合成氨变换气中CO2的综合利用

经济分析
• 2012年4月2日尿素价格行情：尿素平均批 发价格为2285.56元/吨，较1日上涨6.67元 /吨。 • 预计年平均产量200万吨 • 预期年利润：2285.56ｘ200万=471512万 元
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合成氨变换气中CO2 的综合利用
目录
• • • • • • • 项目背景 可行性论证 二氧化碳的收集 设备选择 尿素的合成 工艺流程 经济分析
项目背景
二氧化碳是宝贵的资源，可广泛应用于 化学工业、保护焊接、农业施肥、果蔬保 鲜、饮料灌装等行业。我国每年排放的二 氧化碳量约110亿t，但由于回收措施不力， 每年回收再利用的二氧化碳量不足排放量 的2. 0%，既造成了严重的大气污染，又浪 费了宝贵的碳资源。因此，回收利用二氧 化碳具有良好的社会效益和经济效益。
工艺流程介绍
• 目前，世界卜最有竟争力的尿素气提工艺 有四种 • （1）二氧化碳气提工艺 • （2）NH3气提工艺 • （3）ACES法 • （4）IDR法
二氧化碳气提工艺
• 该工艺包括： • 原料压缩 • 尿素合成 • 未反应物的高压分解和回收 • 未反应物的低压分解和回收 • 尿液浓缩造粒 • 工艺冷凝液处理等
(3)冷冻液化工段
来自精馏贮存工段的气体进人预冷器，用 来自精馏塔塔顶的低温气体冷却后进入液 化器，被节流降温的液氨冷却后，气体被 进一步降温，使绝大部分的二氧化碳被液 化，连同轻组分(甲烷、氮气、氧气)一起被 送人精馏贮存工段。
• 使二氧化碳液化的液氨由制冷系统提供，即气氨 经螺杆式冷冻机压缩后进人卧式冷却器中，被冷 却水冷却为液氨后贮存在贮氨器中。由贮氨器出 来的液氨分成3路:第1路液氨经节流后进人液化器 中，使工业级二氧化碳气体液化，自身被气化后 重新返回螺杆式冷冻机;第2路液氨经节流后进人 液化器中，使食品级二氧化碳气体液化，自身被 气化后重新返回螺杆式冷冻机;第3路液氨经节流 后进入精馏塔顶冷凝器中，使塔顶的二氧化碳气 体液化，自身被气化后重新返回螺杆式冷冻机。
可行性论证
• 二氧化碳具有较高的民用和工业价值，在多种领 域有着广泛的应用，是一种非常宝贵的资源。不 仅广泛应用在石油开采、冶金、焊接、低温冷媒、 机械制造、人工降雨、消防、化工、造纸、农业、 食品业、医疗卫生等方面，还可应用于超临界溶 剂、生物工程、激光技术、核工业等尖端高科技 领域。近年来开发出的新用途如棚菜气肥、蔬菜 (肉类)保鲜、生产可降解塑料等也展现良好的发 展前景 • 。
物理应用
• (1)用作惰性气体： CO2可用于电弧焊接、 灭火材料、灭菌气体。
• (2)用作冷却剂：CO2 可用于原子能反应堆 的冷却剂、食品的冷 却冷冻等
来自百度文库
生物应用
• (1)用作气肥：CO2可 用覆盖植物的气肥， 能提高光合作用的效 率，使产品早熟、产 量提高。 • (2)用作果蔬保鲜剂： 通过注入高浓CO2， 降低O2含量，以抑制 果蔬中微生物呼吸和 病菌发生
选择
• 二氧化碳回收装置采 用DCS自动控制系统
尿素的合成
• 自从1773年ROUELLE在蒸发人尿时第一 次发现尿素后，1828年德国的维勒在实验 室里用氰酸和氨首次人工合成厂尿素。此 后的90多年里陆续出现了50多种尿素的合 成方法。直到1922年，德国的法本公司发 明了用二氧化碳和氨直接合成尿素的工业 生产方法。这个方法是现代尿素工业生产 的基本生产原理。
• 该工艺用二氧化碳作为气提剂，在与合成等压下 将合成塔出料在气提塔内加热汽提，使未转化的 大部分甲胺分解成二氧化碳及氨蒸出，分解及气 化所需热量由2. 45MPa蒸汽供给。气提塔出气在 高压冷凝器内生成甲胺冷凝液，冷凝反应所放出 的热量副产低压蒸汽，供低压分解、尿液蒸发使 用，气提塔出液减压后进入精馏塔，将残余甲胺 和氨进一步加热分解并蒸出。然后经真空闪蒸， 两段真空蒸发浓缩至99.7%的尿液后送造粒塔造 粒。
二氧化碳的收集
• (1)压缩吸附工段 来自于化肥生产装置的二氧化 碳气在温度 < 40℃条件下经加压、分水、脱硫后 进入干燥器(A/B)。干燥器设计为2个体积相同的 吸附床，原料气中的水分、油脂等杂质被床内的 干燥剂吸附，气体从干燥器底部引出。出干燥器 的气体分成2股物流:食品级物流进人吸附系统， 以吸附去除烯烃、烷烃、苯等杂质，净化后的气 体进入精馏贮存工段的精馏塔中脱除氧气、甲烷、 氮气等轻组分;工业级物流经液化后直接进人单级 闪蒸系统，再进人产品罐贮存。
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工业生产条件下，氨和二氧化碳合成尿素的反 应通常认为是在液相中分两步进行。 第一步:氨和几氧化碳反应生成氨基甲酸胺(简 称甲胺)2NH3+CO2------NH4COONH2 +Q。甲胺的生成反应为快速、强烈放热的可 逆反应，易达化学平衡，且二氧化碳的平衡转 化率很高。
• 第二步:氨基甲酸钱脱水生产尿素， 即:NH4COONH2(液)---CO(NH2)2(液)+H2O(液)-Q甲胺脱水生成 尿素为微吸热可逆反应，反应速度缓慢， 须在液相中进行。称为为尿素合成的控制 阶段。
化学应用
• (1)传统应用：主要是合成尿素，苯酚羧化的科尔 比反应 • (2)合成酯：CO2与环氧丙烷加压反应可制得碳酸 丙烯酯。CO2在卤化季胺盐、卤化钙、或卤化镁 催化条件下与环氧乙烷反应可制得碳酸亚乙酯。 • (3)合成胺：CO2在Cu/Al2O3催化剂条件下H2、 NH3反应可转化成胺类。CO2在Mo-Cu催化作用 下与乙烯、H 2、N H 3反应生成丙胺。C O 2与 C6H11NH2在一定条件下反应可制得碳酸环己胺
工艺分析
• （1）原料气用二氧化碳气提，使未转化物 大部分分解，残余部分只需再一次低压加 热分解即可，省去高压分解回收系统，简 化流程。 • (2)出高压冷凝器的甲胺液及来自高压洗涤 器的甲胺液靠液位差自流返回合成系统， 不需甲胺泵输送，节省设备和动力，操作 稳定。 • (3)合成塔操作压力较低,，节省压缩机和泵 的动力消耗。
精馏贮存系统(工业级)
• 工业级二氧化碳气体经预冷器降温、液化 器液化后直接进人闪蒸罐中，脱除轻组分 后得到的工业级液体二氧化碳从闪蒸罐底 部引出，然后经节流降压至2. 2 MPa直接 送工业级产品贮罐( V-202)中贮存，再装瓶 或装车出厂。不凝气在精馏塔和闪蒸罐顶 部排出，节流降压至0. 2 MPa返回预冷器 中回收冷量，再经加热升温后作为再生气 体进人干燥器或吸附器中。