年產(chǎn)70萬(wàn)噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)70萬(wàn)噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì)

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一合成氨脫碳工段的來(lái)源及意義

二

國(guó)內(nèi)外脫碳工藝發(fā)展

三年產(chǎn)70萬(wàn)噸合成氨脫碳工段設(shè)計(jì)方法

四方案的可行性分析

五NHD脫碳未來(lái)展望

六階段進(jìn)度安排

七設(shè)計(jì)的意義與預(yù)期結(jié)果

八參考文獻(xiàn)一合成氨脫碳工藝的來(lái)源及意義氨是最重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，這部分約占70%，主要用于農(nóng)業(yè)（是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的頭等大事），也是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨，胺，染料，炸藥，制藥，合成纖維等這部分約占30%

1合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性

2我國(guó)合成氨工業(yè)發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)概況：中國(guó)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，合成氨產(chǎn)量已躍居世界第1位。掌握了多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)。2009年，我國(guó)共有合成氨生產(chǎn)企業(yè)496家，產(chǎn)量已達(dá)5135萬(wàn)噸，總體上，我國(guó)合成氨工業(yè)能夠滿足氮肥工業(yè)生產(chǎn)需求，基本能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。發(fā)展趨勢(shì)：未來(lái)合成氨技術(shù)進(jìn)展的主要趨勢(shì)是“大型化，低能耗，結(jié)構(gòu)調(diào)整，清潔生產(chǎn)，長(zhǎng)周期運(yùn)行”。產(chǎn)能分布的走勢(shì)將是向資源地轉(zhuǎn)移，尤其是向煤炭資源地轉(zhuǎn)移。3脫碳工段在合成氨中的重要作用

在合成氨裝置前面工序產(chǎn)生的CO2氣體，如果不除去將影響后續(xù)合成過(guò)程并使催化劑中毒。為合成氨提供合格原料氣；為尿素合成提供合格的CO2氣體。從節(jié)能與環(huán)保方面考慮，脫除CO2的洗滌液要能夠再生和循環(huán)使用。二國(guó)內(nèi)外脫碳工藝發(fā)展按照過(guò)程機(jī)理，合成氨裝置脫碳工藝可分為3大類。（1）物理吸收法；（2）化學(xué)吸收法；（3）物理化學(xué)吸收法。（1）物理吸收法

優(yōu)點(diǎn)：投資省，能耗低，再生容易。1964年Fluor公司開發(fā)了碳酸丙烯酯法，凈化氣中CO2低于1%，但回收率與純度均不理想。且能耗高。50年代林德和魯奇（Linde&Lurgi）聯(lián)合開發(fā)了低溫甲醇洗法，利用低溫下甲醇的優(yōu)良性脫除CO2、H2S、硫的有機(jī)化合物等；1964年林德公司又設(shè)計(jì)了低溫甲醇洗串液氮洗的聯(lián)合裝置，凈化氣中CO2<5μL/L。但是低溫操作對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)要求較高，制造有難度，換熱設(shè)備多，投資大，有毒性，使操作和維修不便。1965年美國(guó)ALLied化學(xué)公司開發(fā)成功了聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收法此法主要優(yōu)點(diǎn)：對(duì)多種硫化物有較高的吸能力，能選擇吸收H2S,也能脫除CO2，并能同時(shí)脫除水；溶劑本身穩(wěn)定，不分解，不起化學(xué)反應(yīng)，損失少，對(duì)普通碳鋼腐蝕性小，無(wú)毒性，也不污染環(huán)境。（2）

化學(xué)吸收法因?yàn)镃O2是酸性氣體，可以選用成堿性的化學(xué)吸收液。比較典型的兩類吸收劑是烷基醇胺和熱鉀堿溶液。a烷基醇胺溶液法中有：聯(lián)碳公司(UnionCarbide)開發(fā)的一乙醇胺(MEA)吸收法，通過(guò)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)的裝置得到較滿意的凈化度，但是，再生能耗增加，吸收塔的效率變低，生成少量腐蝕性的物質(zhì)。德國(guó)巴斯夫公司(BASF)開發(fā)的活化MDEA法，此法吸收能力大，循環(huán)量少，能耗低，CO2

回收率很高。MEA-TEA雙溶劑法，同時(shí)使用MEA、TEA來(lái)脫除CO2,既提高了吸收效率,又降低了再生能耗。b熱鉀堿溶液法中有：DavyPowergas公司開發(fā)的無(wú)毒G-V法，此法能耗低，CO2的回收純度99%左右，無(wú)毒；苯菲爾(Benfield)法，由于吸收液價(jià)格低廉,吸收容量大,便于操作管理,溶液再生容易。經(jīng)歷了不斷改造，主要有低能耗苯菲爾工藝和變壓苯菲爾工藝。c由Eickmeyer&Associates公司開發(fā)的催化熱鉀堿法(CataCarb法)凈化氣中CO2含量為50μL/L左右,能耗與操作費(fèi)用都不高。d由美國(guó)Exxon公司開發(fā)的空間位阻胺工藝其投資、能耗、操作費(fèi)用都低于MDEA法,溶劑穩(wěn)定,氣體凈化度小于50μL/Le聯(lián)合法工藝：用兩種不同方法交替使用聯(lián)合組成一個(gè)系統(tǒng),可以發(fā)揮各自的長(zhǎng)處,在某些情況下,可比采用其中任何一個(gè)單獨(dú)方法要節(jié)省操作費(fèi)用，其中有苯菲爾溶液-DEA聯(lián)合法，該聯(lián)合法與兩段苯菲爾法相比，操作費(fèi)用可節(jié)約10%左右;70年代開發(fā)了HiPure法，這種方法的投資費(fèi)用增加5%～10%,但比正常設(shè)計(jì)的苯菲爾裝置節(jié)省再生能耗22%左右。（3）

物理化學(xué)吸收法

常溫甲醇法(Amisol),魯奇公司60年代工化。溶劑:大部分甲醇,40%的二乙醇胺(DEA),少量的硼酸。凈化氣中CO2

含量5μL/L。冷量節(jié)省,溶劑價(jià)格便宜,腐蝕小,但有毒。三年產(chǎn)70萬(wàn)噸合成氨脫碳工段設(shè)計(jì)方法吸收方法：采用聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收劑，此法是物理吸收法。溶劑物理性質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)CH3-O-(-C2H4-)n-CH3(n=2~8)相對(duì)分子質(zhì)量280~315；凝固點(diǎn)-22℃~-29℃

；閃點(diǎn)151℃，蒸汽壓（25℃）<1.33Pa,比熱容（25℃）2.05kJ/(kg·℃)，密度（25℃）1.03kg/L,粘度（25℃）5.8×10-3Pa·s,表面張力（25℃）34.3×10-5N/cm2,溶解CO2釋放出熱量374.30kJ/kg.該溶劑能與水任意比例互溶，不起泡，也不會(huì)因原料氣中的雜質(zhì)而引起降解，加上溶劑的蒸汽壓低，損失非常少。NHD脫碳的優(yōu)勢(shì)①溶劑的優(yōu)良性能：具有極強(qiáng)的脫碳能力，對(duì)H2S,COS的脫硫，脫水及脫油均有一定效果，且化學(xué)性穩(wěn)定，蒸汽壓極低，不起泡，無(wú)毒無(wú)味，無(wú)污染，對(duì)硫有部分溶解能力。②工藝流程簡(jiǎn)單、投資省：NHD對(duì)CO2的吸收能力在各種脫碳劑中居第一，低溫脫碳效率又高，可省去氨塔洗滌。又因?yàn)檎羝麎汉艿?，幾乎不存在氣相夾帶問(wèn)題，可省去溶劑回收流程。無(wú)腐蝕，所以維修費(fèi)較低，設(shè)備可全部采用碳鋼制作。③低溫操作性能好，溶劑損耗少：NHD低溫不分解，還能提高脫碳能力。④溶劑循環(huán)量少，凈化度高：NHD循環(huán)量?jī)H為碳丙溶劑的40%~50%。凈化氣中CO2的含量可控制在0.6%~0.8%。⑤能耗低：由于低溫吸收，溶劑循環(huán)量少，氣相夾帶少，回收分離設(shè)備簡(jiǎn)單，大大降低了能量的消耗。

1NHD脫碳工藝流程示意圖四方案的可行性分析

當(dāng)每年合成70萬(wàn)噸合成氨時(shí)，按照365天計(jì)算，大約每小時(shí)要合成80噸。脫碳工段的處理氣量估算在32000m3/h~53000m3/h之間，明顯低于NHD已有的工藝指標(biāo)88000m3/h。說(shuō)明設(shè)計(jì)能夠滿足70萬(wàn)噸合成氨生產(chǎn)的要求?？梢宰鲞M(jìn)一步的相關(guān)研究。五NHD脫碳未來(lái)展望經(jīng)過(guò)小合成氨廠的多年實(shí)際運(yùn)行，NHD氣體凈化技術(shù)的可行性、優(yōu)越性達(dá)到了國(guó)家有關(guān)部門和企業(yè)界的認(rèn)可。NHD法在合成氨廠的應(yīng)用已經(jīng)在全國(guó)推廣開來(lái)。目前國(guó)內(nèi)大型氨廠還沒(méi)有應(yīng)用NHD法。如果采用NHD法，則設(shè)備可全部國(guó)產(chǎn)化，節(jié)省大量投資，因此開發(fā)70萬(wàn)噸的脫碳工藝將有巨大的潛在的市場(chǎng)。①實(shí)習(xí)時(shí)間2014年3月10號(hào)—2014年4月10號(hào)②設(shè)計(jì)計(jì)算2014年4月11號(hào)—2014年4月25號(hào)③設(shè)計(jì)繪圖2014年4月26號(hào)—2014年5月20號(hào)④設(shè)計(jì)說(shuō)明書編寫2014年5月21號(hào)—2014年5月26號(hào)⑤設(shè)計(jì)答辯2014年5月29號(hào)—2014年5月31號(hào)六階段進(jìn)度安排

七

設(shè)計(jì)的意義與預(yù)期結(jié)果①為中、大型氨廠的合成氨脫碳工段設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、低能耗，投資少的方法。②驗(yàn)證NHD法在中、大型氨廠應(yīng)用的可行性。③對(duì)NHD法進(jìn)行一些改良，和更近一步的研究。八參考文獻(xiàn)1.蔣德軍，合成氨工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展.20