（一）课题研究来源

    我的设计是参照以下两方面制定的：

    1根据国家计委、国家科委及国产化办公室颁发的“七五”重点科技专题，引进技术消化吸收一条龙计划，采用NHD净化工艺，解决德士古煤浆气化技术的酸性气脱除，NHD净化技术合同编号75—7—6。

    2 NHD脱硫脱碳基础设计是根据一九九○年八月，由南化公司研究院与化工部第一设计院签定的国产化一条龙子项合同《引进技术消化吸收一条龙子项7—6，30万吨/年氨厂，NHD脱硫脱碳基础设计》及 九○年十月南化研究院第029号便函。

（二）课题研究的目的

    课题的主要目的是为了寻找出一套合理的脱碳的工艺，以获得较高纯度的净化气。提高二氧化碳的回收率，简化合成氨脱碳的流程，降低生产能耗，达到生产的较高的经济效益指标.现在的合成氨脱碳的方法大致有这些：活化剂ACT1，本菲儿法脱碳系统aMDEA®,N一甲基二乙醇胺MDEA,聚乙二醇二甲醚的混合物NHD,(这里要标出其中文工艺名)等，下面大致的介绍一下各种脱碳的方法，ACT1具有愿优良的质量传递，提高了溶质在溶液中的质量传递速度，更有利于改进气一液相平 衡，更好的化学稳定性；aMDEAR利用操作温度上的不同，从而达到节能的目的；MDEA具有极好 的选择吸收能力，与酸性气体溶解热最低，稳定性好，MDEA蒸气压低；NHD剂的丰要成分为聚乙 二醇二甲醚的混合物，属于物理吸收溶剂。NHD溶剂不仪对CO和CO2等酸性气体有较强的吸收能力，而且能选择性地脱除合成气中H2S。对脱碳工段的各个单元生产指标的计算和对比，对于这次的设计我觉得选择NHD相对来说比较好。

（三）课题研究的意义

    合成氨工业的迅速发展促进了一系列的科学技术和化学合成工业的发展。随着科学技术的进步和生产能力的不断发展，合成氨工业在国民经济的基础作用会越来越重要，而脱碳工段又是合成氨必不可少的工段之一，其能耗约占合成氨厂的总能耗的10%左右。因此，脱碳的工艺能耗的高低，对氨厂总能耗的影响很大，国内一些较先进的合成氨工艺流程，基本都选用了低能耗脱碳工艺。我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也比较落后，因此，推广应用低能耗的脱碳工艺，非常有必要。       

    如果原料中的二氧化碳不能在合成氨工艺前及时除净，就会使合成氨中的催化剂中毒，致使生产无法进行下去，导致巨大的损失。此外，二氧化碳是制造纯碱,碳酸氰胺，化肥等重要原料，二氧化碳的脱出和回收是脱碳过程的重要任务，在合成氨中有着比较重要的地位。      

    随着合成氨工业的飞速发展与国际经济的迅速变化，合成氨工业的经济性急需要提高，来降低成本，抵御风险，就不同的脱碳工艺进行深入研究，以达到成本最低化，资源有效化。因此，在国际经济与国家政策的前提下，将合成氨的风险和利润投入到中间工序脱碳工段降低成本，此工艺能有效的缩短流程，降低能源的消耗，减少污染排放，在提高产品的附加值的同时也能填补国内脱碳工艺的空白，并且为合成氨的进步积累宝贵的经验。

    我国的氮肥工业自20世纪50年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。我国合成氨在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期，改善经济性”的基本目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发，进一步改善经济性。

   （1）国内天然气蒸汽转化工艺

    国内就天然气蒸汽转化制氨工艺而言，其发展主要是以节能、降耗、扩产、缩小装置尺寸、降低投资费用以及延长运转周期等为目标进行工艺改进。例如：将传统流程转化炉的热效率从原有的85%提高到90%～92%，烟气排出温度降至120～125 ℃，增加燃烧空气预热器等；提高一段炉操作压力，由原来的2. 8MPa提高到4. 0～4. 8MPa；转化炉管采用新型材料25Cr235Ni2Nb2Ti，使管壁厚度降低，并使管壁中因温度梯度造成的热应力降低至接近内部压力的水平；增加二段炉燃烧空气量，提高燃烧空气温度至610～630 ℃，采用性能更好的二段燃烧器。而在转化催化剂方面，主要是围绕不同原料和不同工艺开发新型转化催化剂，并且还要保证开发的新催化剂在适合于不同原料和工艺的前提下，提高催化剂的活性、抗压强度、抗碳性和抗毒性等。

   （2）国内天然气脱硫工艺

    在我国，天然气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。

    干法脱硫技术最早应用于煤气脱硫。之后，随着脱硫活性炭的研究成功及其生产成本的相对降低，活性炭脱硫技术也开始被广泛应用。干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的原料气。

    湿法脱硫可以处理含硫量高的原料气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。改良ADA法相比以前合成氨生产中采用毒性很大的三氧化二砷脱硫，它彻底的消除了砷的危害。

   （3）国内CO变换工艺

    CO变换在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。从我国目前的情况看，新建工厂或是改建的工厂基本都采用加压变换。随着新型耐硫催化剂的开发成功，二十世纪八十年代中期开发了中变串低变工艺；为了利用低变的低温高活性，九十年代初期开发了全低变工艺；为了克服全低变工艺不能长期稳定运行的缺点，九十年代中期又开发了中-低-低工艺。其后的十年间是全低变工艺和中-低-低工艺推广和完善的过程。目前，我国变换工艺主要采用中变串低变的工艺流程。

（二）国外研究现状

由于世界石油价格的飞涨和深加工技术的进步，国外以天然气、重油、煤作为合成氨原料结构，并以天然气为主体的格局有了很大的变化。基于装置经济性考虑，轻油和重油型合成氨装置已经不具备市场竞争能力，绝大多数装置目前已经停车或进行以结构调整为核心内容的技术改造。其结构调整包括原料结构、品质构调整。由于煤的储量约为天然气与石油储量总和的10倍，以煤为原料制氨等煤化工及其相关技术的开发再度成为世界技术开发的热点，煤有可能在未来的合成氨装置原料份额中再次占举足轻重的地位，形成与天然气共为原料主体的格局。

   （1）国外天然气蒸汽转化工艺

    在北美、东欧及俄罗斯、中东和东南亚以及一些西欧国家均采用天然气为原料，经蒸汽转化制取氨合成气。由于近年国外天然气资源日益高硫化和重质化，工艺上采取节能型流程，因而要求催化剂具有良好的抗碳性能，更低的阻力，并能在低水碳比下运行。例如：改进催化剂活性组分，日本开发了钌系贵金属催化剂；改进催化剂助剂，为了使催化剂在较高温度下具有稳定的活性,提高其抗毒性能和还原性能，抑制析炭反应，在催化剂中常常添加一些耐热氧化物为助催化剂，如K2O、CaO、MgO及稀土氧化物。国外通常在催化剂中加入碱性氧化物K、Na等来降低析炭的可能性。

   （2）国外天然气脱硫工艺

    国外脱硫工艺将向着分子筛法、膜分离法、生化法脱硫等方向发展。膜吸收技术的传质包括吸收、解析以及在膜孔内的络合化和溶解层的形成等渗透分子在两相或多相间的分配过程。由于膜的作用，天然气中硫的渗入到管腔外部，并被通过膜分离器壳程的吸收液吸收。吸收液体流出膜分离器，经过换热器加热，通过滑片泵将吸收液抽入膜再生器中，吸收液中的硫渗入膜管腔,被真空泵抽出，进入尾气罐。再生后的吸收液体流出再生器,通过过滤器净化，进行另一循环,从而完成天然气的脱硫过程。膜吸收法脱除酸性气体可降低能耗，减少投资，简化操作。

   （3）国外CO变换工艺

    国外CO变换向着取消热水塔的填料、变换兼有机硫转化工艺等方向发展。取消热水塔的填料，可以节省大量的填料投资；热量回收不低于填料式；由于无填料，克服了塔盘、填料等易堵塞的缺点，使操作维护得非常简便；气体流动阻力大幅度减少，设备能力也就大幅度增加。变换工段以后，仍然含有少量的有机硫这对后续工段中的催化剂造成危害，缩短其使用寿命。变换兼有机硫转化工艺的做法是在变换炉中增加有机硫加氢催化剂，中一低流程放置在中变底部，全低变流程放在一变或二变底部。

研究内容：

（1）明确设计任务，利用课本、手册及网上资源查阅文献资料；

（2）确定设计方案：通过技术及经济筛选、对比，选定技术先进、经济效益好的设计方案；

（3）明确已知条件、工艺参数及计算基准；

（4）物料及热量衡算；

（5）非标准设备的设计及标准设备的选型；

（6）工艺流程图绘制；

（7）主要设备结构图的绘制；

（8）编制设计说明书。

创新：从气提塔出来的贫液则经泵加压和流量调节后，进入氨冷管间，被液氨蒸发器冷却后再送入脱碳塔顶部去吸收原料气中的二氧化碳，如此循环使用，当循环溶剂吸水超标后，可部分送脱水塔进行脱水处理，脱水后的溶剂经溶液换热降温后送至气提塔。

    一种净化气体的过程，指脱除混合气体中的二氧化碳，主要见于合成氨生产原料气或煤气的处理。脱除原料气中二氧化碳的方法，分为3类。

    (1) 物理吸收法  最早采用加压水脱除二氧化碳，经过减压将水再生。此法设备简单，但脱除二氧化碳净化度差，出口二氧化碳一般在2％(体积)以下，动力消耗也高。近20年来开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等，与加压水脱碳法相比，它们具有净化度高、能耗低、回收二氧化碳纯度高等优点，而且还可选择性地脱除硫化氢，是工业上广泛采用的脱碳方法。

    (2) 化学吸收法  具有吸收效果好、再生容易，同时还能脱硫化氢等优点。主要方法有乙醇胺法和催化热钾碱法。后者脱碳反应式为：

为提高二氧化碳的吸收和再生速度，可在碳酸钾溶液中添加某些无机或有机物作活化剂，并加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。

此外，还有氨水吸收法。在碳酸化法合成氨流程中，采用氨水脱除变换气中的二氧化碳，同时又将氨水加工成碳酸氢铵。

    (3) 物理—化学吸收法  以乙醇胺和二氧化四氢噻吩(又称环丁砜)的混合溶液作吸收剂，称环丁砜法。因乙醇胺是化学吸收剂，二氧化四氢噻吩是物理吸收剂，故此法为物理与化学效果相结合的脱碳方法。

对于二氧化碳的再生，再生方法是NHD溶液的采用多级减压闪蒸和汽提法(加热汽提，惰性气汽提)，一般若净化度要求不高，可采用多级减压闪蒸，若净化度要求高须采用惰性气汽提或加热汽提法。

    对于合成氨原料气的脱碳及再生，我想用物理吸收法，这样在吸收二氧化碳后，只需经过闪蒸和气提，就可以实现二氧化碳的再回收，所用的吸收剂是NHD,气提吹扫的惰性气体选用氮气。

研究计划：

1、第1-4周根据任务书的要求，查阅、调查和收集有关数据与资料；

2、第5周前半周写出开题报告，由校外和校内指导教师及教研室审核同意后方可开题；

3、第6-13周进行计算（实验）、绘图（处理数据）、撰写设计说明书（论文），并把设计资料交予指导老师；

4、第14周指导老师指导修改设计，完成定稿。

5、第15周进行毕业设计答辩。

预期成果：

经脱碳后二氧化碳含量≤1.0%。

[1] 陈五平《合成氨》北京：化学工业出版社 1996

[2] 杨春升《小型合成氨厂生产操作问答》北京：化学工业出版社1998

[3] 余祖熙 《化肥催化剂使用技术》北京：化学工业出版社1988

[4] 梅安华,汪涛建,林棣生等,《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上册 [M] 北京：化学工业出版社1994

[5]《化学工程手册》 北京：化学工业出版社1996

[6] 孙广庭 《中型合成氨厂生产工艺与操作问答》 北京:化学工业出版社1985

[7] 陈颈松《小型合成氨厂变换工段操作数据手册》 北京:化学工业出版社1991

[8] 南京大学化学系催化教研室 《一氧化碳中湿变换催化剂》 北京：化学工业出版社 1979

[9] 石油化学工业部化工设计院主编 《小氮肥厂工艺设计手册》北京：化学工业出版社1980

[10] 陈五平 《无机化工工艺学》  北京：化学工业出版社2001

[11] 廖巧丽,米镇淘《化工工艺学》 北京：化学工业出版社2001

[12] 赵育祥 《合成氨生产工艺》 北京：化学工业出版社 1998