 选用先进的自控手段，如两级放氨，氨冷加氨，废锅加水，系统近路的控制，均用了 DCS 计算机集散系统自动化控制，冷交、氨分用液位检测采用国内近几年问世的电容式液位传感器等新技术使操作更加灵活、平稳、可靠，降低了操作强度。 合成氨工艺流程图 17 7． 4 氨合成工艺条件 （ 1） 温度： 合成塔壁 ≤150℃ 进塔主气流 175℃ 185℃ 分流气出塔 150℃ 160℃ 零米 360℃ 380℃ 18 一段热点 460℃ 470℃ 二段进口 400℃ 430℃ 废锅进口 310℃ 340℃ 废锅出口 190℃ 200℃ 水冷进口 ≤75℃ 水冷出口 ≤30℃ 氨冷出口 0—5℃ （ 2） 压力： 系统压力 ≤ Mpa 输氨压力 ≤ Mpa 放氨压力 ≤ Mpa 氨蒸发压力 ≤ Mpa 废锅蒸汽压力 ≤ Mpa。