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50万吨合成氨原料气净化工段工艺设计开题报告
文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  
1.结合毕业设计情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述:
文 献 综 述
1.1 氨的性质和用途
氨在标准状态下为无色、有强烈刺激性气味的气味,会灼伤皮肤、眼睛,刺激呼吸器官黏膜。密度为0.771kg/m3,沸点-33.35℃,固体氨熔点为-77.7℃,临界温度32.9℃,临界压力112.3atm,自燃点为630℃,爆炸极限为15.5%~27%。氨气溶于水,溶解时放出大量的热。液氨密度0.610kg/l,液氨挥发性很强,汽化热较大。
氨的化学性质比较活泼,能与酸反应生成铵盐。主要用于制造化学肥料,农业上使用的所有氮肥、含氮混肥和复合肥,都以氨为原料[1]。氨在工业上还可以用来制造炸药、各种化学纤维及塑料。氨还可以用作制冷剂,在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属,在医药工业中用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等[2]。
1.2 合成氨工业的现状及其发展趋势
目前,全世界合成氨产量约2.2亿吨,年均销售额超过1000亿美元,是产量第二大的化学品,其中85%用作制造化肥,人均年消耗化肥31.3kg,人体中50%的氮来自合成氨。而我国目前合成氨总生产能力为4500t/a左右,有大型合成氨装置共计34套,生产能力约1000t/a ;中型合成氨装置55套,生产能力约为500t/a ;小型合成氨装置700多套,生产能力约为3000t/a,氮肥工业已基本满足了国内需求[3]。
合成氨工业是能耗大,投资十分客观的工业。随着农业生产的发展,世界化肥需求量与日俱增,世界能源日渐减少,这就使不论在国际范围内还是我国,合成氨工业的发展都是增产、节能、降耗。目前,我国化肥行业继续推广一系列行之有效的节能方法[4],大氮肥长周期稳定生产已在大部分企业得到全面推广,使生产合成氨的煤、油、焦、气和电的消耗降低。
1.3 合成氨原料气净化的几种常用方法
1.3.1 原料气的脱硫
   任何原料制得的合成氨原料气,除含氢和氮外,还含有硫化物、一氧化碳、二氧化
碳和少量氧。这些物质对氨合成催化均有毒害,须在进合成工段前予以脱除。原料气
中的硫化物,主要以H2S、硫醇、硫醚、噻吩形式存在,硫化物是各种催化剂的毒物,
对甲烷转化和甲烷化催化剂、中温变换催化剂、低温变换催化剂、氨合成催化剂的活性
均有显著影响。硫化物还会腐蚀设备和管道,给后续工段的生产带来许多危害。因此,
对原料气中硫化物进行清除是十分必要的。 脱硫方法有很多通常是按脱硫剂的物理状
态把它们分为干法脱硫[5]和湿法脱硫[6]。
    几种常见脱硫方法比较见表1.1
                      表1.1 常用脱硫方法比较
 
名称
脱硫剂
方法特点
温度
再生情况
 
 
干法脱硫
活性炭法
活性炭
脱除无机硫及部分有机硫出口总硫小于10-6
常温
可用水蒸气再生
氧化锌法
氧化锌
脱除无机硫及部分有机硫出口总硫小于10-6
350-400℃
不再生
钴钼加氢转化法
氧化钴、氧化钼
H2存在下有机硫全部转化为无机硫,气体须经氧化锌脱硫
350-400℃
不再生
 
 
湿法脱硫
 
ADA
 稀碳酸钠溶液中添加蒽醌二磺酸钠、偏钒酸钠等
脱除无机硫,出口总硫小于20×10-6
常温
脱硫液与空气接触进行再生,副产品为硫磺
氨水催化法
稀氨水中添加对苯二酚或硫酸亚铁
脱除无机硫,出口总硫小于20×10-6
常温
脱硫液与空气接触进行再生,副产品为硫磺
1.3.2 一氧化碳的变换
  合成氨原料气中的CO,一般分两次除去,大部分先通过变换反应[7]:
              △H0298=-41.9KJ/mol
CO变换的任务就是在催化剂作用下,将转化气中的CO全部转化成易清除的CO2。 CO不但不是合成氨生产的有效部分,而且当温度为300℃左右和在有催化剂的条件下,能与氢反应生成甲烷和水,是惰性气体增加,对氨的合成不利,更严重的是生成的水会使铁催化剂中毒,所以转化气中的CO必须除去。通过一氧化碳变换成二氧化碳的方法来除去一氧化碳,再设法除去二氧化碳,最后残余的少量一氧化碳再通过其他方法除去。
工业中,变换CO通常在催化剂存在下进行。根据进入变换系统原料气的温度及汽气比,考虑气体的预热及增湿,合理利用预热。根据变换出口气的CO需求量来确定变换的具体形式。下面介绍两种变化流程。
高变低变串联流程。采用此变换流程时,一般与甲烷化法配合。天然气蒸汽转化法制氨过程中,由于原料气中CO含量较低,高变催化剂只需布置一段。进入高变炉后,因原料气中水蒸气含量较高,一般不用增湿,而高变出口气温度较高,为满足低变催化剂温度使用要求,通过加热锅炉给水的方式来达到余热的利用,同时高变出口气被冷却到低变催化剂使用的温度[8]。
多段变化流程。以固体燃料气化制得的合成氨原料气,CO含量较高,需用多段中温变换,且由于进入的原料气温度与湿含量较低,流程中设有原料气余热及增湿装置[9]。
1.3.3 二氧化碳的脱除
二氧化碳是制尿素、纯碱、碳酸氢铵等产品的原料,而且还可以加工成干冰作用于其他用途。目前,脱碳方法有很多,但工业上常用的是吸收法。
几种常见脱除CO2方法见表1.2 
1.2 常用脱除二氧化碳方法[10]
        名称
   吸收剂
方法特点
温度
压力
物理吸收法
加压水洗法
加压下CO2溶于水,出口CO2达1%-1.5
常温
1.8MPa
低温甲醇法
甲醇
加压低温下CO2溶于甲醇,出口CO210×10-6
-70℃
-30℃
3.2MPa
碳酸丙烯脂法
碳酸丙烯脂
加压吸收,出口CO21
35℃
2.7MPa
化学吸收法
氨水法
氨水
氨水吸收CO2生产NH4HCO3
常温
  —
乙醇氨法
乙醇氨
加压吸收,出口CO20.1
43℃
  —
改良
热碱法[11]
碳酸钾溶液中加二乙醇氨、五氧化二钒等
在较高温度下加压吸收,出口CO20.1
70℃
100℃
  —
1.3.4 微量一氧化碳和二氧化碳的脱除
在合成氨工业中,经变换和脱碳工艺处理,合成氨原料气中仍含有对氨合成催化剂有毒的COCO2气体,必须进一步处理将其降低至10 ml/m3左右,以保护氨合成催化剂。目前合成氨厂脱除微量COCO2的工艺方法较多,主要有醋酸铜氨液洗涤法(铜洗法)、低压甲烷化法、甲醇甲烷化法(双甲工艺)、醇烃化工、液氮洗涤法等。
1.3.4.1 铜洗法
   (1)铜洗法净化工艺原理[12]
       
              
 
        
2)铜洗法工艺的不足
铜洗法精制原料气方法消耗高,环境污染严重,目前许多氮肥企业都准备改造铜洗
工艺,新上氮肥企业基本上不考虑上铜洗工艺。
1.3.4.2 低压甲烷法
   (1)甲烷法净化原理[13]
              
              
   (2)甲烷化法的优点与不足
用甲烷化脱除原料气中的COCO2可大幅度简化生产流程,降低建设和操作费用,操作也较平稳,运行费用不足铜洗的20%,占地面积也较铜洗装置要少。该法存在的不足之处,如反应中在COCO2被除去的同时,消耗掉数倍于COCO2的H2,而且甲烷化后甲烷含量增加,造成氨合成放空量增大。
1.3.4.3 甲醇甲烷净化工艺法(双甲工艺)
   (1)甲醇甲烷化工艺原理[14]
            
             
             
               
(2)甲醇甲烷化净化工艺特点和不足
双甲净化工艺操作工艺范围弹性比较大,氨醇比调节大,压力调节范围也很宽,此净化工艺法具有生产稳定、操作简单,适应性强、生产弹性大、经济效益好,投资少、建设期短等一些特点。双甲工艺尽管将进甲烷化的一氧化碳降到了0.1~0.3%,到了甲烷化还是要消耗氢,而且一个一氧化碳耗三个氢,一个二氧化碳耗四个氢,消耗了氢,变成了无用的甲烷,进入到合成新鲜气中,放空量增加,这是甲烷化普遍存在的问题。既然消耗氢,就把COCO2,降得很低,如0.01%~0.02%,这就带来了另外一个问题,因为COCO2甲烷化反应时反应热很小,1%的一氧化碳反应温度只增加70℃左右,散热损失多,就要开电炉,从而增加了电耗。
1.3.4.4 醇烃化净化工艺法
(1)醇烃化工艺原理[15]
                        
                   
                     
                
(2)醇烃化净化工艺特点
   “醇烃化工艺中烃化流程与双甲工艺中烷化流程基本类似,烃化较甲烷化在工业牛产中具有如下优点:脱除COCO2的量低且稳定,并能较大幅度地提高联产甲醇的产量;烃化生产烃类物质,高压常温下冷凝分离;烃化操作温度较甲烷化低6080℃,烃化反应床层更易维持自热操作;烃化催化剂活性温区宽,不易烧结、老化,使用寿命长;烃化催化剂价格便。甲醇在烃化塔内无逆反应发生。
1.3.4.5 液氮洗涤法
   (1)液氮洗涤法原理[13]简介
    液氮洗涤法原理是在深冷高压条件下利用CO等惰性气体具有比氮的沸点高且易溶解于液态氮的特性来脱除的。
    (2) 液氮洗涤法的特点
液氮洗涤法的突出优点是不仅能脱除COCO2,还能脱除CH4和Ar,使入合成塔的H2、N2气体中只含有100×10-6 的惰性气,从而使新鲜气消耗低。
参考文献
    [1] 蒋德军合成氨工艺技术的现状及其发展趋势现代化工, 2005, 25(8): 9~16
    [2] A.V.斯拉克等合成氨. 第一分册译本. 北京: 化学工业出版社, 1979. 101
    [3] 刘化章. 合成氨工业过去、现在和未来化工进展, 2013, 32(9): 195~205
[4] Wei Huang, Hongjun You. Prospect of Natural Gas Utilization in China. Advances in Chemical Engineering and Science, 2011, 1, 61~64
[5] 周树峰干法精脱硫技术及其在氮肥生产上的应用中氮肥, 2005, 4(4): 11~13
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[7] 谭世语薛荣书化工工艺学重庆:重庆大学出版社, 2009. 127
[8] 邓建强张早校赵小玲化工工艺学北京北京大学出版社, 2009. 112
[9] 张勇军苑慧敏杜海脱除二氧化碳的技术石油化工, 2005, 34: 319~320 
[10] 沈乾坤, 刘妍俊. 天然气脱碳工艺技术的研究. 中国石油和化工标准与质量, 2011, 31(4): 13
[11] 何龙天然气脱碳工艺选择科学咨询, 2012, 5(10): 49
    [12] 代现跃刘丽合成氨原料气净化工艺比较云南化工, 2008, 35(5): 54~57
[13] 周大明李孟璐. 合成氨几种原料气净化工艺浅析.小氮肥设计技术, 2005, 26(4): 18~22
    [14] 韩喜民. 30MPa双甲工艺总结小氮肥, 2004, 32(5): 3~5
[15] 王雪林. 国内外合成氨原料气精致工艺技术发展. 化肥设计, 2007, 23(3): 22~28
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