2022年化工合成氨工艺原理及流程分析(共32张PPT)课件.pptx
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1、2022-8-8合成氨流程简介-32130万吨仿真合成氨工艺原理流程简介2010.102022-8-8合成氨流程简介-322本模型是以德国伍德公司生产工艺,以天然气为原料的日产合成氨本模型是以德国伍德公司生产工艺,以天然气为原料的日产合成氨1000吨(年产吨(年产30万吨)缩微仿真模型。整个装置主要包括万吨)缩微仿真模型。整个装置主要包括p(1)天然气脱硫与压缩;)天然气脱硫与压缩;p(2)工艺空气压缩;)工艺空气压缩;p(3)天然气蒸汽转化;)天然气蒸汽转化;p(4)CO变换;变换;p(5)CO2脱除;脱除;p(6)甲烷化;)甲烷化;p(7)合成气压缩;)合成气压缩;p(8)氨合成;)氨合成
2、;p(9)冷冻;)冷冻;p(10)氨回收;)氨回收;p(11)氢回收)氢回收2022-8-8合成氨流程简介-3232022-8-8合成氨流程简介-324一、原料气压缩和脱硫一、原料气压缩和脱硫p原料天然气进入压缩机,经四段压缩至原料天然气进入压缩机,经四段压缩至51105Pa,温度加热至,温度加热至390,进入钴,进入钴-钼加氢反应器中反应,将有机硫转化为无机硫,然后入氧钼加氢反应器中反应,将有机硫转化为无机硫,然后入氧化锌脱硫槽将硫脱除,控制硫含量小于化锌脱硫槽将硫脱除,控制硫含量小于0.1ppm。2022-8-8合成氨流程简介-325二、转化二、转化p经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一
3、段、二段蒸汽经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、二段蒸汽转化,转化气温度在转化,转化气温度在983左右,残余左右,残余CH4在在0.9以下入废以下入废热锅炉回收工艺气热量。热锅炉回收工艺气热量。加氢转化不能达到直接脱硫的目的,但经转化后就大大的利于硫的脱除。反应具有如下几个特点:氨吸收塔底部流出的氨水,经加热后入汽提塔,从汽提塔顶蒸出的气氨在冷凝器中冷凝为液氨。在实际生产中,转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。甲烷化后的工艺气进入合成气压缩机低压缸、高压缸压缩到101105Pa,冷却到40后入第一氨冷器冷却至5,与一氨冷出口的循环气在管路中汇合,进入二氨冷降温到-10,此时大部分气氨被
4、冷凝。即在氢气和氮气反应生成氨的同时,氨也分解成氢气和氮气。每反应1CO2,温升60左右。同时,在合成塔出口设置了合成废锅,利用合成氨余热产生125105 Pa的高压蒸汽,能量回收更为充分。在催化剂作用下将CO、CO2 加氢反应生成对合成触媒无害的甲烷。这样即能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳,同时又可制得合成需要的原料氢。经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、二段蒸汽转化,转化气温度在983左右,残余CH4在0.6105Pa,100,经水冷器冷却至40后,气氨液化为液氨入氨收集器,再入氨闪蒸槽、产品氨加热器与来自闪蒸槽的冷氨进行交换使之冷却过冷至13,重新作为冷冻剂送往第一、二氨冷装置,
5、构成冷冻循环回路。脱碳溶液中 K2CO3在低温、加压的条件下吸收了CO2生成KHCO3,KHCO3又在加热、减压的条件下放出CO2,重新变成K2CO3。2022-8-8合成氨流程简介-326三、变换三、变换p工艺气温度降为工艺气温度降为370370左右左右进入进入铁铬系铁铬系催化剂的高温催化剂的高温变换炉顶变换炉顶部,从底部流出部,从底部流出高变气温度降为高变气温度降为204再入再入低温变换炉。低温变换在低温变换炉。低温变换在铜铜锌系锌系催化剂中进行反应,催化剂中进行反应,CO含量降到含量降到0.36。2022-8-8合成氨流程简介-327四、脱碳四、脱碳n低变气低变气经冷却进入吸收塔下部,经
6、吸收气体中经冷却进入吸收塔下部,经吸收气体中CO2含量降到含量降到0.4,再经上塔吸收,从塔顶逸,再经上塔吸收,从塔顶逸出的脱碳后的出的脱碳后的CO2含量含量0.1工艺气去工艺气去甲烷化甲烷化工序。工序。n吸收塔底流出吸收塔底流出富液富液,经水力透平做功后送至再,经水力透平做功后送至再生塔顶部,溶液减压闪蒸出水蒸汽和生塔顶部,溶液减压闪蒸出水蒸汽和CO2,然,然后向下流经再生塔四层填料。后向下流经再生塔四层填料。n再生溶液(再生溶液(贫液贫液)从再生塔底部流出,经)从再生塔底部流出,经溶液泵升压后分两路(顶部和中部)送入溶液泵升压后分两路(顶部和中部)送入吸收塔。吸收塔。2022-8-8合成氨
7、流程简介-328五、甲烷化五、甲烷化p来自吸收塔顶的脱碳气,进来自吸收塔顶的脱碳气,进入甲烷化炉反应,从炉底流入甲烷化炉反应,从炉底流出进入热交换器冷却,甲烷出进入热交换器冷却,甲烷化气中(化气中(CO+CO2)小于)小于10ppm。2022-8-8合成氨流程简介-329六、合成气的压缩六、合成气的压缩l甲烷化后的甲烷化后的工艺气工艺气进入合成气压缩机低进入合成气压缩机低压缸、高压缸压缩到压缸、高压缸压缩到101105Pa,冷却到,冷却到40后入第一氨冷器冷却至后入第一氨冷器冷却至5,与,与一氨冷一氨冷出口的循环气在管路中汇合,进入出口的循环气在管路中汇合,进入二二氨冷氨冷降温到降温到-10,
8、此时大部分气氨被,此时大部分气氨被冷冷凝凝。l出循环段的气体经热交换器升温后进入合成出循环段的气体经热交换器升温后进入合成塔。塔。2022-8-8合成氨流程简介-3210七、氨的合成七、氨的合成p压力压力104105Pa、温度、温度239、氨含量、氨含量4.12的循环气,流经合成塔在的循环气,流经合成塔在铁催化剂铁催化剂上进行合上进行合成反应。成反应。p出塔气的压力为出塔气的压力为100105Pa,414,氨含量,氨含量16.3入废热锅炉回收热量,部分气氨在换热器内冷入废热锅炉回收热量,部分气氨在换热器内冷凝为液氨,然后合成气再进入凝为液氨,然后合成气再进入一氨冷一氨冷,然后与,然后与新鲜气汇
9、合成为循环气,形成合成循环回新鲜气汇合成为循环气,形成合成循环回路。路。2022-8-8合成氨流程简介-3211八、冷冻八、冷冻n来自一氨冷、二氨冷及气体冷却器的气氨分别进入冰机,经来自一氨冷、二氨冷及气体冷却器的气氨分别进入冰机,经压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合,进入二段压缩至压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合,进入二段压缩至15.6105Pa,100,经水冷器冷却至,经水冷器冷却至40后,气氨液化后,气氨液化为液氨入氨收集器,再入氨闪蒸槽、产品氨加热器与来为液氨入氨收集器,再入氨闪蒸槽、产品氨加热器与来自闪蒸槽的冷氨进行交换使之冷却过冷至自闪蒸槽的冷氨进行交换使之冷却过冷至13,重新作,重
10、新作为冷冻剂送往第一、二氨冷装置,构成冷冻循环回路。为冷冻剂送往第一、二氨冷装置,构成冷冻循环回路。2022-8-8合成氨流程简介-3212九、氨回收九、氨回收n合成驰放气入吸收塔底部,被水吸收,吸收后气体中含氨量为合成驰放气入吸收塔底部,被水吸收,吸收后气体中含氨量为0.02,大部分气,大部分气体送往氨冷器冷却后送氢回收装置。体送往氨冷器冷却后送氢回收装置。n氨吸收塔底部流出的氨水,经加热后入汽提塔,从汽提塔顶蒸出的氨吸收塔底部流出的氨水,经加热后入汽提塔,从汽提塔顶蒸出的气氨在冷凝器中冷凝为液氨。气氨在冷凝器中冷凝为液氨。n汽提塔底流出的氨水浓度为汽提塔底流出的氨水浓度为0.1经冷却后分别
11、送往吸收塔作吸收剂循环使用。经冷却后分别送往吸收塔作吸收剂循环使用。2022-8-8合成氨流程简介-3213十、氢回收十、氢回收n经氨回收后的气体进入分子筛干燥器,将气体中的经氨回收后的气体进入分子筛干燥器,将气体中的NH3,H2O彻底清除,然彻底清除,然后送入冷箱,后送入冷箱,CH4、Ar、部分、部分N2液化为液体与未液化的氢气进入分离液化为液体与未液化的氢气进入分离器,氢气被富集为富氢气,送往合成气压缩机循环段入口。器,氢气被富集为富氢气,送往合成气压缩机循环段入口。2022-8-8合成氨流程简介-3214十一、氨的贮存十一、氨的贮存p本装置设有两台球型氨罐,本装置设有两台球型氨罐,每个贮
12、存量为每个贮存量为2500吨,操作压力吨,操作压力与温度分别为与温度分别为3.8105 Pa和和 3。2022-8-8合成氨流程简介-3215转化工段 反应需要有催化剂才能较快的进行。经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.9以下入废热锅炉回收工艺气热量。变换反应是一个可逆、放热、反应前后气体体积不变的化学反应。本装置采用改良苯菲尔法脱除工艺气中的CO2,吸收剂为碳酸钾溶液,溶液的吸收和再生可以用如下反应方程式表示:这样即能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳,同时又可制得合成需要的原料氢。高温变换炉,所用的催化剂是以Fe3O4为活性组分的,它的活性温度在300以上(一般在350430)。6105Pa,
13、100,经水冷器冷却至40后,气氨液化为液氨入氨收集器,再入氨闪蒸槽、产品氨加热器与来自闪蒸槽的冷氨进行交换使之冷却过冷至13,重新作为冷冻剂送往第一、二氨冷装置,构成冷冻循环回路。工艺气温度降为370左右进入铁铬系催化剂的高温变换炉顶部,从底部流出高变气温度降为204再入低温变换炉。在实际生产中,转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。但是,由于转化工序加入过量空气,使合成系统氮过剩,加大了合成排放气量。2022-8-8合成氨流程简介-3216 天然气天然气 预热器预热器 脱硫脱硫 预热预热一段转化一段转化二段转化二段转化废热锅炉废热锅炉蒸汽蒸汽预预 热热蒸汽蒸汽空气空气去变换去变换1.1.天
14、然气蒸汽转化工艺流程天然气蒸汽转化工艺流程2022-8-8合成氨流程简介-32172.2.原料气脱硫原料气脱硫n天然气中含有少量硫化物,这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使天然气中含有少量硫化物,这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性,硫化氢能腐蚀设备管道。因此,必须尽可能地除去原料气中的各其失去活性,硫化氢能腐蚀设备管道。因此,必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。种硫化物。n加氢转化加氢转化 指在加入氢气的条件下使原料气中指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫有机硫转化为无机硫。加氢转化。加氢转化不能达到直接脱硫的目的,但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有
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