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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