合成氨原料气脱

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1、初步方案的制定初步方案的制定1 一、合成氨的一、合成氨的工艺物料工艺物料(1)原料气制备原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。成气。(2)净化净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、

2、脱硫和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。脱碳过程以及气体精制过程。2 一氧化碳变换过程一氧化碳变换过程 在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分，其体积分数一般为数一般为12%40%。合成氨需要的两种组分是。合成氨需要的两种组分是H2和和N2，因此，因此需要除去合成气中的需要除去合成气中的CO。变换反应如下：。变换反应如下：CO+H2OH2+CO2=-41.2kJ/mol 0298H 由于由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变

3、换段出口残余并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为转变为CO2和和H2；第二步是低温变换，将；第二步是低温变换，将CO含量降至含量降至0.3%左右。左右。因此，因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。后续脱碳过程创造条件。3 脱硫脱碳过程脱硫脱碳过程 各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以合成氨生产过程催化剂的中毒

4、，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。等。粗原料气经粗原料气经CO变换以后，变换气中除

5、变换以后，变换气中除H2外，还有外，还有CO2、CO和和CH4等组分，其中以等组分，其中以CO2含量最多。含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。的脱除必须兼顾这两方面的要求。4 气体精制过程气体精制过程 经经CO变换和变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和和CO2总含量总含量不得大于不得大于10cm3/

6、m3(体积分数体积分数)。因此，原料气在进入合成工。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。甲烷化法是在催化剂存在下使少量甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与与H2反应生成反应生成CH4和和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数体积分数)一般应小于一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+

7、CO2)含量脱含量脱除到除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气，并且增加了惰性气体体CH4的含量。甲烷化反应如下：的含量。甲烷化反应如下：CO+3H2CH4+H2O=-206.2kJ/mol 0298H CO2+4H2CH4+2H2O=-165.1kJ/mol 0298H 5 2、气体分离原理气体分离原理分离的基本原理是：将经过净化的带压或加压的原料气逐级冷却至分离的基本原理是：将经过净化的带压或加压的原料气逐级冷却至各分离组分的冷凝温度进行分凝各分离组分的冷凝温度进行分凝(单级或逐级冷凝单级或逐级冷凝);或使原料气加压或使原料气加压冷却

8、、液化、再精馏进行分离。常用的气体冷凝温度冷却、液化、再精馏进行分离。常用的气体冷凝温度(在在101.325千千帕压力下帕压力下)见表见表1常见的气体冷凝温度常见的气体冷凝温度 密密度度不不同同、扩扩散散速速度度不不同同，冷冷却却，根根据据沸沸点点温温度度不不同同可可以以分分为为：压压缩缩气气体体，物物理理（化化学学）反反应应吸吸附附气气体体等等方方法法分分离离。67 3、变压吸附脱碳基本原理：、变压吸附脱碳基本原理：变压吸附的基本原理是吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附变压吸附的基本原理是吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分又有选择容量

9、，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分又有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压脱附这些杂质吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压脱附这些杂质使吸附剂获得再生。本系统利用硅胶作为吸附剂，选择性吸附脱除使吸附剂获得再生。本系统利用硅胶作为吸附剂，选择性吸附脱除变换气中大部分的变换气中大部分的CO2、有机硫等。采用多吸附床，循环地变动所、有机硫等。采用多吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，并达到连续分离。组合的各吸附床压力，并达到连续分离。本系统采用两段分离，提纯段采用本系统采用两段分离，提纯段采用26-4-20均压工艺，即均压工艺，即26个塔，个塔，4塔同时吸附，

10、塔同时吸附，20次均压降流程。净化段采用次均压降流程。净化段采用11-3-4-3均压工艺，均压工艺，即即11个吸附塔，个吸附塔，3塔同时吸附，塔同时吸附，4次均压降流程，次均压降流程，3次吹扫流程。充次吹扫流程。充分回收床层死空间的有效分回收床层死空间的有效H2、N2，增加床层死空间中，增加床层死空间中CO2的浓度，的浓度，将将CO2富集为富集为96%以上回收送往尿素以上回收送往尿素CO2气柜。气柜。故选用变压溶液吸收法来吸附脱除故选用变压溶液吸收法来吸附脱除CO2，本系统利，本系统利用硅胶作为吸附剂用硅胶作为吸附剂 8二二.合成氨的合成氨的工艺流程工艺流程1.变换气、净化气流程：变换气、净化

11、气流程：由变脱送来的由变脱送来的CO2约约25，温度约，温度约40的变换气送入变压吸附系统的变换气送入变压吸附系统经气水分离器除去游离水后进入提纯吸附塔组中同时处于吸附步骤的经气水分离器除去游离水后进入提纯吸附塔组中同时处于吸附步骤的四个塔，由下而上通过床层，出塔中间气进入净化段。当被吸附四个塔，由下而上通过床层，出塔中间气进入净化段。当被吸附CO2的浓度前沿接近床层出口时，关闭该吸附塔的原料气进口阀和产品气的浓度前沿接近床层出口时，关闭该吸附塔的原料气进口阀和产品气出口阀，使其停止吸附，通过二十次均压降步骤回收床层死空间的产出口阀，使其停止吸附，通过二十次均压降步骤回收床层死空间的产品气，逆

12、着吸附方向放出，易吸附组分品气，逆着吸附方向放出，易吸附组分CO2被排放至被排放至CO2气柜，吸附气柜，吸附剂得到初步再生。吹扫出来的气部分送剂得到初步再生。吹扫出来的气部分送CO2气柜，部分放空。之后，气柜，部分放空。之后，吸附塔逐渐均升压至吸附压力开始下一个吸附循环过程。出提纯吸附吸附塔逐渐均升压至吸附压力开始下一个吸附循环过程。出提纯吸附塔的中间气塔的中间气CO2约约6-8，再进入净化吸附阶段，经历相同吸附、解，再进入净化吸附阶段，经历相同吸附、解吸过程，进一步分离中间气中的吸过程，进一步分离中间气中的CO2，出净化吸附段净化气，出净化吸附段净化气CO2再再0.25以下，送往合成。净化段

13、以下，送往合成。净化段CO2解吸通过四次均压降，先回收解吸通过四次均压降，先回收床层床层H2、N2后，再通过三次顺放、逆放、三次吹扫出来的气回收到后，再通过三次顺放、逆放、三次吹扫出来的气回收到提纯段。提纯段。92、CO2流程：流程：由净化段吸附塔解吸出来的由净化段吸附塔解吸出来的CO2经逆放和吹扫送往提纯吸附段置经逆放和吹扫送往提纯吸附段置换出提纯吸附塔内的换出提纯吸附塔内的H2、N2混合气体后，进一步经提纯吸附段混合气体后，进一步经提纯吸附段解吸、再生、富集为解吸、再生、富集为9%以上浓度后经提纯吸附段逆放和吹扫送以上浓度后经提纯吸附段逆放和吹扫送往往CO2气柜。气柜。103、循环油流程：

14、、循环油流程：蓄能器主油箱蓄能器主油箱箱内过滤器箱内过滤器油泵油泵止逆阀止逆阀节流节流阀阀截止阀截止阀压力油管压力油管油器缸油器缸阀站阀站回油管回油管油冷器油冷器副油箱副油箱主油箱循环使用。主油箱循环使用。4、循环水流程：、循环水流程：循环水上水循环水上水油泵油泵水池水池送水泵送水泵循环水回水循环水回水11三三.合成氨的合成氨的工艺指标工艺指标1、温度：、温度：循环水上水温度：循环水上水温度：25循环水回水温度：循环水回水温度：45循环油温度：循环油温度：45变换气温度：变换气温度：40净化气温度：净化气温度：40产品气温度：产品气温度：40 2、压力、压力变换气压力：变换气压力：2.0MPa

15、净化气压力：净化气压力：2.0MPa升降压压力：升降压压力：0.2MPa/min.循环油压力：循环油压力：6.0-7.0MPa产品气产品气CO2压力：压力：0.015MPa123、流量：、流量：入系统变换气流量：入系统变换气流量：120000Nm3/h净化气流量：净化气流量：87600Nm3/h再生气再生气CO2流量：流量：22600m3/h4、气体成分：、气体成分：变化气中变化气中H2S含量：含量：100mg/Nm3.净化气中净化气中CO2含量：含量：0.25%净化气中净化气中H2S含量：含量：10mg/Nm3产品气中产品气中CO2浓度：浓度：96%中间气中中间气中CO2含量：含量：6%1314