年产70万吨合成氨脱碳工段工艺设计 学 生： 专 业： 指导教师： 报告时间：目录 一一 合成氨脱碳工段的来源及意义 二二 国内外脱碳工艺发展 三三 年产70万吨合成氨脱碳工段设计方法 四四 方案的可行性分析 五五 NHD脱碳未来展望 六六 阶段进度安排 七七 设计的意义与预期结果 八八 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CO25L/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( Union Carbide) 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-T EA 双溶剂法，同时使用MEA、T EA 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：Davy Powergas 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(Cata Carb 法)净化气中 CO2含量为 50 L/ 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 50 L/ L e 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 5 L/ 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=28)相对分子质量280315；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 ）5.810-3Pas,表面张力（25 ）34.310-5N/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。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。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。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%。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 当每年合成当每年合成70万吨合成万吨合成氨时，按照氨时，按照365天计算，大天计算，大约每小时要合成约每小时要合成80吨。脱吨。脱碳工段的处理气量估算在碳工段的处理气量估算在32000m3/h53000m3/h之之间，明显低于间，明显低于NHD已有的已有的工艺指标工艺指标88000m3/h。 说明设计能够满足说明设计能够满足70万万吨合成氨生产的要求。可以吨合成氨生产的要求。可以做进一步的相关研究。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。实习时间 2014年3月10号2014年4月10号设计计算 2014年4月11号2014年4月25号设计绘图 2014年4月26号2014年5月20号设计说明书编写 2014年5月21号2014年5月26号设计答辩 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。验证NHD法在中、大型氨厂应用的可行性。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.2005.92.孟岩,合成氨的生产方法以及工艺流程研究.2008.83.姜淮李正西，NHD脱硫脱碳工艺在合成氨装置的应用.2008.124.曲平俞裕国，合成氨装置脱碳工艺发展与评述.5.张子峰，合成氨成产技术.化学工业出版社.第二版.6.王志峰，NHD脱碳工艺的先进性及应用前景.1998.117.王洪记，NHD开发应用前景及市场分析.1999