生产管理--合成氨脱碳工艺 精品
合成氨装置脱碳过程工艺分析(摘要)
气 质量 满 足二类 天然 气 指 标 要求 。与 ＭＤＥ 溶剂 Ａ
相 比， Ｓ溶 剂 具 有 同 等 的 Ｈ Ｓ脱 除效 果 和 明 显 ＵＤ
更 高 的脱 除 Ｃ ＯＳ等有机 硫化 物 的性 能 。 关 键词 ： 焦化 干气 高 酸 性 石油 天 然 气 ＵＤ Ｓ
拟试 算 。
本文 首先 对川东 北普 光高 含硫天 然气 情况 进行 简 单介绍 ， 并对 天然 气 脱 硫 脱碳 技 术 发 展进 行 了展 望， 也简 单介 绍 了主要 的脱 硫脱 碳方 法 ； 过对 专利 通 技 术 比较 ， 最终 确定 适 合 川 东北 普 光 天 然气 脱 硫 脱 碳 的方法 ， 对脱硫 溶剂进 行 了净化性 能验 证 ； 并 根据 川 东北普 光气 田净化 厂原 料气 的气 质条件 和基 本操 作 条件 ， 利用 ＨＹ ＹＳ对普 光 净 化 厂 脱硫 脱 碳 流程 Ｓ 进 行模 拟 ， 别对利 用 级 间冷却 技 术 工 况 和未 利用 分 级 间冷 却工 进行模 拟 分 析 比较 ， 出级 间 冷却 技术 得 的优点 ； 通过 模拟结 果对 要设 备进行 计算 和设计 ； 通 过 吸 收塔塔 体关键 参数对 脱硫 脱碳效 果 的影 响以及
・
２ ・ ８
气 体 净化
２１ ０ ２年 第 ｌ 卷 第 ２ ２ 期
处 理和储 运过 程 中会 造 成设 备 和 管 道腐 蚀 ， 且 用 而 作燃 料时会 污染 环境 ， 危害 用户健 康 ； 天然气 中 Ｃ ） （ 含量 过高会 降低 热值 。因此 当天然气 中酸性 组分 含
Ｕ Ｓ溶 剂吸 收 脱除 焦 化干 气和 Ｄ 天 然 气 中有 机 硫效 果研 究
溶 剂
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 ， 脱碳 工艺进 行 了总体 的评 价 ， 对 出 对 针
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
ｅｎｅｌｌ科ｃｏｍｓｕｍｐｔｉｏｎ锄ｄ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ
ｌｏｓｉｎｇ，ｈ勘ｐｕｒ时Ｃ０２，ｎｌｅｒｅｆｏｒｅ，
Ｃ０２劬ｍ
ｓｈｍ ｇ笛ａｒｅ
ＭＤＥＡ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｄｅｃａ内ｎａｔｉｏｎ ｐｍｃｅｓｓ ｆ．ｏｒ Ｃ０２ ｒｅｍｏｖａｌ． ＭｏｒｅｏＶｅｒ，ｎｌｅ ａｃｔｉＶａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａＩｌｉｓｍ如ｄ ｒｅａｃｔｉ∞ｍｅｃｈ锄ｉｓｍ ｏｆ ｒｅｍｏｖｅ
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。
合成氨脱碳系统的优化及稳定(NHD脱炭)
合成氨脱碳系统的优化及稳定（NHD脱炭）摘要：合成氨脱碳系统中NHD脱硫、脱碳技术具有能耗低、净化度高、设备和流程简单等特点，已在舍成氨、甲醇和醋酸生产企业的脱硫、脱碳中得到了成功应用，并取得了丰富的实践经验。
近年来，又全力开发NHD技术在焦炉气脱硫中的应用，并取得了突破性的成果。
为实现焦炉气制甲醇技术的工业化提供了有效的脱硫工艺。
关键词：NHD脱硫脱碳优化稳定一、合成氨脱碳系统中NHD溶剂性质、吸收机理及工艺特点1.物理性质NHD（脱碳）溶剂的主要成分是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式为CH3一O一(C2HO) CH ，式中凡=2—8，为浅黄色液体。
在25cI：时，其密度为l027kg ／m ，蒸气压为0．093Pa，冰点为一2一29cI：，闪点为l5l℃，燃点为157cI：。
2.工艺原理NHD（脱碳）溶剂吸收H：S、COS、CO：的过程具有典型的物理吸收特征，在H：S、COS、CO：一NHD溶剂系统，当上述气体分压低于lMPa时，气相压力与液相浓度基本符合亨利定律。
HS、COS、CO在NHD溶剂中的溶解度随压力升高、温度降低而增大，因此宜在高压、低温下进行}{2S、COS、CO 的吸收过程；当系统压力降低、温度升高时，溶液中溶解的气体得以释放，实现溶液的再生过程。
3.工艺特点3.1净化度高正常操作工况下，在l台吸收塔内可将H S和COS脱除至l×10～，CO：脱除至0．1％以下。
3.2能选择性吸收H：S和有机硫。
3.3吸收H：S、有机硫、CO：等气体的能力强。
3.4溶剂蒸气压低，挥发损失少。
流程中不设置洗涤回收溶液的装置，企业实际吨氨溶剂消耗一般为0．2kg。
3.5溶剂无腐蚀性实践经验表明，即使溶剂含水量达10％、累积含硫量达300mg/L，也未发现设备有明显腐蚀，工艺装置基本采用碳钢材料，投资少，维护和维修费用低。
二、合成氨NHD（脱碳）技术的优化与稳定1.合成氨NHD（脱碳）溶液工艺条件的优化NHD溶液的脱碳能力、脱碳指标与很多工艺条件有关，在压力基本不变的前提下，影响因素还有温度、溶液循环量和溶液含水量。
合成氨车间工艺及安全管理
CO+3H2=CH4+H2O+Q CO2+4H2=CH4+2H2O+Q 氨合成反应
3H2+N2=2NH3+Q
精选2021版课件
7
脱硫剂、催化剂及吸附剂
脱硫剂:脱除燃料、原料或其他物料中的游 离硫或硫化合物的药剂
催化剂：能提高化学反应速率，而本身结 构不发生永久性改变的物质。
吸附剂：能有效地从气体或液体中吸附其 中某些成分的固体物质。
N2
3—5%
O2
0.4—0.8%
焦炉煤气爆炸极限为5％—30％，由于其爆炸下限低，并
且爆炸极限范围大，所以在空气中混有焦炉煤气，很容易
形成爆炸性混合气体，遇火源易发生爆炸。
精选2021版课件
18
氢气
氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆
的气体，和氟、氯、氧、一氧化碳以及空 气混合均有爆炸的危险，其中，氢与氟的 混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性 爆炸，与氯的混合比为1:1时，在光照下也 可爆炸。氢由于无色无味，燃烧时火焰是 透明的，因此其存在不易被感官发现。氢 虽无毒，在生理上对人体是惰性的，但若 空气中氢含量增高，将引起缺氧性窒息。 与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或 明火即会发生爆炸。 爆炸极限4-74%
精选2021版课件
21
氨气
无色有刺激性恶臭的气味，易溶于水。（爆炸极限 16.1-25%）氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用， 短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳 嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶 心、呕吐、乏力等，严重者可发生肺水肿，同时可能发生 呼吸道刺激症状。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度 过高，就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停 搏和呼吸停止，危及生命。
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
(完整版)年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计毕业论文
本科毕业设计年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计Decarbonization Process design on synthetic ammonia目录摘要 ............................................................................................................................................................ Abstract ........................................................................................................................ 错误！未定义书引言 ............................................................................................................................................................第一章总论 ....................................................................................................................................1.1 概述..........................................................................................................................1.1.1 氨的性质...................................................................................................................1.1.2 氨的用途及在化工生产中的地位 ..........................................................................1.2 合成氨的发展历史......................................................................................................1.2.1 氨气的发现...............................................................................................................1.2.2 合成氨的发现及其发展 ..........................................................................................1.2.3 世界合成氨工业发展 ..............................................................................................1.3 文献综述......................................................................................................................1.3.1合成氨脱碳................................................................................................................1.3.2合成氨脱碳的方法概述 ...........................................................................................1.4 设计的依据..................................................................................................................第二章流程方案的确定 ...............................................................................................................2.1各脱碳方法对比...........................................................................................................2.1.1化学吸收法................................................................................................................2.1.2物理吸收法................................................................................................................2.1.3物理化学吸收法........................................................................................................2.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳工艺基本原理 .................................................................2.2.1 PC法脱碳技术国内外现状 .....................................................................................2.2.2发展过程....................................................................................................................2.2.3技术经济....................................................................................................................第三章生产流程的简述 ...............................................................................................................3.1 气体流程......................................................................................................................3.1.1 原料气流程...............................................................................................................3.1.2 解吸气体回收流程...................................................................................................3.2液体流程.......................................................................................................................3.2.1 碳酸丙烯酯脱碳流程简述 ......................................................................................3.2.2 稀液流程循环...........................................................................................................3.3存在的问题及解决的办法 ..........................................................................................3.3.1综合分析PC法脱碳存在的主要问题有 ................................................................3.3.2解决办法....................................................................................................................第四章物料衡算和热量衡算 ....................................................................................................4.1工艺参数及指标...........................................................................................................4.1.1计算依据CO2在PC中的溶解度关系 ...................................................................4.1.2 PC的密度与温度的关系 .........................................................................................4.1.3 PC的蒸汽压 .............................................................................................................4.1.4 PC的黏度 .................................................................................................................4.2物料衡算.......................................................................................................................4.2.1各组分在PC中的溶解量 ........................................................................................4.2.2溶剂夹带量................................................................................................................4.2.3溶液带出的气量........................................................................................................4.2.4出脱碳塔净化气量....................................................................................................4.2.6 入塔液中CO2夹带量..............................................................................................4.2.7 带出气体的质量流量 ..............................................................................................4.2.8 验算吸收液中净化气中CO2的含量 .....................................................................4.2.9出塔气的组成............................................................................................................4.3热量衡算.......................................................................................................................第五章吸收塔的结构设计..........................................................................................................5.1确定吸收塔塔径及相关参数 ......................................................................................5.1.1基础数据....................................................................................................................5.1.2求取塔径....................................................................................................................5.1.3核算数据....................................................................................................................5.1.4填料层高度的计算....................................................................................................5.1.5 气相总传质单元高度 ..............................................................................................5.1.6塔附属高度................................................................................................................第六章塔零部件和辅助设备的设计与选取.....................................................................6.1 吸收塔零部件的选取..................................................................................................6.1.1筒体、封头等部件的尺寸选取 ...............................................................................6.1.2防涡流挡板的选取....................................................................................................6.1.3液体初始分布器........................................................................................................6.1.4 液体再分布器...........................................................................................................6.1.5 填料支撑装置...........................................................................................................6.1.6接管管径的确定........................................................................................................6.2 解吸塔的选取..............................................................................................................6.3贮槽的选择...................................................................................................................结论..........................................................................................................................................................致谢.......................................................................................................................... 错误！未定义书参考文献 ...............................................................................................................................................年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计摘要：本设计为年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计，是由指导老师指定的产量和生产规模，结合生产实习中收集的各类生产技术指标以及参考文献所提供的数据为依据而设计的。
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。
(工艺技术)合成氨脱碳工艺
合成氨脱碳工艺简介合成氨生产工艺简述合成氨是一个传统的化学工业，诞生于二十世纪初。
就世界范围来说，氨是最基本的化工产品之一，其主要用于制造硝酸和化学肥料等。
合成氨的生产过程一般包括三个主要步骤: （l）造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；（2）净化，对合成气进行净化处理，以除去其中氢和氮之外的杂质；（3）压缩和合成，将净化后的氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反应合成为氨。
其生产工艺流程包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及输人氨库和氨吸收八个工序[1]。
在合成氨生产过程中，脱除CO2是一个比较重要的工序之一，其能耗约占氨厂总能耗的10%左右。
因此，脱除CO2，工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大，国外一些较为先进的合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。
我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因此，结合具体情况，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，非常有必要。
1.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用在最终产品为尿素的合成氨中，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。
以沪天化1000t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸收的CO2再生为99%纯度的产品CO2。
在此过程中吸收塔压降还应维持在合理范围内以降低合成气压缩机的功耗。
系统的扩能改造工程中，脱碳单元将为系统瓶颈，脱碳运行的好坏，直接关系到整个装置的安全稳定与否。
脱碳系统的能力将影响合成氨装置的能力，必须同步进行扩能改造。
但是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，原料中烃的分子量越大，合成气中CO2就越多。
用天然气（甲烷)为原料的烃类蒸汽转化法所得的CO2量较少，合成气中CO2浓度在15-20%，每吨氨副产CO2约1.0-1.6吨。
合成氨脱碳工艺设计与优化
合成氨脱碳工艺设计与优化
首先，合成氨脱碳工艺需要选择适合的反应原料。
常见的反应原料包
括氨、二氧化碳和水。
氨和二氧化碳是脱碳反应的主要原料，水可以作为
反应介质和反应控制剂，在反应中起到稀释和调节反应条件的作用。
在选
择反应原料时，需要考虑原料的纯度、成本和可获得性等因素，以确保反
应的可行性和经济性。
其次，针对合成氨脱碳工艺，可以选择不同的脱碳方法。
常见的脱碳
方法包括吸收剂法和膜分离法。
吸收剂法是指通过将氨和二氧化碳吸收剂
接触，使二氧化碳从氨中分离出来。
常用的吸收剂包括酸性氧化铁、氨水等。
膜分离法是指通过选择性透过膜的方法，将二氧化碳从氨中分离出来。
常用的膜分离方法包括渗透式膜分离和压力驱动式膜分离。
选择适合的脱
碳方法可以提高脱碳效率和产品质量。
最后，合成氨脱碳工艺的优化需要控制好反应条件。
反应条件包括反
应温度、压力和反应时间等。
反应温度和压力的选取需要考虑反应速率和
产物纯度等因素。
反应时间的选择需要在保证产物质量的同时，尽量降低
生产成本。
此外，还需要对反应系统进行优化，如反应器的设计和运行参
数的控制等。
综上所述，合成氨脱碳工艺的设计与优化是一个复杂的过程，需要综
合考虑多个因素。
通过选择合适的反应原料、脱碳方法和反应条件，可以
实现高效的脱碳过程，提高合成氨的质量和产量。
同时，还可以减少对环
境的影响，提高生产的可持续性。
合成氨脱碳工艺
合成氨脱碳工艺简介合成氨生产工艺简述合成氨是一个传统的化学工业，诞生于二十世纪初。
就世界范围来说，氨是最基本的化工产品之一，其主要用于制造硝酸和化学肥料等。
合成氨的生产过程一般包括三个主要步骤: （l）造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；（2）净化，对合成气进行净化处理，以除去其中氢和氮之外的杂质；（3）压缩和合成，将净化后的氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反应合成为氨。
其生产工艺流程包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及输人氨库和氨吸收八个工序[1]。
在合成氨生产过程中，脱除CO2是一个比较重要的工序之一，其能耗约占氨厂总能耗的10%左右。
因此，脱除CO2，工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大，国外一些较为先进的合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。
我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因此，结合具体情况，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，非常有必要。
1.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用在最终产品为尿素的合成氨中，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。
以沪天化1000t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸收的CO2再生为99%纯度的产品CO2。
在此过程中吸收塔压降还应维持在合理范围内以降低合成气压缩机的功耗。
系统的扩能改造工程中，脱碳单元将为系统瓶颈，脱碳运行的好坏，直接关系到整个装置的安全稳定与否。
脱碳系统的能力将影响合成氨装置的能力，必须同步进行扩能改造。
但是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，原料中烃的分子量越大，合成气中CO2就越多。
用天然气（甲烷)为原料的烃类蒸汽转化法所得的CO2量较少，合成气中CO2浓度在15-20%，每吨氨副产CO2约1.0-1.6吨。
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合成氨脱碳工艺简介合成氨生产工艺简述合成氨是一个传统的化学工业，诞生于二十世纪初。
就世界范围来说，氨是最基本的化工产品之一，其主要用于制造硝酸和化学肥料等。
合成氨的生产过程一般包括三个主要步骤: （l）造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；（2）净化，对合成气进行净化处理，以除去其中氢和氮之外的杂质；（3）压缩和合成，将净化后的氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反应合成为氨。
其生产工艺流程包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及输人氨库和氨吸收八个工序[1]。
在合成氨生产过程中，脱除CO2是一个比较重要的工序之一，其能耗约占氨厂总能耗的10%左右。
因此，脱除CO2，工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大，国外一些较为先进的合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。
我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因此，结合具体情况，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，非常有必要。
1.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用在最终产品为尿素的合成氨中，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。
以沪天化1000t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸收的CO2再生为99%纯度的产品CO2。
在此过程中吸收塔压降还应维持在合理范围内以降低合成气压缩机的功耗。
系统的扩能改造工程中，脱碳单元将为系统瓶颈，脱碳运行的好坏，直接关系到整个装置的安全稳定与否。
脱碳系统的能力将影响合成氨装置的能力，必须同步进行扩能改造。
但是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，原料中烃的分子量越大，合成气中CO2就越多。
用天然气（甲烷)为原料的烃类蒸汽转化法所得的CO2量较少，合成气中CO2浓度在15-20%，每吨氨副产CO2约1.0-1.6吨。
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，如合成尿素就需以CO2为主要原料。
因此合成氨生产中把脱除工艺气中CO2的过程称为“脱碳”，在合成氨尿素联产的化肥装置中，它兼有净化气体和回收纯净CO2的两个目的。
1.1.5脱碳方法概述由变换工序来的低变气进脱碳系统的吸收塔，经物理吸收或者化学吸收法吸收二氧化碳。
出塔气中二氧化碳含量要求小于0.1%。
为了防止气体夹带出脱碳液，脱碳后的液体进人洗涤塔，用软水洗去液沫后再进入甲烷化换热器。
脱碳塔出来的富液经换热器后，减压送至二氧化碳再生塔，用蒸汽加热再沸器，再脱去二氧化碳。
由再生塔顶出来的CO2，经空冷器和水冷器，气体温度降至40℃，再经二氧化碳分离器除去冷凝水，送到尿素车间作原料。
再生后的脱碳液（贫液），先进溶液空冷器，冷却至65℃左右，由溶液循环泵加压，再经溶液水冷器冷却至40℃后，送入二氧化碳吸收塔循环使用。
1.2净化工序中脱碳方法在合成氨的整个系统中，脱碳单元将为系统关键主项，脱碳工序运行的好坏，直接关系到整个装置的安全稳定与否。
脱碳系统的能力将影响合成氨装置和尿素装置的能力。
CO2是一种酸性气体，对合成氨合成气中CO2的脱除，一般采用溶剂吸收的方法。
根据CO2与溶剂结合的方式，脱除CO2的方法有化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法三大类。
1.2.1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]。
1.2.1.1.1MEA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。
1.2.1.2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。
1.2.1.3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。
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的，采用了节能新技术。
国内在20世纪70年代引进的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。
国内新建的以天然气为原料的大型合成氨装置，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，添加的V2O5可防腐蚀，但该工艺需对设备进行钒化处理，要求工人的操作水平较高，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。
1.2.2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)，解吸后的溶液循环使用。
相对化学吸收法，物理洗涤法的最大优点是能耗低，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的完全再生。
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分压的原料气处理。
1.2.2.1NHD法NHD法被认为是目前能耗最低的脱碳工艺之一，该法使用的溶剂为聚乙二醇二甲醚的混合物，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的一种物理吸收硫化氢和二氧化碳等酸性气体的高效溶剂[7]。
NHD气体净化技术改造系脱除酸性气体的物理吸收新工艺，适合于合成气、天然气、城市煤气等的脱硫脱碳。
NHD具有对设备无腐蚀，对CO2、H2S 等酸性气体的吸收能力强、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NHD的再生过程中几乎不需要能量，通常利用空分装置富余的低压氮气在气提塔进行脱碳富液的气提再生，其优点是减少利用空气气提带来系统内NHD 溶液含水量的富集，省去了空气水冷、气水分离及NHD脱水设备，节约了投资，简化了流程[8]。
1.2.2.2碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸收剂的脱碳方法。
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的溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中的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的降低而增加的，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，因而在较高的压力下，碳酸丙烯酯吸收了变换气中的二氧化碳等酸性气体，在较低的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的能力。
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CO2的回收率较高，能耗较低，但投资费用较高。
适用于吸收压力较高、CO2净化度不很高的流程，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CO2工艺是一项比较适合我国国情的先进技术，与水洗工艺比较，除具有物理吸收过程显著的节能效果外，在现有的脱碳方法中，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。
1.2.2.3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的，它属于干法，采用固体吸附剂在改变压力的情况下，进行（加压）吸附CO2或（减压）解吸。
变压吸附法分离气体混合物的基本原理是利用某一种吸附剂能使混合气体中各组份的吸附容量随着压力变化而产生差异的特性，选择吸附和解吸再生两个过程，组成交替切换的循环工艺，吸附和再生在相同温度下进行。