合成氨脱碳工艺

合成氨脱碳工艺

合成氨生产工艺简述

合成氨是一个传统的化学工业，产生于二十世纪初。就世界范畴来讲，氨是最差不多的化工产品之一，其要紧用于制造硝酸和化学肥料等。合成氨的生产过程一样包括三个要紧步骤:

（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、吸取制冷及输人氨库和氨吸取八个工序[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，对氨厂总能耗的阻碍专门大，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，结合具体情形，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，专门有必要。

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1000 t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸取后降到0.1%以下，以幸免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸取的CO2再生为99%纯度的产品CO2。在此过程中吸取塔压降还应坚持在合理范畴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，直截了当关系到整个装置的安全稳固与否。脱碳系统的能力将阻碍合成氨装置的能力，必须同步进行扩能改造。

然而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C O2，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依旧重要的化工原料，如合成尿素就需以CO2为要紧原料。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洁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取塔，经物理吸取或者化学吸取法吸取二氧化碳。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，送入二氧化碳吸取塔循环使用。

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，直截了当关系到整个装置的安全稳固与否。脱碳系统的能力将阻碍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，一样采纳溶剂吸取的方法。

按照CO2与溶剂结合的方式，脱除CO2的方法有化学吸取法、物理吸取法和物理化学吸取法三大类。

1.2.1化学吸取法

化学吸取法即利用CO2是酸性气体的特点，采纳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解并开释CO2，解吸后的溶液循环使用。化学吸取法脱碳工艺中，有两类溶剂占主导地位，即烷链醇胺和碳酸钾。化学吸取法常用于CO2分压较低的原料气处理。

(l)烷链醇胺类的脱碳工艺有：

①-乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA)法；

②甲基二乙醇胺（methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDE A）法；

③活化MDEA法（即aMDEA工艺）。

（2）碳酸钾溶液作吸取剂的脱碳工艺，即热钾碱脱碳工艺有：

①无毒G-V法；②苯菲尔法；③催化热钾碱（Cata carb）法；④Flexs orb法[2]。

1.2.1.1.1MEA法

MEA法是一种比较老的脱碳方法。吸取过程中，MEA与CO2发生反应生成碳酸化合物，通过加热即可将CO2分解出来。该法的最大优点是能够在一个十分简单的装置中，把合成气中的CO2脱除到能够同意的程度。

但它本身存在两个缺点：（1）CO2能与吸取反应生成的碳酸化合物发生进一步反应生成酸式碳酸盐，该盐较稳固，不易再生；（2）CO2能与M EA发生副反应，生成腐蚀性较强的氨基甲酸醋，容易形成污垢。

1.2.1.2甲基二乙醇胺MDEA

MDEA法脱碳过程中，CO2与甲基二乙醇胺(MDEA，一种叔胺)生成的碳酸盐稳固性较差，分解温度低，且无腐蚀性。相对其它工艺，MDEA 法有以下优点：（1）能耗和生产费用低；（2）脱碳效率高，净化气中CO2含量可小于100ppm；（3）使用范畴广，可用于大、中、小各型合成氨厂；（4）溶剂稳固性好；（5）溶剂无毒、腐蚀性极小；（6）能同时脱硫。由于MDEA具有以上优点，因此不需要毒性防腐剂，设备管道承诺采纳廉价碳钢材料，不需要钝化过程，耗热低，设备管道不需要伴热盘管，能达到专门好的节能成效[3]。

在MDEA溶液中添加少量活化剂即为aMDEA法，活化剂为眯哇、甲基咪哇等，浓度约为2-5%。活性MDEA工艺开发于20世纪60年代末，第一套活化MDEA脱碳工艺装置是1971年在德国BAFS公司氨三厂投入使用在此后的几年里，另有8套装置采纳了活化MDEA，这些装置的成功使用，使得aMDEA工艺自1982年后备受欢迎。我国在大型装置中使用MD EA脱碳工艺，乌鲁木齐石化公司化肥厂属于首例[4]。BAFS公司推出的a