18万吨年合成氨脱碳开题报告

脱碳流程图
实际生产中存在的问题及解决方法 在PC法脱碳的实际应用中，主要存在以 下问题： (1) 溶剂损耗高； (2) 净化气中CO2含量容易跑高，吨氨 电耗高。
针对生产中的问题有如下解决方法 (1)塔器的优化 包括塔径、塔填料、塔内件、塔 过程控制的技术改造，改造后往往 可提高20%-50%或更高的生产能力， 改造主要分两部分进行:一是脱碳塔 气液分布器和填料的改造；二是再 生塔的改造。
设计心得
通过对本课题的研究，对现在生产过 程中的各种脱碳方法的研究和比较，对脱 碳工段各个单元生产指标的计算和对比， 可以对以往所学的专业知识进行全方位的 巩固和梳理，将所学到的理论知识完全应 用到生产实践上。本课题的目的是为了寻 找出一套合理的脱碳工艺，以获得较高纯 度的净化气，提高二氧化碳的回收率，简 化合成氨脱碳流程，降低生产能耗，达到 生产的较高经济效益指标。
参考文献

[1] 孟岩.合成氨的生产方法以及工艺流程研究[J]科教文汇,2008( 上旬刊):279. [2] 王绍贵.二氧化碳脱除工艺及发展趋势[J].泸天化科技 ,2000,2:100-104. [3] 王之德,值得推广的节能型MDEA脱碳新技术[J].四川化工 ,1995,2,51。 [4] 张宏伟.MDEA溶液脱碳工艺在合成氨中的应用[J].小氮肥设计技 术,2005,26(6):31-32. [5] 吴永由,覃富智. ACT-1在富岛合成氨装置脱碳系统的应用[J]. 大氮肥,2005,28(5):299-300. [6] 石天宝.脱除CO2工艺技术进展综述[J].四川化工1994,1::3851. [7] 张敬忠. NHD脱碳改造运行小结[J].山东化工,2008,37(7)2931. [8] 姜淮,李正西. NHD脱硫脱碳工艺在合成氨装置的应用[J].化肥 设计2008,46(6):30-32. [9] 周小宏.小型合成氨厂脱碳工艺的选择[J].山西化,1995,3:3841.
研究目标和内容



为了寻找出一套合理的脱碳工艺，以获得较高 纯度的净化气，提高二氧化碳的回收率，简化 合成氨脱碳流程，降低生产能耗，达到生产的 的较高的经济效益指标。 （1）合成氨工业的发展以及脱碳单元在合成氨 工业的作用 （2）净化工序中的脱碳方法 （3）生产工艺的比较与确定 （4）吸收塔与解析塔的物料衡算和能量衡算 （5）设备的选型与设计 （6）管道尺寸设计以及绘制点的工艺流程图 （7）主体设备结构图
国内外发展状况及研究背景
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。 我国合成氨工业经过50多年的发展，产量已 经跃居世界第一位，已掌握了以焦炭、无烟煤、 褐煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃 等气固液多种原料生产合成氨的技术，形成中 国大陆特有的煤、石油、天然气原料并存和大、 中、小生产规模并存的合成氨生产格局。
实验方案的可行性分析和已具备的实验条件
由于本课题属于设计类，只需要进行信 息检验以及相应文献的辅助查找，必要 时候需要实验室部分辅助设备，如吸收 塔、解吸塔等设备进行实验模拟。
设计过程
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 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
参考文献

[10] 姜宏,谯中惠,郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的 应用[J].低温与特气, 20 05, 23 (6):28-31. [11] 梁锋.碳酸丙烯醋脱碳技术概况及进展[J].小氮肥设计技术 ,2000,21(1):7-9. [12] 傅家新,刘烈琼.碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺结构计 算[J].小氮肥设计技术,2005,26（6）:5-7. [13] 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,2006,24-25. [14] 傅家新.PC吸收CO2传质系数简化计算之我见[J].小氮肥设 计技术,2005,26(5):9-12. [15] 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,2006,140-142. [16] 孙希瑾,陈建娟,秦岭.大型填料塔液体分布器的设计应用 [J].石油化工设计200 1,19(1):10-15. [17] 朱有庭,曲文海,于浦义等.化工设备设计手册（下）[M].北 京:化学工业出版社, 2005,1110-1111.
国内外发展状况及研究背景
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，吕梁是资源富 区，资源十分丰富，已探明矿藏有40多种，含矿面 积占全市国土面积的90%以上，其中含煤面积11460 平方公里，占全市国土面积的54.3%，远景储量 1101亿吨，探明储量404亿吨。对于合成氨工业的 发展有相当强力的第一资源优势。
脱碳工艺
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。
课题意义及目的
选题意义：氨是重要的化工产品之一， 用途很广泛。在农业方面，一氨为主要 原料可以生产各种氮肥料，如尿素、硝 酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等，以及含氮 复合肥料。液氨本事就是一种高效单数 肥料，可以直接施用。 合成氨生产中的脱碳既可制取尿素原 料，又除去使合成催化剂中毒的CO2气体 。
课题意义及目的
合成氨的原料及原则流程
合成氨的原料是氢气和氮气。氮气来源于空气， 可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液 化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。工
业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气等燃料与水蒸气
作用的气化方法。
合成氨生产的原则流程如图示。
合成氨生产工艺简述
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、吸收制冷及输入氨库和氨吸收八个工序。 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Байду номын сангаас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。

针对生产中的问题有如下解决方法
(2)系统工艺优化 包括：① 调整溶剂泵的扬程，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的温度， 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。

脱碳工艺的比较与选择
由于PC脱碳法，CO2的回收率较高，能耗较低 ，适用于吸收压力较高、CO2净化度不很高的流 程。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，因此选择PC脱 碳法。
18万吨/年合成氨脱碳工段工艺设计
答辩人： 指导导师：
1.课题来源及意义
2.国内外发展状况及研究背景
3.研究目标和内容
4.研究方法
5.心得体会 6.参考文献
课题来源
原料中的二氧化碳如果不能在合成氨工序前 及时除净，就会使合成氨催化剂中毒，而且 稀释了原料气降低了氢氮分压，致使生产无 法进行下去。 根据晋城二化合成氨生产进行分析所进行 的优化和改良方案。
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。为了提高 脱碳效率和净化反应，主要进行脱碳液组分分析 和脱碳塔脱出净化气中二氧化碳的分析。由再生 塔顶出来的二氧化碳，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。
脱碳方法

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， CO2、 H 2 S 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， CO 2 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。
设计中完成的任务
1、绘制脱碳塔氨冷气、脱水塔设备装 配图、PC脱碳系统带控制点流程图
2、对主要设备作物料衡算和热量衡算
实验方案的可行性分析和已具备的实验条件
（1）通过对合成氨脱碳工段的设计研究，巩固 了我们已有专业知识，丰富和拓展业务知识， 把理论知识运用到生产实践上。 （2）对脱碳工段的详细设计，使自身更加深 刻认识现代合成氨脱碳过程中的各个重要环节 与指标。能够设计出一道能够简化生产工序， 降低生产能耗，获得较高纯度的净化气，提高 二氧化碳的回收率，减少污染排放。达到高效 生产和环境保护的双重效果。 （3）设计出完整的脱碳流程后，希望经过导 师的修改和完善后，可以向市场推广，按照此 设计进行生产检验。

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，可以选 择与镍铁行业进行战略联盟，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。
碳酸丙烯酯法的优缺点

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 CO 2 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、 CO 2 净化度不很高的流程，国内主要是小型厂使用。 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,它能同时脱除二 氧化碳、硫化氢及有机硫化物,再生无需热能,能 耗较低等优势。
国内外发展状况及研究背景
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。又由于我国 合成氨一直是化工产业的耗能大户，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。