30万吨合成氨工厂脱碳过程吸收剂再生工艺的设计与研究
合成氨工厂脱碳环节的原料气主要含有有硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氢气等组分，甲醇在低温条件下对这些气体具有良好的吸收选择性。甲醇富液可在较低的压力条件下将CO2解吸出来，得到CO2产品；通过热再生的方式，在塔顶得到一定浓度的H2S混合气体，在塔底得到浓度为99.8%的甲醇，再生后的甲醇经过降温后送往吸收塔循环使用。本设计对甲醇再生的过程该设计进行了物料衡算、热量衡算，并且对重要研究设备进行了Aspen软件模拟设计，并绘制了PID 工艺流程图和设备布置图。关键词 合成氨，低温，甲醇，脱碳
目 录
1 绪论1
1.1 脱碳方法简介3
1.1.1 PC 法 4
1.1.2 活化 MDEA 法5
1.1.3 NHD 法6
1.1.4 超重力技术6
1.1.5 低温甲醇洗7
2 低温甲醇洗的原理7
2.1 物理吸收与化学吸收8
2.2 吸收剂的选择8
2.3 几种典型吸收方法的比较9
2.4 甲醇的物理性质10
2.5 不同气体在甲醇中的溶解度11
2.6 低温甲醇洗净化工艺条件分析11
3 低温甲醇洗工艺配置及控制13
3.1 低温甲醇洗工艺配置的基本原理13
3.1.1 低温甲醇洗工艺装置规模13
3.1.2 装置组成13
3.1.3 原料、产品、副产品的规格13
3.1.4 化学品规格15
3.1.5 公用物料和能量规格17
3.2 甲醇再生工艺配置19
3.3 甲醇再生工艺的主要设备22
3.4 低温甲醇洗工艺的冷量平衡23
3.5 低温甲醇洗工艺影响净化气中总硫含量的因素23
4 低温甲醇洗的经济效益24
5 安全环保24
5.1 外部环境24
5.2 内部管理24
6 低温甲醇洗法工艺计算24
6.1 确定设计计算基准27
6.2 物料衡算27
6.2.1 计算各个物理及化学过程的原料消耗及物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
料输出量27
6.3 热量衡算28
6.4 塔 C2204 的设计29
结论30
致谢31
参考文献32
1 绪论
合成氨工厂脱碳过程吸收剂再生工艺阶段有以下几种方法：碳酸丙烯酯（PC）法、N甲基二乙醇胺（MDEA）法、聚乙二醇二甲醚（NHD）法、超重力技术、低温甲醇洗法。其中重点是低温甲醇洗法，低温甲醇洗流程较为复杂，设备很多，投入资金较高，但是这种方法的运行成本比较低，并且溶液有着很好的热稳定性、化学稳定性，吸收选择性较好，净化度较高。
1．1 脱碳方法简介
1.1.1 PC 法
PC法（又称碳酸丙烯酯法）是在1960 年由 Kohl 和 Backingham 两位一起开发，在1961 年开始投入工业化的生产，一个名为Fluor的公司获得了专利。在中国，PC法技术于上世纪 70 年代主要由南京化工研究院开发，在1978 年我国第一套碳酸丙烯酯脱碳工业装置投产，这种方法法简单、易操作，但依旧存在不少问题[1] 。具有代表性的装置是在山东的明水化肥厂2.7MPa 脱碳装置[1]。
1.1.2 活化 MDEA 法
活化MDEA法（又称甲基二乙醇胺法）是由德国巴斯夫公司开发，吸收 CO 2的速率慢，为提高溶液的吸收和再生效率，通常会加入少量DEA等类似的活化剂。因此，活化MDEA吸收CO 2的过程有着化学吸收、物理吸收的特点。活化MDEA法从研发出来，受到了很多关注，被称作为现代低能耗脱碳的方法。八九十年代，南京化工研究院、川化研究院先后推出各有特色的活化MDEA法脱碳技术。
1.1.3 NHD 法
美国联合化学公司在1965年研发NHD法（又称聚乙二醇二甲醚法），到现在许多家工厂都在应用这种方法，其特点有：（a）NHD溶剂对金属材料没有腐蚀，投资不多，维护成本低，设备可用碳钢。（b）NHD溶剂使用时不起泡。（c）溶剂蒸气压低，挥发损失少。（d）具有良好的化学稳定性和热稳定性。(e)净化度很高。（f）无毒无臭，对环境无污染，能被生物降解。（g）操作稳定，流程较短。
1.1.4 超重力技术
在超重力反应器内进行了脱碳吸收剂再生实验，吸收剂富液中的KHC03在蒸汽作用下，分解生成K2CO3并释放出C02。实验考察了再生温度、转子转速、吸收剂富液流量、蒸汽流量对再生效果的影响。实验结果表明：随着温度的升高、转子转速以及蒸汽流量增强，溶液中KHC03含量先降低后变得平缓；随着吸收剂富液流量的增加，溶液中KHC03含量随之升高[2]。
1.1.5 低温甲醇洗
用甲醇作吸收剂，在60 年代以后，渣油、煤等一些大型合成氨厂出现，低温甲醇洗技术在世界上的很多工厂中得到了很好的应用[3]。因为低温甲醇洗法较为成熟，所以才会在工业上有着许许多多的使用。
低温甲醇洗法主要有以下几个作用：第一，能将原料气中CO2、H2S等物质脱除,满足氨合成的工业要求;第二,能收回二氧化碳。制造尿素、纯碱离不开二氧化碳,低温甲醇洗能保证二氧化碳数量质量;第三,对环境具有极大危害的H2S等物质[4]，需要被控制住。低温甲醇洗用60— 50oC甲醇的特性脱除原料气中二氧化碳、硫化氢、硫等物质，该法吸收能力大、净化度高。甲醇容易制取,经济效益高。
2 低温甲醇洗的原理
低温甲醇洗是物理吸收过程。低温甲醇洗中，基础就是H2S、COS、CO2、H2和CO在甲醇中条件时有不同的溶解度。低温对甲醇吸收酸性气体是很有利的。从20℃降至40℃时，CO2的溶解度增加将近6倍，吸收剂也大约可减少6倍的用量。温度较低时，如40℃至50℃时，H2S的溶解度6倍差不多是CO2六倍大，这样H2S就有可能选择性地从原料气中脱除，先解吸回收CO2在溶液再生时。低温情况下，在甲醇中，H2S、COS和CO2的溶解度至少要比H2、CO大100倍，比CH4约大50倍。因此，COS、H2S和NH3等一起脱除，而H2、CO、CH4等气体则损失少。低温甲醇洗工艺的温度范围一般为30℃至70℃，在40℃时，H2S、COS、CO2、N2、CH4、H2和CO相对溶解度，如表1所示：
目 录
1 绪论1
1.1 脱碳方法简介3
1.1.1 PC 法 4
1.1.2 活化 MDEA 法5
1.1.3 NHD 法6
1.1.4 超重力技术6
1.1.5 低温甲醇洗7
2 低温甲醇洗的原理7
2.1 物理吸收与化学吸收8
2.2 吸收剂的选择8
2.3 几种典型吸收方法的比较9
2.4 甲醇的物理性质10
2.5 不同气体在甲醇中的溶解度11
2.6 低温甲醇洗净化工艺条件分析11
3 低温甲醇洗工艺配置及控制13
3.1 低温甲醇洗工艺配置的基本原理13
3.1.1 低温甲醇洗工艺装置规模13
3.1.2 装置组成13
3.1.3 原料、产品、副产品的规格13
3.1.4 化学品规格15
3.1.5 公用物料和能量规格17
3.2 甲醇再生工艺配置19
3.3 甲醇再生工艺的主要设备22
3.4 低温甲醇洗工艺的冷量平衡23
3.5 低温甲醇洗工艺影响净化气中总硫含量的因素23
4 低温甲醇洗的经济效益24
5 安全环保24
5.1 外部环境24
5.2 内部管理24
6 低温甲醇洗法工艺计算24
6.1 确定设计计算基准27
6.2 物料衡算27
6.2.1 计算各个物理及化学过程的原料消耗及物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
料输出量27
6.3 热量衡算28
6.4 塔 C2204 的设计29
结论30
致谢31
参考文献32
1 绪论
合成氨工厂脱碳过程吸收剂再生工艺阶段有以下几种方法：碳酸丙烯酯（PC）法、N甲基二乙醇胺（MDEA）法、聚乙二醇二甲醚（NHD）法、超重力技术、低温甲醇洗法。其中重点是低温甲醇洗法，低温甲醇洗流程较为复杂，设备很多，投入资金较高，但是这种方法的运行成本比较低，并且溶液有着很好的热稳定性、化学稳定性，吸收选择性较好，净化度较高。
1．1 脱碳方法简介
1.1.1 PC 法
PC法（又称碳酸丙烯酯法）是在1960 年由 Kohl 和 Backingham 两位一起开发，在1961 年开始投入工业化的生产，一个名为Fluor的公司获得了专利。在中国，PC法技术于上世纪 70 年代主要由南京化工研究院开发，在1978 年我国第一套碳酸丙烯酯脱碳工业装置投产，这种方法法简单、易操作，但依旧存在不少问题[1] 。具有代表性的装置是在山东的明水化肥厂2.7MPa 脱碳装置[1]。
1.1.2 活化 MDEA 法
活化MDEA法（又称甲基二乙醇胺法）是由德国巴斯夫公司开发，吸收 CO 2的速率慢，为提高溶液的吸收和再生效率，通常会加入少量DEA等类似的活化剂。因此，活化MDEA吸收CO 2的过程有着化学吸收、物理吸收的特点。活化MDEA法从研发出来，受到了很多关注，被称作为现代低能耗脱碳的方法。八九十年代，南京化工研究院、川化研究院先后推出各有特色的活化MDEA法脱碳技术。
1.1.3 NHD 法
美国联合化学公司在1965年研发NHD法（又称聚乙二醇二甲醚法），到现在许多家工厂都在应用这种方法，其特点有：（a）NHD溶剂对金属材料没有腐蚀，投资不多，维护成本低，设备可用碳钢。（b）NHD溶剂使用时不起泡。（c）溶剂蒸气压低，挥发损失少。（d）具有良好的化学稳定性和热稳定性。(e)净化度很高。（f）无毒无臭，对环境无污染，能被生物降解。（g）操作稳定，流程较短。
1.1.4 超重力技术
在超重力反应器内进行了脱碳吸收剂再生实验，吸收剂富液中的KHC03在蒸汽作用下，分解生成K2CO3并释放出C02。实验考察了再生温度、转子转速、吸收剂富液流量、蒸汽流量对再生效果的影响。实验结果表明：随着温度的升高、转子转速以及蒸汽流量增强，溶液中KHC03含量先降低后变得平缓；随着吸收剂富液流量的增加，溶液中KHC03含量随之升高[2]。
1.1.5 低温甲醇洗
用甲醇作吸收剂，在60 年代以后，渣油、煤等一些大型合成氨厂出现，低温甲醇洗技术在世界上的很多工厂中得到了很好的应用[3]。因为低温甲醇洗法较为成熟，所以才会在工业上有着许许多多的使用。
低温甲醇洗法主要有以下几个作用：第一，能将原料气中CO2、H2S等物质脱除,满足氨合成的工业要求;第二,能收回二氧化碳。制造尿素、纯碱离不开二氧化碳,低温甲醇洗能保证二氧化碳数量质量;第三,对环境具有极大危害的H2S等物质[4]，需要被控制住。低温甲醇洗用60— 50oC甲醇的特性脱除原料气中二氧化碳、硫化氢、硫等物质，该法吸收能力大、净化度高。甲醇容易制取,经济效益高。
2 低温甲醇洗的原理
低温甲醇洗是物理吸收过程。低温甲醇洗中，基础就是H2S、COS、CO2、H2和CO在甲醇中条件时有不同的溶解度。低温对甲醇吸收酸性气体是很有利的。从20℃降至40℃时，CO2的溶解度增加将近6倍，吸收剂也大约可减少6倍的用量。温度较低时，如40℃至50℃时，H2S的溶解度6倍差不多是CO2六倍大，这样H2S就有可能选择性地从原料气中脱除，先解吸回收CO2在溶液再生时。低温情况下，在甲醇中，H2S、COS和CO2的溶解度至少要比H2、CO大100倍，比CH4约大50倍。因此，COS、H2S和NH3等一起脱除，而H2、CO、CH4等气体则损失少。低温甲醇洗工艺的温度范围一般为30℃至70℃，在40℃时，H2S、COS、CO2、N2、CH4、H2和CO相对溶解度，如表1所示：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/589.html
