合成氨脱碳论文.docxVIP

1绪 论1.1概述无论是以固体原料或是以烃类原料制氨，经CO变换后得粗原料气中均含有一定数量得CO2；某些用于制取合成氨原料气的含烃气体（如天然气，焦炉气等）本身就含有较多的CO2.。为了将原料气加工成纯净的H2和N2，必须将这些CO2从粗原料气中除去。此外，CO2还是生产尿素、纯碱、碳铵等产品的原料，而且还可以将其加工成干冰用于其他部门。因此，从粗原料气中分离并回收CO2尤为重要。工业上把脱除CO2的过程称为“脱碳”。CO2是一种酸性气体，目前，脱碳方法很多，工业上常用的是液体吸收法。液体吸收法根据所用吸收剂性质不同，分为物理吸收法，化学吸收法和物理化学吸收法三类。物理吸收法是利用CO2易溶于吸收剂中这一性质完成的。吸收剂的吸收能力决定于CO2在溶剂中的溶解度。如水洗法，甲醇洗涤法和碳酸丙烯酯法等。物理吸收法再生比较简单，只要减压解吸即可。化学吸收法主要是基于CO2是酸性气体，可与溶剂中的碱性物质进行化学反应而被吸收。其方法很多，如氨水催化法，改良热钾碱法（亦称苯菲尔法），催化热甲碱法（也称卡特卡勃法），氨基乙酸法等。化学吸收法的吸收能力由化学反应平衡决定。再生过程需要减压，加热，增加了热量的消耗。物理化学吸收法，既有物理吸收，也有化学吸收，例如，环丁砜法和聚乙二醇二甲醚法，当气体中CO2分压较小时，以化学吸收为主；当气体中CO2分压较高时，物理吸收，化学吸收同时进行，既能保持溶液对CO2有较大的吸收能力，又可保证气体有较高的纯净度。1.2 工艺选择1.2.1确定脱碳工艺碳酸丙烯酯脱碳在中小合成氨厂被广泛采用。因此，确定本次设计采用的方法是碳酸丙烯酯脱碳法。碳酸丙烯酯脱碳工艺自60年代开发以来，由于能同时脱除二氧化碳，硫氢及有机硫化物，加之再生能耗低等优点，在国外的天然气，合成气和制氢工业上，已广泛应用。在国内，最先是在小型合成装置中用以代替加压水洗，对老合成氨厂水洗工艺进行改造，使脱碳能耗降低。近几年来，在我国年产4万吨小尿素，小纯碱装置的合成氨配套工程中，用碳酸丙烯酯法脱除变换气中二氧化碳，取得了良好的效果；其工程投资省，工艺流程简单，运行可靠，溶剂无毒害，浓溶剂对碳钢无腐蚀，再生不耗热，回收的二氧化碳浓度高，回收率可以满足尿素及纯碱生产的需求等优点，因而得到推广。实际上，碳酸丙烯酯法脱碳有其一定的使用范围，适用于气体中CO2分压大于0.5MPa，温度较低的条件下，同时气体净化度要求不高（出口CO2不高于1%）。碳酸丙烯酯脱碳脱碳一般是由吸收、闪蒸、气提和气相中带出的溶剂回收等部分组成。用碳丙脱除变换气中二氧化碳，合成氨厂都是采用一次吸收就可以满足工艺要求，吸收过程简单，而溶剂再生过程则较为复杂一些，在设计中不做讨论。碳酸丙烯酯脱碳受气体溶解热、温度、二氧化碳浓度、操作压力和汽液比的影响较大，其中气体溶解度对碳丙脱碳的影响，从理论上讲只是局部的，即在吸收过程中，由于原料气中二氧化碳、硫化氢等酸性气体溶解于溶剂中并释放出溶解热使溶剂温度升高。但在溶剂再生时，由于溶解的二氧化碳、硫化氢等酸性气体几乎会全部释放出来，此时由于解吸吸热，又会使溶剂温度回跌。这样吸收升温和解吸降温基本上可以抵消。虽然气体的溶解或解吸效应并不影响溶剂的最终温度，但是它们对不同过程中的溶剂温度还是有影响的。温度对脱碳的影响是十分明显的，在合成氨生产中，降低脱碳工序的操作温度，无疑对脱除变换气中的二氧化碳有利，这是因为，降低温度，使希望脱除的二氧化碳在碳丙中的溶解度增加，而作为合成氨原料气的氢、氮气的溶解度降低，其结果是减少了溶剂的循环量和减少了氢、氮气的损失，提高了经济效益。在同样温度下，二氧化碳、硫化氢这些工艺气体的溶解度随压力升高而增大。当碳酸丙稀酯浓度一定，二氧化碳溶解度还与气相中二氧化碳含量有关，当气相中二氧化碳含量逐渐增大，则它在碳丙中的溶解度也逐渐升高。这说明纯态下的二氧化碳气体将大于混合气体中的二氧化碳在碳丙中的溶解度。吸收气液比对工艺过程的影响主要表现在工艺的经济性和气体的净化质量。若气液比增大，意味着在处理一定量的原料气量时，所需的溶剂量就可以减少，在要求达到一定净化度时，吸收气液比大，则相应的降低了吸收推动力，在单位时间内吸收同样的二氧化碳就需要增大脱碳塔设计容量，从而增大了塔的造价。对于一定的脱碳塔，吸收气液比增大后，净化气中二氧化碳含量增大，影响净化气的质量。所以在生产中应根据净化气中二氧化碳含量要求，调节吸收气液比至适宜值。1.2.2工艺流程说明碳酸丙烯酯脱碳工艺流程一般由吸收、闪蒸、汽提（即溶剂再生）和气相中带出的溶剂回收等部分组成。图 1.1 碳酸丙烯酯法脱二氧化碳流程图由氮氢压缩工段来的约1.8MPa的变换气，经油分离器再次分离气体中的油沫后，从脱碳塔底部进入，变换气与塔中喷淋的碳丙液逆流接触，变换气中大部分的二氧化碳被