大化肥新工培训5——原料气精制.ppt

1 原料气精制 原料气精制的任务 工业上脱除少量一氧化碳、二氧化碳的方法有三种：即铜氨洗、液氮洗和甲烷化。 铜氨液洗是合成氨工业最早采用的方法，可将CO、CO2和O2同时除去，缺点是流程复杂，吸收剂铜氨液昂贵。 甲烷化是六十年代开始发展的新方法，与铜洗相比，此法工艺简单、费用又低，新建氨厂多以轻质烃为原料，采用蒸汽转化法制氨，所以多用甲烷化工艺。 一化肥装置采用的是西德林德公司的液氮洗工艺，这是由于液氮既是溶解CO、CH4等组分的吸收剂，又是合成氨需要的原料，特别是和配有空气分离装置的部份氧化法生产原料气相结合，采用液氮洗是很合理的。 甲烷化 甲烷化工序的任务是除去经变换和脱碳后气体中残余的CO和CO2，得到合格的氢氮气送入合成工序。因为即便是微量的CO和CO2也可能使催化剂中毒或存在于循环气中的氨和二氧化碳生成氨盐的结晶而堵塞设备或管道。因此除了对CO和CO2总量有一定要求外，还单独对CO2含量有严格要求。脱除微量CO、CO2的方法有铜氨液洗涤，液氨洗涤等，但采用甲烷化法设备投资省，过程简单，生产费用低，而被普遍采用。由于甲烷化反应本身要消耗一些氢气，同时生成的甲烷又混入新鲜合成气中，积累在合成回路中要排放，会损失一部分氢氮气，因此，甲烷化只适用于碳的氧化物含量低的情况。 甲烷化催化剂 镍基催化剂 在高温下对高级烃和甲烷与水蒸汽的转化反应具有催化活性的催化剂，在低温下对CO和CO2的甲烷化反应同样也具有催化活性。 甲烷化催化剂一般采用镍铝系，其中的活性组份为镍，用Al2O3为载体，还有加K2O，Na2O，MgO或Cr2O3，作为促进剂或稳定剂，镍含量在14~24%之间，以提高其低温活性。 甲烷化后的气体中CO和CO2含量降至10ppm以下 。 甲烷化炉 液氮洗涤法 我们知道，气体的液化只有在温度低于该气体的临界温度时才能实现。下表为一些气体的物性常数。 从上表可以看出，液氮洗要处理的原料气中，多数组分的临界温度较低，氮的临界温度为-147.1℃，这就决定了液氮洗操作须在低温下进行。CO、CH4及Ar的沸点均比氮高。由于原料气中的CO等杂质是在液氮洗涤塔脱除的，因此，当这些组分的气体与液氮接触而被冷凝下来时，一部分液氮蒸发。液氮洗涤所能达到的限度，决定于操作条件下的气液平衡关系． 液氮洗涤法 液氮洗涤法除去CO等杂质的过程属于物理过程，没有任何化学反应。但它与一般的化工单元操作不同，接近于精馏，又不同于多组份的精馏．它是使用液氮，利用氢与CO、CH4的沸点相差较大，CO、CH4的沸点比N2的沸点高的条件，将CO、CH4从气相中溶解到液氮中，从而达到脱除CO、CH4等杂质的目的。 从氮洗系统送出成份合格的精制气，从氮洗塔出来的气体要配入适量的氮将其氢氮比例调节成3.01～0.29。 液氮洗涤法 本装置是采用西德林德公司的液氮洗工艺，该工艺有以下特点： 1、工艺过程为高压低温，液氮洗涤塔的操作温度为-192℃，操作压力75.5bar(G)。 2、脱除了CO等杂质的溶液无须再生，这就使得氮洗工艺比较简单。 3、采用了高效率的板式热换器，几种物流的通道组成一组换热器，减少了设备台数，而且换热效果好。 4、正常生产无需外界补偿冷损。 5、对原料气中的CO2、H2O、CH3OH等杂质采用分子筛吸附，吸附器的吸附和再生周期性切换，采用程序控制。 6、送往合成工段的精制气，其氢氮气比例调节采取了液氮洗冷箱内低温调节为主、冷箱外常温调节为辅的原则来控制氢氮气比例（目前冷箱换热器增加后，冷量富裕，直接采用冷箱外常温调节）。 液氮洗涤流程 1、原料气的预处理 液氮洗过程是在低温条件下进行的，对CO2、H2O等杂质要求很严格，因为CO2在低温条件下形成干冰，H2O也可以形成固体冰，堵塞管道和设备，降低换热器的换热效果。尽管在甲醇洗工段已将绝大部分CO2等杂质除去，但还是由于气液平衡关系有少量CO2、CH3OH等气体存在。本装置出甲醇冼工段的粗原料中CO2量为20ppm，甲醇蒸汽50ppm（设计值），同时，还存在与甲醇水溶液平衡的气相水蒸汽量。因此，对来自甲醇洗工段的原料气必须采取措施，除去这些杂质。 液氮洗涤流程 分子筛吸附法，即将CO2、H2O、CH3OH等杂质通过分子筛吸附除去。 本设计采用分子筛吸附法．用拜