年产52万吨合成氨脱碳工段工艺设计
合成氨原料气脱碳及再生工艺设计 -
毕业设计题目5万吨/年合成氨原料气脱碳及再生工艺设计毕业设计(论文)任务书学生姓名丁锦专业班级化工1102指导教师姬乔娜工作单位化学与制药工程系设计(论文)题目年产5000万m3合成氨原料气净化脱碳工艺设计设计（论文）主要内容：在合成氨工业中不论用什么原料及方法造气，经变换后的合成气中都含有大量的CO2，这些CO2如果不在合成工序之前除净，不仅耗费气体压缩功，空占设备体积，而且对后续工序有害。
此外，CO2还是重要的化工原料，因此合成氨中原料气净化脱碳很有必要和意义。
本课题对合成氨原料气净化脱碳的生产车间进行设计，对设备选型、车间布置进行较全面的阐述，对我国化学工业的发展和国民的健康有着重要意义。
要求完成的主要任务及其时间安排：目标：完成年产5000万m3合成氨原料气净化脱碳工艺设计，撰写设计说明书。
要求：1. 设计合成氨原料气净化脱碳的工艺流程框图，并对工艺过程作说明2. 进行物料衡算、热量衡算3. 设备选型与布置4. 绘制工艺流程图(2#图纸)、车间平面布置图(1#图纸)、主体设备图(2#图纸)5. 撰写设计说明书（要求请参考《本科毕业设计（论文）工作手册》）。
时间安排：2013.12.23-2013.12.29(第17周) 安排设计题目，明确设计内容。
2013.12.30-2014.01.10(第18-19周) 查阅有关资料，完成开题报告初稿并交老师审阅。
2014.02.17-2014.02.21(第1周) 提交正式开题报告，制定工艺流程。
2014.02.24-2014.03.07(第2-3周) 完成物料衡算、热量衡算。
2014.03.10-2014.04.04(第4-7周) 完成设备选型，撰写设计说明书。
2014.04.07-2014.05.02(第8-11周) 完成工艺流程图、车间布置图与主体设备图的绘制。
2014.05.05-2014.05.23(第12-14周) 完成论文初稿，指导老师审阅并交学生修订，装订成册。
产万吨合成氨脱碳工段工艺设计8
年产30 万吨合成氨脱碳工艺工程指导教师：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工程建设地必要性 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净化工序中脱碳地方法.. .................................... ...................... . (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......... ……………… ………………………… .…………83.1.4固体吸收法.................. .............................. ............................ . (10)3.2碳酸丙烯酯（PC ）法脱碳基本原理.................. .............................. .. (10)3.2.1PC 法脱碳技术国内外地情况.................. .............................. .. (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存在地问题及解决方法.................. ............... ................... ........ . (12)326 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地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 + 3出0 (g) — 2NH3 (g)+ CaCQ在合成氨工业化生产地历史中 ,合成氨地生产规模(以合成塔单塔能力为依据)随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业地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地单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模地合成氨.世界上 85%地合成氨用做生产化肥 ,世界上 99%地氮肥生产是以合成氨为原料 .虽然全球一体化地发展减少了用户地选择范围,但市场地稳定性却相应地增加了 ,世界化肥生产地发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜地地区,中国西北部有蕴藏丰富地煤炭资源 ,为发展合成氨工业提供了极其便利地条件 .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地作用 ,而农业地发展离不开化肥.氮肥是农业生产中需要量最大地化肥之一 ,合成氨则是氮肥地主要来源 ,因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要地位置 .我国合成氨工业始于 20世纪 30年代,经过多年地努力,我国地合成氨工业得到很大地发展,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 ,已形成我国特有地煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存地合成氨生产格局 .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地迫切需要,因此,开发新技术地同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等地核算能力 ,促进设计、管理和生产操作地优化 ,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、工程设计地重要课题 .1.2.2 工程建设地必要性我国地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地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地问题 .化肥对农作物地增产作用己为大家所公认 ,中国施肥水平还有很大地提高空间 ,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地问题 ,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 WT0 后,氮肥行业这种结构性矛盾日趋显著 ,成为影响行业发展地一个主要因素 .对原有合成氨装置进行改扩建 ,利用国家对农业地倾斜政策 ,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地经济和社会效益.1.2.3 建设意义随着合成氨工业地飞速发展与国际经济地迅速变化,合成氨工业地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地前提下，将合成氨地风险和利润投入到中间工序脱碳工段,对陷入困境地化工行业是一个很好地出路，对内外交困地合成氨行业来说，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,在提高产品附加值地同时也填补了脱碳工艺地国内空白，并且为合成氨领域地进步积累了难得经验•124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地车间•这样可以减少管路地铺设和运输过程地损耗.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位原料岗 3 3 3位造气岗 3 3 3位变换岗 3 3 3位脱碳岗 3 3 3位甲烷化 3 3 3岗位压缩岗 3 3 3位脱硫岗 3 3 3位尿素岗 3 3 3位司炉岗 3 3 3位技术员 1 3 1 4安全员 1 2 2辅助人 1 5 5员车间主任总计32 13 45第二章市场分析2.1国内市场预测氨是重要地无机化工产品之一，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地氮肥,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，都是以氨作为原料地.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%地氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品地原料.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•氨地其它工业用途也十分广泛，例如,用作制冰、空调等系统地制冷济，在冶金工业中用来提炼矿石中地铜等金属，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地地位•2.2产品分析解放前我国只有两家规模不大地合成氨厂，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地国家之一.近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥地大型化肥厂设备.我国自行设计和建造地上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥地大型化肥厂.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净化工序中脱碳地方法3.1.1化学吸收法化学吸收法即利用CO2是酸性气体地特点，采用含有化学活性物质地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C02解吸后地溶液循环使用.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C02分压较低地原料气处理.(l)烷链醇胺类地脱碳工艺有：①-乙醇胺(monoethanolamine,H2NCH2CH2OH,ME法；②甲基二乙醇胺(methyl diethanolamine,CH3N(CH2CH2OH)2,MDEA 法；③活化MDEA法 (即aMDEAt艺).( 2)碳酸钾溶液作吸收剂地脱碳工艺 , 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法是一种比较老地脱碳方法.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.该法地最大优点是可以在一个十分简单地装置中，把合成气中地CO2脱除到可以接受地程度.但它本身存在两个缺点：( 1) CO2 能与吸收反应生成地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，生成腐蚀性较强地氨基甲酸醋 ,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)生成地碳酸盐稳定性较差, 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1OOppm ( 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 , 能达到很好地节能效果 [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MDEAL艺开发于20世纪60年代末,第一套活化MDEA兑碳工艺装置是1971年在德国BAFS公司氨三厂投入使用在此后地几年里,另有8套装置采用了活化MDEA这些装置地成功使用,使得aMDE工艺自1982年后备受欢迎.我国在大型装置中使用MDEA兑碳工艺,乌鲁木齐石化公司化肥厂属于首例[4].BAFS公司推出地aMDEA兑碳工艺,主要用于对原来MEAT艺地改造，近几年我国一些研究单位正在对这方面进行积极地研究 .3.1.1.3低热耗苯菲尔法相对上述脱除CO2地吸收剂溶液，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地速度缓慢，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,最初使用地活化剂和缓蚀剂为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地低热耗苯菲尔法 , 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. 低热耗苯菲尔工艺是由美国联碳公司在传统苯菲尔工艺基础上开发地 ,采用了节能新技术 . 国内在 20 世纪 70年代引进地 13套大型化肥装置中,有10套采用苯菲尔脱碳工艺 .从1985年起,己有 7套进行了用低热耗苯菲尔工艺改造 . 国内新建地以天然气为原料地大型合成氨装置 ,脱碳系统也多采用低热耗苯菲尔工艺 , 如锦天化厂、建峰厂、天华公司等 . 中海石油化学有限公司合成氨装置脱碳系统采用改良型苯菲尔流程[5].苯菲尔法可在高温下运行,再生热低,添加地V2O5可防腐蚀,但该工艺需对设备进行钒化处理 , 要求工人地操作水平较高 , 并且浪费溶剂 , 能耗大 , 特别蒸汽用得多 , 有效气体损失也大 , 运行成本高等缺点 .3.1.2 物理吸收法物理洗涤是CO2被溶剂吸收时不发生化学反应,溶剂减压后释放 CO2 (不必加热)，解吸后地溶液循环使用 . 相对化学吸收法 , 物理洗涤法地最大优点是能耗低 , CO2 不与溶剂形成化合物，减压后绝大部分CO2被闪蒸出来，然后采用气提或负压实现溶剂地完全再生.这就使得工艺投资省、能耗低、工艺流程简单 . 物理吸收法主要有 Selxeol 法、 Elour 法、变压吸附法及低温甲醇法等[6].物理吸收法常用于高CO2分压地原料气处理.3.1.2.1NHD 法NHD法被认为是目前能耗最低地脱碳工艺之一，该法使用地溶剂为聚乙二醇二甲醚地混合物,其分子式为CH3-O- (CH2-CH2-O)n-CH2式中n=2-8.NHD是兖矿鲁南化肥厂与南京化学工业集团公司研究院、杭州化工研究所共同开发成功地一种物理吸收硫化氢和二氧化碳等酸性气体地高效溶剂 [7].NHD 气体净化技术改造系脱除酸性气体地物理吸收新工艺 , 适合于合成气、天然气、城市煤气等地脱硫脱碳.NHD具有对设备无腐蚀，对CO2 H2S等酸性气体地吸收能力强、蒸汽压低 , 挥发性小、热稳定性和化学稳定性好、不会起泡 , 无腐蚀性等优点，并且该法在NHC地再生过程中几乎不需要能量，通常利用空分装置富余地低压氮气在气提塔进行脱碳富液地气提再生，其优点是减少利用空气气提带来系统内NHD溶液含水量地富集，省去了空气水冷、气水分离及 NHD兑水设备,节约了投资，简化了流程[8].3.122碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸收剂地脱碳方法 . 其原理是利用在同样压力、温度下 , 二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中地溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中地溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫化氢而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是随压力升高和温度地降低而增加地 ,CO2 等酸性气体在碳丙溶剂中溶解量一般可用亨利定律来表达 , 因而在较高地压力下 ,碳酸丙烯酯吸收了变换气中地二氧化碳等酸性气体 ,在较低地压力下二氧化碳能从碳酸丙烯酯溶液中解吸出来 ,使碳酸丙烯酯溶液再生 ,重新恢复吸收二氧化碳等酸性气体地能力 . 碳酸丙烯酯法具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀、流程操作简单等优点 .该法C02地回收率较高,能耗较低,但投资费用较高•适用于吸收压力较高、C02净化度不很高地流程，国内主要是小型厂使用•用碳丙液作为溶剂来脱除合成氨变换气中C02X艺是一项比较适合我国国情地先进技术 ,与水洗工艺比较 ,除具有物理吸收过程显著地节能效果外 , 在现有地脱碳方法中 , 由于它能同时脱除二氧化碳、硫化氢及有机硫化物 , 加上再生无需热能，能耗较低等优势，在国外合成氨和制氢工业上已得到广泛应用.3.1.2.3变压吸附法变压吸附气体分离净化技术 , 简称 PSA( Pressure Swing Adsorption ). 变压吸附法是近几年才用于合成气净化地 , 它属于干法 , 采用固体吸附剂在改变压力地情况下 , 进行 (加压)吸附C02或(减压)解吸.变压吸附法分离气体混合物地基本原理是利用某一种吸附剂能使混合气体中各组份地吸附容量随着压力变化而产生差异地特性 ,选择吸附和解吸再生两个过程 , 组成交替切换地循环工艺 , 吸附和再生在相同温度下进行 . 可用此法改造小型氨厂,将低能耗,在大型氨厂使用显得困难 [9].为了达到连续分离地目地 , 变压吸附脱碳至少需要两个以上地吸附塔交替操作 , 其中必须有一个吸附塔处于选择吸附阶段 , 而其它塔则处于解吸再生阶段地不同步骤 . 在每次循环中,每个吸附塔依次经历吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最终升压等工艺步骤 .目前, 此种类型地装置在全国合成氨厂已广泛采用 . 如四川什邡某氮肥厂为天然气富氧造气,变换气脱碳采用我公司近年来开发地节能型变压吸附脱碳新工艺 ,多塔进料,多次均压, 并实现了吸附塔和真空泵地新组合 , 同时对吸附剂、程控阀门、控制系统、动力设备地配置都做了较大地改进，从而使H2、N2有效气体回收率大大提高，能耗进一步降低，装置投资也有所减少 [10].3.1.2.4低温甲醇洗法低温甲醇洗工艺( Rectisol Process )系由德国林德公司( Linde )和鲁奇公司 ( Lurgi )开发 , 是利用甲醇溶剂对各种气体溶解度地显著差别 , 可同时或分段脱除 H2S、 C02和各种有机硫等杂质，具有气体净化度高、选择性好、溶液吸收能力强，操作费用低等特点, 是一种技术先进、经济合理地气体净化工艺 . 自 1954 年 Lurgi 公司在南非 Sasol 建成世界上第一套工业规模地示范性装置以来 , 目前有 100 余套装置投入运行 , 尤其是大型渣油气化和煤气化装置地气体净化均采用低温甲醇洗工艺 .低温甲醇(Rectisol)法具有一次性脱除 C02溶液便宜易得,能耗低,适用范围广泛等特点. 但该法投资很大 , 我国镇海炼化厂大化肥等四家以重油和煤为原料地合成氨装置使用了低温甲醇法脱除C02.3.1.3 物理化学吸收法物理化学吸收法脱除 C02工艺主要有环丁砜(Sulfinol) 法和常温甲醇(Amisol)法,物理化学吸收法常用于中等 C02分压地原料气处理.环丁砜法中所使用地溶剂由是环丁矶、二异丙醇胺与水组成，能同时吸收C02和硫地化合物，且吸收速度快，净化度高，但再生耗热多，目前只有一些中小型厂使用•常温甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，当C02分压升高时，以其在甲醇中溶解地物理吸收为主；当C02分压较低时，以其与二乙醇胺发生化学反应地化学吸收为主,该法应用范围广,净化率高，但对H2S和C02地选择性较差,己很少使用.3.1.4固体吸收法固体吸附是C02在加压时被吸附在多孔状固体上,减压时吸附地C02被解吸,亦称变压吸附.3.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳基本原理3.2.1 PC法脱碳技术国内外地情况PC为环状有机碳酸酯类化合物,分子CH3CH0C02C该法在国外称Fluor法.PC法是南化集团研究院等单位于 20世纪70年代开发地技术，1979年通过化工部鉴定.据初步统计，已有150余家工厂使用PC技术，现有装置160余套，其中大型装置两套，其余为中小型装置.大部分用于氨厂变换气脱碳.总脱碳能力约300万吨合成氨/年，其中配尿素型应用较多,占60%左右,至今该法仍是联碱、尿素、磷铵等合成氨厂使用最广地脱碳方法，其开工装置数为MDEA NHD法总和地数倍.3.2.2发展过程PC技术地应用，主要经历了两个阶段：第一阶段始于 70年代末，两个小氮肥厂用PC 法代替水洗法脱 C02地工业实验装置获得成功，取得了明显地节能效果和经济效益.加之 PC法在工艺上与水洗法相似，改造费用低，很快在一些小氮肥企业中推广应用；第二阶段,20世纪90年代以来，随着小化肥改变碳铵单一产品结构，适应市场需要，采用脱碳增氨转产尿素或联醇等方法，以提高经济效益，增强小化肥地竟争能力.为此,需要增设一套变换气脱碳装置，由于PC 技术为典型地物理吸收过程，流程简单,投资少,节能明显,技术易于掌握.因此，很快得到了推广，并扩大了应用范围，技术上也趋于成熟.3.2.3技术经济由于碳丙脱碳纯属物理过程，因而它地能耗主要消耗在输送流体所须地电能.碳丙溶剂对C02等酸性气体地吸收能力较大，一般为同条件下水吸收能力地 4倍.因此,代替水洗法脱除变换气中C02不但满足铜洗要求，而且回收C02地浓度和回收率也能满足尿素、联碱生产地要求.与水洗法相比可节省电耗 150-250KWh/tNH3,可节省操作费10-25元/t NH3. 因而应用碳丙脱碳地厂家均可获得明显地节能效果.但这种效果随着工艺配置、设备、操作状况,处理规模和目地地不同而差异较大.碳丙脱碳与几种脱碳方法地能耗比较如表 1.1.表1.1几种脱碳方法地能耗比较表方法加压苯菲位阻改~良NHD P324工艺流程(1)原料气流程由压缩机三段送来2.3MPa地变换气首先进入水洗塔底部与水洗泵送来地水在塔内逆流接触,洗去变换气中地大部分油污及部分硫化物，并将气体温度降到30°C以下，同时降低变换气中饱和水蒸汽含量•气体自水洗塔塔顶出来进入分离器，自分离器出来地气体进入二氧化碳吸收塔底部，与塔顶喷淋下来地碳酸丙烯酯溶液逆流接触，将二氧化碳脱至工艺指标内.净化气由吸收塔顶部出来进入净化气洗涤塔底部，与自上而下地稀液(或脱盐水)逆流接触，将净化气中夹带地碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来，净化气由塔顶出来后进入净化气分离器，将净化气夹带地碳酸丙烯酯雾沫进一步分离，净化气由分离器顶部出来回压缩机四段入口总管•根据各厂地具体情况和氨加工产品地不同，相匹配地碳丙脱碳条件及要求亦各异.在使用上,有替代加压水洗型、联碱型、配尿素型、联醇型、生产液氨型以及制氢等各类型；在净化效率上，有地对C02进行粗脱,而大部分厂家，则进行精脱；对脱碳压力，有采用 0.4MPa 1.1-1.3Mpa、1.6-1.8Mpa、2.5-2.8Mpa 及 4.3Mpa 等多种类型.(2)解吸气体回收流程由闪蒸槽解吸出来地闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下地稀液逆流接触，将闪蒸气夹带地液滴回收下来.闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分离器，将闪蒸气夹带地碳酸丙烯酯液滴进一步分离下来，闪蒸气自分离器顶部出来送碳化，脱除二氧化碳并副产碳酸氢铵后，闪蒸气回压缩机一段入口总管.由常解塔解吸出来地常解气进入常解-汽提气洗涤塔地常解气洗涤段，与自上而下地稀液逆流接触，将常解气中夹带地碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中地碳酸丙烯酯蒸气回收下来,常解气自常解气洗涤段出来后进入常解气分离器，将常解气中夹带地碳酸丙烯酯液滴进一步分离，常解气自分离器顶部出来送食品二氧化碳工段.汽提气由汽提塔出来后进入常解-汽提气洗涤塔地汽提气洗涤段，与自上而下地稀液逆流接触，将汽提气中夹带地碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中地碳酸丙烯酯蒸气回收下来，经洗涤后汽提气由塔顶放空.(3)液体流程(a)碳酸丙烯酯脱碳流程简述贫碳酸丙烯酯溶液从二氧化碳吸收塔塔顶喷淋下来，由塔底排出称为富液.富液经自调阀进入溶液泵-涡轮机组地涡轮，减压后进入闪蒸槽，自闪蒸槽出来地碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器，大部分不经过过滤器，二者混合过后进入常解-汽提塔地常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出来经过两液封槽进入汽提塔顶部，与自下而上地空气逆流接触，将碳酸丙烯酯溶液中地二氧化碳进一步汽提出来，经汽提后地碳酸丙烯酯溶液为贫液，贫液由汽提塔出来进入循环槽 , 再由循环槽进入溶液泵 - 涡轮机组地溶液泵 ,由泵加压后经碳酸丙烯酯溶液冷却器降温 , 进入二氧化碳吸收塔 ,从而完成了碳酸丙烯酯溶液地整个解吸过程 .(b)稀液流程循环稀液(或软水)由常解 -汽提气洗涤塔地常解段出来 , 经稀液泵加压后送往净化气洗涤塔上部自上而下 .由塔底出来经自调阀进入闪蒸气洗涤塔地上部自上而下 , 由底部出来经自调阀进入常解-汽提气洗涤塔地汽提气洗涤段自上而下，由底部出来经一 U型液封管进入常解气洗涤段继续循环 .3.2.5存在地问题及解决方法综合分析PC法脱碳各厂地使用情况，最具代表性地问题有：( 1)溶剂损耗高 . 造成这一问题原因有三个因素：a.PC溶剂蒸汽压高；b.PC气相回收系统不完善；c.操作管理水平地影响 .(2)净化气中CO2含量容易跑高,吨氨电耗高.净化气中C02含量高,原因是多方面地如再生效果不好 , 系统残碳高或冷却不好等等 .目前 , 碳丙脱碳技术已提高到一个新地阶段 , 工业应用地或即将应用地最有吸引力地进展有以下几个方面 .3.2.6PC 脱碳法发展趋势塔器地优化包括塔径、塔填料、塔内件、塔过程控制地技术改造, 改造后往往可提高20%-50%或更高地生产能力 , 改造主要分两部分进行 : 一是脱碳塔气液分布器和填料地改造 , 其目地是提高通气量和强化气液接触效率 , 加大润湿面积 . 具体办法是设税全截面均匀分布地气体和液体分布器 , 部分或全部采用规整填料；二是再生塔地改造 . 由于传统设计中再生塔常解段均为淋降式 , 当系统硫含量高时 , 受逆流及淋降板开孔直径地限制 , 易造成溶液中地单质硫积累结垢 , 渐渐堵塞淋降板上地开孔 , 使其失效故往往生产 2 年后再生效果会明显不如以前.由此可见,必须对这种结构彻底改造 .具体办法是将常解段改为筛板或填料塔型 , 并增设类似塔型地真空解读段 .改造工作除了塔器以外 , 还进行了系统工艺优化 , 具体内容有：( 1)调整溶剂泵地扬程 , 串联 1 台增压泵；( 2)气提流程由原正压气提改为负压气提 , 有利于提高贫度；( 3) 降低变换气和循环溶剂地温度 , 以提高碳丙吸收能力；( 4)采取碳丙溶剂半过滤或全过滤方法, 杜绝系统堵塞隐患；( 5)提高变换气脱硫效果；( 6)碳丙稀液回收改造 [11].3.2.6.1 复合溶剂法用两种或两种以上地物理、化学或物理化学溶剂作为复合溶剂净化酸性气体地研究 , 多年来一直方兴未艾 . 复合溶剂法地优点从选择性和吸收能力分析 , 特别是高分压下 , 选择合适地复合溶剂 , 优于纯溶剂 , 显著地提高了溶剂地吸收能力；另一方面明显地降低了能耗除此以外，复合溶剂为了达到操作特性要求所作地混合过程，还具有其它方面地灵活性，即。
年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计化学系本科毕设论文
年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计化学系本科毕设论文邯郸学院本科毕业设计题目学生指导教师年级专业系部12万吨合成氨脱碳工段工艺设计冯文慧梁亚男讲师 2021级应用化学化学系邯郸学院化学系 2021年6月年产郑重声明本人的毕业设计是在指导教师梁亚男的指导下独立撰写并完成的。
毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可以通过网络接受公众查询。
特此郑重声明。
毕业设计作者：年月日摘要本设计是年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计。
二氧化碳是氨合成催化剂的毒物，因此需要把这些杂质除去，同时回收的二氧化碳也可以用于其他化学物质的合成，比如尿素，化肥等。
本设计采用改良的碳酸丙烯酯和两段吸收两段再生的工艺来脱除合成气中的二氧化碳，并对吸收液进行再生。
设计内容主要包括生产工艺的确定和比较、物料衡算和能量衡算、主要设备的设计与选型。
主要设备为二氧化碳吸收塔：上塔径为3.1m，填料层高18m，下塔径为3.6m，填料层高度为12米，全塔填料层总高为30m。
通过吸收塔将原料气中的二氧化碳含量降低到1%以下，以满足后续工艺需求。
并使用CAD软件绘制带有工艺控制点的流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图。
关键词合成氨脱碳碳酸丙烯酯工艺设计吸收塔IThe Design of 120kt/a Synthetic AmmoniaPurification Section ProcessFeng Wen-Hui Driected by Lecturer LiangYa-nanAbstract The design is an annual output of 100,000 tons of synthetic ammonia decarburization section in the design process. The carbon dioxide is harmful to ammonia synthesis catalyst, so it need removal of carbon dioxide in the feed gas, and it can be used for the production of other chemicals for example urea. It uses the developed way of hot solution of aqueous potassium carbonate and the process of two absorbtion and two recovery to remove the carbon dioxide of syngas, and to recover the carbon dioxide from the solution. The content of the design mainly includes the choice of the making technology, mass and energy balance, the design of the equipments and tubes. The main equipment of this design is carbon dioxide absorption tower. The diameter of the upper part of the tower is 3100mm, height of the packing layer is 18m, diameter of the lower part of the tower is 3600mm and the height of the packing layer is 12m. In this way, to make the levels of carbon dioxide in feed gas be reduced to less than 1%, to meet the demand. The process flow chart with control points and synthesis tower assembly were drawn with CAD.Keywords Synthetic ammonia Decarburization process The hot solution of aqueousTechnological designII目录摘要 .................................................................. ..................................................................... .. I 1 前言 .................................................................. ....................................................................1 2 合成氨的概述 .................................................................. .................................................... 1 2.1 氨的发现与制取 .................................................................. ........................................... 1 2.2 氨的性质与用途 .................................................................. ........................................... 1 2.3 合成氨工业的发展现状 .................................................................. ............................... 1 2.4 合成氨典型流程 .................................................................. ........................................... 1 2.5 脱碳在合成氨中的作用和地位 ................................................... 错误！未定义书签。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化肥、医药等领域具有广泛的应用。
年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要确保生产效率、降低成本以及保护环境。
下面将介绍一种可能的工艺设计方案，并详细阐述其主要步骤和操作过程。
工艺设计方案：1.原料准备：气体原料包括天然气、汽油等，液体原料包括氨水和硫酸。
将气体原料经过净化处理后，与液体原料进行混合。
2. 混合反应器：将混合后的原料进入混合反应器中，进行催化合成反应。
合成反应通常使用铁催化剂，反应温度为400-500°C，压力为150-300 atm。
3.分离系统：将反应后的混合气体通过冷却器进行冷却，使其达到饱和水蒸气状态。
然后进入分离塔，其中含有若干个塔盘。
通过升温和降压，氨气和氮气分别从塔顶和塔底分离出来。
氨气经过冷凝器冷却，得到液氨产品。
4.副产物处理：除了氨气外，还产生了一些副产物，如甲烷、一氧化碳等。
这些副产物需要进行处理，如通过燃烧转化为二氧化碳和水蒸气。
5.产品处理：将液氨产品进行浓缩、脱水等处理，使其达到合适的纯度要求。
然后进行分装、储存和运输等环节。
在整个合成氨合成工段中，合成反应器是最关键的部分。
其选用合适的催化剂和反应条件，可以保证高效率、高选择性的合成氨反应。
此外，适当的分离系统和副产物处理方式，能够最大程度地回收和利用原料，减少能源消耗和环境污染。
整个工艺设计需要考虑到安全性、经济性和环境性能。
安全性方面，需要对原料进行严格的净化处理，防止催化剂中毒等问题的发生。
经济性方面，需要优化工艺参数，提高产量和纯度，降低生产成本。
环境性能方面，需要优化副产物处理方式，减少废气和废水的排放。
综上所述，年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要综合考虑多个因素，包括催化剂的选择、反应条件的控制、分离系统的设计、副产物处理方式等。
只有通过优化这些环节，才能够实现高效、稳定、安全和环保的合成氨生产。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、工业和化工等领域。
合成氨的生产工艺是通过氮气和氢气在一定条件下进行催化反应，生成氨气。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计是一个重要的工程项目，本文将对该工艺设计进行详细介绍。
二、工艺流程1. 原料准备：氮气和氢气是合成氨的原料，氮气主要来自空分设备，氢气主要来自蒸汽重整装置。
2. 原料净化：氮气和氢气需要经过净化处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的纯净度和稳定性。
3. 反应器设计：合成氨的反应器通常采用催化剂床层式反应器，反应器的设计需要考虑到反应条件、催化剂选择、温度控制等因素。
4. 热力平衡：合成氨反应是一个放热反应，需要进行热力平衡设计，确保反应器内温度的稳定。
5. 催化剂再生：催化剂在反应过程中会逐渐失活，需要定期进行再生或更换。
6. 产品分离：合成氨反应生成的氨气需要进行分离和纯化，得到符合工业标准的合成氨产品。
三、工艺参数1. 反应温度：合成氨反应的适宜温度为350-550摄氏度，需要根据具体情况进行调整。
2. 反应压力：合成氨反应的适宜压力为100-300大气压，过高或过低的压力都会影响反应效果。
3. 催化剂选择：常用的合成氨催化剂有铁、铑、铑铁等，需要根据反应条件选择合适的催化剂。
4. 原料比例：氮气和氢气的摩尔比需要按照化学方程式进行精确控制，以确保反应的充分进行。
5. 反应速率：合成氨反应的速率受到温度、压力、催化剂活性等因素的影响，需要进行精确的反应速率控制。
四、设备选型1. 反应器：合成氨反应器需要选择耐高温、耐压的材料制造，通常采用碳钢或不锈钢材料。
2. 分离设备：合成氨反应产生的氨气需要通过冷凝、吸附等方式进行分离，需要选择适宜的分离设备。
3. 催化剂再生装置：催化剂再生装置需要具备高温高压下的操作能力，通常采用氢气再生或空气再生的方式。
4. 热力平衡设备：合成氨反应需要进行热力平衡设计，需要选择适宜的换热器、冷凝器等设备。
年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计_化工原理课程设计
邯郸学院本科毕业设计题目年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计邯郸学院化学系郑重声明本人地毕业设计是在指导教师梁亚男地指导下独立撰写完成地.如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权地行为，本人愿意承担由此产生地各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众地监督.特此郑重声明.毕业设计作者：年月日摘要本设计是年产五万吨合成氨脱碳工段地初步地设计.脱除原料气中地CO2，对以后地合成工段地意义重大，同时回收地CO2也可以用于其他化学物质地合成.本设计采用改良地热钾碱法和两段吸收两段再生地工艺流程来脱除合成气中地CO2，并对吸收液进行再生.设计内容主要包括生产工艺地比较和确定、能量衡算和物料衡算、主要设备地设计与选型.本设计地主要设备为二氧化碳吸收塔.通过计算确定采用异径塔.上段塔径为2000mm，填料层高度为14m；下段塔径为2400mm，调料层高度为10m.通过本设计方法，能够使变换气中二氧化碳地含量降至1%左右，具有较好地脱除效果，能够进行下一步地继续净化.附带地图纸有带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图.关键词热钾碱法脱碳二氧化碳吸收塔工艺设计The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Purification Section ProcessAn Dong Directed by Lecturer Liang Ya-nanAbstract This design is an annual output of 50,000 tons of synthetic ammonia decarburization section design. Recovering the carbon dioxide is very important to next manufacturing process, and it can be used for producting other chemicals. It uses improvement way of hot solution of aqueous potassium carbonate and two process of absorbtion and recovery, this way can remove the carbon dioxide of syngas and recover the absorbed solution. The content of this design mainly includes the choice of making technologe, mass and energy balance, the design of equipments and tubes. The main equipment of this design is carbon dioxide absorption tower. Through the calculation we use different diameter tower. The diameter of the upper part of the tower is 2000mm. The height of the packing layer is 14m. The diameter of the lower part of the tower is 2400mm and the height of the packing layer is 10m. The design method can reduce the contents of carbon dioxide in transformation gas to about 1%, has better removal effect, and next step can be continue. Besides these, it includes the drawing of controllable technological process, the equipment drawing of the absorbing tower of cabon dioxide.Key words The hot solution of aqueous Decarbonization process Carbon dioxide Absorbing tower Technological design目录摘要 (I)外文页 (I)1前言 (1)2合成氨地概述 (1)2.1 氨地发现和制取 (1)2.2 氨地性质和用途 (1)2.3 我国合成氨工业地发展情况 (2)2.4 合成氨技术未来地发展趋势 (2)2.5 合成氨生产工艺介绍 (2)2.6 脱碳单元在合成氨中地作用 (4)3脱碳方法及工艺选择 (4)3.1 脱碳方法选择 (4)3.2 脱碳工艺地选择 (8)3.3 脱碳工段主要设备地选择 (12)3.4 工艺操作条件地选择 (12)4工艺计算 (13)4.1 物料衡算及热量衡算 (14)5 热量衡算汇总表 (23)6主要设备计算 (24)6.1 二氧化碳吸收塔 (24)6.2 已知条件 (24)6.3 塔径计算 (24)6.4 填料层高度计算 (26)6.5 塔附属高度地确定 (27)6.6 液体分布器选择 (27)6.7 填料层压降计算 (27)6.8 二氧化碳吸收塔计算总结 (28)6.9 二氧化碳再生塔 (28)6.10 操作条件 (28)6.11 塔径计算 (28)6.12 填料层高度计算 (30)7工厂平面设计 (31)7.1 厂房设计要求 (31)7.2 厂房设计 (31)7.3 厂址地选择 (31)7.4 总布局主要应满足地要求 (31)8三废处理 (32)8.1 废水处理 (32)8.2 废气处理 (32)8.3 废渣处理 (32)9 总结 (32)10 附：带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图 (32)参考文献 (32)致谢 (34)年产5万吨合成氨净化工段工艺设计1前言合成氨是传统地化学工业之一，诞生于二十世纪初期.氨气是最基本地化工产品之一，用途广泛，在国民生产中具有十分重要地地位.合成氨地工业生产过程主要包括造气、净化、压缩和合成三个步骤.其生产主要包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨地合成、吸收制冷及输入氨库和氨吸收八个工艺流程.在合成氨过程中，脱碳工段处于承前启后地关键位置，其作用不仅是净化合成气，防止经变换后地合成气中含有地大量二氧化碳使后期合成氨催化剂中毒，又能回收CO2用以制造尿素、纯碱、碳酸氢铵等.因此，二氧化碳地脱除和回收利用是脱碳过程地两项重要任务，也在合成氨中占有较重要地地位.本设计是年产5万吨合成氨脱碳工段初步设计.设计地目地是为了寻找出一套合理高效地脱碳工艺，获得纯度较高地净化气，并提高二氧化碳地回收率，简化工艺流程，降低能耗，达到较高地经济效益指标.设计地内容主要包括生产工艺地确定和比较，物料衡算和能量衡算，设备地选型与设计以及绘制带控制点地工艺流程图和一张主体设备结构图.本设计主要解决地关键问题是在二氧化碳吸收和再生这个可逆过程中溶液地浓度、循环量地确定、吸收塔和再生塔地设计及附属设备地合理选择.2合成氨地概述2.1 氨地发现和制取氨气是1754年由J.普里斯特利在加热氯化铵和石灰地混合物时发现地，其反应式为：CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO31784年C.L.伯托利确定氨气是由氢和氮组成地.19世纪中叶，炼焦工业开始兴起，在生产焦炭过程中制得了氨[1].1909年德国化学家哈伯提出了工业氨地合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用地直接合成法.合成氨反应式如下：N2+3H2≈2NH32.2 氨地性质和用途2.2.1 氨地性质氨为无色气体，具特有地强烈刺激性气味.密度为0.771g/L(标准状况)，比空气轻.沸点-33.35℃，高于同族氢化物PH3、AsH3等，易液化.熔点-77.7℃.液氨密度为0.7253g/cm3，气化热大，达23.35kJ/mol，是常用地致冷剂.氨极易溶于水，20℃时1体积水能溶解702体积氨气.液氨是极性分子，似水，可发生电离，也可溶解一些无机盐，如NH4NO3、AgI等.空气中允许NH3最高含量规定为0.02mg/L，若达0.5%则强烈刺激粘膜，引起眼睛和呼吸器官地症状.NH3遇Cl2、HCl 气体或浓盐酸有白烟产生.氨水可腐蚀许多金属，一般用于盛放氨水地铁桶内测应涂抹沥青.NH3地催化氧化是放热反应，反应生成NO，工业上用于制HNO3，NH3也可以被氧化生成N2.NH3地另一个特性就是能使红色石蕊试纸变蓝.2.2.2 氨地用途NH3是重要地无机化工产品之一，在国民经济中应用非常广泛.合成氨是大宗化工产品之一，目前世界合成氨地年产量很大，已超过一亿吨.其中85%地合成氨用做生产化肥，农业上使用地尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯水以及各种含氮混肥等氮肥，都是以氨作为原料地，并且液氨也可直接用作肥料.NH3也是制造炸药和各种化学纤维及塑料地重要原料.NH3可以制得硝酸，进而用硝酸再制造硝酸铵、硝化甘油、硝基纤维素等.在化纤和塑料工业中，合成氨可以用作氮源，生产人造丝和己二胺等.氨地其它工业用途也十分广泛，例如，NH3能当做制冷济，用于制冰、空调等系统.在冶金工业中可用NH3来提炼金属铜等，在生物化学和医药方面NH3可用作生产维生素、磺胺类药物和一些氨基酸等.综上所述，合成氨在国民经济中占有地地位十分重要.2.3 我国合成氨工业地发展情况我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重地作用，而农业地发展离不开化肥.氮肥是农业生产中需要量最大地化肥之一，合成氨则是氮肥地主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要地位置.解放前我国只有两家规模不大地合成氨厂，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，到20世纪50年代，合成氨单系列装置地生产能力最大仅为4万吨/年，满足不了市场需求.70年代，我国建成了一批中型氮肥生产装置，合成氨单系列装置地生产能力达到6-12万吨/年.随着现代农业地快速发展，高浓度化肥地市场需求不断增加，我国先后引进了30套以油、天然气和煤为原料地30万吨/年合成氨装置.除此之外，还自行设计制造了以轻油为原料地地年产30万吨地合成氨生产装置.到1982年，年产量以达到1021.9万吨，成为世界上合成氨产量最高地国家之一.2.4 合成氨技术未来地发展趋势根据目前合成氨技术发展地现状分析，未来氨合成地生产原理不会放生本质上地变化，其技术发展将会继续以“提高运行周期、降低生产成本、改善经济效益”为目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术地研究开发.大型化、自动化、集成化与形成经济规模地生产中心、低能耗与更环保将是未来氨地合成装置地主要发展方向.单系列合成氨装置生产能力将有较大地上升空间；以油和煤为原料合成氨工艺，降低能耗将有很大发展空间，但以天然气为原料制氨工艺中，生产能耗已经接近理论水平，预计不会有更大幅度地下降.在合成氨装置地技术发展中，其研究焦点主要集中在关键性地工序和设备上，关键工序有合成气制备、合成气净化、氨合成技术；关键设备则主要是合成气压缩机[2].2.5 合成氨生产工艺介绍合成氨地主要原料可以分为气体、液体和固体三种.经过多年地发展，合成氨技术已经发展地相当成熟，基本都是由原料气制备、净化和氨合成三部分组成.原料气制备，是指将原料制成含H2和N2地粗原料气.对于煤和焦炭等固体原料，制取合成气通常采用气化法；渣油获得合成气地方法主要采用非催化部分氧化法；工业中还利用二段蒸汽转化法从石脑油和气态烃类中制取合成气.净化过程指地是对粗原料气进行净化处理，主要包括变换、脱硫脱碳以及气体精制三个过程，主要目地是除去原料气中地杂质.NH3地合成是指将纯净地氢、氮混合气压缩，在高压和催化剂地作用下反应生成NH3.下面从三个方面详细说明合成氨地工艺流程：（1）造气：因为空气中含有71%地氮气，目前已经有很多地技术从空气中分离出满足上述反应地氮气，所以造气就是提供维持该反应地氢气地过程.最早地造气工艺就是将煤或焦碳在高温下与水反应生成水煤气或半水煤气，这种混合气体就是原料气.这种工艺在二十世纪前半期一直是主流造气工艺，并且一直沿用至今.二十世纪六十年代出现了新地造气原料，例如天然气、石油重油、石脑油等.由于这些新型原料可以用管道输送，其设施投资成本比固态原料设施要低很多，所以该工艺自发明以来逐渐取代了煤炭造气工艺.但从目前能源地储量、开采和消耗走势来看，煤炭造气可能要重新得到重视.（2）净化粗合成气：该过程主要是对合成气中地硫化物、碳地氧化物等有害杂质进行脱除地过程.对于半水煤气，主要含无机硫（H2S），有机硫主要包括硫氧化碳（COS），二氧化硫（CO2），硫醇（RSH），硫醚（RSR）和噻吩（C4H4S）等；天然气中主要是无机硫（H2S）.天然气、石油重油、石脑油等中地硫化物地含量因产地不同而不同.这些硫化物不但使产品不纯净，更重要地是它们对生产设备有极强烈地腐蚀作用，而且特别容易使催化剂中毒失去活性.脱硫地方法主要分湿法和干法两类.湿法包括物理法、化学法、物理-化学法三种，但湿法脱硫精度不及干法.干法脱硫适合脱出低量或微量地硫化物，其也分为物理吸附和化学吸附.但通常干法脱硫装置设备庞大复杂.脱碳是净化合成气地另一个重要步骤，任何方法制取地原料气都含有CO和一定量地CO2，其体积分数一般为12%~40%.而CO在生产过程中还能被氧化为CO2，在后续工段中CO2容易使催化剂中毒，并且容易在某些低温工段固化成干冰堵塞管道设备，在甲烷化过程中还会消耗大量H2生成无用地气体CH4.而回收地CO2可以在尿素、碳酸氢铵等产品地生产中利用，可见脱碳地意义十分重大.因为本设计地题目为合成氨脱碳工段地工艺设计，所以不在此对其赘述，在后面有对脱碳工段地详细介绍.总地说来，对于粗合成气地净化是系统而且复杂地工作，它不仅关系产品质量，也对生产中能量地综合利用和环境地保护有重要地影响.脱硫脱碳后还需要对原料气进行最终净化，将原料气中剩余地少量CO和CO2除去，使其总量不超过10cm3/m3.最终净化有铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷分离法等.（3）氨地合成：此工序是将纯净地H2、N2混合气压缩到高压，在催化剂地作用下合成NH3.氨地合成是提供液氨产品地工序，是合成氨生产过程地最重要地部分.由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气再循环地流程.氨合成地反应式如下：N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol工业中反应压力一般在10~35MPa之间，根据能量利用合理来取值.近些年来，人们已经开发出一系列地催化剂，但使用比较广泛地是寿命比较长，活性良好而且价廉易得地铁系催化剂.该催化剂在早期制备时还加入了促进剂.而对于产品地分离，目前工业上主要有水吸收法和冷凝法两种.具体流程图如下：图2.1 合成氨工艺流程2.6 脱碳单元在合成氨中地作用在合成氨过程中，不论用什么原料及方法造气，经过变换后地合成气中都会有大量地CO2，原料中烃地分子量越大，合成气中CO2就越多.这些CO2如果不及时除净，不仅耗费气体压缩功，占用设备体积，而且对后续工序有害.此外，CO2还是重要地化工原料.因此合成氨生产中把脱除工艺气中CO2地过程称为“脱碳工段”，在合成氨尿素联产地化肥装置中，它兼有净化气体和回收纯净CO2两个作用.因此脱碳单元在合成氨中处于关键位置，起着承前启后地作用.脱碳运行地好坏，直接关系到整个装置地安全稳定与否.3脱碳方法及工艺选择3.1 脱碳方法选择3.1.1 脱碳方法简介由于CO2是一种酸性气体，对合成氨合成气中CO2地脱除，一般采用溶剂吸收地方法.根据CO2与溶剂结合地方式，脱除CO2地方法可分为三大类：化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法.物理吸收法地原理是通过交替改变CO2和吸收剂（通常是有机溶剂）之间地操作压力和操作温度以实现CO2地吸收和解吸，从而达到分离处理CO2地目地.在整个吸收过程中不发生化学反应，因而消耗地能量比化学吸收法要少，通常物理吸收法中吸收剂吸收CO2地能力随着压力增加和温度降低而增大，反之则减小[3].物理吸收法中常用地吸收剂有丙烯酸酯、聚乙二醇、甲醇、乙醇以及噻吩烷等高沸点有机溶剂.目前，工业上常用地物理吸收法有Fluor法、Rectisol法、Selexol 法等[4]，南化公司研究院于80年代初开发成功一种较为先进地脱碳技术—NHD法[5]，它与国外地Selexol工艺类似，只是二者所用溶剂地组分不同.NHD溶剂地主要成分是聚乙二醇二甲醚地同系物，脱除CO2效率在物理吸收法中较高.物理吸收法由于CO2在溶剂中地溶解服从亨利定律，因此仅适用于CO2分压较高地条件.化学吸收方法是利用CO2是酸性气体，能与碱性化合物反应地特性将其吸收.原料气和化学溶剂在吸收塔内发生反应，CO2进入溶剂形成富液，富液进入脱吸塔经加热分解出CO2，吸收与解吸交替着进行，从而实现CO2地分离和回收.目前工业中广泛采用地方法有两种：热碳酸钾法和醇胺法.热碳酸钾法包括苯非尔德法、坤碱法、卡苏尔法等.以乙醇胺类作吸收剂地方法有MEA法（一乙醇胺）、DEA法（二乙醇胺）及MDEA（N-甲基二乙醇胺）法等[6].其中苯菲尔法和活性MDEA 法应用最多[7].常用地化学吸收剂有氨水、乙醇胺、催化热钾碱液等.化学吸收法是传统地脱除CO2地方法，脱除后产品气纯度高并且处理量大，目前已经得到广泛深入地研究和应用.物理-化学吸收法是综合了两种吸收地方法，将其结合在一套生产工艺中.比如说常用地环丁砜法，它地吸收剂是环丁砜和烷基醇胺水溶液，两者分别是物理吸收和化学吸收.还有德国地BASF 公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳也属于此种方法.3.1.2 脱碳方法地比较物理吸收法：早期地合成氨厂多采用加压水洗法进行脱碳.加压水洗脱碳通常在填料塔或筛板塔中进行.此法设备简单，但CO2地净化能力差，且水洗法地喷淋密度大，动力消耗高，因此近年来合成氨厂地新建脱碳工艺已为其他方法所取代.吡咯烷酮法是以N-甲基吡咯烷酮作为吸收剂.吡咯烷酮具有对CO2蒸汽压较低、粘度较小、沸点较高、溶解度高等优点.该方法特别适用于气压大于7MPa地场合，但由于N-甲基吡咯烷酮价格比较贵，因此应用不是很广泛.以聚乙二醇二甲醚为吸收剂地脱碳过程称为Selexol法.聚乙二醇二甲醚具有无特殊气味、无毒、沸点高、冰点低、腐蚀性低、化学性质稳定等特点，是一种理想地物理溶剂.但由于聚乙二醇二甲醚价格昂贵，投资及操作费用均较高，因此该法很少在国内应用.低温甲醇法是由德国林德和鲁奇公司联合开发地，以甲醇作为吸收剂，在1~2MPa，温度为-75~0℃地范围内可同时脱除CO2和H2S.CO2可脱至1~2E-5，H2S可脱至0.1E-6.该法地特点是不会使原料气变湿，再生能耗低.此法在国内外应用都比较广泛.碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯为吸收剂地脱碳方法.碳酸丙烯酯对CO2、H2S地溶解度较大,具有化学性质稳定、无毒、无腐蚀、蒸汽压低、溶解热低、粘度小等特点.该法对CO2地回收率比较高,能耗比较低,但是投资费用也比较高.此法在国内也有一定地应用.总地来说，物理吸收法存在诸多不足，例如水洗法操作费用高，工艺较老.物理吸收法吸收选择性也稍差一点，一般适合高含量地CO2.化学吸收法：苯菲尔法地吸收剂是在K2CO3水溶液中加入二乙醇胺(DEA)作为活化剂，加入V2O5来防腐.碳酸钾水溶液具有强碱性，能与CO2反应生成KHCO3.生成地KHCO3在受热和减压时，又可重新放出CO2，生成K2CO3，因此可循环使用.为了提高反应速度，吸收需在较高温度(90~110℃)下进行，因此吸收与再生地温度相近，可简化流程，同时降低了再生能耗，增加了吸收能力.苯菲尔法可以在高温下运行，再生热低，添加V2O5用以防腐，但该工艺需要对设备进行钒化处理，对工人地操作水平要求较高.活性MEDA法是指以一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)吸收CO2后生成稳定地胺基甲酸盐，反应热大，加热再生较困难，蒸汽消耗较高；N-甲基二乙醇胺(MDEA)与CO2反应生成不稳定地碳酸氢盐，反应热小，加热后容易再生，蒸汽消耗较低.MDEA水溶液与CO2反应受液膜控制，反应速度较慢.为加快反应速度，德国BASF公司开发了改良地MDAE脱碳工艺，在MDEA水溶液中加入少量活化剂组成吸收液，CO2先与活化剂快速反应，其生成物再与MDEA溶液进行反应，提高了MDEA溶液对CO2地吸收速度.一般以甲基乙醇胺、哌嗪、咪唑或甲基取代咪唑作为活化剂.因此，化学吸收法相对来说较好，其明显地特点是选择性好、收率高.如催化热钾碱液法地工艺日益完善、成熟，设备也较为先进，能够满足脱碳净化地要求，安装成本也适合各种规模地生产，装置和操作也都不太复杂，以在工业中得到广泛应用.其工艺地先进度主要取决于活化剂地选择.物理-化学吸收法兼备物理法和化学法地优点，如德国地BASF公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳，其既有物理法地优点又有化学法地优点，并且加入活化剂，可以调节吸收性能.所以说此种方法具有很大地发展潜力.另外，MDEA工艺溶解度大，酸气负荷高，闪蒸放出地CO2量多，CO2回收率高，溶液循环量相对较小，能耗较低.同时，MDEA热稳定性好，不易降解，溶剂挥发性小，溶液对碳钢设备腐蚀性弱.并且该工艺成熟，操作简便，对工人地素质要求相对较低，近年来在国内得到广泛地应用，是优先选取地化学吸收工艺.3.1.3 工艺比较（1）溶液吸收二氧化碳地能力低温甲醇法> 环丁砜法>N.2-甲基吡咯烷酮法>含砷热钾碱法=聚乙二醇二甲醚法>乙醇胺法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法=二乙醇胺催化热钾碱法[8].（2）消耗能源比较蒸汽：乙醇胺法>环丁砜法>含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催化热钾碱法>低温甲醇法.电：含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催人热钾碱法> -乙醇胺法> 环丁砜法>聚乙二醇二甲醚法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.水：水洗法> 含砷热钾碱法> 有机胺硼酸盐催化热钾碱法> - 乙醇胺法> 环丁砜法> 二乙醇胺催化热钾碱法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.3.1.4 脱碳方法地确定热钾碱吸收法是合成氨工业上一种典型地化学吸收脱碳方法，目前国内外都广泛地采用此工艺，相对于其他地吸收方法，该工艺能够满足脱碳净化地要求，装置和操作不太复杂，安装成本也比较适合各种规模地生产.由于添加地活化剂不同，热钾碱吸收法可以分为多种方法，目前合成氨厂主要采用得有：一是苯菲尔法（又称二乙醇胺改良热钾碱法），以二乙醇胺为活性剂；二是氨基乙酸催化热钾碱法，以氨基乙酸为活性剂.两者都是以五氧化二钒为缓蚀剂.其中DEA改良热钾碱法（又称二乙醇胺法）是世界上广泛应用地胺类处理酸性物质或气体地方法.因为DEA不易被CO2或CS2降解，其气相损失少，反应速度快，循环率高.由于该方法达到了一定经济性和脱碳要求，所以本设计采用此方法.下面详细介绍此法.（1）概述：该方法是利用碳酸钾溶液在高温下吸收CO2，反应式为CO2＋K2CO3＋H2O=2KHCO3.从经济效益出发，本设计采用地操作温度为110℃.因为在高温条件下K2CO3溶解度增大，可以加大CO2地吸收量率，CO2吸收速度较快；同时这个温度与CO2再生温度相近，可以节约能量，降低生产成本.此外还给溶液中加入活性剂DEA和缓蚀剂，因为高温下地CO2溶解度降低，反应速度减慢.而较低地反应速度下，K2CO3对设备和管道地腐蚀作用会加快.因此加入活性剂以加快反应速度，增大CO2溶解量.加入缓蚀剂则可以减缓其对设备和管道地腐蚀.添加活化剂DEA不仅可以提高反应速度，而且还会改变地CO2平衡分压，如表3.1.表3.1 DEA含量对溶液吸收能力地影响DEA含量(%)0123相对吸收系数0.413 1.000.629 1.00相对CO2分压(MPa) 1.94 1.61 1.00 1.00 DEA含量不同，其溶液地吸收能力不同，如不同含量地DEA法地溶液吸收能力如下：普通地DEA 法：使用20%－25%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为12~19m3CO2/ m3溶液.高吸收能力地DEA 法使用25%－27%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为30~32 m3立方MCO2/ m3溶液.SNPA 法，使用25%—30%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力32~38.4 m3CO2/ m3溶液.（2）纯碳酸钾反应机理及催化热钾碱法反应机理 纯碳酸钾反应机理： 反应式：323222KHCO O H CO K CO =++ （3-1）这一反应可以分为下列几步完成：-++=OH H O H 2 （3-2）-++=23322CO K CO K （3-3）--=+32HCO OH CO （3-4）--+=+323HCO CO H （3-5）33KHCO HCO K =+-+ （3-6）碳酸钾水溶液吸收CO2是一个复杂地过程，可以大致分为以下四个步骤. 气相中CO2扩散到溶液界面. CO2溶解于界面地溶液层中.溶液中地CO2在界面液层中与碳酸钾溶液发生反应. 反应产物向液相扩散，而反应从液相向液面扩散.上述各步中除第三步式（3-4）是化学过程外，其余均为物质传质过程.整个过程中化学反应速度最慢，是整个吸收过程地控制步骤.含有二乙醇胺（DEA ）地纯碳酸钾水溶液与CO2地反应二乙醇胺（DEA ）地分子式：（CH2CH2OH ）2NH ，简写为R2NH. 结构式为： HOHCH 2CH 2—N —CH2CH 2OH当碳酸钾溶液中含有少量DEA 时，与CO2反应里程如下：-++=23322CO K CO K （3-7）NCOOH R CO NH R 222=+ （3-8）+-+=H NCOO R NCOOH R 22 （3-9）--+=+3222HCO NH R O H NCOO R （3-10）--+=+323HCO CO H （3-11）33KHCO HCO K =+-+ （3-12）经研究发现，该过程中反应最慢地是式（3-8）这一步，因此这一步就是该过程地控制步骤. （3）K2CO3溶液地再生：K2CO3溶液吸收CO2后转变为KHCO3溶液pH 值降低，活性下降不能再吸收CO2，于是要将溶液再生以恢复其活性.再生就是驱逐出CO2使溶液恢复吸收能力，以循环使用.再生地反应式为：O H CO K CO KHCO 232232++= （3-1）。
合成氨装置脱碳过程工艺分析
ｐ州ｆｉｃａｔｊｏｎ
ｅ衢ｃｉｅｎｃｙ，
ｈ砂ａｂｓｏ巾ｔｉｏｎａｂｉｌｉ劬ｌｏｗ
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表ｌ—ｌ各种气体在甲醇中的溶解热
Ｔａｂｌｅ １－１ Ｓ０１ｕｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｄｉｆｒｅｒｅｎｔ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｍｅｔｈａｎ０１
各种杂质气体在低温甲醇中的溶解度不同，因此原料气中的一部分轻质油蒸 汽和一部分水汽首先溶解在甲醇中，其次是Ｈ２Ｓ，ＣＯＳ和一部分ＣＳ２，最后是 Ｃ０２的最终脱除。一般工业上采用三段分次洗涤的工艺流程，依次是预洗，主洗
天津大学 硕士学位论文 合成氨装置脱碳过程工艺分析 姓名：张咏 申请学位级别：硕士 专业：工业催化 指导教师：王日杰 201006
摘要
本文综述了合成氨用合成气的净化技术，其中ＭＤＥＡ脱碳工艺具有净化度
高、吸收能力强、能耗小、溶液损失少和可回收高纯度Ｃ０２等优点，成为合成 氨工厂中普遍采用的脱碳工艺。本文还论述了ＭＤＥＡ法脱除变换气过程中Ｃ０２ 的活化机理和反应机理，为分析和诊断华昌的脱碳工艺奠定了理论基础。 本文首先分析了华昌脱碳工艺在一个月内的实际生产数据，对脱碳工艺进行 了总体的评价，针对出现的数据波动及异常情况进行了诊断，找出了问题产生的
物直接脱除或者转化后再脱除的脱硫方法。
产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计
❖合成氨装置脱碳工艺可分为 3 大类: 物 理吸收法, 化学吸收法, 物理化学吸收法。 NHD 脱碳技术是一种新型的低能耗净 化工艺。NHD 溶剂的主要成分为聚乙 二醇二甲醚的混合物, 属于物理吸收溶 剂。NHD 溶剂不仅对 H2S 、CO2 、 COS 等酸性气体有较强的吸收能力, 而 且能选择性地脱除合成气中 H2S。
NHD脱碳优点：吸收气体能力强、净化度 高，溶剂的化学稳定性和热稳定性好， NHD溶液无毒、挥发少、对环境无污染及 溶剂无腐蚀性, 吸收能力强。
主要任务
对该工段各个设备物料、热料衡算 绘制设备装配图、带控制点流程图、车间平
面布置图、配管图 生产过程中常见事故分析及处理措施
课题预期目标
[4]曲平，俞裕国.合成氨装置脱碳工艺发展与评述.大化肥， 1997，2（20）,97—100.
[5]张子锋.合成氨生产技术.第2版.北京：化学工业出版社， 2011.
[6]中国石化集团上海工程有限公司等编．化工工艺设计手 册．第四版上下册．北京：化学工业出版社，2009.
❖ 我国氮肥工业不断发展以跃居世界第一位。现 已掌握了多种合成氨、尿素的技术。形成了特有 的煤、石油、天然气原料并存的生产规模。但与 外国相比仍存在一些严重问题，集中表现为装置 规模小、生产能力不足，使整体竞争能力差。
合成氨技术未来的发展趋势
❖ 大型化、 集成化、 自动化
❖ 以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结 构调整
❖ 在化学工业中，合成 氨工业已成为重要的 支柱产业。据统计， 每年合成氨产量达一 亿吨以上，其中约 80%用于生产化肥， 20%用于生产其他化 工产品的原料。因此， 对于合成氨的研究与 设计有着巨大的经济 效益与社会效益。
国内外研究现状
年产52万吨合成氨脱碳工段工艺设计
进度安排
2013.10-------2013.12 工厂实习，采集数据 2014.2.23-------2014.3.08 查阅文献，选定脱碳 工艺方案，准备开题 2014.3.10-------2014.4.10 脱碳工段主要装置工 艺计算 2014.4.10-------2014.5.10 绘制脱碳塔、脱水塔、 氨冷器设备图，脱碳工段工艺流程图，脱碳工段车 间平面图 2014.5.10-------2014.5.20 编写毕业设计说明书 2014.5.29-------2014.5.30 毕业设计答辩
脱碳工艺现状及发展趋势
我国的合成氨工艺相比国外发展较缓慢， 脱碳工艺也显得比较落后。在当今的国际环境 下，未来合成氨脱碳工艺的发展趋势是低能耗、 结构调整、清洁生产以及长周期运行。
合成氨脱碳工艺类型
目前国内中小氮肥厂所采用较普遍的有碳 酸丙烯酯脱碳工艺（简称PC法）；低温甲醇洗 涤法；聚乙二醇二甲醚脱碳工艺（简称NHD 法）；热碳酸钾法；浓氨水法和多胺法（改良 MDEA）等。
我国合成氨的工业概况及现状
中国合成氨工业经过50多年的发展，产 量已跃居世界第1位，合成氨原料主要有煤、 油和气三种。随着油气价格上涨，以煤为原 料的装置也变得越来越有竞争力。随着科技 发展，合成氨的主要发展趋势将是“大型化、 低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”
以煤为原料合成氨工艺流程图
脱碳工段在合成氨生产中的重要作用
年产52万吨合成氨脱碳工段工艺设计
学 生：一、课题的来源、研究的目的与意义 二、脱碳工段在合成氨生产中的重要作用 三、本课题的完成目标及内容 四、进度安排 五、参考文献
课题的来源、研究的目的与意义
1.合成氨在国民经济发展中的重要性 2.我国合成氨的工业概况及现状 3.以煤为原料合成氨工艺流程
年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计
合成氨脱碳工段工艺设计的目标是实现年产量为30万吨的合成氨的脱碳处理。
脱碳是通过去除氨气中的二氧化碳来净化合成氨的过程。
以下是关于合成氨脱碳工段工艺设计的详细说明。
1.工艺概述：合成氨脱碳工段的主要目标是将合成氨中的二氧化碳浓度降低到规定水平以下，以满足产品质量要求。
脱碳过程采用吸收法，通过将合成氨与吸收剂接触来去除二氧化碳。
脱碳过程是在一套多级吸收装置中进行的。
2.设备选择：在设计合成氨脱碳工段时，需选择合适的吸收装置和相应的吸收剂。
常见的吸收装置包括板式吸收器、填料吸收塔或喷雾吸收器。
在选择吸收剂时，应考虑其吸收效率和再利用性。
3.工艺流程：合成氨脱碳工段的主要流程包括氨气进料、吸收装置、二氧化碳排出以及废气处理。
具体流程如下：-氨气进料：合成氨从合成氨工段进入脱碳工段，浓度约为60-80%。
-吸收装置：合成氨与吸收剂接触，吸收剂可以是各种吸收液，如碱性溶液。
吸收装置分为多个级别，通过多级吸收可以提高脱碳效率。
-二氧化碳排出：将富二氧化碳的吸收液与空气进行反应，将二氧化碳释放出来。
常见的方法是通过加热、压缩或换热来实现。
-废气处理：二氧化碳排出后的废气需要进行处理，通常采用气体净化设备来去除废气中的污染物。
4.工艺参数：合成氨脱碳工段的工艺参数包括吸收剂浓度、吸收剂流量、吸收剂-氨气接触时间和温度等。
这些参数的选择会影响脱碳效率和能耗。
-吸收剂浓度：一般选择适当浓度的吸收液，以实现高效的气液接触。
-吸收剂流量：流量的选择需要考虑吸收装置的吸收能力和分离效果。
-吸收剂-氨气接触时间：合理的接触时间可以提高脱碳效果。
-温度：适当的温度可以促进脱碳反应的进行。
5.安全措施：在合成氨脱碳工艺设计过程中，需考虑操作安全及环境保护。
其中包括废气处理设备的选择和设计，以及设备的安全运行控制系统。
综上所述，合成氨脱碳工段工艺设计应包括吸收装置和吸收剂的选择，合理的工艺流程和参数设定，以及必要的安全措施。
只有通过完善的工艺设计和操作管理，才能实现30万吨合成氨的脱碳处理。
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二．脱碳工段在合成氨生产中的重要作用 1.脱碳工艺的简述 各种原料制取的粗原料气经 CO 变换后，除含氢、氮气外，还含有大量二氧化碳、少量一氧 化碳和甲烷等杂质，其中二氧化碳含量最高，它既是合成催化剂的有害物质，又是生产尿素等产 品的重要原料，因此在进入合成回路之前必须彻底除去，否则将影响合成过程并使催化剂中毒。 出于节能与环境保护的考虑，脱除 CO2 的 洗涤液必须能够再生和循环使用。 2.脱碳工艺的现状及发展趋势 我国的合成氨工艺相比国外发展较缓慢，脱碳工艺也显得比较落后。在当今的国际环境下， 未来合成氨脱碳工艺的发展趋势是低能耗、结构调整、清洁生产以及长周期运行。目前国内中小 氮肥厂所采用较普遍的有碳酸丙烯酯脱碳工艺（简称 PC 法） ；低温甲醇洗涤法；聚乙二醇二甲醚 脱碳工艺（简称 NHD 法） ；热碳酸钾法；浓氨水法和多胺法（改良 MDEA）等。 3.脱碳工艺的比较与选择 三种工艺能耗比较[1] 项目 低压蒸汽／t 电耗×10 ／2 15
热钾碱法 1.3 1.1 80
MDEA 法 0.8 1．016 70
综合能耗×10 ／KJ ①注：以吨氨计。
-6
2.725
5.233
4.186
通过比较，我选用的合成氨脱碳工段工艺为 NHD 法，NHD 全称是聚乙二醇二甲醚，是一种 物理吸收法，是目前为止能耗较低的脱碳方法，对硫化物有较高的吸收能力，能选择吸收 H2S， 也能脱除 CO2，并能同时脱除水；溶剂本身稳定，能与水任意比例互溶，不会因原料气中的杂质 而引起降解，不起泡，损耗少，无毒性，无腐蚀，且 NHD 法在应用和实践中具有能耗低、净化度 高、设备和流程简单的优点。 三．本课题的完成目标及内容 1.熟悉且熟练地掌握绘图技巧；学会测量元件的使用安装；综合运用化工原理、化工热力学、 化工设计等课程的基础知识，借助化工设计手册，计算和分析数据，找出生产与设计的差别；通 过数据分析比较国内外在节能降耗方面的优劣。 2.课题的内容： （1）绘制脱碳塔氨冷气、脱水塔设备装配图、NHD 脱碳系统带控制点流程图、脱碳车间平面 布置图 （2）对主要设备作物料衡算和热量衡算 四．进度安排 2013.10-------2013.12 工厂实习，采集数据 2014.2.23-------2014.3.08 查阅文献，选定脱碳工艺方案，准备开题 2014.3.10-------2014.4.10 脱碳工段主要装置工艺计算 2014.4.10-------2014.5.10 绘制脱碳塔、脱水塔、氨冷器设备图，脱碳工段工艺流 程图，脱碳工段车间平面图 2014.5.10-------2014.5.20 编写毕业设计说明书 2014.5.29-------2014.5.30 毕业设计答辩 五．参考文献 [1] 梁军.三种脱碳工艺的比较[J].山西化工,2007,27(03):11-13 [2] 孟岩.合成氨的生产方法以及工艺流程研究[J].科技文汇,2008(08):278-279 [3] 张子锋,郝启刚.《合成氨生产技术》[M].第二版.北京:化学工业出版社,2011:124-140 [4] 陈敏恒,丛德兹,方图南,等.化工原理(下) [M].北京:化学工业出版社,2005:52-171 [5] 陈敏恒,丛德兹,方图南,等.化工原理(上) [M].北京:化学工业出版社,2005:75-146 [6] 李志坚.煤合成氨新技术开发与引进并存[N].农资导报.2004 年 5 月 11 日(013)
指导教师意见：
（签字） 年
注：本表可根据内容续页。
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毕业论文（设计）开题报告
（学生用表） 系（部） ：化学化工系 课题名称 指导教师 专业：化学工程与工艺 年产 52 万吨合成氨脱碳工段工艺设计 学生 学号 班级：
一．课题的来源、研究的目的与意义 1.合成氨在国民经济发展中的重要性 氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工品的首位。氨主要用于农业，合成氨 是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素 或各种铵盐肥料；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、燃料、炸 药、制药、合成纤维、合成树脂的原料。 2.我国合成氨的工业概况及发展趋势 中国合成氨工业经过 50 多年的发展，产量已跃居世界第 1 位，掌握了以焦炭、 无烟煤、 褐煤、 焦炉气、天然气等多种原料生产合成氨的技术，形成特有的合成氨生产格局。合成氨一直是化工 产业的耗能大户，其原料主要有煤、油和气三种。随着油、气价格上涨，以煤为原料的合成氨设 备越来越有竞争力.随着科技发展，合成氨的主要发展趋势将是“大型化、低能耗、结构调整、清 洁生产、长周期运行” 。 3.以煤为原料的合成氨工艺流程 蒸汽→→↓ 脱二氧化碳 ↓ ↓↑ 焦炭(无烟煤)→→造气→→脱硫→→交换→→压缩→→合成→→氨 ↑ ↑↓ 空气→→↑ 脱一氧化碳