合成氨工藝指標(biāo)

合成氨工藝指標(biāo)第一篇：合成氨工藝指標(biāo)4.工藝控制指標(biāo)(1)脫硫工序鐵錳脫硫出口：S≤5ppm氧化鋅出口硫含量：≤0.1ppm加氫量：2~5%進(jìn)口溫度TIC-111：380±5℃氧化鋅出口溫度：≤360℃進(jìn)脫硫系統(tǒng)壓力：≤4.1MPa(2)轉(zhuǎn)化工序水碳比：3.2~3.5一段爐進(jìn)口壓力：≤3.82MPa對(duì)流段出口煙壓：-2000Pa爐膛負(fù)壓：-100Pa工藝空氣盤管溫度：≤615℃原料天然氣盤管NO.4：≤400℃燃料天然氣預(yù)熱盤管：≤200℃一段爐阻力：≤0.35MPa二段爐出口溫度：≤997℃二段爐出口甲烷：≤0.5%脫氧槽液位：80%以上中壓汽包液位：1/3～2/3鍋爐給水O2含量：≤0.007ppm(3)變換工序高變進(jìn)口溫度：TIC-157370±5℃高變出口CO：≤3%高變汽包蒸汽壓力：≤2.5MPa低變出口溫度：≤228℃(4)脫碳工序（碳酸鉀溶液）吸收嗒入氣溫度：81℃±5℃吸收塔進(jìn)貧液溫度：70℃±5℃再生氣溫度：＜40℃吸收塔壓差：＜45KPa一段爐出口甲烷：≤12.84%燃料氣壓力PI-811：≤0.35MPa排煙溫度：≤170℃混合氣盤管出口溫度：≤610℃過熱蒸汽盤管NO.3：≤360℃原料天然氣盤管NO.7：≤295℃一段爐出口溫度：≤801℃二段爐阻力：≤92KPa二段爐水夾套溫度：≤100℃中壓汽包蒸汽壓力：≤4.2MPa脫氧槽壓力：≤20KPa鍋爐給水PH值：8.8～9.3二段爐出口甲烷≤0.5%高變出口溫度：≤436℃高變汽包液位：1/3~2/3低變進(jìn)口溫度TIC-220：200±5℃低變出口CO：≤0.3%吸收塔出氣溫度：70℃±5℃吸收塔進(jìn)半貧液溫度：112℃±5℃再生塔出口貧液溫度：120℃±5℃再生塔壓差：＜20KPa再生塔出再生氣壓力：＜75KPa低變廢鍋蒸汽壓力：0.40~0.50MPa吸收塔出二氧化碳含量：≤0.1%再生氣純度：≥98.5%汽提塔出口水中電導(dǎo)率：≤10μs/cm吸收塔液位：1/2~2/3閃蒸槽液位：1/2~2/3低水分液位：1/3~2/3低變廢鍋液位：1/3~2/3凈水分液位：1/3~2/3鐵離子含量：＜100ppm汽提塔液位：1/2~2/3再生塔中部液位：1/3~2/3貧液流量：≤96t/h總堿度：25~30%半貧液再生度：1.35~1.45DEAV5+/V4+：≥0.5甲烷化工序甲烷化進(jìn)口溫度：310℃±5℃甲水分出口溫度：＜40℃甲水分液位：≤10%再生塔上部液位：≥30%再生塔下部液位：1/2~2/3半貧液流量：≤778t/h貧液再生度：1.15~1.25：2~3%總礬：0.7~1.0%(以KVO3)甲烷化床層溫度：≤350℃甲烷化出口CO+CO2：≤10ppm(5)第二篇：合成氨工藝合成氨工藝陳昶君化九三20090118921.合成氨生產(chǎn)工藝流程圖(1)煤為源頭工藝路線：以無(wú)煙煤為原料生成合成氨常見過程是:造氣->半水煤氣脫硫->壓縮機(jī)1，2工段->變換->變換氣脫硫->壓縮機(jī)3段->脫硫->壓縮機(jī)4，5工段->銅洗->壓縮機(jī)6段->氨合成->產(chǎn)品NH3造氣過程為以煤為原料，用間歇式固定層常壓氣化法，反應(yīng)方程為煤+氧氣→二氧化碳二氧化碳+煤→一氧化碳煤+水蒸氣→一氧化碳+氫氣(2)天然氣為源頭采用天然氣、焦化千氣力原料的合成氨生產(chǎn)工藝流程包括：脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及輸入氨庫(kù)和氨吸收八個(gè)工序(一)脫琉原料氣進(jìn)入后，首先進(jìn)入三段脫硫塔．第一、二段分別采用5—6％Na0H和10。12％Na0H堿洗，第三段采用水洗。在脫硫塔內(nèi)。氣體中大部分無(wú)機(jī)硫和部分有機(jī)硫被堿液吸收，濕法脫硫后的焦化干氣由壓縮機(jī)道往一段轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段，加熱至340—3500C后，進(jìn)人干法脫硫槽。干法脫硫劑通常采用氧化錳、氧化鋅或鈷—銅催化劑。經(jīng)干法脫硫后。焦化干氣中的總硫量要求低于3ppm．這里需要進(jìn)行痕量硫的測(cè)定。(二)轉(zhuǎn)化經(jīng)脫硫合格的焦化干氣返回對(duì)流五段與來(lái)自廢熱鍋爐的蒸汽混合，加熱至500．610％后，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐(簡(jiǎn)稱一段爐)，控制共水碳比為3．5．4．0。在催化劉作用下原料氣轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和二氧化碳。反應(yīng)所需的大量熱能由轉(zhuǎn)化爐兩倜均勻分布的無(wú)焰燃燒噴嘴供給，反應(yīng)溫度控制在760—7的℃；出口氣中殘余甲烷含量要求小于10％。一段滬出口氣與空氣壓縮機(jī)送來(lái)的空氣相混合，進(jìn)人二段轉(zhuǎn)化爐(簡(jiǎn)稱二段爐)內(nèi)燃燒，溫度達(dá)到900一950。C，在催化捌作用下，甲烷轉(zhuǎn)化成一氧化碳和二氧化碳；二段爐出口氣中殘余甲烷應(yīng)小于0．3％。同時(shí)獲取合成氣所需的氮?dú)猓⒖刂茪?、氮比?．8—3．1之問。在整個(gè)轉(zhuǎn)化過程要進(jìn)行原料氣的總碳分析和一、二段爐出口氣殘余甲烷的分析。(三)變換從二段爐出來(lái)的氣體，進(jìn)入消化廢熱鍋爐。利用熱能獲得蒸汽，同時(shí)使氣體溫度降至350—380℃，再進(jìn)入中溫變換爐(簡(jiǎn)稱中變爐)。在中變催化劑作用下，一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成氫和二氧化碳。一氧化碳含量要求降低到3．5％左右，個(gè)變爐出口氣體溫度達(dá)到400。C左右。經(jīng)過小變爐回收熱量產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)使氣體溫度降到180—200℃，然后進(jìn)入低溫變換爐(簡(jiǎn)稱低變爐)。在低變償化劑作用下，一氧化碳進(jìn)一步發(fā)生變換反應(yīng)，使一氧化碳減到0．3％以下，出口氣溫度達(dá)到200—220℃。此時(shí)氣體尚含有大量濕熱和潛熱。這部分熱量經(jīng)鍋爐給永加熱器和制冷再沸2R恢熱，使溫度降至40℃左右，送往脫碳系統(tǒng)。在變換過程中主要控制一氧化碳的含量。檢查變換效率。(四)脫碳由變換工序來(lái)的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)本非爾溶液或環(huán)丁洲一乙醇胺溶液吸收二氧化碳。出塔氣中二氧化碳含量要求小于0．1％。為了防止氣體中央帶脫碳液，讓共進(jìn)入洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進(jìn)入甲烷化換熱器。脫碳塔出來(lái)的富他經(jīng)換熱器后．減壓送至二氧化碳再生培，用蒸汽加熱再沸器，在溫度128℃下脫去二氧化碳。為了提高脫碳效率和凈化反，主要進(jìn)行脫碳液酌組分分析和服碳塔出u凈化氣中二氧化碳的分析。由再生塔頂出來(lái)的二氧化族，經(jīng)空冷器和永冷器，氣體溫度降至柏℃。再經(jīng)二氧化碳分離器除去冷凝水，送到尿素車間作原料。再生后的脫碳掖(貧液)，先進(jìn)溶液空冷器。冷卻至65℃左右，由溶液循環(huán)泵加壓。再經(jīng)溶液水冷器冷卻至40℃后。送人二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。(五)甲烷化由吸收塔出來(lái)的凈化氣，先經(jīng)甲烷化換熱器換熱，氣體溫度升高到320℃左右，再進(jìn)入學(xué)烷化加熱器，使氣體溫度提到350℃；然后進(jìn)入甲烷化爐，在催化劉的作用下一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)。生成甲烷。甲烷化后出口氣中一氧化碳和二氧化碳的總置應(yīng)小于10ppm。這里需要采用連續(xù)自動(dòng)痕員分析儀，進(jìn)行測(cè)量和控翻。(六)氨的合成經(jīng)壓縮后的氫氣與循環(huán)氣混合后進(jìn)人氨冷凝器上部與氨蒸發(fā)器出來(lái)的冷氣換熱。部分氨被冷凝。氣體進(jìn)入氨蒸發(fā)器后，被外層的液氨冷卻至-2℃左右，返回到冷凝塔的下部。經(jīng)液氨分離器冷交換后的氣體中含氨謄最終降剄3％以下。再進(jìn)人合成塔，經(jīng)主換熱器換熱后。再經(jīng)催化劑筐內(nèi)冷卻管換熱。使溫度升至400一450℃后，從中心管進(jìn)入催化劑后。氨的合成在高溫、高壓、催化劑作用下進(jìn)行，反應(yīng)式如下：3H一-Nf·2NHfrQ。反應(yīng)后的氣體含氨量在18．5％左右，溫度為480—530℃，由塔底進(jìn)入的冷氣進(jìn)行換熱。使氣體溫度降至375℃左右，再進(jìn)人中置鍋爐回收反應(yīng)熱量。氣體溫度下降到235‘c左右返回合成塔下部，氣體經(jīng)主換熱器內(nèi)冷卻至110—130℃。氣體出合成塔后，進(jìn)人u型管水冷器，冷卻至35℃左右，部分氨冷凝成液體，經(jīng)氨分離器分離出液氨后，氣體重新返回系統(tǒng)循環(huán)。在此需要分析循環(huán)氣，保證甲烷含量不大于15％，合成塔入口氨含量不大于3％。由冷疑塔氮分離器出來(lái)的液氨減壓后，送往液氨緩沖槽液氨經(jīng)計(jì)量表計(jì)量后送住氨庫(kù)．氣榴部分送往氨吸收。2.合成氨反應(yīng)器(1)催化劑熱力學(xué)計(jì)算表明，低溫、高壓對(duì)合成氨反應(yīng)是有利的，但無(wú)催化劑時(shí)．反應(yīng)的活化能很高，反應(yīng)幾乎不發(fā)生。當(dāng)采用鐵觸媒作催化劑時(shí)，由于改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)以顯著的速率進(jìn)行。鐵觸媒是由融熔的鐵的氧化物制成的，它含有鉀、鈣和鋁的氧化物作為穩(wěn)定劑與促進(jìn)劑，而且是以氧化態(tài)裝到合成塔中去的，在進(jìn)行氨的生產(chǎn)以前，鐵觸媒必須加以活化，把氧化鐵還原成基本上是純的元素鐵。鐵觸媒還原期間，合成氣是循環(huán)通過合成塔的，當(dāng)反應(yīng)已經(jīng)開始進(jìn)行時(shí)，非常重要的是循環(huán)氣要盡可能地加以冷卻(但設(shè)備中不能結(jié)冰的危險(xiǎn))，把氣體中的水份加以冷凝開除去以后再重新進(jìn)入合成塔，否則，水汽濃度高的氣體將進(jìn)入已經(jīng)還原了的觸媒床，水蒸汽會(huì)使已經(jīng)還原過的觸媒和活性降低或中毒，一旦合成氨的反應(yīng)開始進(jìn)行，生成的氨就會(huì)使冰點(diǎn)下降，這就可以在更低的溫度下把氣流中的水分除去。另外，溫度壓力都會(huì)影響催化劑活性，一些氧化物如CO等還可能引起催化劑中毒。(2)工藝條件：高壓法：操作壓力70~100MPa，溫度為550~650度；中壓法：操作壓力20~60MPa，溫度為450~550度；高壓法：操作壓力10MPa左右，溫度為400~450度。目前中壓法技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性較好，被廣泛采用。(3)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)合成氨反應(yīng)器是合成氨生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，作用是氫氮混和氣在塔內(nèi)催化劑層中合成為氨。由于反應(yīng)是在高溫高壓下進(jìn)行，因此要求反應(yīng)器不僅要有較高的機(jī)械強(qiáng)度，而且應(yīng)有高溫下抗蠕變和松弛的能力。同時(shí)在高溫、高壓下，氫、氮對(duì)碳鋼有明顯的腐蝕作用，使反應(yīng)器的工作條件更為復(fù)雜。為了適應(yīng)氨合成反應(yīng)條件，合理解決存在的矛盾，反應(yīng)器由內(nèi)件和外筒兩部分組成，內(nèi)件置于外筒之內(nèi)。進(jìn)入反應(yīng)器的氣體（溫度較低）先經(jīng)過內(nèi)件與外筒之間的環(huán)隙，內(nèi)件外面設(shè)有保溫層，以減少向外筒散熱。因而，外筒主要承受高壓（操作壓力與大氣壓之差），但不承受高溫，可用普通低合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳鋼制成。內(nèi)件在500℃左右高溫下操作，但只承受環(huán)系氣流與內(nèi)件氣流的壓差，一般只有1~2MPa，即內(nèi)件只承受高溫不承受高壓，從而降低對(duì)內(nèi)件材料和強(qiáng)度的要求。內(nèi)件一般用合金鋼制作，塔徑較小的內(nèi)件也可用純鐵制作。內(nèi)件由催化劑筐、熱交換器、電加熱器三個(gè)主要部分組成，大型氨合成反應(yīng)器的內(nèi)件一般不設(shè)電加熱器，而由塔外加熱爐供熱。3.參考文獻(xiàn)：孟巖《合成氨的生產(chǎn)方法以及工藝流程研究》第三篇：合成氨脫碳工藝合成氨脫碳工藝簡(jiǎn)介合成氨生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述合成氨是一個(gè)傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)，誕生于二十世紀(jì)初。就世界范圍來(lái)說(shuō)，氨是最基本的化工產(chǎn)品之一，其主要用于制造硝酸和化學(xué)肥料等。合成氨的生產(chǎn)過程一般包括三個(gè)主要步驟:（l）造氣，即制造含有氫和氮的合成氨原料氣，也稱合成氣；（2）凈化，對(duì)合成氣進(jìn)行凈化處理，以除去其中氫和氮之外的雜質(zhì)；（3）壓縮和合成，將凈化后的氫、氮混合氣體壓縮到高壓，并在催化劑和高溫條件下反應(yīng)合成為氨。其生產(chǎn)工藝流程包括：脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及輸人氨庫(kù)和氨吸收八個(gè)工序[1]。在合成氨生產(chǎn)過程中，脫除CO2是一個(gè)比較重要的工序之一，其能耗約占氨廠總能耗的10%左右。因此，脫除CO2，工藝的能耗高低，對(duì)氨廠總能耗的影響很大，國(guó)外一些較為先進(jìn)的合成氨工藝流程，均選用了低能耗脫碳工藝。我國(guó)合成氨工藝能耗較高，脫碳工藝技術(shù)也顯得比較落后，因此，結(jié)合具體情況，推廣應(yīng)用低能耗的脫除CO2工藝，非常有必要。1.1.4脫碳單元在合成氨工業(yè)中的作用在最終產(chǎn)品為尿素的合成氨中，脫碳單元處于承前啟后的關(guān)鍵位置，其作用既是凈化合成氣，又是回收高純度的尿素原料CO2。以滬天化1000t/d合成氨裝置脫碳單元為例，其需要將低變出口的CO2含量經(jīng)吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系統(tǒng)超溫并產(chǎn)生增加能耗的的合成惰氣，同時(shí)將吸收的CO2再生為99%純度的產(chǎn)品CO2。在此過程中吸收塔壓降還應(yīng)維持在合理范圍內(nèi)以降低合成氣壓縮機(jī)的功耗。系統(tǒng)的擴(kuò)能改造工程中，脫碳單元將為系統(tǒng)瓶頸，脫碳運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置的能力，必須同步進(jìn)行擴(kuò)能改造。但是不論用什么原料及方法造氣，經(jīng)變換后的合成氣中都含有大量的CO2，原料中烴的分子量越大，合成氣中CO2就越多。用天然氣（甲烷)為原料的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法所得的CO2量較少，合成氣中CO2濃度在15-20%，每噸氨副產(chǎn)CO2約1.0-1.6噸。這些CO2如果不在合成工序之前除凈，不僅耗費(fèi)氣體壓縮功，空占設(shè)備體積，而且對(duì)后續(xù)工序有害。此外，CO2還是重要的化工原料，如合成尿素就需以CO2為主要原料。因此合成氨生產(chǎn)中把脫除工藝氣中CO2的過程稱為“脫碳”，在合成氨尿素聯(lián)產(chǎn)的化肥裝置中，它兼有凈化氣體和回收純凈CO2的兩個(gè)目的。1.1.5脫碳方法概述由變換工序來(lái)的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學(xué)吸收法吸收二氧化碳。出塔氣中二氧化碳含量要求小于0.1%。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進(jìn)人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進(jìn)入甲烷化換熱器。脫碳塔出來(lái)的富液經(jīng)換熱器后，減壓送至二氧化碳再生塔，用蒸汽加熱再沸器，再脫去二氧化碳。由再生塔頂出來(lái)的CO2，經(jīng)空冷器和水冷器，氣體溫度降至40℃，再經(jīng)二氧化碳分離器除去冷凝水，送到尿素車間作原料。再生后的脫碳液（貧液），先進(jìn)溶液空冷器，冷卻至65℃左右，由溶液循環(huán)泵加壓，再經(jīng)溶液水冷器冷卻至40℃后，送入二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。1.2凈化工序中脫碳方法在合成氨的整個(gè)系統(tǒng)中，脫碳單元將為系統(tǒng)關(guān)鍵主項(xiàng)，脫碳工序運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置和尿素裝置的能力。CO2是一種酸性氣體，對(duì)合成氨合成氣中CO2的脫除，一般采用溶劑吸收的方法。根據(jù)CO2與溶劑結(jié)合的方式，脫除CO2的方法有化學(xué)吸收法、物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三大類。1.2.1化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法即利用CO2是酸性氣體的特點(diǎn)，采用含有化學(xué)活性物質(zhì)的溶液對(duì)合成氣進(jìn)行洗滌，CO2與之反應(yīng)生成介穩(wěn)化合物或者加合物，然后在減壓條件下通過加熱使生成物分解并釋放CO2，解吸后的溶液循環(huán)使用?；瘜W(xué)吸收法脫碳工藝中，有兩類溶劑占主導(dǎo)地位，即烷鏈醇胺和碳酸鉀?；瘜W(xué)吸收法常用于CO2分壓較低的原料氣處理。(l)烷鏈醇胺類的脫碳工藝有：①-乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA)法；②甲基二乙醇胺（methyldiethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDEA）法；③活化MDEA法（即aMDEA工藝）。（2）碳酸鉀溶液作吸收劑的脫碳工藝，即熱鉀堿脫碳工藝有：①無(wú)毒G-V法；②苯菲爾法；③催化熱鉀堿（Catacarb）法；④Flexsorb法[2]。1.2.1.1.1MEA法MEA法是一種比較老的脫碳方法。吸收過程中，MEA與CO2發(fā)生反應(yīng)生成碳酸化合物，經(jīng)過加熱即可將CO2分解出來(lái)。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)十分簡(jiǎn)單的裝置中，把合成氣中的CO2脫除到可以接受的程度。但它本身存在兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）CO2能與吸收反應(yīng)生成的碳酸化合物發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成酸式碳酸鹽，該鹽較穩(wěn)定，不易再生；（2）CO2能與MEA發(fā)生副反應(yīng)，生成腐蝕性較強(qiáng)的氨基甲酸醋，容易形成污垢。1.2.1.2甲基二乙醇胺MDEAMDEA法脫碳過程中，CO2與甲基二乙醇胺(MDEA，一種叔胺)生成的碳酸鹽穩(wěn)定性較差，分解溫度低，且無(wú)腐蝕性。相對(duì)其它工藝，MDEA法有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能耗和生產(chǎn)費(fèi)用低；（2）脫碳效率高，凈化氣中CO2含量可小于100ppm；（3）使用范圍廣，可用于大、中、小各型合成氨廠；（4）溶劑穩(wěn)定性好；（5）溶劑無(wú)毒、腐蝕性極??；（6）能同時(shí)脫硫。由于MDEA具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以不需要毒性防腐劑，設(shè)備管道允許采用廉價(jià)碳鋼材料，不需要鈍化過程，耗熱低，設(shè)備管道不需要伴熱盤管，能達(dá)到很好的節(jié)能效果[3]。在MDEA溶液中添加少量活化劑即為aMDEA法，活化劑為瞇哇、甲基咪哇等，濃度約為2-5%?；钚訫DEA工藝開發(fā)于20世紀(jì)60年代末，第一套活化MDEA脫碳工藝裝置是1971年在德國(guó)BAFS公司氨三廠投入使用在此后的幾年里，另有8套裝置采用了活化MDEA，這些裝置的成功使用，使得aMDEA工藝自1982年后備受歡迎。我國(guó)在大型裝置中使用MDEA脫碳工藝，烏魯木齊石化公司化肥廠屬于首例[4]。BAFS公司推出的aMDEA脫碳工藝，主要用于對(duì)原來(lái)MEA工藝的改造，近幾年我國(guó)一些研究單位正在對(duì)這方面進(jìn)行積極的研究。1.2.1.3低熱耗苯菲爾法相對(duì)上述脫除CO2的吸收劑溶液，碳酸鉀溶液更價(jià)廉易得，并具有低腐蝕，操作穩(wěn)定，吸收CO2能力較強(qiáng)等特性。但碳酸鉀溶液本身吸收CO2的速度緩慢，需要添加一些活化劑。其中如無(wú)毒G-V法工藝就是由意大利Giammaro-Vetrocoke公司所開發(fā)，最初使用的活化劑和緩蝕劑為As2O3，但對(duì)人體有毒。后來(lái)有人用氨基乙酸取代As2O3，消除了毒性，成為無(wú)毒G-V法。我國(guó)棲霞山化肥廠就采用了這種工藝。由美國(guó)聯(lián)碳公司開發(fā)的低熱耗苯菲爾法，用二乙醇胺(DEA)作活化劑，V2O5作為腐蝕防護(hù)劑。我國(guó)于20世紀(jì)90年代相繼以布朗工藝建了4套裝置，即錦西天然氣化工廠、建峰化肥廠、四川天華公司化肥廠和烏魯木齊石化總廠第二化肥廠，規(guī)模都是日產(chǎn)氨1000噸。低熱耗苯菲爾工藝是由美國(guó)聯(lián)碳公司在傳統(tǒng)苯菲爾工藝基礎(chǔ)上開發(fā)的，采用了節(jié)能新技術(shù)。國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)70年代引進(jìn)的13套大型化肥裝置中，有10套采用苯菲爾脫碳工藝。從1985年起，己有7套進(jìn)行了用低熱耗苯菲爾工藝改造。國(guó)內(nèi)新建的以天然氣為原料的大型合成氨裝置，脫碳系統(tǒng)也多采用低熱耗苯菲爾工藝，如錦天化廠、建峰廠、天華公司等。中海石油化學(xué)有限公司合成氨裝置脫碳系統(tǒng)采用改良型苯菲爾流程[5]。苯菲爾法可在高溫下運(yùn)行，再生熱低，添加的V2O5可防腐蝕，但該工藝需對(duì)設(shè)備進(jìn)行釩化處理，要求工人的操作水平較高，并且浪費(fèi)溶劑，能耗大，特別蒸汽用得多，有效氣體損失也大，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。1.2.2物理吸收法物理洗滌是CO2被溶劑吸收時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶劑減壓后釋放CO2(不必加熱)，解吸后的溶液循環(huán)使用。相對(duì)化學(xué)吸收法，物理洗滌法的最大優(yōu)點(diǎn)是能耗低，CO2不與溶劑形成化合物，減壓后絕大部分CO2被閃蒸出來(lái)，然后采用氣提或負(fù)壓實(shí)現(xiàn)溶劑的完全再生。這就使得工藝投資省、能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單。物理吸收法主要有Selxeol法、Elour法、變壓吸附法及低溫甲醇法等[6]。物理吸收法常用于高CO2分壓的原料氣處理。1.2.2.1NHD法NHD法被認(rèn)為是目前能耗最低的脫碳工藝之一，該法使用的溶劑為聚乙二醇二甲醚的混合物，其分子式為CH3-O-（CH2-CH2-O)n-CH2，式中n=2-8。NHD是兗礦魯南化肥廠與南京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司研究院、杭州化工研究所共同開發(fā)成功的一種物理吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的高效溶劑[7]。NHD氣體凈化技術(shù)改造系脫除酸性氣體的物理吸收新工藝，適合于合成氣、天然氣、城市煤氣等的脫硫脫碳。NHD具有對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕，對(duì)CO2、H2S等酸性氣體的吸收能力強(qiáng)、蒸汽壓低，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、不會(huì)起泡，無(wú)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，并且該法在NHD的再生過程中幾乎不需要能量，通常利用空分裝置富余的低壓氮?dú)庠跉馓崴M(jìn)行脫碳富液的氣提再生，其優(yōu)點(diǎn)是減少利用空氣氣提帶來(lái)系統(tǒng)內(nèi)NHD溶液含水量的富集，省去了空氣水冷、氣水分離及NHD脫水設(shè)備，節(jié)約了投資，簡(jiǎn)化了流程[8]。1.2.2.2碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，二氧化碳、硫化氫等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮?dú)庠谔妓岜ブ械娜芙舛却蟮枚鄟?lái)脫除二氧化碳和硫化氫而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是隨壓力升高和溫度的降低而增加的，CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來(lái)表達(dá)，因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來(lái)，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復(fù)吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。碳酸丙烯酯法具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)腐蝕、流程操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。該法CO2的回收率較高，能耗較低，但投資費(fèi)用較高。適用于吸收壓力較高、CO2凈化度不很高的流程，國(guó)內(nèi)主要是小型廠使用。用碳丙液作為溶劑來(lái)脫除合成氨變換氣中CO2工藝是一項(xiàng)比較適合我國(guó)國(guó)情的先進(jìn)技術(shù)，與水洗工藝比較，除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外，在現(xiàn)有的脫碳方法中，由于它能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物，加上再生無(wú)需熱能，能耗較低等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)外合成氨和制氫工業(yè)上已得到廣泛應(yīng)用。1.2.2.3變壓吸附法變壓吸附氣體分離凈化技術(shù)，簡(jiǎn)稱PSA（PressureSwingAdsorption）。變壓吸附法是近幾年才用于合成氣凈化的，它屬于干法，采用固體吸附劑在改變壓力的情況下，進(jìn)行（加壓）吸附CO2或（減壓）解吸。變壓吸附法分離氣體混合物的基本原理是利用某一種吸附劑能使混合氣體中各組份的吸附容量隨著壓力變化而產(chǎn)生差異的特性，選擇吸附和解吸再生兩個(gè)過程，組成交替切換的循環(huán)工藝，吸附和再生在相同溫度下進(jìn)行。可用此法改造小型氨廠，將低能耗，在大型氨廠使用顯得困難[9]。為了達(dá)到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個(gè)以上的吸附塔交替操作，其中必須有一個(gè)吸附塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟。在每次循環(huán)中，每個(gè)吸附塔依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最終升壓等工藝步驟。目前，此種類型的裝置在全國(guó)合成氨廠已廣泛采用。如四川什邡某氮肥廠為天然氣富氧造氣，變換氣脫碳采用我公司近年來(lái)開發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進(jìn)料，多次均壓，并實(shí)現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時(shí)對(duì)吸附劑、程控閥門、控制系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的配置都做了較大的改進(jìn)，從而使H2、N2有效氣體回收率大大提高，能耗進(jìn)一步降低，裝置投資也有所減少[10]。1.2.2.4低溫甲醇洗法低溫甲醇洗工藝（RectisolProcess）系由德國(guó)林德公司（Linde）和魯奇公司（Lurgi）開發(fā)，是利用甲醇溶劑對(duì)各種氣體溶解度的顯著差別，可同時(shí)或分段脫除H2S、CO2和各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高、選擇性好、溶液吸收能力強(qiáng)，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的氣體凈化工藝。自1954年Lurgi公司在南非Sasol建成世界上第一套工業(yè)規(guī)模的示范性裝置以來(lái)，目前有100余套裝置投入運(yùn)行，尤其是大型渣油氣化和煤氣化裝置的氣體凈化均采用低溫甲醇洗工藝。低溫甲醇(Rectisol)法具有一次性脫除CO2，溶液便宜易得，能耗低，適用范圍廣泛等特點(diǎn)。但該法投資很大，我國(guó)鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除CO2。1.2.3物理化學(xué)吸收法物理化學(xué)吸收法脫除CO2工藝主要有環(huán)丁砜(Sulfinol)法和常溫甲醇(Amisol)法，物理化學(xué)吸收法常用于中等CO2分壓的原料氣處理。環(huán)丁砜法中所使用的溶劑由是環(huán)丁礬、二異丙醇胺與水組成，能同時(shí)吸收CO2和硫的化合物，且吸收速度快，凈化度高，但再生耗熱多，目前只有一些中小型廠使用。常溫甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，當(dāng)CO2分壓升高時(shí)，以其在甲醇中溶解的物理吸收為主；當(dāng)CO2分壓較低時(shí)，以其與二乙醇胺發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)吸收為主，該法應(yīng)用范圍廣，凈化率高，但對(duì)H2S和CO2的選擇性較差，己很少使用。1.2.4固體吸附固體吸附是CO2在加壓時(shí)被吸附在多孔狀固體上，減壓時(shí)吸附的CO2被解吸，亦稱變壓吸附。1.3碳酸丙烯酯（PC）法脫碳工藝基本原理1.3.1PC法脫碳技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀PC為環(huán)狀有機(jī)碳酸酯類化合物，分子CH3CHOCO2CH2，該法在國(guó)外稱Fluor法。PC法是南化集團(tuán)研究院等單位于20世紀(jì)70年代開發(fā)的技術(shù)，1979年通過化工部鑒定。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，已有150余家工廠使用PC技術(shù)，現(xiàn)有裝置160余套，其中大型裝置兩套，其余為中小型裝置。大部分用于氨廠變換氣脫碳。總脫碳能力約300萬(wàn)噸合成氨/年，其中配尿素型應(yīng)用較多，占60%左右，至今該法仍是聯(lián)堿、尿素、磷銨等合成氨廠使用最廣的脫碳方法，其開工裝置數(shù)為MDEA、NHD法總和的數(shù)倍。1.3.2發(fā)展過程PC技術(shù)的應(yīng)用，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段始于70年代末，兩個(gè)小氮肥廠用PC法代替水洗法脫CO2的工業(yè)試驗(yàn)裝置獲得成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。加之PC法在工藝上與水洗法相似，改造費(fèi)用低，很快在一些小氮肥企業(yè)中推廣應(yīng)用；第二階段，20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場(chǎng)需要，采用脫碳增氨轉(zhuǎn)產(chǎn)尿素或聯(lián)醇等方法，以提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)小化肥的竟?fàn)幠芰?。為此，需要增設(shè)一套變換氣脫碳裝置，由于PC技術(shù)為典型的物理吸收過程，流程簡(jiǎn)單，投資少，節(jié)能明顯，技術(shù)易于掌握。因此，很快得到了推廣，并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。1.3.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)由于碳丙脫碳純屬物理過程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所須的電能。碳丙溶劑對(duì)CO2等酸性氣體的吸收能力較大，一般為同條件下水吸收能力的4倍。因此，代替水洗法脫除變換氣中CO2不但滿足銅洗要求，而且回收CO2的濃度和回收率也能滿足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。與水洗法相比可節(jié)省電耗150-250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費(fèi)10-25元/tNH3。因而應(yīng)用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。但這種效果隨著工藝配置、設(shè)備、操作狀況，處理規(guī)模和目的的不同而差異較大。碳丙脫碳與幾種脫碳方法的能耗比較如表1.1。表1.1幾種脫碳方法的能耗比較表方法名稱加壓水洗能耗2847苯菲爾法位阻胺法改良MEDA法1884NHD法1047-1256PC法12563558-54423349-41871.3.4工藝流程1.3.4.1氣體流程（1）原料氣流程由壓縮機(jī)三段送來(lái)2.3MPa的變換氣首先進(jìn)入水洗塔底部與水洗泵送來(lái)的水在塔內(nèi)逆流接觸，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到30℃以下，同時(shí)降低變換氣中飽和水蒸汽含量。氣體自水洗塔塔頂出來(lái)進(jìn)入分離器，自分離器出來(lái)的氣體進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來(lái)的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標(biāo)內(nèi)。凈化氣由吸收塔頂部出來(lái)進(jìn)入凈化氣洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸，將凈化氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來(lái)，凈化氣由塔頂出來(lái)后進(jìn)入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進(jìn)一步分離，凈化氣由分離器頂部出來(lái)回壓縮機(jī)四段入口總管。根據(jù)各廠的具體情況和氨加工產(chǎn)品的不同，相匹配的碳丙脫碳條件及要求亦各異。在使用上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類型；在凈化效率上，有的對(duì)CO2進(jìn)行粗脫，而大部分廠家，則進(jìn)行精脫；對(duì)脫碳?jí)毫?，有采?.4MPa、1.1-1.3Mpa、1.6-1.8Mpa、2.5-2.8Mpa及4.3Mpa等多種類型。（2）解吸氣體回收流程由閃蒸槽解吸出來(lái)的閃蒸氣進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔，自下而上與自上而下的稀液逆流接觸，將閃蒸氣夾帶的液滴回收下來(lái)。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來(lái)后進(jìn)入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進(jìn)一步分離下來(lái)，閃蒸氣自分離器頂部出來(lái)送碳化，脫除二氧化碳并副產(chǎn)碳酸氫銨后，閃蒸氣回壓縮機(jī)一段入口總管。由常解塔解吸出來(lái)的常解氣進(jìn)入常解-汽提氣洗滌塔的常解氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與飽和于常解氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來(lái)，常解氣自常解氣洗滌段出來(lái)后進(jìn)入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進(jìn)一步分離，常解氣自分離器頂部出來(lái)送食品二氧化碳工段。汽提氣由汽提塔出來(lái)后進(jìn)入常解-汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來(lái)，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。1.3.4.2液體流程（1）碳酸丙烯酯脫碳流程簡(jiǎn)述貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來(lái)，由塔底排出稱為富液。富液經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入溶液泵-渦輪機(jī)組的渦輪，減壓后進(jìn)入閃蒸槽，自閃蒸槽出來(lái)的碳酸丙烯酯液一部分進(jìn)入過濾器，大部分不經(jīng)過過濾器，二者混合過后進(jìn)入常解-汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來(lái)經(jīng)過兩液封槽進(jìn)入汽提塔頂部，與自下而上的空氣逆流接觸，將碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳進(jìn)一步汽提出來(lái)，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，貧液由汽提塔出來(lái)進(jìn)入循環(huán)槽，再由循環(huán)槽進(jìn)入溶液泵-渦輪機(jī)組的溶液泵，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進(jìn)入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個(gè)解吸過程。（2）稀液流程循環(huán)稀液（或軟水）由常解-汽提氣洗滌塔的常解段出來(lái)，經(jīng)稀液泵加壓后送往凈化氣洗滌塔上部自上而下。由塔底出來(lái)經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來(lái)經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入常解-汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來(lái)經(jīng)一U型液封管進(jìn)入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。1.3.5存在的問題及解決的辦法綜合分析PC法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問題有：（1）溶劑損耗高。造成這一問題原因有三個(gè)因素：a.PC溶劑蒸汽壓高；b.PC氣相回收系統(tǒng)不完善；c.操作管理水平的影響。（2）凈化氣中CO2含量容易跑高，噸氨電耗高。凈化氣中CO2含量高，原因是多方面的如再生效果不好，系統(tǒng)殘?zhí)几呋蚶鋮s不好等等。目前，碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個(gè)新的階段，工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進(jìn)展有以下幾個(gè)方面。1.3.6PC法脫碳技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1.3.6.1塔器優(yōu)化塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術(shù)改造，改造后往往可提高20%-50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進(jìn)行:一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強(qiáng)化氣液接觸效率，加大潤(rùn)濕面積。具體辦法是設(shè)稅全截面均勻分布的氣體和液體分布器，部分或全部采用規(guī)整填料；二是再生塔的改造。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中再生塔常解段均為淋降式，當(dāng)系統(tǒng)硫含量高時(shí)，受逆流及淋降板開孔直徑的限制，易造成溶液中的單質(zhì)硫積累結(jié)垢，漸漸堵塞淋降板上的開孔，使其失效故往往生產(chǎn)2年后再生效果會(huì)明顯不如以前。由此可見，必須對(duì)這種結(jié)構(gòu)徹底改造。具體辦法是將常解段改為篩板或填料塔型，并增設(shè)類似塔型的真空解析段。改造工作除了塔器以外，還進(jìn)行了系統(tǒng)工藝優(yōu)化，具體內(nèi)容有：（1）調(diào)整溶劑泵的揚(yáng)程，串聯(lián)1臺(tái)增壓泵；（2）氣提流程由原正壓氣提改為負(fù)壓氣提，有利于提高貧度；（3）降低變換氣和循環(huán)溶劑的溫度，以提高碳丙吸收能力；（4）采取碳丙溶劑半過濾或全過濾方法，杜絕系統(tǒng)堵塞隱患；（5）提高變換氣脫硫效果；（6）碳丙稀液回收改造[11]。1.3.6.2復(fù)合溶劑法用兩種或兩種以上的物理、化學(xué)或物理化學(xué)溶劑作為復(fù)合溶劑凈化酸性氣體的研究，多年來(lái)一直方興未艾。復(fù)合溶劑法的優(yōu)點(diǎn)從選擇性和吸收能力分析，特別是高分壓下，選擇合適的復(fù)合溶劑，優(yōu)于純?nèi)軇?，顯著地提高了溶劑的吸收能力；另一方面明顯地降低了能耗。除此以外，復(fù)合溶劑為了達(dá)到操作特性要求所作的混合過程，還具有其它方面的靈活性，即復(fù)合溶劑的組成。而且，復(fù)合溶劑可以優(yōu)化配方用最低的費(fèi)用達(dá)到所須的分離要求（見表1.2）。表1.2兩種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（以噸氨計(jì)）項(xiàng)目CO2凈化度（%）溶劑損耗（Kg）電耗（KWh）操作成本（元）PC法0.81.514585復(fù)合溶劑法0.50.75100601.3.6.3低溫PC法實(shí)踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）氣體凈化度高；（2）降低溶劑循環(huán)量；（3）降低溶劑損耗。為了在較低操作壓力下獲得需要的氣體凈化度、降低溶劑循環(huán)量、節(jié)省動(dòng)力消耗、降低溶劑蒸發(fā)損失，吸收操作可在低于常溫條件下進(jìn)行，即低溫碳酸丙烯酯脫碳技術(shù)。CO2在溶劑中的溶解度可用下式表示：lgx*=lgp+B/T+C+lgζ式中：x*——CO2在含水溶劑中的飽和溶解度，摩爾分?jǐn)?shù)；p——?dú)庀郈O2分壓，1.01×105Pa；B、C——常數(shù)，B=686.1，C=-4.245；ζ——溶劑含水量的修正系數(shù)，當(dāng)含水量為2%時(shí)，ζ=0.9，lgζ=-0.046；T———吸收溫度，K。1.4工藝設(shè)計(jì)的意義和目的隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國(guó)際經(jīng)濟(jì)的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性急需要提高，來(lái)降低成本，抵御風(fēng)險(xiǎn)。就碳酸丙烯酯法脫碳工藝進(jìn)行深入研究，以達(dá)到成本最低化，資源有效化。因此，在國(guó)際經(jīng)濟(jì)與國(guó)家政策的前提下，將合成氨的風(fēng)險(xiǎn)和利潤(rùn)投入到中間工序脫碳工段，對(duì)陷入困境的化工行業(yè)是一個(gè)很好的出路，對(duì)內(nèi)外交困的合成氨行業(yè)來(lái)說(shuō)，可以避免風(fēng)險(xiǎn)，降低成本。此工藝能有效縮短流程，降低能源消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品附加值的同時(shí)也填補(bǔ)了脫碳工藝的國(guó)內(nèi)空白，并且為合成氨領(lǐng)域的進(jìn)步積累了難得經(jīng)驗(yàn)。第四篇：合成氨工藝簡(jiǎn)介合成氨工藝控制方案總結(jié)一合成氨工藝簡(jiǎn)介中小型氮肥廠是以煤為主要原料，采用固定層間歇?dú)饣ㄖ圃旌铣砂痹蠚?。從原料氣的制備、凈化到氨的合成，?jīng)過造氣、脫硫、變換、碳化、壓縮、精煉、合成等工段。工藝流程簡(jiǎn)圖如下所示：該裝置主要的控制回路有：（1）洗滌塔液位；（2）洗滌氣流量；（3）合成塔觸媒溫度；（4）中置鍋爐液位；（5）中置鍋爐壓力；（6）冷凝塔液位；（7）分離器液位；（8）蒸發(fā)器液位。其中觸媒溫度控制可采用全系數(shù)法自適應(yīng)控制，其他回路采用PID控制。二主要控制方案（一）造氣工段控制工藝簡(jiǎn)介：固定床間歇?dú)饣ㄉa(chǎn)水煤氣過程是以無(wú)煙煤為原料，周期循環(huán)操作，在每一循環(huán)時(shí)間里具體分為五個(gè)階段；(1)吹風(fēng)階段約37s；(2)上吹階段約39s；(3)下吹階段約56s；(4)二上吹階段約12s；(5)吹凈階段約6s.l、吹風(fēng)階段此階段是為了提高爐溫為制氣作準(zhǔn)備的。這一階段時(shí)間的長(zhǎng)短決定爐溫的高低，時(shí)間過長(zhǎng)，爐溫過高；時(shí)間過短，爐溫偏低并且都影響發(fā)氣量，爐溫主要由這一階段控制。般工藝要求此階段的操作時(shí)間約為整個(gè)循環(huán)周期的18％左右。2、上吹加氮制氣階段在此階段是將水蒸汽和空氣同時(shí)加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮?dú)夂?，是調(diào)節(jié)H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時(shí)間最多不超過整個(gè)循環(huán)周期的26％。3、上吹制氣階段該階段與上吹加氯制氣總時(shí)間為整個(gè)循環(huán)的32％，隨著上吹制氣的進(jìn)行下部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量，在此階段蒸汽的流量最好能得以控制。4、下吹制氣階段為了充分地利用爐頂部高溫、提高發(fā)氣量，下吹制氣也是很重要的一個(gè)階段。這段時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)的40％左右。5、二次上吹階段為了確保生產(chǎn)安全，造氣爐再度進(jìn)行吹風(fēng)升溫之前，須把下吹制氣時(shí)留在爐底及下部管道中的半水煤氣吹凈以防不測(cè)，故進(jìn)行第二次上映。這段時(shí)間約占7％左右。6、吹凈階段這段時(shí)間主要是回收上行煤氣管線及設(shè)備內(nèi)的半水煤氣。約占整個(gè)循環(huán)的3％。該階段是由吹風(fēng)管路送風(fēng)，該段時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響H2/N2.該控制系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的時(shí)變、間歇、非線性、大滯后控制系統(tǒng)。故將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為串級(jí)控制。造氣爐的工作方式分為開車、停車、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺(tái)造氣爐需要控制15個(gè)電磁閥，為了防止多臺(tái)爐同時(shí)進(jìn)入吹風(fēng)階段而引起爭(zhēng)風(fēng)搶汽觀象，各臺(tái)爐之間必須進(jìn)行吹風(fēng)排隊(duì)順序控制。控制方案：1、造氣工段H2/N2控制方案造氣工段是通過加減氮操作來(lái)進(jìn)行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過調(diào)節(jié)上下吹加氮時(shí)間和吹風(fēng)回收時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉(zhuǎn)化為上下吹加氮時(shí)間或吹風(fēng)回收時(shí)間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調(diào)節(jié)吹風(fēng)回收時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。在合成氨生產(chǎn)過程中，影響氫氮比的主要干擾來(lái)源是造氣、脫硫兩個(gè)環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對(duì)脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采樣頻率，這是控制的內(nèi)環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳、精煉及合成組成一個(gè)廣義外環(huán)，采用預(yù)測(cè)控制進(jìn)行控制，這是控制的外環(huán)?？蛇x作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補(bǔ)充氫和循環(huán)氫，這四個(gè)氫值之間的波動(dòng)有一個(gè)時(shí)間差，脫硫氫到變換氫大約有5min，變換氫到補(bǔ)充氫大約有15min,再由補(bǔ)充氫到循環(huán)氫又有20min，而且補(bǔ)充氫與循環(huán)氫之間存在積分關(guān)系，補(bǔ)充氫中氫氮比的微小變化就會(huì)造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補(bǔ)充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產(chǎn)過程最終階段的信號(hào)，所以采用循環(huán)氫作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，并選擇脫硫氫作為副調(diào)參數(shù)，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。2、H2/N2調(diào)節(jié)方法采用改變加氮空氣量的方法調(diào)節(jié)H2/N2，在上吹和下吹階段設(shè)置用／否加氮軟手動(dòng)開關(guān)決定是否啟用加氮空氣，同時(shí)采用上／下加氮調(diào)節(jié)閥來(lái)改變加氮空氣量，其次可以通過調(diào)整吹凈時(shí)間的方法來(lái)調(diào)整H2／N2，同時(shí)還采用打吹凈軟開關(guān)確定在吹風(fēng)階段是否提前關(guān)閉煙囪閥，以輔助調(diào)節(jié)H2/N2.（三）CO變換工段控制工藝簡(jiǎn)介：工藝流程圖如下：中溫變換護(hù)的正常操作應(yīng)該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時(shí)用最低的蒸汽消耗實(shí)現(xiàn)最高的CO變換率。影響中變爐催化劑床層溫度變化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的溫度、進(jìn)入催化劑前反應(yīng)氣體的溫度、反應(yīng)氣體的組成以及生產(chǎn)負(fù)荷等。該工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護(hù)蒸汽流量定值控制，入中變滬中段蒸汽流量定值控制，中變爐下段溫度控制等。（1）中變爐人口溫度定值控制系統(tǒng)該系統(tǒng)是通過控制中變爐的入口溫度來(lái)穩(wěn)定上段催化劑的溫度。選中變爐人口氣體的溫度作為被控變量，操作變量為中溫?fù)Q熱器的半水煤氣副線流量。其主要干擾因素有：半水煤氣流量，半水煤氣溫度，蒸汽流量，蒸汽溫度，變換氣溫度等。在這個(gè)系統(tǒng)中，中變爐人口溫度是根據(jù)生產(chǎn)要求由人工設(shè)定，當(dāng)受到干擾使該溫度偏離沒定值時(shí)，通過改變中溫?fù)Q熱器副線流量來(lái)維持其入口溫度的穩(wěn)定。（2）入爐蒸汽流量定值控制控制流程圖如下：被控變量和操作變量均為與煤氣混合的蒸汽流量。其主要干擾因素是蒸汽的溫度和蒸汽管網(wǎng)的壓力。求由人工設(shè)定，通過改變蒸汽流量調(diào)節(jié)閥的開度來(lái)維持蒸汽流量的穩(wěn)定。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷變動(dòng)或其它干擾因索引起中變爐上段催化劑溫度發(fā)生變化而需要改變?nèi)霠t的蒸汽量時(shí)，只能通過人工調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)，可見該系統(tǒng)不能自動(dòng)跟蹤生產(chǎn)負(fù)荷，亦不能按照上段催化劑溫度的變化來(lái)自動(dòng)控制所需的蒸汽量。（3）中變爐中段蒸汽流量定值控制（六）氨合成工段控制在合成氨生產(chǎn)中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮?dú)獾谋壤枪に嚿弦粋€(gè)極為重要的控制指標(biāo)。氫氯比合格率對(duì)于全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產(chǎn)量和降低原料及能源消耗起著重要作用，氫氮比的過高或過低，都會(huì)直接影響合成效率，導(dǎo)致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產(chǎn)量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對(duì)象是一個(gè)純滯后和容積滯后大，無(wú)自衡能力和時(shí)變的工藝過程，所以氫氮比控制是氨合成工段的主要控制對(duì)象。方案一：采用變比控制方案，對(duì)負(fù)荷變化和加氮空氣量進(jìn)行預(yù)測(cè)控制其工作框圖如下：原料氣中各有效成分分析合成總的含H2量作為主物料信號(hào)，乘上一個(gè)比值系數(shù)K,就作為空氣調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥以得到所需要的與總含H2成比例的N2量。如果由于某種因素使H2/N2比值偏離給定值，就通過調(diào)節(jié)器GC輸出信號(hào)修正比值系數(shù)K,使H2/N2比回到給定值上來(lái)。對(duì)于空氣流量的干擾，設(shè)置一個(gè)副環(huán)，構(gòu)成串級(jí)控制，對(duì)空氣的測(cè)量，采用壓力和溫度的補(bǔ)償。方案2預(yù)測(cè)加PID控制方案上述方案由兩個(gè)回路組成：內(nèi)回路是由造氣到脫磕和可調(diào)控制器組成的線性反饋回路；外回路由變換到精煉和通推參數(shù)估計(jì)器及校正器組成。方案3預(yù)測(cè)＋PID串級(jí)控制方案氫氮比通過改變二段爐的空氣量來(lái)調(diào)節(jié)，針對(duì)被控對(duì)象的特點(diǎn)，本文采用多步MAC預(yù)測(cè)控制算法、PID算法及前饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制規(guī)律構(gòu)成氫氮比前饋中級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖如下所示：由于負(fù)荷（原料氣流量）變化是系統(tǒng)可測(cè)不可控的干擾，為此，采用前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以便及時(shí)克服負(fù)荷波動(dòng)的干擾。由于空氣流量波動(dòng)大，必須采用閉環(huán)控制，空氣流量調(diào)節(jié)回路采用YS－80單回路調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)滯后時(shí)間長(zhǎng)，為了能及時(shí)克服轉(zhuǎn)化、變化工段的干擾，引入變換氫副調(diào)回路，此回路純滯后時(shí)間短，可采用PID調(diào)節(jié)；主被控對(duì)象氫氮比系統(tǒng)純滯后時(shí)間長(zhǎng)，慣性大，干擾多，因此主控器采用MAC預(yù)測(cè)控制（八）精餾塔控制方案工藝簡(jiǎn)介：合成氨廠氨精餾塔是氨回收單元，以水為溶劑，吸收氨合成回路的放空氣和液氨貯槽放空氣中的氨，然后利用外部供熱使氨水溶液解吸，水作為吸收劑循環(huán)使用。其工藝流程圖如下：由于本精餾工段受多種干擾因素如進(jìn)料量、進(jìn)料溫度、冷凝器冷卻水溫度、環(huán)境溫度變化等的影響，而且難以直接測(cè)量產(chǎn)品濃度作為被調(diào)參數(shù)，故選用間接參數(shù)溫度、壓力作為被調(diào)參數(shù)?？刂品桨福?．壓力控制針對(duì)壓力設(shè)置了一套壓力分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由PRC-10001檢測(cè)塔內(nèi)壓力，分別控制塔頂排出的情氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調(diào)節(jié)過程為：當(dāng)PRC-10001測(cè)量值增加時(shí)，其輸出值若在100%~50%內(nèi)，則情氣閥PV—10001A全關(guān)(F.C)，冷卻水閥PV-10001B(F．0)逐漸開大，直至全開，以充分冷凝氣體中的氨；若輸出值小于50％，則PV—10001B全開，PV—1000lA逐漸開大，從而使塔內(nèi)壓力降低，反之亦然。以此達(dá)到塔內(nèi)壓力恒定。2、溫度控制由于成品氨的質(zhì)量與溫度有直接關(guān)系，液氨流量直接影響著溫度，為保證精餾塔溫度，設(shè)置一套以惰餾塔溫度TICAH—10004和液氨流量FIC—10006組成的串級(jí)系統(tǒng)。其中流星為副參數(shù)，克服影響氨水流量波動(dòng)的各種擾動(dòng)因素；以溫度為主參數(shù)，保證精餾塔溫度，其工藝控制流程圖如下：首先，手動(dòng)調(diào)整F—10006輸出值，使得T—10004滿足工藝要求。然后，調(diào)整T—10004的給定值等于測(cè)量值，調(diào)整F—10006的設(shè)定值等于測(cè)量值。在此過程中，要保證T—10004輸出值等于F—10006，設(shè)定值。隨后將由手動(dòng)投入自動(dòng)，等穩(wěn)定后投入串級(jí)。系統(tǒng)穩(wěn)定后將T—10004由手動(dòng)投入自動(dòng)。至此，完成了串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投運(yùn)。在投運(yùn)過程中，一定要注意T—10004輸出值等于F—10006設(shè)定值，投運(yùn)之前，主、副回路均應(yīng)置于手動(dòng)狀態(tài)。第五篇：合成氨脫硫工藝合成氨脫硫工藝比較及發(fā)展趨勢(shì)前言本論文以“合成氨脫硫工段工藝及發(fā)展方向”為題展開敘述。對(duì)合成氨和脫硫工藝的發(fā)展概況進(jìn)行了概述。著重詳細(xì)介紹了脫硫工段的工藝流程、工藝條件、生產(chǎn)原理、技術(shù)指標(biāo)等內(nèi)容。編寫本設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實(shí)際、簡(jiǎn)明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本書在編寫過程中得到河北化工醫(yī)藥孫娜老師的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。由于編者自身的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平的有限，書中錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。目錄第一章總論概述第二章脫硫方法分類及其基本原理1、脫硫方法的分類2、干法脫硫3、濕法脫硫4、PDS法5、其他脫硫方法第三章脫硫工藝的發(fā)展第四章安全操作及注意事項(xiàng)第五章三廢治理及利用第一章脫硫方法分類及其基本原理第一節(jié)總論概述氨是重要的化工產(chǎn)品之一，用途很廣。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮復(fù)合肥料。液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨產(chǎn)量的85%—90%用于生產(chǎn)各種氮肥。因此，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。合成氨工業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)的作用實(shí)質(zhì)是將空氣中游離氮轉(zhuǎn)化為能被植物吸收利用的化合態(tài)氮，這一過程稱為固定氮。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等工業(yè)。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料。生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。合成氨的工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了高壓、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、低溫等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)尿素的甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。所以合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門。在合成氨工業(yè)中，脫硫倍受重視。合成氨所需的原料氣，無(wú)論是天然氣、油田氣還是焦?fàn)t氣、半水煤氣都含有硫化物，這些硫化物主要是硫化氫（H2S）、二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。其中硫化氫屬于無(wú)機(jī)化合物，常稱為“無(wú)機(jī)硫”。天然氣中硫經(jīng)物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）一般在0.5—15g/m3的范圍內(nèi)，有機(jī)硫以硫醇為主，在氣田經(jīng)過粗脫磙處理后的天然氣，硫化物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）20—100mg/在m3左右。合成氨在生產(chǎn)原料氣中硫化物雖含量不高，但對(duì)生產(chǎn)的危害極大。①腐蝕設(shè)備、管道。含有H2S的原料氣，在水分存在時(shí)，就形成硫氫酸（HSH），腐蝕金屬設(shè)備。其腐蝕程度隨原料氣中H2S的含量增高而加劇。②使催化劑中毒、失活。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過一定指標(biāo)時(shí)，硫化物與催化劑活性中心結(jié)合，就能使以金屬原子或金屬氧化物為活性中心的催化劑中毒、失活。包括轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、合成氨催化劑等。脫硫的任務(wù)是除去原料氣中的各種硫化物，同時(shí)硫是一種重要的資源，應(yīng)加以回收和利用。因此，無(wú)論原料來(lái)源如何，合成氨原料必須首先脫硫。第二節(jié)脫硫方法干法脫硫干法脫硫系指采用固體吸收劑或吸附劑以脫除硫化氫或有機(jī)硫。常見的干法脫硫有：氧化鐵法、活性炭法、鈷-鉬加氫和氧化鋅法等。由于固體脫硫劑硫容量（單位質(zhì)量脫硫劑所能脫除硫的最大數(shù)量）有限，一般適用于脫低硫且反應(yīng)器體積較龐大。如果原料氣中