《無機化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)與操作》合成氨部分

32緒論主要內(nèi)容

1《典型無機化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)》原由

本課程教法選擇和考核評價方法

典型無機化工產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中的重要地位及其發(fā)展概況

無機化工產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)技術(shù)也千差萬別，實難以《無機化工生產(chǎn)技術(shù)》一書以概之，故改名為《無機化工生產(chǎn)技術(shù)與操作》1《典型無機化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)》原由

主要內(nèi)容典型無機化工產(chǎn)品主要包括合成氨、化學(xué)肥料、硫酸與硝酸、純堿與燒堿、主要無機鹽等五個方面。都屬于大宗化學(xué)品和典型無機化工產(chǎn)品。本書重點介紹典型無機化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)原料路線選擇、工藝流程組織、生產(chǎn)運行與操作條件的優(yōu)化，以及典型設(shè)備選型、操作控制要點及常見故障排除措施等表0-12008年我國典型無機產(chǎn)品的產(chǎn)量/萬t合成氨硫酸硝酸純堿燒堿尿素磷肥鉀肥復(fù)混肥517951008001950247050001350(折P2O5)1000自產(chǎn)300進口7001500水泥碳酸鈣玻璃150000輕鈣550重鈣75057442.9(萬重量箱)注：1萬重量箱平板玻璃約等于500噸。632142典型無機化工產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中的重要地位及其發(fā)展概況

合成氨堪稱現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊

硫酸曾被譽為“工業(yè)之母”硝酸唯一兼有強酸性和強氧化性

化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石

5純堿與燒堿是重要的基本化工原料

無機鹽是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)

一般認為，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的標志----1913年德國的哈伯和博施首次采用鐵為催化劑、直接以氫氣和氮氣為原料、在高溫高壓下成功合成氨。劃時代意義的人工固氮技術(shù)的重大突破。合成氨工業(yè)化被公認為化學(xué)方面最重要的發(fā)明之一和對高壓化學(xué)合成技術(shù)上作出的重大貢獻，哈伯和博施先后分別于1918年和1931年榮獲諾貝爾化學(xué)獎。這種直接合成氨法稱為哈伯-博施法。合成氨工業(yè)化的成功極大地促進了高壓機生產(chǎn)技術(shù)、高壓化學(xué)合成技術(shù)和催化劑生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使德國一躍成為當時世界工業(yè)強國。合成氨生產(chǎn)堪稱現(xiàn)代無機化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊。

1合成氨堪稱現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)頭羊氨的應(yīng)用化學(xué)肥料85~90%化工原料10~15%氨的應(yīng)用領(lǐng)域我國合成氨工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

小型合成氨數(shù)量中型合成氨數(shù)量大型合成氨數(shù)量合成氨總產(chǎn)量/萬t世界排名解放初2004.51992年15395522229812004年4608230420012008年51001硫酸產(chǎn)量與合成氨相當，工業(yè)化生產(chǎn)已有270年歷史，曾被譽為“工業(yè)之母”?；使I(yè)中，每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗純硫酸760kg。每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，消耗硫酸360kg；農(nóng)藥方面如硫酸銅、硫酸鋅是植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑；冶金工業(yè)中電解液就需要使用硫酸；石油工業(yè)中每噸原油精煉需要硫酸約24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約31kg；化學(xué)纖維每生產(chǎn)1t環(huán)氧樹脂，需用硫酸2.68t，號稱“塑料王”的聚四氟乙烯，每生產(chǎn)1t，需用硫酸1.32t；2硫酸曾被譽為“工業(yè)之母”染料工業(yè)幾乎沒有一種染料（或其中間體）的制備不需使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。濃硫酸為濃縮硝酸生產(chǎn)中的脫水劑；氯堿工業(yè)中，以濃硫酸干燥氯氣、氯化氫；無機鹽工業(yè)中，如冰晶石、氟化鋁、硼砂、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備；許多無機酸和有機酸的制備，也常需要硫酸作原料。此外，電鍍業(yè)、制革業(yè)、顏料工業(yè)、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、工業(yè)炸藥和鉛蓄電池制造業(yè)等等，都消耗相當數(shù)量的硫酸。我國硫酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

硫鐵礦為原料/%硫磺為原料/%冶煉煙氣為原料/%總產(chǎn)量/萬t世界排名1995年82.12001年29.42004年399512006年44.32007年510012008年2411t硫磺可以生產(chǎn)3t硫酸，2t蒸氣，336度電量，且無三廢排放，良好的生產(chǎn)環(huán)境與經(jīng)濟效益是硫磺法生產(chǎn)硫酸得到快速發(fā)展最主要的因素。近幾年來，隨著我國有色金屬工業(yè)的迅猛發(fā)展，冶煉煙氣制酸也獲得快速發(fā)展，銅陵有色、江西銅業(yè)、甘肅金川等硫酸產(chǎn)量在100萬t/a以上的特大型企業(yè)，均以冶煉煙氣制酸為主，2008年我國煙氣吸收法制酸已占24%。硫酸裝置的大型化、規(guī)?；⒓s化發(fā)展取得了巨大進步。將進一步淘汰4萬t/a的硫鐵礦制酸裝置，限制10萬t/a硫鐵礦制酸裝置，硫酸企業(yè)有望向“能源工廠”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)以硫資源為主線，以能源循環(huán)為輔線，實現(xiàn)了以硫酸為核心的循環(huán)經(jīng)濟。硝酸兼有強酸性和強氧化性的特點，各類酸中產(chǎn)量僅次于硫酸的重要化工原料；主要用于無機化工制造硝酸銨、硝酸銨、硝酸磷肥、氨磷鉀等復(fù)合肥料。在有機工業(yè)、染料工業(yè)、涂料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、印染工業(yè)、橡膠工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)中和國防工業(yè)等也有廣泛用途。3硝酸唯一兼有強酸性和強氧化性

我國硝酸工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

常壓法/萬t綜合法/萬t雙加壓法/萬t總產(chǎn)量/萬t世界排名解放初0.450.452007年70512008年4008001至2008年底我國已擁有先進的雙加壓法工藝的硝酸生產(chǎn)裝置20套，占我國硝酸總產(chǎn)能的50%，大大縮短了我國與世界先進水平的差距。但我國還不算是硝酸工業(yè)強國，世界發(fā)達國家均普遍采用27萬t級和50萬t級硝酸裝置，我國年產(chǎn)27萬t雙加壓法完全國產(chǎn)化硝酸裝置目前國內(nèi)僅有幾家企業(yè)正在籌建，隨著取締和關(guān)閉落后生產(chǎn)裝置，淘汰配置低、規(guī)模小、能耗高的裝置，我國硝酸工業(yè)正在向規(guī)模化發(fā)展化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的物質(zhì)基礎(chǔ)，糧食的“糧食”。化肥對我國糧食單產(chǎn)增長的貢獻率高達40％～50％。使用化肥以提高糧食單產(chǎn)，已經(jīng)成為確保全球糧食安全的關(guān)鍵和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石。中國能以世界7%的耕地養(yǎng)活占世界約22%的人口，應(yīng)該說一半功勞歸于化肥。另外一半功勞呢？4化學(xué)肥料是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基石

建國初我國化肥工業(yè)只有硫酸銨和硝酸銨兩個品種，年產(chǎn)量只有6000t。目前我國化肥生產(chǎn)量約占世界總量的約1/3，表觀消費量約占35%，世界上最大的化肥生產(chǎn)國和消費國。一是化肥工業(yè)的基本特征是“多氮少磷缺鉀”；二是高濃度化肥比例低。為什么？三是復(fù)合肥料比例低。⑴純堿。建材方面主要用于制造玻璃，這是純堿的最大消費部門，每t玻璃消耗純堿0.2t。在輕工方面：洗衣粉、三聚磷酸鈉、保溫瓶、燈泡、白糖、搪瓷、皮革、日用玻璃、造紙等；在化工方面：制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、小蘇打、硝酸鈉、亞硝酸鈉、硅酸鈉、硼砂、漂白劑、填料、洗滌劑等；冶金工業(yè)：冶煉助熔劑、選礦用浮選劑、煉鋼和煉銻用作脫硫劑；在陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉也要用到純堿；印染工業(yè)用作軟水劑；制革工業(yè)用于原料皮的脫脂、提高鉻鞣液堿度；食用級純堿用于生產(chǎn)味精、面食等。5純堿與燒堿是重要的無機堿性化工原料

我國純堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總產(chǎn)量/萬t世界排名解放初210008.82008年49366018301氨堿法/%聯(lián)堿法/%2008年我國純堿企業(yè)平均年產(chǎn)量37.34萬噸。氨堿法路線的山東海化集團有限公司的年產(chǎn)能為300萬噸；聯(lián)堿法的湖北雙環(huán)化工集團有限公司年產(chǎn)能為100萬噸。但在節(jié)能減排方面與世界先進水平仍有較大差距。例如：氨堿企業(yè)，液氨平均消耗大于4.5kg／t堿，是世界最好水平的1.5-2倍；制堿裝備運行周期和穩(wěn)定性低于國外；自控技術(shù)水平參差不齊，勞動效率低下；能源消耗偏高等。⑵燒堿使用燒堿最多的部門是化學(xué)藥品制造；其次是造紙、煉鋁、煉鎢、人造絲、人造棉和肥皂制造業(yè)。在生產(chǎn)染料、塑料、藥劑及有機中間體，舊橡膠再生；無機鹽生產(chǎn)中，制取硼砂、鉻鹽、錳酸鹽、磷酸鹽等，也要使用大量的燒堿。如普通肥皂；造紙行業(yè)主要是制漿耗堿，燒堿起苛化作用；印染、紡織工業(yè)上，用大量堿液去除棉紗、羊毛的油脂；生產(chǎn)人造纖維也需要燒堿或純堿。例如，制粘膠纖維首先要用18～20％燒堿溶液（或純堿溶液）去浸漬纖維素，使它成為堿纖維素。我國燒堿工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總產(chǎn)量/萬t世界排名解放初幾家1.501.52005年179785.4629.21414.61隔膜法/%離子膜法/%氯產(chǎn)品數(shù)量鹽酸、液氯、漂白粉等幾種200余種，主要品種70多個我國最早的氯堿工廠是1930年投產(chǎn)的上海天原電化廠，日產(chǎn)燒堿2t。離子交換膜法制堿技術(shù)，具有設(shè)備占地面積小、能連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、能適應(yīng)電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向。目前我國隔膜法燒堿產(chǎn)量占55%，離子膜法燒堿所占比例占到45%，后者具有繼續(xù)發(fā)展的潛力。氯堿工業(yè)企業(yè)平均生產(chǎn)規(guī)模7.9萬t／a；大多數(shù)企業(yè)的規(guī)模較小，與國外大型燒堿企業(yè)相比差距非常之大，日本、歐盟的前5家企業(yè)分別集中了它們燒堿生產(chǎn)能力的50%，美國的5家大公司集中了美國燒堿生產(chǎn)能力的80%，而我國前5家企業(yè)的生產(chǎn)能力不到全國總生產(chǎn)能力的16%。二、本課程教法選擇和考核評價方法采用什么樣的教學(xué)方法？由同學(xué)們共同選擇……一是傳統(tǒng)的教學(xué)方法：二是新型的項目化教學(xué)方法：三、項目化教學(xué)特點和考核評價方法

1、項目化教學(xué)必須進行整體教學(xué)設(shè)計

“課程的整體教學(xué)設(shè)計”包括課程目標設(shè)計、課程內(nèi)容設(shè)計、能力訓(xùn)練項目設(shè)計、進程表設(shè)計、第一節(jié)課梗概、考核方案設(shè)計、工具材料等主要內(nèi)容。本課程的特點是：項目不多，但項目龐大、工藝復(fù)雜。如“合成氨”部分在傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)中將安排36~40課時，如此得復(fù)雜龐大的項目不可能一次課就能完成。因此，結(jié)合本課程的實際，采取將一個大項目分為若干個任務(wù)。2、必須突出能力目標，而不是知識目標傳統(tǒng)的“知識本位課程教學(xué)”以表達知識、傳授知識、消化知識、理解知識、記憶知識、再現(xiàn)知識等為已任。高職課程教學(xué)必須突出能力目標，而不是知識目標。能力本位課程要求任課教師按照課程教學(xué)的能力目標重新設(shè)計課程考核方式，必須重新設(shè)計出適用于項目化教學(xué)的“學(xué)生能力考核方式”。3、教學(xué)過程必須體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化為了有效地訓(xùn)練職業(yè)能力，在課程教學(xué)過程中要盡可能“邊做邊學(xué)”、“在做中學(xué)”。項目化教學(xué)一般要求采用小班授課，需要在多媒體教室或理實一體化教室中進行，以便“教、學(xué)、做”實現(xiàn)有機融合。小班授課效果會更好？4、項目化教學(xué)課程內(nèi)容的載體是項目和任務(wù)在傳統(tǒng)的知識本位學(xué)科中，知識的載體是語言、文字、圖形和公式，這些知識主要是通過教師在課堂的講課來傳授的。但職業(yè)能力不能傳授，“高分低能”的根源。學(xué)生的職業(yè)能力是訓(xùn)練出來，而不是靠教師“講”出來的，而訓(xùn)練能力的載體是“項目和任務(wù)”。學(xué)生只能在完成真實的、大型的、綜合的、典型的、有趣的、具有挑戰(zhàn)性的項目和任務(wù)過程中，才能真正訓(xùn)練出解決本專業(yè)實際問題所需的綜合能力。5、學(xué)生是課程教學(xué)過程的主體在知識本位課程中，教師是課程教學(xué)的主體……在項目化課程中，學(xué)生是課程教學(xué)過程的主體……學(xué)生要花大量時間用于課外查閱資料、討論提綱、撰寫論文、制做ppt；在課堂上教師只是一名“導(dǎo)演”，其職責(zé)主要用于精心的課堂組織、畫龍點睛式的點拔，廣大學(xué)生才是“主演”，課堂時間的70~80%是學(xué)生在進行分組匯報、討論、甚至爭論，基本上達到“知識是學(xué)生學(xué)會的，能力也是學(xué)生練出來的”目的；剩余20~30%的課堂時間才由主講教師進行最后的總結(jié)和評價，并布置下次課內(nèi)容等。6、師生身份的置換項目化教學(xué)過程中，師生身份一般必須進行置換。主講教師可以身為董事長、總經(jīng)理、或項目發(fā)包方，主講教師不再是×老師，而是×總。一個班級就是一家技術(shù)開發(fā)公司，班長和團支書（或黨支書）可以分別擔(dān)任副總經(jīng)理、黨委書記，學(xué)生需要進行分組，一個班假如有40名同學(xué)，可分為5~6個組，每個組設(shè)一名項目經(jīng)理、一名副經(jīng)理，1~2名工程師，2~3名技術(shù)人員等。不論是主講教師，還是學(xué)生，每人都有一個全新的身份，每人都要制作一張身份卡，注明公司名稱、姓名、職務(wù)等，上課就是進行項目論證的過程，每人都必須配戴身份卡。身份置換如何操作？

7、考核評價方法項目化教學(xué)考核評價方法可分為三個方面一是各項目或任務(wù)完成情況考核評分表；二是各項目或任務(wù)記分總表；三是平時表現(xiàn)記錄表，該項由指導(dǎo)教師把握，一般約占總分的20%。表1-2任務(wù)完成情況考核評價表（樣表）序號考核項目權(quán)重/%優(yōu)秀/90良好/80中等/70及格/60不及格/50單項成績1完成任務(wù)的態(tài)度102報告的質(zhì)量403分析與選擇能力104資料查閱與應(yīng)用能力105回答問題的質(zhì)量56應(yīng)變與語言表達能力57課堂紀律108與人合作與自學(xué)能力

59經(jīng)濟與環(huán)保意識5班級：姓名：項目號：任務(wù)號：

注：與人合作能力得分由項目執(zhí)行經(jīng)理（項目組長）評定，其它方面由教師評定。表1-3各項目或任務(wù)記分總表（樣表）姓名項目1項目2項目3項目4項目5項目6項目7項目8項目9項目10項目11表1-4、平時表現(xiàn)記錄表（樣表）任務(wù)姓名職務(wù)匯報發(fā)言補充發(fā)言自由發(fā)言表現(xiàn)回答問題情況一項目號：任務(wù)號：時間：年月日第周節(jié)地點三、本課程總的能力目標、知識目標、方法能力目標1、能力目標能根據(jù)典型無機產(chǎn)品生產(chǎn)特點和當?shù)啬茉垂?yīng)等具體條件，合理選擇原料及工藝路線、能夠進行生產(chǎn)工藝流程的組織、工藝條件優(yōu)化、主要設(shè)備選型。稍加實際訓(xùn)練就能夠進行崗位操作、開停車操作及常見故障排除等生產(chǎn)操作。2、知識目標⑴了解典型無機產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)中的重要地位與發(fā)展趨勢；⑵掌握典型無機產(chǎn)品原料的多樣性及生產(chǎn)工藝路線選擇原則；⑶掌握的主要反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)及其操作控制要點；⑷掌握典型無機產(chǎn)品生產(chǎn)工藝條件的選擇；⑸掌握典型無機產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的組織；⑹掌握典型無機產(chǎn)品制取過程中節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)；⑺了解典型無機產(chǎn)品生產(chǎn)過程主要異?，F(xiàn)象及故障排除；⑻具有較強的安全意識與環(huán)保意識；3、方法能力目標：⑴具有較強的信息檢索能力與加工能力；⑵具有較強的自我學(xué)習(xí)和自我提高能力；⑶具有較強的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力；⑷具有較強的發(fā)散性思維能力和創(chuàng)新意識；⑸具有撰寫專業(yè)論文、制作匯報ppt的能力。4、社會能力目標：⑴具有團隊精神和與人合作能力；⑵具有與人交流溝通能力；⑶具有較強的口頭和文字表達能力。選擇？1、選擇傳統(tǒng)教學(xué)法？輕車熟路、學(xué)習(xí)壓力小、但可能學(xué)習(xí)效果不太理想。2、選擇項目化教學(xué)法？探索中新方法、難度大、任務(wù)重，但學(xué)到的知識、煅煉能力可能較多。一、合成氨工業(yè)概貌

二、項目化教學(xué)分組

三、項目化教學(xué)具體路徑介紹世界大多數(shù)合成氨廠以氣體燃料為主要原料。我國的能源結(jié)構(gòu)特點是“富煤、少油、缺氣”。我國的合成氨生產(chǎn)原料已經(jīng)形成了以煤為主、油氣并存的中國特色。我國合成氨廠原料組成大致為：氣∶油∶煤=14∶19∶67。中國特色的合成氨原料結(jié)構(gòu)仍然富有強大的生命力。合成氨生產(chǎn)過程的三個基本步驟⑴原料氣的制取：制備含有H2、N2、CO、CO2等成分的粗原料氣。根據(jù)原料氣制取所用主要原料不同，合成氨工藝可分煤頭合成氨、氣頭合成氨和油頭合成氨。⑵原料氣的凈化：指除去原料氣中H2、N2以外的雜質(zhì)，包括脫硫、CO變換、CO2的脫除、原料氣精制等步驟。其中每一步工藝都有多種選擇，原料氣凈化方法的多樣性使合成氨工藝顯得紛繁復(fù)雜和多姿多彩。⑶氨的合成與分離：精制后的氫氮氣經(jīng)壓縮到必要的壓力和預(yù)熱到必要的溫度后，在催化劑作用下合成氨。從合成塔出來的混合氣體中氨約占14~18%，未反應(yīng)的氫氮氣經(jīng)分離氨后循環(huán)使用。二、合成氨生產(chǎn)的典型流程

1、以煤原料的合成氨流程圖1-1中型合成氨的原則流程半水煤氣制備（造氣）工藝流程圖1-2以煤為原料生產(chǎn)碳酸氫銨的小型合成氨原則流程圖

2、以天然氣為原料的合成氨流程3、以重油為原料的合成氨原則流程

三、合成氨工藝的特點連續(xù)化的大規(guī)模生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)密集裝置投資費用高安全生產(chǎn)要求高耗能大戶、節(jié)能潛力巨大典型的無機生產(chǎn)工藝合成氨工藝的特點說明

工藝復(fù)雜、技術(shù)密集：氨合成反應(yīng)很簡單，但實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)卻具有工藝復(fù)雜、技術(shù)密集的特點。一是粗原料氣的凈化工藝復(fù)雜、要求高、科技含量高，二是高溫高壓的操作條件對設(shè)備制造和操作管理要求高，三是需要用到多種催化劑，其工藝條件相當苛刻。連續(xù)化大生產(chǎn)：合成氨工業(yè)具有高度連續(xù)化大生產(chǎn)的特點，要求原料供應(yīng)充足、較高的自動控制水平和科學(xué)管理水平，才能確保長周期安全運行，獲得較高的生產(chǎn)效益。典型的無機生產(chǎn)工藝：合成氨生產(chǎn)中既有氣固相、氣液相非催化反應(yīng)，也有催化反應(yīng)，既有常壓反應(yīng)，更多的是高溫高壓反應(yīng)，同時工藝中涵蓋了流體輸送、傳熱、傳質(zhì)、分離、冷凍、壓縮等諸多化工單元操作，是非常典型的無機化工工藝。耗能大戶、節(jié)能潛力巨大：合成氨工業(yè)占整個化工工業(yè)總能耗的一半，是實至名歸的耗能大戶。每噸液氨的理論能耗為21.28GJ，目前實際噸氨能耗約在28-60GJ之間，能耗是評價合成氨工藝先進性的最重要指標。我國大型合成氨能耗水平已接近世界先進水平，但500多家中小型合成氨廠的實際噸氨能耗約為理論能耗的2倍，具有巨大的節(jié)能潛力。合成氨壓力的多樣化在德國合成氨技術(shù)基礎(chǔ)上，世界各國陸續(xù)開發(fā)了低壓法（100atm）、中壓法（200~300atm）和高壓法（850~1000atm）；實際上大型合成氨廠都采用低壓法，中小型合成氨廠都采用中壓法；60年代后，大型離心壓縮機的發(fā)展使合成氨工藝規(guī)?？涨疤岣?，出現(xiàn)了日產(chǎn)1000t以上的大型裝置，使合成氨成本大幅下降，促進了氨在化肥等眾多領(lǐng)域的廣泛使用。液體氣體固體下次課任務(wù)：如何選擇合成氨生產(chǎn)原料

如何確定合成氨工藝路線？如何選擇合成氨原料？？？固體燃料焦炭塊煤粉煤型煤問題與思考1、什么叫半水煤氣？有何特點？2、怎樣才能得到合格的半水煤氣？3、間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝如何進行組織？4、焦炭、塊煤、型煤、粉煤有何共同點，為什么現(xiàn)在更多的企業(yè)采用型煤制氣？合成氨工藝的特點，從安全及生產(chǎn)穩(wěn)定、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面考慮，生產(chǎn)操作必須由具有一定專業(yè)技能的操作工進行作業(yè)；

企業(yè)一般不允許實習(xí)學(xué)生動手操作；學(xué)校也不可能建立真實的、龐大而昂貴的生產(chǎn)性實訓(xùn)基地。為這門課程的學(xué)習(xí)帶來了一定的難度。

項目二半水煤氣的生產(chǎn)項目二主要內(nèi)容

123間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝流程

一、半水煤氣的生產(chǎn)原理

二、煤氣化的工業(yè)方法

一、什么叫半水煤氣？以焦炭或煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成含有CO、CO2、H2、N2及CH4等混合氣體。氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或富氧空氣-水蒸汽混合氣等稱為氣化劑。氣化過程所得到的混合氣體，稱為煤氣。用于實現(xiàn)煤氣化過程的主要設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐。煤氣的成分取決于燃料和氣化劑的種類及氣化工藝條件。各種煤氣的基本情況氣化劑煤氣特點主要用途空氣煤氣空氣熱值較低與其它氣體混合使用水煤氣水蒸汽CO+H2≥85%合成甲醇、工業(yè)制氫混合煤氣空氣-水蒸汽燃燒氣氣體燃料半水煤氣空氣-水蒸汽（CO+H2）/N2=3.1~3.2合成氨專用低氮半水煤氣富氧空氣-水蒸汽（CO+H2）/N2=3.5~4.5聯(lián)醇工藝中熱值煤氣富氧空氣-水蒸汽發(fā)熱值高城市煤氣⑴空氣煤氣：以空氣為氣化劑進行不完全燃燒所生成的煤氣，其主要成分為N2、CO、CO2，及少量H2，其發(fā)熱值較低，主要與其它氣體混合使用。⑵水煤氣：以蒸汽為氣化劑制得的煤氣，其主要成分為CO和H2，二者含量之和高于85%，N2含量低，主要用于合成甲醇等化工合成氣，以及工業(yè)上大規(guī)模制取氫氣。⑶混合煤氣：以空氣和適量水蒸氣的混合物為氣化劑生成的煤氣，也稱發(fā)生爐煤氣，其發(fā)熱值比空氣煤氣高，工業(yè)上作為燃燒氣，主要用作氣體燃料。⑷半水煤氣：介于水煤氣和混合煤氣之間的煤氣，可以直接用這兩種煤氣按一定的比例混合而成，也可以用水蒸氣加適量空氣或富氧空氣作為氣化劑制得。其基本特征是（CO+H2）/N2=3.1~3.2，用于合成氨生產(chǎn)。⑸低氮半水煤氣：其生產(chǎn)原理與半水煤氣完全相同，不同的是其中氮氣含量較低，（CO+H2）/N2=3.5~4.5，用于聯(lián)醇工藝。⑹中熱值煤氣：以富氧空氣和水蒸氣作為氣化劑制得的煤氣，因其發(fā)熱值高，且CO含量相對較低，故用于城市煤氣。二、煤氣化的原理

⑴吹風(fēng)反應(yīng)以一定量的空氣或富氧空氣為氣化劑，碳和氧之間發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)，為制氣反應(yīng)提供能量，也稱吹風(fēng)反應(yīng)。其主要反應(yīng)如下：C+O2==CO2+393.777kJ/mol（主反應(yīng)）（2-1）C+CO2==2CO-172.28kJ/mol（2-2）2C+O2==2CO+221.189kJ/mol（2-3）⑵制氣反應(yīng)熾熱的碳將氫從水蒸氣中還原出來，在煤氣生產(chǎn)中稱之為蒸汽分解，主要還原反應(yīng)：C+H2O(g)==CO+H2-131.390kJ/mol（主反應(yīng)）C+2H2O(g)==CO2+H2-90.196kJ/mol2C+2H2==CH4+74.90kJ/mol該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，產(chǎn)物是水煤氣，是半水煤氣的有效成分。⑶其它副反應(yīng)在燃料氣化過程中，副反應(yīng)，產(chǎn)生少量或微量的H2S和有機硫化物、氰化物、氨等雜質(zhì)組分。三、煤氣化反應(yīng)速率煤氣化反應(yīng)屬于氣固相非催化反應(yīng)，包括碳與氧的反應(yīng)，碳與水蒸氣的反應(yīng)，碳與CO2的反應(yīng)。反應(yīng)速率不僅化學(xué)反應(yīng)活性關(guān)，而且也與氣體擴散速度有關(guān)。究竟是擴散控制、化學(xué)反應(yīng)控制？還是過渡控制？①吹風(fēng)反應(yīng)溫度變化范圍約為800~1200℃，屬于過渡控制和擴散控制。②制氣反應(yīng)溫度一般控制在1200~800℃之內(nèi)，自始至終都屬于化學(xué)反應(yīng)控制狀態(tài)。③碳與CO2反應(yīng)生成CO的過程。在造氣工業(yè)條件下，該反應(yīng)始終都處于化學(xué)反應(yīng)控制狀態(tài)。四、半水煤氣生產(chǎn)的特點

半水煤氣的特征：（CO+H2）/N2=3.1~3.2；從氣化系統(tǒng)的熱平衡來看，吹風(fēng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，制氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如果外界不提供熱源，而是通過前者的反應(yīng)熱為后者提供反應(yīng)所需要的熱量，并維持系統(tǒng)的自熱平衡的話，理論上，1mol氧氣的吹風(fēng)反應(yīng)熱僅可供1.68mol碳和水蒸氣進行制氣反應(yīng)，其（CO+H2）/N2=1.43＜3.1~3.2。反之，若欲獲得組成合格的半水煤氣，該系統(tǒng)就不能維持自熱平衡。如何化解供熱與制氣之間存在矛盾？化解供熱與制氣之間矛盾的方法⑴間歇制氣法⑵富氧空氣或純氧連續(xù)氣化法⑴間歇制氣法在間歇式固定床煤氣發(fā)生爐中，吹風(fēng)反應(yīng)和制氣反應(yīng)是交替進行的。首先進行吹風(fēng)反應(yīng)，將燃料層溫度（即爐溫）提到必要的溫度（如1100℃~1200℃），所得吹風(fēng)氣大部分放空。吹風(fēng)反應(yīng)停止后，送入蒸汽進行制氣反應(yīng)，吸熱反應(yīng)，料層的溫度、反應(yīng)速度和水煤氣質(zhì)量（煤氣中CO+H2含量）都將下降。水煤氣+部分吹風(fēng)氣=半水煤氣。如此交替進行吹風(fēng)和制氣反應(yīng)，故稱間歇制氣法。在我國目前中小型氮肥企業(yè)、聯(lián)醇企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。⑵富氧空氣或純氧連續(xù)氣化法空氣中氧氣氣含量過低是以空氣和水蒸汽為氣化劑時不能實現(xiàn)連續(xù)制取合格半水煤氣的根本原因。如果采用富氧空氣或純氧來代替空氣作為氣化劑，以上問題將迎刃而解，并且可以實現(xiàn)連續(xù)制氣。富氧空氣中氧氣的濃度需要多少呢？？？若（CO+H2）/N2=3.1，則富氧空氣中氧氣理論含量為：1/(1+1.68)=36.6%。實際生產(chǎn)中連續(xù)氣化法所需富氧空氣中氧氣含量約50%，此即為富氧空氣-蒸汽連續(xù)氣化法。五、間歇式制半水煤氣的方法

間歇式制半水煤氣的方法⑴部分回收吹風(fēng)氣法⑶空氣煤氣和水煤氣混合法⑵加氮空氣法⑴部分回收吹風(fēng)氣法該法利用吹風(fēng)氣部分回收送入氣柜，大部分吹風(fēng)氣經(jīng)回收余熱后排空，而回收吹風(fēng)氣的量取決于對半水煤氣成分的要求。若（CO+H2）/N2=3.1，吹風(fēng)氣理論回收率約45.7%。實際吹風(fēng)氣回收率僅為10%~20%，聯(lián)醇工藝中吹風(fēng)氣回收的比例更低。⑵加氮空氣法該法是在制氣過程中配入適量空氣，提供半水煤氣所需要氮氣，而吹風(fēng)氣經(jīng)回收余熱后全部排放。加氮空氣的量為多少呢？理論上1mol水蒸氣加氮空氣量為0.81mol。實際上，加氮空氣的量要少于理論值。在制氣過程中加氮操作的另一個重要原因是利用加氮操作反應(yīng)為制氣反應(yīng)提供熱量、減小爐溫波動以穩(wěn)定爐況。但必須注意的是：加氮過程應(yīng)稍晚于水蒸氣通入，而稍早于水蒸氣停止前停止加氮操作，以避免加氮空氣與煤氣接觸而發(fā)生爆炸，即加氮空氣閥門適當?shù)剡t開早關(guān)一些。⑶空氣煤氣和水煤氣混合法（該法應(yīng)用較少，在此不加介紹）六、間歇式造氣爐的工作循環(huán)間歇式造氣爐包括吹風(fēng)和制氣兩大步驟。實際上每個循環(huán)分成以下五個階段：吹風(fēng)、一次上吹制氣、下吹制氣、二次上吹制氣、空氣吹凈

為什么每個循環(huán)要分成五個階段？為了安全起見和爐況穩(wěn)定。先認識一下造氣爐的基本結(jié)構(gòu)煤氣爐內(nèi)燃料分區(qū)示意圖

煤氣發(fā)生爐各階段氣體流向示意圖

表1-2煤氣發(fā)生爐各階段閥門開閉情況階段閥門開閉情況1234567吹風(fēng)√××√√××一次上吹×√×√×√×下吹××√××√√二次上吹×√×√×√×空氣吹凈√××√×√×注：√——閥門開啟；×——閥門關(guān)閉。1三、間歇式造氣爐的工作循環(huán)

⑴吹風(fēng)階段：空氣煤氣爐底部灰渣層氣

氧化層(燃燒氣化反應(yīng))還原層（CO2還原反應(yīng)）爐頂。吹風(fēng)反應(yīng)提高炭層溫度的同時，其中的氧氣幾乎被消耗殆盡，CO2還原反應(yīng)吹風(fēng)氣中CO含量迅速增長，所以，吹風(fēng)氣必須經(jīng)燃燒室或者集中到廢熱鍋爐中回收顯熱和CO的潛熱后才能放空。

2⑵一次上吹階段：將放空閥倒換為制氣閥向氣柜送氣。水蒸氣煤氣爐底部灰渣層氣化層（制氣反應(yīng)）爐頂。由于爐溫高、氣化反應(yīng)速度快、蒸汽分解率較高、所得水煤氣質(zhì)量好，生成的水煤氣經(jīng)除塵和回收顯熱后送入氣柜。一次上吹過程中，由于水蒸氣溫度較低，加上制氣反應(yīng)大量吸熱，使氣化區(qū)溫度顯著下降，而燃料層上部卻因灼熱的煤氣通過使溫度有所上升，導(dǎo)致爐層熱點（氣化層）上移，煤氣帶走的顯熱損失顯著增加，因此，在上吹制氣進行一段時間后，應(yīng)改變氣體方向。3⑶下吹階段：上吹結(jié)束后，關(guān)閉下部蒸汽閥，打開上部蒸汽閥和下吹煤氣閥，從爐頂自上而下送入蒸汽。飽和蒸汽先經(jīng)燃燒室預(yù)熱為過熱蒸汽、再經(jīng)燃料層預(yù)熱后到達氣化區(qū)進行氣化反應(yīng)，同時使上層燃料層溫度降低，并使爐層熱點重新回到正常位置，而生成水煤氣通過灰層時使灰層溫度提高，有利于燃盡殘?zhí)?，煤氣?jīng)除塵降溫后送氣柜。下吹制氣階段爐溫高、蒸汽溫度高、煤氣質(zhì)量好，所以下吹時間要長于一次上吹時間。4⑷二次上吹階段：下吹制氣后，如果立即進行吹風(fēng)，空氣將與殘留在爐底的下行煤氣相遇，導(dǎo)致爆炸。所以，為了將爐底部的下吹煤氣吹凈并回收送入氣柜，以防止吹入空氣時發(fā)生爆炸，進行二次上吹制氣是必要的，其目的是回收爐底煤氣和進行安全準備。5⑸空氣吹凈階段：二次上吹制氣后，煤氣發(fā)生爐上部空間、出氣管道及有關(guān)設(shè)備都充滿了煤氣，如立即進行吹風(fēng)階段，不僅造成浪費，且這部分煤氣排至煙囪和空氣接觸時也可能發(fā)生爆炸。因此，在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)之前，從爐底自下而上吹入空氣，所產(chǎn)生的空氣煤氣與原來殘留的水煤氣一并送入氣柜，這一階段叫做空氣吹凈階段?？諝獯祪舻闹饕康氖菫榱嘶厥諣t上部及管道中剩余的煤氣，在半水煤氣的生產(chǎn)過程中屬于加氮操作，是調(diào)節(jié)氫氮比的關(guān)鍵步驟。空氣吹凈完成后，立即轉(zhuǎn)入下一個循環(huán)的吹風(fēng)階段，如此周而復(fù)始。每個工作循環(huán)所生成的煤氣成分也呈周期性變化，這是間歇式制氣的特征。六、間歇式制半水煤氣工藝條件的優(yōu)化

⑴爐溫的優(yōu)化煤氣爐的爐溫是指燃料層中氣化層的溫度（吹風(fēng)階段為氧化層）。在吹風(fēng)和制氣過程中化氣層本身沿著軸向移動，其爐溫高低也隨之變化，其中以吹風(fēng)末期爐溫最高，制氣階段末期的爐溫最低。爐溫高，則煤氣質(zhì)量好、產(chǎn)量高、蒸汽分解率高。實際爐溫~決定于燃料熔點⑵吹風(fēng)量與吹風(fēng)強度的優(yōu)化吹風(fēng)時間長短、吹風(fēng)數(shù)量多少和吹風(fēng)強度大小是決定爐溫高低、制氣強度的主要因素。過量吹風(fēng)或吹風(fēng)時間過長等并不一定能提高氣化層溫度，甚至反而可能有所下降，即過量吹風(fēng)不利于制氣反應(yīng)。在吹風(fēng)量一定的情況下，采取強風(fēng)短吹是縮短吹風(fēng)時間、提高制氣強度、減少熱能損失的有效方法循環(huán)中溫度波動示意圖⑶蒸汽自調(diào)優(yōu)化和調(diào)節(jié)爐況

制氣過程中爐溫的逐漸下降，制氣反應(yīng)的速度和蒸汽分解率都呈逐級下降的趨勢，如果蒸汽吹入的速度保持均勻一致的話，將導(dǎo)致蒸汽分解率下降顯著，爐況波動幅度增大。采取蒸汽自動調(diào)節(jié)措施，使蒸汽用量隨著制氣過程逐漸遞減。在實際生產(chǎn)中提倡采用蒸汽調(diào)節(jié)手段而不是吹風(fēng)調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)爐況，以利于爐子的穩(wěn)定生產(chǎn)。合適的蒸汽流量自調(diào)曲線示意圖⑷燃料層高度的優(yōu)化燃料層高度取決于加炭頻率與數(shù)量、出灰的頻率與數(shù)量。在風(fēng)機能力大、原料煤質(zhì)量好、粒度大而均勻及炭層阻力小時，宜采用高炭層的操作條件。反之，宜采用中、低炭層的操作條件。如果加炭與出灰不足，爐子會出現(xiàn)燒枯現(xiàn)象，即爐頂溫度升高，爐子結(jié)疤；反之，過多的加炭和出灰，會導(dǎo)致渣中含碳量增加。為了穩(wěn)定造氣工況，應(yīng)根據(jù)原料煤種類和工藝流程特點，建立定時加炭和出灰制度，炭層高度主要通過爐條機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整。例如，碳化煤球，其灰分含量高，應(yīng)勤加炭多出灰，才能獲得較高的生產(chǎn)強度。⑸循環(huán)時間的分配優(yōu)化每一個吹風(fēng)與制氣工作循環(huán)所需時間，稱為循環(huán)時間。一般而言，循環(huán)時間長，則氣化層溫度、煤氣質(zhì)量波動大；反之，循環(huán)時間短，氣化溫度波動小和煤氣質(zhì)量比較穩(wěn)定，但循環(huán)時間短，閥門開關(guān)過于頻繁，易于損壞。根據(jù)自控水平、維持爐內(nèi)工況穩(wěn)定和燃料性能優(yōu)劣等方面來優(yōu)化循環(huán)時間，一般循環(huán)時間為2.5~3.0min。循環(huán)時間一經(jīng)確定，由微機自動控制，一般不應(yīng)作隨意調(diào)整。循環(huán)時間確定后，循環(huán)的各階段時間是相互制約、此長彼短，其分配主要取決于燃料的性質(zhì)

不同燃料氣化的循環(huán)時間分配表燃料品種工作循環(huán)中各階段時間分配/%吹風(fēng)上吹下吹二次上吹空氣吹凈無煙煤，粒度25~75mm24.5~25.525~2636.5~37.57~93~4無煙煤，粒度15~50mm22.5~23.524~2640.5~42.57~93~4無煙煤，粒度15~25mm25.5~26.526~2735.5~36.57~93~4石灰碳化型煤27.5~29.525~2636.5~37.57~93~4⑹煤氣成分的調(diào)節(jié)煤氣成分通常采用調(diào)節(jié)空氣吹凈時間的方法來控制，改變制氣過程中加氮空氣量也是方法之一。還應(yīng)盡量降低煤氣中CH4、CO2和O2含量，特別是O2含量要小于0.5%，否則，不僅有爆炸危險，而且將給變換催化劑帶來嚴重危害。七、間歇式生產(chǎn)半水煤氣工藝流程的組織1、小型合成氨廠節(jié)能型工藝流程間歇式生產(chǎn)半水煤氣的工藝流程包括煤氣發(fā)生爐、余熱回收裝置、煤氣除塵降溫裝置及煤氣貯罐等設(shè)備。目前我國小型合成氨廠普遍采用如下節(jié)能型工藝流程圖1—煤氣發(fā)生爐；2—旋風(fēng)除塵器；3—安全水封；4—廢熱鍋爐；5—洗滌塔；6—煙窗；7—集塵器；8—汽包；9—蒸汽緩沖槽；10—尾氣貯槽；11—分離器；12—燃燒室；13—蒸汽過熱器；14—煙氣鍋爐；15—空氣預(yù)熱器；16—軟水加熱器；17—引風(fēng)機；18—二次風(fēng)機此流程的特點：在于對生產(chǎn)過程的余熱進行了全面、合理的回收。一是回收煤氣的顯熱，用于副產(chǎn)低壓蒸汽；二是對吹風(fēng)氣顯熱和潛熱進行回收，主要采用“合成二氣（放空氣和弛放氣經(jīng)分離氨和回收氫氣以后，其主要成分是甲烷）連續(xù)輸入，吹風(fēng)氣集中燃燒，燃燒室體外取熱”的工藝路線。如生產(chǎn)正常、管理良好、造氣工段基本可達到蒸汽自給。2、中型合成氨廠采用的UGI流程1—煤氣發(fā)生爐；2—燃燒室；3—洗氣箱；4—廢鍋；5—洗氣塔；6—燃料貯倉；7—煙囪五、煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)與操作控制要點1、煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)間歇式造氣爐屬于移動床或固定床氣固反應(yīng)設(shè)備，分為爐頂、爐體和爐底三部分，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-12所示。煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)示意圖灰盤爐箅煤氣發(fā)生爐的主要附件煤氣發(fā)生爐的控制1煤氣化過程的一個工作循環(huán)-吹風(fēng)、一次上吹、下吹、二次上吹、空氣吹凈等5個階段全部由電腦編程并按步驟進行。2加料和排渣為間歇操作3安全生產(chǎn)及環(huán)境保護氣體的儲存容器-氣柜氣柜的工作原理1、固定層加壓魯奇爐富氧連續(xù)制氣圖1-14魯奇爐結(jié)構(gòu)示意圖

1—煤箱；2—分布器；3—水夾套；

4—灰箱；5—洗滌器采用純氧和水蒸氣為化氣劑，其原料可采用煙煤、褐煤、貧煤、瘦煤、無煙煤和焦炭等多種煤種，其粒度范圍為5~50mm的碎煤、塊煤或型煤，采用固態(tài)排渣，操作壓力為2~10Mpa、操作溫度一般為900~1200℃。制氣過程中，煤在爐內(nèi)緩慢下移，形成一個相對的“固定”床層，故稱固定床加壓氣化。魯奇爐的制氣能力與富氧空氣中氧的濃度有關(guān)，氧濃度越大，其制氣能力越大。魯奇爐現(xiàn)已發(fā)展到Mark-V型，爐直徑達5m，單日投煤量達2160t，單爐最大產(chǎn)粗煤氣量達117000m3（標）/h，對于日產(chǎn)1000t總氨的生產(chǎn)裝置，只需要四臺φ3800mm的氣化爐，其中三臺生產(chǎn)，一臺備用。2、水煤漿氣流床德士古富氧連續(xù)氣化法水煤漿德士古富氧（純氧）連續(xù)氣化法是將粉煤、水、分散劑和減粘劑等配制成可用泵輸送的高濃度水煤漿（煤濃度達70%），加壓后噴入氣化爐內(nèi)，與富氧（純氧）進行燃燒和部分氧化反應(yīng)，在1300~1400℃下進行氣化反應(yīng)，生產(chǎn)原料氣，液態(tài)排渣的加壓純氧流床氣化。關(guān)鍵技術(shù)是高濃度水煤漿技術(shù)、水煤漿噴嘴技術(shù)、熔渣在高壓下排出技術(shù)。3、加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)

主要由殼牌公司開發(fā)成功并推廣應(yīng)用，是當今世界最先進的第三代煤化工藝之一。其技術(shù)特點如下：⑴采用干粉進料及氣流床氣化，對煤種適應(yīng)性強。⑵能量利用率高。采用高溫加壓氣化，熱效率很高?？墒固嫁D(zhuǎn)化率達99%。⑶合成氣中有效成分CO+H2可高達90%，且煤氣中甲烷含量低，不含焦油、荼、酚等有機雜質(zhì)。⑷單爐生產(chǎn)能力大。氣化爐燒嘴壽命長達8000h以上，運轉(zhuǎn)周期長，最大爐型達到了3000t/d的投煤量。年產(chǎn)30萬t總氨的合成氨廠或甲醇廠只需一臺氣化爐即可。⑸環(huán)境效益好。Shell爐的不足之處有：國產(chǎn)化率低，進口設(shè)備多等。3、原料氣制取過程中的節(jié)能技術(shù)⑴高爐溫⑵采取強風(fēng)短吹⑶自動調(diào)節(jié)蒸汽流量⑷高炭層⑸吹風(fēng)氣集中回收技術(shù)⑹采用過熱蒸汽問題與思考1、2、3、項目三

半水煤氣的脫硫半水煤氣中的硫化物，是合成氨工藝中各種催化劑的致命毒物，脫硫成為合成氨原料氣體凈化中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。硫化物可分為兩大類：一類是無機硫H2S；另一類是有機硫：二硫化碳（CS2），硫氧化碳（COS），硫醇（C2H5SH）和噻吩（C4H4S）等。其中H2S含量最多，約占硫化物總量的90%。采用高硫煤時，H2S含量可達20~30g/m3，通常情況下H2S含量在1~10g/m3左右。項目二主要內(nèi)容

123三、脫硫工藝流程概述一、典型的濕法脫硫二、典型的干法脫硫脫硫方法濕法脫硫干法脫硫一、濕法脫硫含大量無機硫的原料氣，必須采用濕法脫硫。濕法脫硫的突出優(yōu)點：脫硫劑便于管道輸送，容易再生，回收硫磺，構(gòu)成一個脫硫循環(huán)系統(tǒng)，連續(xù)化操作和大規(guī)模生產(chǎn)。濕法脫硫廣泛應(yīng)用于合成氨原料氣的粗脫硫。1、濕法氧化脫硫基本步驟與基本原理步驟設(shè)備反應(yīng)作用1脫硫塔H2SHS-弱堿性吸收劑，選擇性吸收H2S，快速2反應(yīng)槽HS-SCat(O)Cat(R)慢速、控制步驟3再生槽Cat(R)O2

Cat(O)空氣、快速4單質(zhì)硫的浮選和凈化凝固H2S(l)+OH-HS—+H2O催化劑（O）+HS—S+催化劑（R）催化劑（R）+O2H2O+催化劑（O）總反應(yīng)式如下：H2S(l)+O2（空氣）S↓+H2O2、選擇催化劑是濕法氧化法的關(guān)鍵三者的標準電極電位大小關(guān)系為：E0硫化氫＜E0催化劑＜E0空氣，即：0.141V＜E0催化劑＜1.23V。較高的脫硫效率和防止過度氧化，單質(zhì)硫變成Na2S2O3和Na2SO4

事實上，標準電極電位為0.2V~0.75V

幾種常見濕式氧化脫硫劑的標準電極電位值（V）

方法氨水催化改良ADA萘醌888/PDS改良砷堿法絡(luò)合鐵催化劑對苯二酚蒽醌二磺酸鈉鹽1.4-萘醌1.4-萘醌-2-磺酸鈉鹽三核酞菁鈷磺酸鈉鹽As3+/As5+Fe2+/Fe3+E0（V）0.6990.2280.470.5530.470.6670.77注：栲膠因其來源不同和成分復(fù)雜，沒有固定的Eo（V）。3、改良A·D·A法脫硫技術(shù)

A·D·A法是蒽醌二磺酸鈉法的英文縮寫，是2.6-蒽醌二磺酸鈉和2.7-蒽醌二磺酸鈉兩種異構(gòu)體的混合物，二者的結(jié)構(gòu)式分別如下。

(a)2.6-蒽醌二磺酸鈉

(b)2.7-蒽醌二磺酸鈉A·D·A法，1961年，英國，A·D·A法溶液，少量的2.6-蒽醌二磺酸鈉和2.7-蒽醌二磺酸鈉及碳酸氫鈉的水溶液，析硫速率慢，設(shè)置容量很大的反應(yīng)槽，脫硫液的硫容量也很低，其應(yīng)用受到很大限制。后來加入了少量偏釩酸鈉和酒石酸鉀鈉等物質(zhì)；偏釩酸鈉使吸收和再生反應(yīng)速度大大加快；酒石酸鉀鈉能防止形成釩-氧-硫復(fù)合物沉淀的生成，使該法脫硫日趨完善，稱之為改良A·D·A法。改良A·D·A法脫硫的原理1、H2S的吸收脫硫塔中（快速反應(yīng)）Na2CO3+H2S(l)NaHS+NaHCO32、H2S的催化氧化富液槽中（反應(yīng)較慢）2NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2S↓Na2V4O9+2ADA(O)+2NaOH+H2O4NaVO3+2ADA(R)3、ADA催化劑的再生氧化槽中（快速反應(yīng)）(ADA)(R)+O2ADA(O)

4、脫硫過程的總反應(yīng)H2S(l)+O2（空氣）S↓+H2O5、副反應(yīng)產(chǎn)物：Na2S2O3

、NaCN

、NaCNS

改良A·D·A法脫硫工藝條件優(yōu)化

⑴溶液的pH值：8.5~9.2⑵偏釩酸鈉含量：NaVO3含量取決于富液中的HS-濃度，NaVO3的理論濃度應(yīng)與富液中的HS-濃度相當，但實際上NaVO3的濃度要大于化學(xué)計量濃度，過量系數(shù)為1.3~1.4。

典型的ADA溶液組成（g/L）⑶吸收溫度和再生溫度：25~35℃

組成Na2CO3ADANaVO3KNaC4H4O5加壓，高硫化氫11052改良A·D·A法脫硫工藝流程其它濕法脫硫栲膠法脫硫是中國廣西化工研究所等單位于1977年研究成功的。該法無論是氣體凈化度、溶液硫容量、硫回收等主要指標都可與改良A·D·A法媲美，其突出優(yōu)點是栲膠價格低、運行費用低，無硫磺堵塞脫硫塔等問題。PDS法脫硫（888脫硫催化劑）PDS，是雙核酞菁鈷磺酸鹽的英文縮寫。1959年美國最先研究，但未能工業(yè)化。直到20世紀80年代，我國東北師范大學(xué)攻克中毒難關(guān)、研制成功888脫硫催化劑，該法在中國已推廣應(yīng)用上百家企業(yè)。

雖然PDS價格昂貴，但使用量很少，其噸氨消耗量為1.3~1.5g，運行效益顯著。還具有工作硫容高、脫硫效率高、再生效率高、抑制和消除硫泡沫堵塔，不僅能有效脫除原料氣中的無機硫，而且對有機硫脫除率達80%等特點。4、其它濕法脫硫方法概述三、干法脫硫1、干法脫硫催化劑濕法脫硫，大部分無機硫，對有機硫幾乎是無能為力。干法脫硫的特點是脫除有機硫效率高，但設(shè)備龐大、脫硫劑不能再生、需要多個脫硫塔輪流切換操作、檢修時勞動條件差等特點。干法脫硫一般只能作為精脫硫使用。干法脫硫劑按其性質(zhì)可分為三種類型。加氫轉(zhuǎn)化催化劑——鈷鉬型、鎳鉬型、鐵鉬型等。吸收型或轉(zhuǎn)化吸收型——氧化鐵法、氧化鋅法和氧化錳法等。吸收型——活性炭、分子篩等。2、有機硫加氫轉(zhuǎn)化脫硫法

又叫鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化法。在鐵鉬催化劑的作用下，有機硫絕大部分能加氫轉(zhuǎn)化為容易脫除的硫化氫，然后用氧化錳或氧化鋅除去。⑴基本原理鐵鉬催化劑，有機硫加氫轉(zhuǎn)化為H2S的反應(yīng)：RSH+H2RH+H2SRSR+2H2RH+H2S+RHC4H4S+4H2C4H10+H2SCS2+4H2CH4+2H2S上述反應(yīng)的平衡常數(shù)都很大，有機硫的轉(zhuǎn)化率相當高，但不同硫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率相差很大，其中噻吩的反應(yīng)速率最慢，故有機硫加氫反應(yīng)速率取決于噻吩的反應(yīng)速率。有機硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生產(chǎn)要控制催化劑床層的溫升。

⑵鐵鉬催化劑的組成與硫化鐵鉬催化劑的化學(xué)組成為：FeO，2.0%~3.0%；MoO3，7.5%~10.5%；以Al2O3為載體，催化劑制成φ7mm×(5~6)mm的片狀，外觀呈黑色。鐵鉬催化劑必須經(jīng)硫化活化后才具有催化活性，高硫半水煤氣為硫化氣體，加熱，硫化反應(yīng)：MoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O9FeO+8H2S+H2Fe9S8+9H2O⑶鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化的工藝條件操作溫度為350~450℃，操作壓力為0.7MPa~7.0MPa，空速為500~1500h-1。⑷催化劑的超溫與結(jié)炭超溫一般是原料氣中氧含量超標，蒸汽或低溫半水煤氣，冷激壓溫，前面工序降低原料氣氧的含量。結(jié)炭的原因主要是發(fā)生了有害副反應(yīng)，如CS2+2H22H2S+CC2H2CH4+C2COCO2+C結(jié)炭現(xiàn)象會造成催化劑活性下降。3、氧化鋅脫硫法氧化鋅脫硫劑，主要成分活性氧化鋅、內(nèi)表面積較大、硫容較高的一種無機固體脫硫劑，不僅能快速脫除硫化氫，也能快速脫除除噻吩之外的有機硫。凈化后的氣體中總硫含量一般小于3ppm（質(zhì)量分數(shù)），最低可達0.1ppm以下。氧化鋅脫硫法是原料氣精細脫硫的首選方法。⑴基本原理①ZnO脫硫劑可直接脫除H2S和硫醇：ZnO+H2S=ZnS+H2S+76.62KJ/mol

ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H6+H2O+137.83KJ/mol②硫氧化碳和二硫化碳等，先轉(zhuǎn)化為H2S，然后再被ZnO吸收；CS2+4H2=CH4+2H2SCOS+H2=CO+H2SZnO脫硫劑對噻吩的轉(zhuǎn)化能力很弱，又不能直接吸收，因此，單獨使用ZnO脫硫劑是不能把有機硫完全脫除的。

⑵ZnO脫硫劑ZnO脫硫劑：ZnO約占95%，少量氧化錳、氧化銅或氧化鎂為助劑。采用ZnO法進行精脫硫的最大障礙是ZnO脫硫溫度要求高。ZnO，H2S，常溫，有機硫，200～400℃。ZnO脫硫劑一個顯著特點是裝填后無需還原，氮氣置換、升溫后便可直接使用。常溫ZnO脫硫劑為一次性使用，吸收硫飽和后不能再生，但可用于金屬鋅的回收。⑶工藝條件①操作溫度：一般為350~400℃。②操作壓力：一般為1.8~2.8MPa。③硫容量。硫容量是指單位質(zhì)量新的ZnO脫硫劑吸收硫的量。如15%的硫容量是指100kg新脫硫劑吸收15kg硫。⑷工藝流程——雙床串聯(lián)倒換法

1—換熱器；2—加熱爐；3—氧化鋅脫硫槽；4—冷卻器四、脫硫方法的選擇與操作要點濕法脫硫和干法脫硫中各有優(yōu)缺點，在合成氨脫硫工藝中，半水煤氣中硫化物含量高，且成分復(fù)雜，對氣體凈化度的要求高，使不管哪種脫硫方法都不可能單獨解決好脫硫問題。濕法串聯(lián)干法脫硫方法，并結(jié)合有機硫轉(zhuǎn)化裝置，即采用“三次脫硫、兩次轉(zhuǎn)化”的工藝流程，才能使脫硫在工藝上和經(jīng)濟上都更合理。有機硫水解？“三次脫硫、兩次轉(zhuǎn)化”的典型流程問題與思考CO變換反應(yīng)的重要意義變換反應(yīng)催化劑、工藝流程與變換塔結(jié)構(gòu)項目四

CO變換

主講顏鑫教授項目四主要內(nèi)容

1變換反應(yīng)的原理2變換反應(yīng)催化劑3變換反應(yīng)過程工藝流程4變換過程操作要點5故障判斷及處理方法一、CO變換的原理1、CO變換的重要意義合成氨原料氣中均含有11%~48%不等的CO，CO作為氨催化劑的毒物必須加以徹底清除；[提問]

：大量CO能否采用酸性或堿性溶劑加以脫除？為什么？因為CO本身既不是酸性，也非堿性，很難直接加以脫除。絕大部分CO是通過變換反應(yīng)脫除的，CO變換轉(zhuǎn)化為易于脫除的CO2、合成氨原料氣氫氣。CO變換另有兩個重要作用：一是調(diào)整氫氮比例，二是將有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫。

2、變換反應(yīng)的化學(xué)平衡變換反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO+H2O(g)CO2+H2+41.17kJ/mol[提問]：該反應(yīng)有何特點？可逆、放熱、等體積的氣固相催化反應(yīng)。[提問]：在其它條件一定情況下，提高溫度時，變換反應(yīng)的化學(xué)平衡是如何移動的？為什么？2⑵、汽氣比/水蒸汽比例3、三個重要的新概念⑴、變換率1⑶、最佳反應(yīng)溫度Tm3對干氣體積來說，變換反應(yīng)是一個體積增加的反應(yīng)，變換率χ的計算公式如下：式中χ——CO變換率，%；VCO——原料氣（干氣）中CO含量，%；V′CO——變換氣（干氣）中CO含量，%。變換率1是指水蒸汽與CO的摩爾比或體積比（），實際生產(chǎn)中，≈3~5。改變汽氣比是工業(yè)變換反應(yīng)中最重要的調(diào)節(jié)手段。水蒸汽用量是變換過程最主要的消耗指標。因此，工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)在滿足最終變換率、或變換氣中殘余CO含量要求的前提下，盡可能降低汽氣比。[提問]：最終變換率是不是越高越好？為什么？或：變換氣中殘余CO含量是不是越低越好？為什么？2水蒸汽比[提問]：可逆放熱反應(yīng)必定存在一個最適宜溫度Tm，為什么？其Tm與對應(yīng)的平衡溫度Te之間存在如下關(guān)系：隨著變換反應(yīng)的進行，Tm不斷降低，這和絕熱催化反應(yīng)的溫度升高矛盾。為了解決這一矛盾，工業(yè)生產(chǎn)中通常采用多段變換反應(yīng)結(jié)合多段冷卻的方法進行變換反應(yīng)。多段冷卻的方式又可分為中間換熱式、噴水冷激式和蒸汽過熱式等三種形式。最佳反應(yīng)溫度Tm3二、變換反應(yīng)催化劑1、鐵鎂系催化劑主要成分是Fe2O3、MgO、Cr2O3，習(xí)慣上叫鐵鎂催化劑。在投入變換爐后必須還原為Fe3O4才具有催化活性。其變換反應(yīng)溫度在400~500℃之間，因其有較好的耐熱性也稱為高溫變換催化劑，或中溫變換催化劑。該催化劑最大的特點就是能將煤氣中的硫氧化碳、二氧化硫等轉(zhuǎn)化為硫化氫：COS+H2H2S+COCOS+H2OH2S+CO22、鐵鉻系催化劑

以Fe2O3、Cr2O3為主體，少量MgO，與鐵鎂系催化劑相比，其CO變換轉(zhuǎn)化率較高，蒸汽消耗也較低，其操作溫度為315~485℃，但對原料氣中硫化物含量要求較嚴格。鐵鉻系催化劑國產(chǎn)型號主要有：B106、B109、B110-2、B112、B113、B117等，也稱中溫變換催化劑。3、鈷鉬耐硫催化劑

主要成分為CoO、MoO、K2O和Al2O3，以球形Al2O3為載體。不僅能耐高硫原料氣，而且對有機硫有70%的轉(zhuǎn)化率，特別適用于聯(lián)醇工藝，很寬的活性溫度范圍：160~500℃。不足之處：使用前必須經(jīng)過的硫化處理。

CoO+H2SCoS+H2O+13.4kJ/molMoO3+2H2S+H2MoS2+3H2O+48.1kJ/molCS2+H22H2S+CH4+240.6kJ/mol硫化反應(yīng)的逆反應(yīng)——反硫化反應(yīng)，該催化劑失活的重要原因。一般要求變換的原料氣中H2S最低含量為50~80mg/m3。

三、變換工藝流程與主要設(shè)備

CO變換工藝流程有多種類型，如多段中變流程、中變串低變流程、全低變流程等。如何選用主要取決于原料氣中CO含量高低、變換氣中殘余CO的脫除工藝等。如原料氣中CO含量高，或者是聯(lián)醇工藝中允許變換氣中有較高的CO含量，則應(yīng)采用多段中變工藝，因為中變催化劑操作溫度范圍寬、價廉易得、使用壽命長；反之，原料氣中CO含量不高，可采用中變-串低變流程，如天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制氨流程，這樣可簡化流程、降低能耗。1、多段中變流程

1—飽和熱水塔；2—氣水分離器；3—主熱交換器；4—中間換熱器；5—電爐；6—變換爐；7—水加熱器；8—第二熱水加熱器；9—變換氣冷卻塔；10—熱水泵；11—熱水循環(huán)泵；12—冷凝水泵2、變換工藝條件中溫變換工藝條件⑴操作溫度①反應(yīng)開始溫度為320~380℃；②催化床層熱點溫度為530~550℃。③變換反應(yīng)過程中存在最適宜操作溫度。放熱反應(yīng)，與最適宜溫度卻隨變換率的升高而相矛盾。變換爐第一段的溫度最高，第三段變換溫度最低。多段變換T與χCO的關(guān)系

⑵操作壓力雖然是等體積反應(yīng)，減小變換反應(yīng)器體積和節(jié)約壓縮功。因此，一般變換壓力為1.2~1.8MPa。⑶汽氣比在變換反應(yīng)中，汽氣比的大小決定了CO變換率的大小，在聯(lián)醇工藝中還決定了醇氨比的大小、甲醇和合成氨的產(chǎn)量、能耗高低。水蒸汽比例一般為2~5。⑷空間速度空間速度簡稱空速，其大小既決定催化劑的生產(chǎn)能力（或生產(chǎn)強度），也關(guān)系到CO變換率的高低。一般空速在2000~3000h-1之間。四、變換過程操作要點

1崗位正常操作⑴原始開車。①對照圖紙，全面核對。所有設(shè)備是否安裝就緒；所有管線、閥門是否連接配齊；所有儀表管線、測溫點、壓力表是否配置齊全；所有電氣開關(guān)及照明安裝是否正確、開關(guān)是否靈活。②空氣吹凈。③空氣試壓。④催化劑裝填。⑤系統(tǒng)置換。⑥煤氣風(fēng)機及煤氣進口管道置換。⑵正常開車①全面檢查系統(tǒng)所有設(shè)備、管線、閥門，儀表、電器設(shè)備應(yīng)符合開、停車要求。②聯(lián)系調(diào)度送中壓蒸汽暖管，排放冷凝水，待爐溫達200℃可導(dǎo)氣。③無論何種情況床層溫度都不能低于露點溫度（1.35MPa—140℃），否則煤氣中蒸汽冷凝，導(dǎo)致催化劑中鉀的流失而影響其催化活性。④根據(jù)系統(tǒng)氣量大小、壓力高低，調(diào)整蒸汽加入量，控制好汽氣比。⑤開車初期爐溫較低，如使用冷煤氣副線進行調(diào)溫易使變換爐入口溫度低而帶水，應(yīng)以蒸汽量調(diào)節(jié)。⑥調(diào)節(jié)汽氣比，使爐溫在正常范圍內(nèi)，并使出系統(tǒng)變換氣中CO含量達標后，聯(lián)系調(diào)度，緩慢打開系統(tǒng)出口閥，關(guān)閉放空閥，向后工序送氣。2、正常生產(chǎn)時操作要點

①根據(jù)氣量大小及半水煤氣成分分析情況，調(diào)節(jié)汽氣比，保證變換氣中CO含量在控制指標內(nèi)。②催化劑床層溫度的變化應(yīng)根據(jù)“靈敏點”溫度的升降來判斷。③根據(jù)催化劑使用情況，調(diào)整適當汽氣比和床層溫度。④要充分發(fā)揮催化劑的低溫活性，在實際操作中關(guān)鍵是穩(wěn)定爐溫，控制好汽氣比。⑤在生產(chǎn)突遇減量，要及時減少或切斷蒸汽供給。⑥臨時停車，先關(guān)蒸汽閥，計劃停車可在停車前適當減少蒸汽，系統(tǒng)要保持正壓。3、停車

⑴短期停車①接到調(diào)度停車通知后，準備停車，適當提高床層溫度。②壓縮發(fā)出信號后，關(guān)蒸汽閥，系統(tǒng)用煤氣吹除30~40min后，關(guān)閉系統(tǒng)進出口閥、導(dǎo)淋閥、取樣閥，保溫保壓。③短期停車后，應(yīng)隨時觀察，注意系統(tǒng)壓力、床層溫度，一定保證床層溫度高于露點溫度30℃以上。當床層溫度降至120℃之前，系統(tǒng)壓力必須降至常壓，然后以煤氣、變換氣或惰性氣體保壓，嚴禁系統(tǒng)形成負壓。⑵長期停車①全系統(tǒng)停車前，卸壓并以干煤氣或氮氣將催化劑床層溫度降至小于40℃，關(guān)閉變換爐進出口閥門及所有測壓、分析取樣點，并加盲板，以煤氣、變換氣或惰性氣體保持爐內(nèi)微正壓（表壓≥300Pa），嚴禁形成負壓。②必須檢查催化劑床層時，催化劑需鈍化、降溫后，方能進入檢查。⑶緊急停車①因變換崗位斷水、斷電、著火、爆炸、爐溫暴漲、設(shè)備出現(xiàn)嚴重缺陷等情況，不能維持正常生產(chǎn)，應(yīng)立即發(fā)出緊急停車信號。②若接到外崗位緊急停車信號，得到壓縮機發(fā)出切氣信號后可做停車處理。③及時切斷蒸汽，以防止短期內(nèi)汽氣比劇增，引起反硫化導(dǎo)致催化劑失活。迅速關(guān)閉系統(tǒng)進出口閥，以及相關(guān)閥門，然后聯(lián)系調(diào)度，根據(jù)停車時間長短再做進一步處理。五、變換過程故障判斷及處理方法問題原因處理方法變換爐系統(tǒng)著火易燃物靠近高溫著火用滅火器或消防水滅火，清除易燃物漏氣著火用氮氣滅火，漏氣較大時聯(lián)系停車處理催化劑失活反硫化嚴格升溫硫化操作，維持適當?shù)腍2S含量煤氣中粉塵及油污堵塞催化劑加強氣體凈化操作煤氣中氧含量長時間超標聯(lián)系調(diào)試員及自控崗位調(diào)整氧含量＜0.3%變換系統(tǒng)壓差大設(shè)備堵塞停車處理催化劑表面結(jié)塊或粉化蒸汽帶水或系統(tǒng)內(nèi)積水排凈系統(tǒng)積水爐內(nèi)溫度劇列變化煤氣中氧含量超標聯(lián)系調(diào)試員及自控崗位調(diào)整氧含量＜0.3%煤氣流量大幅度變化，蒸汽量調(diào)節(jié)不足加強操作蒸汽帶水至變換爐加強排污并及時調(diào)試員進行處理變換氣中CO超標爐溫波動穩(wěn)定工藝，穩(wěn)定爐溫蒸汽壓力低，汽氣比低加大蒸汽補入量，聯(lián)系提高壓力催化劑床層有短路現(xiàn)象停車檢修爐內(nèi)換熱器內(nèi)漏停車檢修換熱器催化劑活性降低適當降低汽氣比，提高煤氣H2S含量，加強凈化操作，嚴格控制煤氣中粉塵、油污、氧六、變換過程與節(jié)能

⑴充分考慮中變催化劑的有機硫轉(zhuǎn)化功能。⑵合理確定CO最終變換率。⑶合理選擇低溫高活性變換催化劑。⑷合理選擇變換爐控溫方法。⑸注意充分發(fā)揮變換催化劑的低溫活性。⑹合理選擇調(diào)節(jié)變換爐溫度的方法。⑺避免讓部分原料氣走近路閥。問題與思考1、CO變換工藝流程設(shè)計項目四原料氣的脫碳

項目四主要內(nèi)容

1原料氣脫碳的重要意義2脫碳方法3碳酸丙烯酯脫碳法4改良熱鉀堿法脫碳5脫碳方法的選擇變換氣中含有大量CO2，一般為28~32%。CO2是合成氨催化劑致命的毒物，必須進行徹底的清除；

CO2又是一種可用于生產(chǎn)尿素、碳銨、純堿、納米碳酸鈣等產(chǎn)品的重要化工原料。

CO2又是一種溫室氣體，必須加以回收利用。1原料氣脫碳的重要意義2、脫碳方法⑴濕法脫碳法⑵干法脫碳法變壓吸附法

化學(xué)吸收法、物理吸收法

2⑵工藝條件

3、碳酸丙烯酯脫碳法（Fluor法）

⑴基本原理13⑶工藝流程⑴基本原理碳酸丙烯酯，極性溶劑。性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，對碳鋼設(shè)備無腐蝕，可選擇性脫除二氧化碳、硫化氫和有機硫，而對氫、氮、一氧化碳等有效氣體的溶解度甚微。具有凈化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優(yōu)點，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。表10.1MPa，25℃時各氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度（m3/m3）⑵工藝條件①溫度溫度升高，CO2和H2S在碳丙中的吸收過程不利；相反，增大H2、N2的損失。因此，降溫有利于CO2和H2S的吸收，減少溶劑循環(huán)量，降低貧液泵的電耗，并減少氫氮氣的損失；同時，溫度降低還可降低溶劑蒸汽損失。放熱反應(yīng)過程，循環(huán)水做冷卻劑，夏季溫度為40℃左右，冬季溫度為25℃左右。②壓力吸收壓力越大，越有利于CO2和H2S的吸收脫除，從而有效提高其吸收能力。碳酸丙烯酯溶劑的循環(huán)量將減小。實際生產(chǎn)中，脫碳吸收壓力主要取決于變換過程的壓力大小，一般為1.2MPa~2.8MPa。③溶劑貧度溶劑貧度是指貧液中殘余CO2的量，單位為m3CO2/m3溶劑。貧度越低，氣體凈化度將越高，但貧度受再生方法和能耗的限制，并與后續(xù)的氣體精煉凈化方法有關(guān)。如銅洗流程，則凈化氣中CO2含量應(yīng)控制在1%左右，溶劑貧度控制在0.1~0.2。如聯(lián)醇工藝，則凈化氣中CO2含量可控制在3%~5%，此時，溶劑貧度可控制在0.3~0.5。④吸收氣液比吸收氣液比是指單位時間內(nèi)進吸收塔的原料氣體積與進塔貧液體積之比。吸收氣液比影響工藝的經(jīng)濟性和氣體凈化度。氣液比增大，單位體積溶劑可處理的原料氣量也大，所需溶劑量就少，電耗和操作費用就可降低?？偟膩碚f，單純氨廠的凈化度要求較高，其吸收氣液比較??；而聯(lián)醇廠的凈化度要求較低，其吸收氣液比較大，一般吸收氣液比控制在6~12。此外，溶劑中水分含量也是一個重要指標之一。水分增加會降低溶液吸收CO2的能力，使凈化度下降，且會增加對碳鋼的腐蝕。一般認為，溶劑中水分含量應(yīng)控制在1%~2%以下。⑶工藝流程與主要設(shè)備

1—油水分離器；2—脫碳塔；3—碳丙分離器；4、11—泵；5—冷卻器；6—閃蒸槽；7—常壓再生塔；8—氣提鼓風(fēng)機；9—中間貯槽；10—洗滌塔；12—羅茨鼓風(fēng)機4、改良熱鉀堿法

⑴基本原理也稱本菲爾特法，其脫碳反應(yīng)式為：

體積縮小、氣液相放熱反應(yīng)；加壓、降溫操作有利于脫碳反應(yīng)向右邊移動，有利于提高溶液中碳酸鉀的轉(zhuǎn)化率。實際生產(chǎn)中，為了降低再生能耗，吸收溫度和再生溫度相近，但單純的熱碳酸鉀溶液吸收二氧化碳的速度很慢、凈化度不佳、腐蝕性很大，尤其是吸收了二氧化碳后的富液對碳鋼的腐蝕性更大。添加活化劑以加快吸收反應(yīng)、加入緩蝕劑以降低溶液對設(shè)備的腐蝕。以碳酸鉀為吸收劑的主要脫碳方法本菲爾特法的活化劑為DEA。DEA的化學(xué)名稱為2，2二羥基二乙胺，簡寫為R2NH。其氨基與液相中的CO2進行反應(yīng)，當碳酸鉀溶液中含有少量DEA時，其吸收反應(yīng)過程如下：

（5-3）式是整個過程的控制步驟⑵碳酸鉀溶液對其它組分的吸收胺-碳酸鉀溶液除了能脫除原料氣中CO2外，還能將原料氣中的H2S、各種有機硫、氰氫酸（HCN）及少量不飽和烴等有害雜質(zhì)加以全部或部分吸收脫除。其吸收反應(yīng)的反應(yīng)式如下：

溶液吸收H2S的速度比CO2的速度快30~50倍，經(jīng)脫碳后，凈化氣中H2S的凈化度仍相當高。HCN是強酸性氣體，硫醇也略有酸性，可與碳酸鉀很快地進行反應(yīng)。實驗表明，加入了DEA，比純碳酸鉀水溶液與CO2的反應(yīng)速度增加了10~1000倍。研究表明，吸收控制步驟與氣相中CO2的分壓關(guān)系很大，和純碳酸鉀溶液吸收CO2相比，加入DEA后吸收速度提高了3~12倍。⑶溶液的再生碳酸鉀溶液吸收二氧化碳后，溶液再生以使之循環(huán)使用。再生反