合成氨原料氣脫

1、初步方案的制定合成氨原料氣脫CO21 一、合成氨的工藝物料 (1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。 (2)凈化 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。 2 一氧化碳變換過程 在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)一般為12%40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應(yīng)如下： CO+H2OH2+CO2 =-41.2

2、kJ/mol 0298H 由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。 3 脫硫脫碳過程 各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通

3、常是采用物理或化學吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 粗原料氣經(jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。 4 氣體精制過程 經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分數(shù))。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法

4、分為深冷分離法和甲烷化法。 甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分數(shù))一般應(yīng)小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應(yīng)如下： CO+3H2CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298H CO2+4H2CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298H 5 2、氣體分離原理分離的基本原理是：將經(jīng)過凈化的帶壓或加壓的原料氣逐級冷卻至各分離組分的冷凝溫度進行分凝(單級或逐級冷凝);或使

5、原料氣加壓冷卻、液化、再精餾進行分離。常用的氣體冷凝溫度(在101.325千帕壓力下)見表1常見的氣體冷凝溫度 密度不同、擴散速度不同，冷卻，根據(jù)沸點溫度不同可以分為：壓縮氣體，物理（化學）反應(yīng)吸附氣體等方法分離。67 3、變壓吸附脫碳基本原理：變壓吸附的基本原理是吸附劑對吸附質(zhì)在不同分壓下有不同的吸附容量，并且在一定壓力下對被分離的氣體混合物的各組分又有選擇吸附的特性，加壓吸附除去原料氣中雜質(zhì)組分，減壓脫附這些雜質(zhì)使吸附劑獲得再生。本系統(tǒng)利用硅膠作為吸附劑，選擇性吸附脫除變換氣中大部分的CO2、有機硫等。采用多吸附床，循環(huán)地變動所組合的各吸附床壓力，并達到連續(xù)分離。本系統(tǒng)采用兩段分離，提純段

6、采用26-4-20均壓工藝，即26個塔，4塔同時吸附，20次均壓降流程。凈化段采用11-3-4-3均壓工藝，即11個吸附塔，3塔同時吸附，4次均壓降流程，3次吹掃流程。充分回收床層死空間的有效H2、N2，增加床層死空間中CO2的濃度，將CO2富集為96%以上回收送往尿素CO2氣柜。故選用變壓溶液吸收法來吸附脫除CO2，本系統(tǒng)利用硅膠作為吸附劑 8二.合成氨的工藝流程1. 變換氣、凈化氣流程：由變脫送來的CO2約25，溫度約40的變換氣送入變壓吸附系統(tǒng)經(jīng)氣水分離器除去游離水后進入提純吸附塔組中同時處于吸附步驟的四個塔，由下而上通過床層，出塔中間氣進入凈化段。當被吸附CO2的濃度前沿接近床層出口時

7、，關(guān)閉該吸附塔的原料氣進口閥和產(chǎn)品氣出口閥，使其停止吸附，通過二十次均壓降步驟回收床層死空間的產(chǎn)品氣，逆著吸附方向放出，易吸附組分CO2被排放至CO2氣柜，吸附劑得到初步再生。吹掃出來的氣部分送CO2氣柜，部分放空。之后，吸附塔逐漸均升壓至吸附壓力開始下一個吸附循環(huán)過程。出提純吸附塔的中間氣CO2約6-8，再進入凈化吸附階段，經(jīng)歷相同吸附、解吸過程，進一步分離中間氣中的CO2，出凈化吸附段凈化氣CO2再0.25以下，送往合成。凈化段CO2解吸通過四次均壓降，先回收床層H2、N2后，再通過三次順放、逆放、三次吹掃出來的氣回收到提純段。92、CO2流程：由凈化段吸附塔解吸出來的CO2經(jīng)逆放和吹掃送

8、往提純吸附段置換出提純吸附塔內(nèi)的H2、N2混合氣體后，進一步經(jīng)提純吸附段解吸、再生、富集為9%以上濃度后經(jīng)提純吸附段逆放和吹掃送往CO2氣柜。103、循環(huán)油流程： 蓄能器主油箱箱內(nèi)過濾器油泵止逆閥節(jié)流閥截止閥壓力油管油器缸閥站回油管油冷器副油箱主油箱循環(huán)使用。4、循環(huán)水流程：循環(huán)水上水油泵水池送水泵循環(huán)水回水11三.合成氨的工藝指標1、溫度：循環(huán)水上水溫度：25循環(huán)水回水溫度：45循環(huán)油溫度： 45變換氣溫度： 40凈化氣溫度： 40產(chǎn)品氣溫度： 40 2、壓力變換氣壓力： 2.0MPa凈化氣壓力： 2.0MPa升降壓壓力： 0.2MPa/min. 循環(huán)油壓力： 6.0-7.0MPa產(chǎn)品氣CO2壓力：0.015MPa123、流量：入系統(tǒng)變換氣流量：120000Nm3/h