年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

年产合成氨脱碳技术项目30万吨可行性研究报告指导教师：姚志湘学生：魏景棠目录第一章总论31.1概要31.1.1项目名称31.1.2合成氨工业概况31.2项目背景和建设的必要性41.2.1项目背景41.2.2项目建设的必要性41.2.3建设意义41.2.4建设规模4第二章市场预测 .2.1国内市场预测62.2产品分析6第三章脱碳方法和种类73.1净化工程中脱碳的方法73.1.1化学吸收法73.1.2物理吸收法83.1.3物理化学吸收法83.1.4固体吸收法103.2碳酸丙烯酯(PC )法脱碳的基本原理103.2.1 PC法脱碳技术国内外的状况103.2.2发展过程103.2.3技术经济113.2.4程序流程113.2.5存在的问题和解决方法123.2.6 PC脱碳法的发展趋势13第一章项目综述2.1概要1.1.1项目名称年30万吨合成氨脱碳工程工艺设计1.1.2合成氨工业概况1898年，德国的a .弗兰克等人发现空气中的氮被碳化钙固定，生成氰化钙(也称石灰氮)，进而与过热水蒸汽反应得到氨CaCN2 3H2O(g)2NH3(g) CaCO3在合成氨工业生产的历史中，合成氨的生产规模(基于合成塔的单塔能力)随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的发展有了很大提高。 50年代以前，最大能力为200吨/天，60年代初为400吨/天，美国在1963年和1966年分别出现了最初的600t/d和1000t/d的单一系列合成氨装置，60-70年代出现了1500-3000t/d规模的合成氨。世界85%的合成氨用于化肥生产，世界99%的氮肥以合成氨为原料。 全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场稳定性相应增加，世界化肥生产的发展趋势越来越集中在那些原料丰富廉价的地区，为我国西北部蕴藏丰富的煤炭资源，发展合成氨工业提供了极为便利的条件。2.2项目背景和建设的必要性1.2.1项目背景我国是人口大国，农业在国民经济中起着重要作用，但农业发展离不开化肥。 氮肥是农业生产中最需要的化肥之一，合成氨是氮肥的主要来源，合成氨工业在国民经济中占有极其重要的地位。我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年努力，我国合成氨工业取得了很大的发展，建国以来，合成氨工业发展很快，从60年代末、70年代初到现在，我国陆续引进了30多套现代化大型合成氨装置，已成为我国特有的煤炭目前，我国合成氨的生产能力和产量跃居世界前列。但我国合成氨工业由于中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，不能充分满足农业生产和发展的迫切需求，在开发新技术的同时利用计算机数学模型，提高果汁、生产、操作和管理等计算能力，进行设计， 促进管理和生产操作优化，推进合成氨工业发展，提高整体技术水平，成为国内目前化工科研、工程设计的重要课题。1.2.2项目建设的必要性我国合成氨原料主要集中在重油、天然气和煤炭上，迄今我国化肥产量居世界第一。 但人均耕地面积仅占世界平均值的47%，到本世纪中叶人口将达到约16亿人，粮食总是一个重要问题。 化肥对农作物的增产作用得到大家的认可。 我国的施肥水平还有很大的提高空间，特别是中西部市场。与国外相比，我国氮肥行业主要存在一些严重问题，集中表现为装置规模小，有效生产能力不足，整个行业竞争力差。 进入WTO后，氮肥行业的结构矛盾显露出来，成为影响行业发展的主要因素。扩建现有合成氨装置，利用国家对农业的倾斜政策，节能技术改造效果快，可以立即提高企业生产规模，扩建改造给企业带来巨大的经济和社会效益。1.2.3建设的意义随着合成氨工业的快速发展和国际经济的快速变化，合成氨工业的经济急躁，需要降低成本，防范风险。 深入研究碳酸亚丙酯法的脱碳工艺，最小化成本，有效利用资源。因此，在国际经济和国家政策的前提下，将合成氨的风险和利益投入中间工程脱碳工程，是陷入困境的化工业的好道路，对于内外困难的合成氨行业，可以避免风险，降低成本。 该技术在有效缩短工艺、减少能耗、减少污染排放、提高产品增值的同时，填补脱碳技术的国内空白，为合成氨领域的进步积累了宝贵经验。1.2.4建设规模全厂应主要包括厂前区、动力区、生产区、仓库区等。工厂前区：包括行政楼、研发楼、职工食堂、医务室等主要建筑。动力区：包括变电站、锅炉房等。 他们尽量接近服务现场。 这可以减少管道铺设和运输过程的损失。生产区：七大厂：应包括原料厂、热电厂、造气厂、压缩厂、碳化厂、合成厂和尿素厂。 备品仓库、机械修理厂、消防工厂等辅助工厂也是必要的。仓库区：为了便于运输，请靠近主干道。企业实行厂长责任制，各部门负责人直接向厂长负责，实行三级管理，工厂、科、厂和人员的编制以组织生产为原则。 生产现场实行三班制，一班八小时，机械设备维修两年一次，机械设备维修一年一次。表2.1合成氨全厂人员编制职种班制男人女人总人数热电车间333原料车间333小心车间333换工作岗位333脱碳车间333甲烷化车间333压迫职场333脱硫车间333尿素车间333炉子车间333技术人员1314保安人员122辅助人员155车间主任144合计321345第二章市场分析2.1国内市场预测氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。 液氨除可直接用作肥料外，农业中使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氯化氢、各种含氮混合肥料和复肥以氨为原料。 合成氨是大宗化工产品之一，世界年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约80%的氨用于化肥生产，20%成为其他化工产品原料。氨在工业上主要用于制造炸药、各种化学纤维和塑料。 由氨生产硝酸，再生产硝酸铵、硝化甘油、硝化纤维素等。 化学纤维和塑料工业以氨、硝酸、尿素等为氮源，生产六亚甲基二胺、人造丝等产品。氨的其他工业用途也非常广泛，例如，作为制冰、空调等系统的冷冻经济，为了在冶金工业中精制矿石中的铜等金属，在医药和生物化学方面被用于氨基磺胺类药剂、维生素、蛋氨酸、其他氨基酸等的生产。 因此合成氨在国民经济中占有非常重要的地位。2.2产品分析解放前，我国只有两个规模较小的合成氨厂，解放后合成氨工业发展迅速。 1949年，全国氮肥产量仅为0.6万吨，1982年达到1021.9万吨，成为世界产量最高的国家之一。 近年来，我国引进了年产氮肥30万吨的大型化肥厂设备。 我国自行设计建设的上海吴泾化工厂也是年产氮肥30万吨的大型化肥厂。 这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能耗低，产量高，技术设备先进。第三章脱碳方法及种类3.1净化工序中脱碳的方法3.1.1化学吸收法化学吸收法CO2利用酸性气体的特征，用含有化学活性物质的溶液清洗合成气体，与CO2反应生成介电性化合物或加成物，然后在减压条件下加热，使生成物分解释放出CO2，使解吸后的溶液循环使用。 化学吸收法的脱碳工艺中，烷醇胺和碳酸钾两种溶剂占主导地位。 化学吸收法常用于处理CO2分压低的原料气体。(l )烷醇胺类脱碳工艺如下：乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA )法；甲基二乙醇胺(methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDEA )法；激活MDEA法(aMDEA工艺)。(2)以碳酸钾溶液为吸收剂脱碳技术，即热钾碱脱碳技术如下无毒G-V法公平法催化热钾法Flexsorb法2。3.1.1.1.1MEA法MEA法是一种较旧的脱碳方法。 在吸收过程中，MEA与CO2反应生成碳酸化合物，通过加热分解CO2。 这种方法的最大优点是非常简单的装置能够除去合成气中的CO2以允许的程度。但其本身存在两个缺点： (1) CO2与吸收反应生成的碳酸化合物进一步反应生成酸性碳酸盐，其盐比较稳定，难以再生； (2) CO2与MEA发生副反应，生成腐蚀性强的氨基甲酸乙酯醋，容易形成污垢。3.1.1.2甲基二乙醇胺MDEAMDEA法脱碳过程中，CO2和甲基二乙醇胺(MDEA，叔胺)生成的碳酸盐稳定性差，降解温度低，无腐蚀性。 相对于其他工艺，MDEA法具有以下优点： (1)能耗和生产费用低；(2)脱碳效率高，净化气体中CO2含量低于100 ppm；(3)使用范围广，可用于大、中、小各类合成氨厂；(4)溶剂稳定性好；(5)溶剂MDEA具有以上优点，不需要毒性防腐剂，设备管道允许采用廉价的碳钢材料，不需要钝化过程，消耗热量低，不需要设备管道附带的热线圈，能达到优异的节能效果3。在MDEA溶液中添加少量活性剂的是aMDEA法，活性剂为细目、甲基海绵等，浓度约为2-5%。 活性MDEA工艺开发于20世纪60年代末，最初的活性MDEA脱碳工艺装置自1971年投入德国BAFS公司氨三厂数年后，已有8套装置采用活性MDEA，这些装置的使用成功，aMDEA工艺在1982年以后受到欢迎。 我国大型装置采用MDEA脱碳技术，乌鲁木齐石化公司化肥厂尚属首家4。 BAFS公司发表的aMDEA脱碳技术主要用于传统的MEA技术改造，近年来，我国一些研究机构对此方面进行了积极的研究。3.1.1.3低热量消耗菲尔法相对于除去上述CO2的吸收剂溶液，碳酸钾溶液具有更廉价、容易获得、低腐蚀、操作稳定、吸收CO2的能力强等特性。 但是，碳酸钾溶液本身吸收CO2的速度慢，因此需要添加活性剂。 其中无毒G-V法技术由意大利giamao-verocoke公司开发，最初使用的活化剂和缓蚀剂为As2O3，但对人体有毒。 后来用氨基乙酸代替As2O3，消除了毒性，成为无毒G-V法。 我国栖霞山化肥厂采用了该技术。 由美国联合国碳社开发的低卡路里填充法以二乙醇胺(DEA )为活性剂，V2O5为腐蚀防护剂。 我国在二十世纪九十年代用布朗技术建造了四套装置。 即锦西天然气化工厂、建峰化肥厂、四川天华公司化肥厂和乌鲁木齐化工厂的第二化肥厂，规模为日产氨1000吨。 低热消耗填充技术是由美国联合国碳公司基于传统填充技术开发的，采用了节能新技术。 在国内，1970年代导入的13套大型化肥装置中，有10套采用了填充脱碳技术。 从1985年开始，自己用7套低热消耗填充技术改造。 国内新建以天然气为原料的大型合成氨装置，脱碳系统也多采用低热耗填充技术，如锦天化工厂、建峰工厂、天华公司等。 中海石油化学有限公司合成氨装置脱碳系统采用改进型填充工艺5 . 套圈法可在高温下运行，再生热量低，添加的V2O5可以防止腐蚀，但该工艺要求设备钒化，工人操作水平高，浪费溶剂，能耗大，特别是蒸汽使用多，有效气体损失大，运行成本高等缺点3.1.2物理吸收法物理清洗在CO2被溶剂吸收时不发生化学反应，在溶剂减压后放出CO2(不需要加热)，使解吸后的溶液循环使用。 相对于化学吸收法，物理清洗法的最大优点是能量消耗量低，C