产万吨合成氨脱碳工段工艺设计方案

年产30万吨合成氨脱碳工艺工程可行性研究报告指导教师：姚志湘学生：魏景棠目录第一章总论31.1 概述31.1.1工程名称31.1.2合成氨工业简况31.2 工程背景及建设必要性41.2.1工程背景41.2.2工程建设的必要性41.2.3建设意义错误！未定义书签。

1.2.4建设规模4第二章市场预测 (6)2.1国内市场预测 (6)2.2 产品分析 (6)第三章脱碳方法及种类.... .. (7)3.1 净化工序中脱碳的方法.. (7)3.1.1化学吸收法 (7)3.1.2物理吸收法 (8)3.1.3物理化学吸收法.................. (8)3.1.4 固体吸收法 (10)3.2碳酸丙烯酯<PC）法脱碳基本原理 (10)3.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 (10)3.2.2 发展过程 (10)3.2.3 技术经济 (11)3.2.4 工艺流程 (11)3.2.5 存在的问题及解决方法 (12)3.2.6 PC脱碳法发展趋势 (13)第一章工程总述2.1 概述1.1.1工程名称年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计1.1.2合成氨工业简况1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙<又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨：CaCN2＋3H2O<g）→2NH3<g）＋CaCO3在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模<以合成塔单塔能力为依据）随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。

50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600t/d和1000t/d的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。

世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。

虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。

2.2 工程背景及建设必要性1.2.1 工程背景我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。

氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。

我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。

目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。

但是，由于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。

1.2.2 工程建设的必要性我国的合成氨原料主要集中在重油，天然气和煤，到目前为止，中国化肥产量己居世界第一位。

但人均耕地面积只有世界平均水平的47%，而人口在本世纪中叶将达到约16亿，粮食始终是至关重要的问题。

化肥对农作物的增产作用己为大家所公认，中国施肥水平还有很大的提高空间，尤其是中西部市场。

与国外比较，我国氮肥行业主要存在一些比较严重的问题，集中表现为装置规模小，因而有效生产能力不足，致使行业整体竟争能力差。

进入WTO后，氮肥行业这种结构性矛盾日趋显著，成为影响行业发展的一个主要因素。

对原有合成氨装置进行改扩建，利用国家对农业的倾斜政策，节能技术改造见效快、可很快提高企业生产规模，改扩建改造会给企业带来了巨大的经济和社会效益。

1.2.3 建设意义随着合成氨工业的飞速发展与国际经济的迅速变化，合成氨工业的经济性急需要提高，来降低成本，抵御风险。

就碳酸丙烯酯法脱碳工艺进行深入研究，以达到成本最低化，资源有效化。

因此，在国际经济与国家政策的前提下，将合成氨的风险和利润投入到中间工序脱碳工段，对陷入困境的化工行业是一个很好的出路，对内外交困的合成氨行业来说，可以避免风险，降低成本。

此工艺能有效缩短流程，降低能源消耗，减少污染排放，在提高产品附加值的同时也填补了脱碳工艺的国内空白，并且为合成氨领域的进步积累了难得经验。

1.2.4 建设规模全厂应主要包括厂前区、动力区、生产区、仓库区等。

厂前区：包括行政楼、研发楼、职工食堂、医务室等主要建筑。

动力区：包括变电站、锅炉房等。

他们尽量靠近其服务的车间。

这样可以减少管路的铺设和运输过程的损耗。

生产区：应包括七大车间：原料车间、热电车间、造气车间、压缩车间、碳化车间、合成车间和尿素车间。

还应有备件库、机修车间、消防车间等辅助车间。

仓库区：应靠近主干道以便于运输。

企业实行厂长负责制，各部门负责人直接受厂长负责，并实行三级管理，厂、科、车间及人员编制以组织好生产为原则。

生产车间实行三班制，每班八小时，机械设备大修每二年一次，机械设备保养每一年一次。

表2.1 合成氨全厂人员编制工种班制男女总人数热电岗3 3 3位3 3 3原料岗位3 3 3造气岗位3 3 3变换岗位3 3 3脱碳岗位3 3 3甲烷化岗位3 3 3压缩岗位3 3 3脱硫岗位尿素岗3 3 3位3 3 3司炉岗位技术员 1 3 1 4安全员 1 2 21 5 5辅助人员车间主1 4 4任总计32 13 45第二章市场分析2.1 国内市场预测氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氯水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨作为原料的。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。

从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、硝基纤维素等。

在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己二胺、人造丝等产品。

氨的其它工业用途也十分广泛，例如，用作制冰、空调等系统的制冷济，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜等金属，在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。

所以说合成氨在国民经济中占有十分重要的地位。

2.2 产品分析解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。

近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。

我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。

这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。

第三章脱碳方法及种类3.1净化工序中脱碳的方法3.1.1 化学吸收法化学吸收法即利用CO2是酸性气体的特点，采用含有化学活性物质的溶液对合成气进行洗涤，CO2与之反应生成介稳化合物或者加合物，然后在减压条件下通过加热使生成物分解并释放CO2，解吸后的溶液循环使用。

化学吸收法脱碳工艺中，有两类溶剂占主导地位，即烷链醇胺和碳酸钾。

化学吸收法常用于CO2分压较低的原料气处理。

(l>烷链醇胺类的脱碳工艺有：①-乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA>法；②甲基二乙醇胺<methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH>2，MDEA）法；③活化MDEA法<即aMDEA工艺）。

<2）碳酸钾溶液作吸收剂的脱碳工艺，即热钾碱脱碳工艺有：①无毒G-V法；②苯菲尔法；③催化热钾碱<Cata carb）法；④Flexsorb法[2]。

3.1.1.1.1MEA法MEA法是一种比较老的脱碳方法。

吸收过程中，MEA与CO2发生反应生成碳酸化合物，经过加热即可将CO2分解出来。

该法的最大优点是可以在一个十分简单的装置中，把合成气中的CO2脱除到可以接受的程度。

但它本身存在两个缺点：<1） CO2能与吸收反应生成的碳酸化合物发生进一步反应生成酸式碳酸盐，该盐较稳定，不易再生；<2） CO2能与MEA发生副反应，生成腐蚀性较强的氨基甲酸醋，容易形成污垢。

3.1.1.2甲基二乙醇胺MDEAMDEA法脱碳过程中，CO2与甲基二乙醇胺(MDEA，一种叔胺>生成的碳酸盐稳定性较差，分解温度低，且无腐蚀性。

相对其它工艺，MDEA法有以下优点：<1）能耗和生产费用低；<2）脱碳效率高，净化气中CO2含量可小于100ppm；<3）使用范围广，可用于大、中、小各型合成氨厂；<4）溶剂稳定性好；<5）溶剂无毒、腐蚀性极小；<6）能同时脱硫。

由于MDEA具有以上优点，所以不需要毒性防腐剂，设备管道允许采用廉价碳钢材料，不需要钝化过程，耗热低，设备管道不需要伴热盘管，能达到很好的节能效果[3]。

在MDEA溶液中添加少量活化剂即为aMDEA法，活化剂为眯哇、甲基咪哇等，浓度约为2-5%。

活性MDEA工艺开发于20世纪60年代末，第一套活化MDEA脱碳工艺装置是1971年在德国BAFS公司氨三厂投入使用在此后的几年里，另有8套装置采用了活化MDEA，这些装置的成功使用，使得aMDEA工艺自1982年后备受欢迎。

我国在大型装置中使用MDEA脱碳工艺，乌鲁木齐石化公司化肥厂属于首例[4]。

BAFS公司推出的aMDEA脱碳工艺，主要用于对原来MEA工艺的改造，近几年我国一些研究单位正在对这方面进行积极的研究。

3.1.1.3低热耗苯菲尔法相对上述脱除CO2的吸收剂溶液，碳酸钾溶液更价廉易得，并具有低腐蚀，操作稳定，吸收CO2能力较强等特性。

但碳酸钾溶液本身吸收CO2的速度缓慢，需要添加一些活化剂。

其中如无毒G-V法工艺就是由意大利Giammaro-Vetrocoke公司所开发，最初使用的活化剂和缓蚀剂为As2O3，但对人体有毒。

后来有人用氨基乙酸取代As2O3，消除了毒性，成为无毒G-V法。

我国栖霞山化肥厂就采用了这种工艺。

由美国联碳公司开发的低热耗苯菲尔法，用二乙醇胺(DEA>作活化剂，V2O5作为腐蚀防护剂。

我国于20世纪90年代相继以布朗工艺建了4套装置，即锦西天然气化工厂、建峰化肥厂、四川天华公司化肥厂和乌鲁木齐石化总厂第二化肥厂，规模都是日产氨1000吨。