文献综述--杨翠平

浅析合成氨工艺脱碳工段学校代码：11517学号：201110213207HENANINSTITUTEOFENGINEERING文献综述题目浅析合成氨工艺脱碳工段学生姓名杨翠平专业班级化学工程与工艺1142学号201110213207系（部）材料与化学工程学院指导教师(职称)董雪茹（副教授）完成时间2015年03月09日浅析合成氨工艺脱碳工段0浅析合成氨工艺脱碳工段摘要：本文主要说明了脱碳工段在合成氨工艺中的重要性，并着重介绍了热钾碱工艺中的本菲尔法和醇胺工艺中的MDEA法，另简要说明了其他工艺方法如：碳酸丙烯酯（PC）法、聚乙二醇二甲醚（NHD）法、低温甲醇洗法等，它们各有自己的特点和适用范围。关键词：合成氨脱碳苯菲尔法MDEA法1前言全球气候变暖的温室气体中，最主要的气体就是CO2。合成氨装置在制备合成气的过程中会产生大量CO2，若不能将合成气中的CO2脱除出来，将会有大量含CO2的废气排到大气中，造成环境污染。因此脱碳装置在合成氨、尿素生产装置中非常重要，多年以来很多研究机构一直致力于完善脱碳工艺，以求在以CO2为原料的化工装置中收到更好的效果[1]。最终产品为尿素的合成氨生产中，脱碳单元处于承前启后的关键位置，其作用既是净化合成气，又是回收高纯度的尿素原料CO2[2]。脱碳系统可以减少甲烷化炉中的氢耗量及合成氨工段的毒物(CO2)，并提高生产效率；同时,可以防止甲烷化炉超温情况的发生[3]。用各种原料和不同气化方法制造合成氨的生产过程中，都有相当数量的CO和CO2需要除去。经过变换后气体中的CO2含量一般在18--35%范围内，CO2的数量在1.2--1.4吨/吨氨的范围内CO2的存在，不仅会使氨合成催化剂中毒，而且也给清除少量CO的过程带来困难[4]。而且，CO2又是制造尿素、纯碱、干冰等产品的原料，应将其很好地回收利用。另外，CO也是氨合成催化剂的毒物，一般要求进入氨合成塔的原料气中CO和CO2总含量小于10PPM。因此，原料气中CO和CO2的脱除是合成氨生产中必不可少的一步[5]。2脱碳出口微量CO2高对系统的影响合成装置脱碳单元主要功能是脱除合成气里的CO2，未脱除的CO2进入甲烷化系统，在甲烷化炉中与氢1：4反应生成甲烷，造成系统能量和氢损失[6]；在满负荷工况下，根据物料平衡图，脱碳系统出口微量每增加0．1(摩尔百分比)，则每小时约少产416kg氨，一年按330d计算，则每年少产3294．7t氨[7]。浅析合成氨工艺脱碳工段13脱碳技术的改进方法脱碳技术的改进方法主要有3个：（1）更换脱碳溶剂或改变组成成分；（2）对工艺流程进行优化；（3）对操作设备进行改进。其中，第一种方法由于具有无设备、投资少、操作简便等优点，已经成为脱碳技术改进的重要方法[8]。4脱碳工艺简介根据CO2与溶剂结合的不同方式，脱除CO2的方法基本可分为三大类：物理吸收法、化学吸收法和物理一化学吸收法[9]。其中物理吸收法处理量很小，物理一化学吸收法对H2S的选择性比较差，因此国际上大型氨厂的脱碳工艺都以化学吸收法为主，应用最多的是热钾碱工艺和醇胺工艺，热钾碱工艺脱碳中占主导地位的是苯菲尔法，醇胺工艺中占主导地位的是MDEA法[10]。合成氨老系统脱除变换气中CO2是采用水洗法。该法优点是流程及操作较简单。但是，由于水对CO2的吸收能力低，因而水的循环量很大，从而造成耗电多、耗水多、氮氢气体损失也较大，而付产CO2回收率又低，另外，设备体积庞大，占地面积也大[11]。4.1热钾碱工艺热钾碱工艺是世界上广泛应用的一种CO2脱除方法。在热钾碱工艺中，CO2的吸收过程是在碳酸钾水溶液中的可逆反应过程，碳酸钾溶液吸收CO2反应生成碳酸氢钾；溶液再生是将已吸收CO2的溶液加热到碳酸氢钾分解即可发生逆反应，释放CO2再生成碳酸钾，溶液循环使用。由于该反应十分缓慢，必须加入某些物质作为活化剂对反应起到催化作用，以大幅度提高反应过程的传质速率和溶液的吸收能力[12]。热钾碱工艺被广泛用于合成气、天然气、氢气等工业气体的净化，迄今为止，世界上各种类型的热钾碱脱碳装置已逾千套。热钾碱工艺具有溶液吸收能力强、净化度高、再生气纯度高、溶液价格便宜等优点；但是再生热耗高是碳酸钾脱碳工艺的主要缺点，针对这个问题，国内外开发出各种新技术、新工艺以降低再生热耗[13]。改良苯菲尔法是合成氨工艺脱除转化气中CO2以得到合格的合成氨工艺气的代表性单元操作，其运行的能耗高低、稳定性将直接影响着工厂的经济效益。工艺为两段吸收一段再生流程，采用蒸汽喷射器和蒸汽压缩机回收脱碳贫液中的潜热，产生的闪蒸汽供再生用[14]。自低变经过冷凝液再沸器，温度从230℃降156℃，再经溶液再沸器以及脱盐水加热器温度降到104℃，压力2.81MPa，进人脱碳单元。此时含有浅析合成氨工艺脱碳工段216.78%(干基)CO2的工艺气经吸收塔两段吸收后，从吸收塔顶部出来，再经分离器进人下游的甲烷化单元[15]。4.2MDEA法该法由德国巴斯夫公司（BASF）开发，吸收CO2的速率较慢，为提高溶液吸收和再生速率，通常加入少量DEA等活化剂。因此，活化MDEA吸收CO2的过程具有物理吸收和化学吸收的特点。该法自问世以来，受到了广泛关注，称为现代低能耗脱碳法。80年代末至90年代初，南京化工研究院、华东理工大学、川化研究院先后推出具有各自特色的活化MDEA脱碳工艺。由于该工艺具有吸收能力大、反应速度快、适应范围广、再生能耗低、净化度高、溶液基本无腐蚀性、大部分设备及填料可用碳钢制作、操作简化等优点，因此，在较短的时间里它被国内20多家中小型合成氨厂广泛采用。然而，该法也存在以下主要问题[16]：(1)溶液降解和腐蚀MDEA溶液在脱碳过程中有一定的腐蚀和降解。对于腐蚀问题，除了要尽量减少降解程度外，仍须加入缓蚀剂。实验表明，在MDEA溶液中加入适当缓蚀剂后，溶液腐蚀性得到大幅度降低。(2)溶液起泡起泡是由于溶液中化学污染物使表面张力降低引起的。污染物通常有：溶解的轻烃、压缩机和阀门的润滑油、溶液降解产物、消蚀剂、微粒悬浮物和氧。保持有效的机械过滤和活性炭过滤，不断清除系统中非均相的硫化铁等杂质及杂质，是保证溶液清洁、防止起泡的主要方法。(3)MDEA溶剂的损失溶剂损失是装置的重要经济指标。在使用该法的装置中，溶剂损失的途径有蒸发、夹带、降解及跑冒滴漏等。正常的蒸发损失很有限，根据MDEA的蒸汽压计算，蒸发损失一般在0.01kg/t-1吨左右。针对溶剂损失，可采用除雾除沫器等。4.3其他常见工艺除了苯菲尔法和MDEA法是最常用的脱碳方法外，在合成氨工艺中，还会有其他工艺方法以满足不同的生产需求，如：碳酸丙烯酯（PC）法、聚乙二醇二甲醚（NHD）法、低温甲醇洗法等，它们各有自己的特点和适用范围。碳酸丙烯酯（PC）法不仅溶剂损失大，净化气中CO2含量高，而且碳丙溶液对碳钢有腐蚀，生产效率低，能耗高，碳丙法采用碳酸丙烯酯作吸收液，是典型的常温、物理吸收，吸收温度为30--35℃，溶液循环量较大，吸收和再生过程无需加热和冷冻，总能耗低，NHD法是低温吸收，溶液循环量小，总能耗较低，吸收温度为-5--5℃。一般在无低压蒸气来源，电价较低时宜选用NHD法[17]；聚乙二醇二甲醚（NHD）法浅析合成氨工艺脱碳工段3不仅溶剂损耗低，净化度高，而且对设备腐蚀极小，能耗低，工艺流程简单，投资低。低温甲醇洗法工艺流程复杂，设备较多，投资高，但运行成本较低，而且溶液具有较好的热稳定性和化学稳定性，吸收选择性好，净化度高，低温甲醇洗工艺采用甲醇作为溶剂的一种物理吸收法，操作温度一般为-20--75℃，溶剂损失量小。此外，该法气体损失小，CO2纯度高，产量大。5结束语脱碳系统的最主要特点：吸收压力高，溶液吸收能力大；采用一段再生，在吸收塔无贫液和富液之分，利用蒸汽喷射器和蒸汽压缩机把贫液中闪蒸得到的蒸汽加入到再生塔中是低温热源得到充分的利用，因而再生能耗低。浅析合成氨工艺脱碳工段4参考文献[1]向毅,范彬.节能技术在合成氨装置技改中的运用[J].川化,2004,(2):1.[2]杨兵.脱碳工段的介绍和评述[J].中氮肥,2014,05,(3):20-22.[3]吕元双,贺胜利.脱碳溶液中钙镁离子的带入途径与危害[J].云南化工,2014,04,(2):69-71.[4]杜晓飞.合成氨装置脱碳系统蒸汽压缩机跳车原因分析及预防措施[J].化肥设计,2012,12,(6):46-48.[5]朱晓燕,吴重光,沈承林.30万吨/年合成氨装置脱碳工段的动态仿真[J].计算机仿真,1993,(4):9-14.[6]李舫.合成氨分子筛系统的运行总结[J].小氮肥,2014,03,(3):20-21.[7]许茂深.降低脱碳CO2微量研究与实施[J].化工设计通讯,2012,04,(2):30-33.[8]唐俊丽.合成氨工艺脱碳方法评述[J].化学工程师,2011,(12):34-36.[9]V.S.Kudryashov,S.V.Ryazantsev,A.V.Ivanov.ConsiderationofNonlinearEffectsinDesigningMultilinkedDigitalControlSystemforAmmoniaSynthesis[J].CONTROSYSTEMSANDINFORMATIONTECHNOLOGIES,2008:1481-1487.[10]崔广东.合成氨装置中脱碳单元的技术改造[J].建筑与发展:209-210.[11]朱尧.用含胺热钾碱法脱除二氧化碳[J].大连化工厂:9-12.[12]ChanghaiLiang*,ZhaobinWei,QinXin,CanLi.AMMONIA-TREATEDACTIVATEDCARBONASSUPPORTOFARu-BaCATALYSTFORAMMONIASYNTHESIS[J].CHANGHAILIANGetal.:ACTIVATEDCARBON,2004,Vol.83,No.1:39-45.[13]吴婷婷.合成氨装置苯菲尔脱碳工艺改造总结[J].大氮肥,2013,08,(4):233-235.[14]阿不都克里木.浅析氨厂脱碳系统在高负荷下的平稳操作[J].天然气化工,2012,(6):53-55.[15]林华勇,先中国,朱晓鹏.脱碳系统的特点及技术分析[J].大氮肥,2005,(4):250-253.[16]杨勇.MDEA脱碳问题处理与腐蚀的防治[J].小氮肥,2013,(10):9-10.[17]刘晓坤.NHD脱碳装置氨冷器热洗小结[J].中氮肥,2013,09,(5):54-56.