年产70万吨合成氨脱碳工段工艺设计

毕业论文（设计）开题报告

（学生用表）

系（部）：化学化工系专业：化学工程与工艺班级：

课题名称年产70万吨合成氨脱碳工段工艺设计

指导教师学生学号

一合成氨脱碳工艺的来源及意义

1 合成氨工业在国民经济发展中的重要性：氨是氮肥工业的基础，这部分约占70%，主要用于农业；也是重要的无机化学和有机化学工业的基础原料，用于生产铵，胺，染料，炸药，制药，合成纤维等这部分约占30%[1]。

2 我国合成氨工业发展概况与发展趋势：①中国经过多年的发展，合成氨产量已跃居世界第1位。掌握了多种原料生产合成氨的技术。总体上，我国合成氨工业能够满足氮肥工业生产需求，基本能满足农业生产[7]。②未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化，低能耗，结构调整，清洁生产，长周期运行”。产能分布的走势将是向资源地转移，尤其是向煤炭资源地转移[2]。

3 脱碳工段在合成氨中的重要作用：在合成氨装置前面工序产生的CO2气体，如果不除去将影响后续合成过程并使催化剂中毒。为合成氨提供合格原料气；为尿素合成提供合格的CO2气体。从节能与环保方面考虑，脱除CO2的洗涤液要能够再生和循环使用[3]。

二国内外脱碳工艺发展

按照过程机理，合成氨装置脱碳工艺可分为3大类：

（1）物理吸收法：优点：投资省，能耗低，再生容易。1964年Fluor公司开发了碳酸丙烯酯法，净化气中CO2低于1%，但回收率与纯度均不理想。且能耗高。50年代林德和鲁奇（Linde&Lurgi）联合开发了低温甲醇洗法，利用低温下甲醇的优良性脱除CO2、H2S、硫的有机化合物等。1964年林德公司又设计了低温甲醇洗串液氮洗的联合装置，净化气中CO2<5µL/L。但是低温操作对设备和管道的材质要求较高，制造有难度，换热设备多，投资大，有毒性，使操作和维修不便。1965年美国ALLied 化学公司开发了聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收法此法主要优点：对多种硫化物有较高的吸能力，能选择吸收H2S,也能脱除CO2，并能同时脱除水；溶剂本身稳定，不分解，不起化学反应，损失少，对普通碳钢腐蚀性小，无毒性，也不污染环境[3]。

（2）化学吸收法：因为CO2是酸性气体，可以选用成碱性的化学吸收液。比较典型的两类吸收剂是烷基醇胺和热钾碱溶液。a 烷基醇胺溶液法中有：联碳公司( Union Carbide) 开发的一乙醇胺(MEA)吸收法，通过简单，经济的装置得到较满意的净化度，但是，再生能耗增加，吸收塔的效率变低，生成少量腐蚀性的物质。德国巴斯夫公司(BASF)开发的活化 MDEA 法，此法吸收能力大，循环量少，能耗低，CO2回收率很高。MEA-T EA 双溶剂法，同时使用MEA、T EA 来脱除CO2,既提高了吸收效率, 又降低了再生能耗。b 热钾碱溶液法中有：Davy Powergas 公司开发的无毒 G-V 法，此法能耗低，CO2的回收纯度 99% 左右，无毒；苯菲尔(Benfield) 法，由于吸收液价格低廉, 吸收容量大, 便于操作管理, 溶液再生容易。经历了不断改造，主要有低能耗苯菲尔工艺和变压苯菲尔工艺。c 其他方法：由 Eickmeyer & Associates 公司开发的催化热钾碱法(Cata Carb 法)净化气中 CO2含量为 50µL/ L 左右,；由美国 Exxon 公司开发的空间位阻胺工艺其投资、能耗、操作费用都低于 MDEA 法, 气体净化度小于 50µL/ L。联合法工艺：用两种不同方法交替使用[3]；

（3）物理化学吸收法：常温甲醇法( Amisol) , 鲁奇公司60 年代工化。溶剂: 大部分甲醇, 40% 的二乙醇胺(DEA) ,少量的硼酸。净化气中CO2含量 5µL/ L。冷量节省, 溶剂价格便宜, 腐蚀小, 但有毒[3]。

三年产70万吨合成氨脱碳工段设计方法

吸收方法：采用聚乙二醇二甲醚（NHD）吸收剂此法是物理吸收法。

溶剂物理性质: 分子结构CH3-O-(-C2H4-)n-CH3(n=2～8)；相对分子质量280～315；凝固点-22℃～-29℃；闪点151℃，蒸汽压（25℃）<1.33Pa,比热容（25℃）2.05kJ/(kg.℃)，密度（25℃）1.03kg/L,粘度（25℃）5.8×10-3Pa·s,表面张力（25℃）34.3×10-5N/cm2,溶解CO2释放出热量374.30kJ/kg[6]。

NHD脱碳的优势：①溶剂的优良性能：具有极强的脱碳能力，对H2S,COS的脱硫，脱水及脱油均有一定效果，化学性稳定，蒸汽压极低，不起泡，无毒无味，无污染，对硫有部分溶解能力。②流程简单、投资省：NHD对CO2的吸收能力极强低温脱碳效率又高，可省去氨塔洗涤。又因为蒸汽压低，几乎不存在气相夹带问题，可省去溶剂回收流程。无腐蚀，所以维修费较低，设备可全部采用碳钢制作。③低温操作性能好，溶剂损耗少：NHD低温不分解，还能提高脱碳能力。④溶剂循环量少，净化度高：NHD循环量仅为碳丙溶剂的40%～50%。净化气中CO2的含量可控制在0.6%～0.8%。⑤能耗低：由于低温吸收，溶剂循环量少，气相夹带少，回收分离设备简单，大大降低了能量的消耗[4]。

四方案的可行性分析

当每年合成70万吨合成氨时，按照365天计算，大约每小时要合成80吨。脱碳工段的处理气量估算在32000m3/h～53000m3/h之间，明显低于NHD已有的一个工艺指标88000m3/h[2]。说明设计能够满足70万吨合成氨生产的要求。可以做进一步的相关研究。

五 NHD脱碳未来展望

经过小合成氨厂的多年实际运行，NHD气体净化技术的优越性达到了国家有关部门的认可，在合成氨厂的应用已经在全国推广开来。目前国内大型氨厂还没有应用NHD法。如果采用此法则设备可全部国产化，节省大量投资，因此开发70万吨的脱碳工艺将有巨大的潜在的市场[5]。

六阶段进度安排

①工厂实习，采集数据 2013年10月—2013年12月

②查阅文献，选定脱碳工艺方案，准备开题 2014年2月23号—2014年3月8号

③脱碳工段主要装置工艺计算 2014年3月10号—2014年4月10号

④绘制脱碳相关设备和流程图 2014年4月10号—2014年5月10号

⑤编写毕业设计说明书 2014年5月10号—2014年5月20号

⑥毕业设计答辩 2014年5月29号—2014年5月30号

七设计的意义与预期结果

①为中、大型氨厂的合成氨脱碳工段设计一种简单、低能耗，投资少的方法。②验证NHD法在中、大型氨厂应用的可行性。③对NHD法进行一些改良，和更近一步的研究。

八参考文献

[1] 蒋德军.合成氨工艺技术的现状及其发展〔J〕.现代工业，2005.8,25﹝8﹞:9-16

[2] 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，2008.12，46﹝6﹞：30-32

[3] 曲平，俞裕国.合成氨装置脱碳工艺发展与评述〔J〕.大氮肥，1997,2﹝20﹞:97-102

[4] 王志峰.NHD脱碳工艺的先进性及应用前景〔J〕.现代化工，1999，4﹝19﹞:24-26

[5] 王洪记.NHD开发应用前景及市场分析〔J〕.现代化工，1999，7﹝19﹞:42-43

[6] 张子峰.合成氨生产技术〔M〕.第二版.北京：化学工业出版，2001.

指导教师意见：

（签字）

年月日

注：本表可根据内容续页。