尿素合成天然气的净化工艺Word格式.docx

1、 安全可靠：天然气无毒、易散发，比重轻于空气，不宜积聚成爆炸性气体，是较为安全的燃气。 改善生活：随着家庭使用安全、可靠的天然气，以及享用港华燃气提供亲切、专业和高效率的售后服务和新式炉具，将会极大改善家居环境，提高生活质量。一.天然气净化的生产原理1.1加氢净化反应原理在350左右的温度下,有机硫化物与氢气在钴 触媒上发生下列反应硫醇类:R-SH+H2=RH+H2S硫醚类:RSR+2H2=RH+RH+H2S二硫化物类:RSSR+3H2=RH+RH+2H2S硫氧化碳:COS+H2=CO+H2S二硫化碳:CS2+4H2=CH4+2H2S噻吩类:C4H4S+4H2=C4H10+H2S付反应a:不饱

2、和烃加氢饱和反应C2H4+H2=C2H6b:甲烷化反应CO+3H2=CH4+H2OCO2+4H2=CH4+2H2O1.2 氧化锌脱硫反应原理ZnO+H2S=ZnS+H2O氧化锌还可以是直接吸收硫醇,COS,CS2等有机硫化物,其反应方程式为:RSH+ZnO=ZnS+ROHCOS+ZnO=ZnS+CO2CS2+ZnO=2ZnS+CO2在有氧存在的条件下,氧化锌对有些有机硫化物有加氢净化的催化活性,生成H2S后,再被ZnO吸收,如:CS2+4H2+2ZnO=2ZnS+CH4+2H2OCOS+H2+ZnO=ZnS+CO+H2O二、天然气净化的工艺流程天然气通过手动控制阀进入配气站经过粗过滤器,细过滤

3、器及分离器除去杂质后进入天然气压缩机温度15,压力0.8Mpa的天然气压缩机压缩后提压至3.4Mpa,188送出界区,供净化装置使用。经压缩的天然气与来自合成工段的富氢气体混合后经过天然气加热炉加热至390进入加氢反应器中脱除,脱硫后,天然气中硫含量降至0.5PPm以下,与工艺蒸汽混合经工艺气加热器加热至450进入一段净化炉控制水碳比为3.0。在一段净化炉内,在镍催化剂的作用下,天然气与水蒸气发生净化反应,生成H2、CO等.反应所需热量由二断净化炉反应气体提供,一段净化炉出口工艺气体温度为698左右,甲烷含量为25%VOL（干基）,进入二段净化炉（DC-104）进一步净化.富氧空气经工艺空气加

4、热炉加热至450后进入二段净化炉炉顶的氧混合器充分混合后与来自一段净化炉的工艺气体发生燃烧反应,放出大量的热量供二段净化用。出二段净化炉的工艺气体温度在960左右,甲烷含量为0.3%VOL（干基）,二段炉的底部连通管进入一段炉的触媒管的外套管之间,为一段净化炉提供反应所需的热量,由一段炉出来的二段净化工艺气体依次经过工艺气加热器,蒸气过热器和废锅回收热量后,温度降至360的工艺气进入中变炉,在炉内铁系催化剂的作用下,一氧化碳与蒸气反应,生成CO2和H2,出中变炉气体温度约430,CO含量小于3%气体先进入甲烷化加热器与进甲烷化炉的脱碳气进行换热,温度降至415后,进入中安蒸气发生器产生中压蒸气

5、,中变器温度降于260,接着进入的锅炉给水加热器加热锅炉水,中变气温降至200后进入低变炉,在铜锌催化剂作用下,气体中残余的CO进一步净化为CO2,出底变炉气体中CO含量小于0.3%温度约222,经低压废热锅炉产生低压蒸气,I净化无低变废热锅炉采用汽提来得工艺冷凝液来淬冷低变出口气体）低变器温度降至170,压力在2.15Mpa（G）送往脱碳工段.来自低温变换的工艺气（170）进入溶液再沸器间接加热再生塔溶液后,自身降至133,然后经过低压蒸气发生器后气体温度降至126,再经脱盐水预热器进一步被冷却至110左右进入分离器,分离冷凝液出分离器后的工艺气进入吸收塔底部。CO2吸收分两段进行,在吸收塔

6、上段少量的CO2被较低温度的贫液吸收,使的工艺中CO2含量从21%降至0.05%,吸收了二氧化碳的溶液经溶液再生系统后循环作用,而在再生过程中释放CO2经管线送去氨加工分厂的尿素工段。出吸收塔温度约70的脱碳气经塔后分离器S-303除去冷凝液去甲烷化工段。来自脱碳系统70的脱碳气,首先进入甲烷化换热气与甲烷化炉出来的精致气换热,使其温度升至260再经甲烷化加热器用中变气加热至290,进入甲烷化炉,在镍催化作用下,残余的CO、CO2和H2进行甲烷化反应,使出口CO+CO220PPM,约324精致气先经甲烷化换热器冷却至135,再经甲烷化水冷器冷却至40,最后进入氨冷器冷却至5,经分离液滴后,送至

7、合成压缩工段。2.1 脱碳部分的反应原理脱碳系统是将经变换后的原料中21%（V）的CO2经本系统脱除至0.05%（V）的工艺过程,甲氨基乙酸和二乙酸醇氨做活化剂的热碳酸钾溶液.在较高的压力和较低温度下,化学吸收工艺气中的CO2吸收了CO2的溶液在较高温度和低压下,经闪蒸和蒸汽提,解吸出CO2,吸收和再生的反应机理可用下列化学反应方程式来表示:K2CO3+CO2+H2O 2KHCO3 纯碳酸钾溶液吸收CO2的反应速度很低,加入了活化剂后改变了吸收反应的历程.从而大大提高了吸收反应的速度。2.2 脱碳部分工艺指标（1）第一吸收塔进吸收塔气量G6 44000m3h（干）进口气体中CO2 20.95%

8、（v）出口气体中CO2 3.0%气体入塔压力 1.97 Mpa（A）气体出塔压力 1.95 Mpa（A）第一吸收塔压差 0.02 Mpa（A）气体入塔温度 100气体出塔温度 100富液出塔温度 103塔底液位 3060%（2）二次吸收塔进吸收塔气量 35357 m3h（干）进口气体CO 3.0% （v） 出口气体CO2 0.3%（v）气体入塔压力 1.95 Mpa（A）气体出塔压力 1.93 Mpa（A）塔压差 0.02 Mpa（A）气体出塔温度 70热贫液入塔温度 105冷贫液入塔温度 70富液出塔温度 95（3） 加压再生塔塔顶压力 0.18 Mpa（A）塔底压力 0.20 Mpa（A）

9、塔顶温度 100塔底温度 120液位 3060%（4） 常压再生塔塔顶压力 0.103 Mpa（A）塔底压力 0.125 Mpa（A）塔顶温度 95塔中部温度 100塔底温度 1052.3 净化部分反应原理（1）一段净化反应原理:天然气的主要成分是甲烷,还含有少量的其他低级烃,其蒸汽净化反应如下:CH4+H2O=CO+3H2-QCNH2N+2+nH2O=nCO+（2n+1）H2-Q净化反应中生成的CO和水蒸气在炉内发生变换反应,方程式如下:CO+H2O=CO2+H2+Q以上三个反应均为可逆反应.（2）二段净化的反应原理:在合成氨的工业生产中,要求净化后甲烷含量越低越好,一段净化出口工艺温度69

10、8,CH4含量约为25%VOL.为使CH4进一步净化,必须进行更高温度下的二段净化.在二段净化炉内引入富氧空气,空气中的氧与一段净化炉出口工艺气发生部分燃烧,燃烧热量用来进一步提高反应温度,净化残余部分CH4,控制补入的空气流量可同时满足对合成氨的另一原料氮气的需要。a.二段炉内的燃烧反应2H2+O2=2H2O+Q2CO+O2=2CO2+QCH4+2O2=CO2+2H2O+Qb.二段炉内的净化反应CH4+2H2O=CO2+4H2-Q2.4 净化部分工艺流程来自脱碳系统85左右的二次脱碳气，进入甲烷化换热器与甲烷化炉出来的精制气换热，使其温度上升至250进入甲烷化加热器进一步降低至270左右后进

11、入甲烷化炉，在甲烷化炉内的触媒作用下，气体中CO和CO2进一步降低至20PPm以下。从甲烷化炉出来的精制气进入甲烷化换热器加热从脱碳来的二次脱碳气后进入甲烷化水冷器，出甲烷化水冷器精制气的温度在40左右进入氨冷器，被冷却至5经分离掉液体后送去合成压缩工段。2.5 净化部分工艺指标（1） 喷射器工艺参数动力器流量 CO2 5497 m3h 水蒸气4.64t/h动力器压力 80kpa被吸气流量 CO2 3673 m3h 水蒸气5.03t/h被吸气压力 24kpa被吸气温度 95喷射器出口压力 15kpa喷射器在30%-110%负荷范围内可调（2） 溶液组分贫液再生度半贫液在生度 1.35富液再生度

12、 1.75半贫液K2O 200220g/l半贫液氨基乙酸 1013g/l半贫液二乙醇胺 1013g/l半贫液KVO3 8.5g/l半贫液V2O5 23g/l半贫液总铁 100mg/l贫液K2O 230250g/l贫液氨基乙酸 1215g/l贫液二乙醇胺 1215g/l贫液KVO3 8.5g/l贫液V2O5 23g/l三. 汽提部分的工艺流程3.1变换工艺流程来自净化系统360的净化气进入中变炉，在炉 催化剂的作用下，CO与蒸汽反应，生成CO2和H2，出中变炉的气体温度约430460，CO含量3.5的工艺气体进入甲烷化加热器加热由脱碳系统来的二次脱碳气，温度降至415后进入中变蒸汽发生器产生中压

13、蒸汽，中变气温度降至260，接着进入锅炉给水加热器中变气温度降至180200后进入低变炉，在催化剂的作用下，气体残余的CO进一步净化为CO2和H2，使低变炉出口工艺气中的CO含量0.3，温度约为220250经汽提来的水淬冷后，温度降到170左右去脱碳工序。净化变换流程图3.2 汽提部分反应原理在净化工段加入的工艺蒸汽,一部分参与了蒸汽净化反应和变换反应,来参加反应的蒸汽随着工艺气经过一系列的降温大部分在吸收塔前的分离器中成为冷凝液被分离出来,这部分工艺冷凝液中的主要成分除了水之外,还含有少量的CO2NH3,CH3OH等杂质,为了能够回收利用这部分冷凝液,作为锅炉给水必须将冷凝液中的杂质去除.当

14、温度约为100109的工业冷凝液在筛版式气提塔中压力约为3.2Mpa蒸汽管网的过热蒸汽逆流接触时,用过热蒸汽气提的方法使工艺冷凝的CO2 ,NH3 ,CH3OH等杂质释放出来进入蒸汽中。将工艺冷凝液转变成合格的锅炉给水送往65t锅炉水除氧器，而带走杂质的蒸汽送往净化工段。3.3 汽提部分工艺流程来自净化吸收塔前分离器的温度约为104，压力约为2.0MPa工艺冷凝液泵加压至3.5MPA进入工艺冷凝换热器与从汽提塔底部出来的经过汽提后的冷凝液间接换热后，温度从104提高至215进入汽提塔上部，工艺冷凝液在汽提塔内自上而下流经各筛板与来自过热蒸汽管网的温度为370，压力为3.2MPa的从汽提塔下部进

15、入自下而上的过热蒸汽逆流接触，工艺冷凝液中的CO2、NH3、CH3OH等杂质释放出来被过热蒸汽带走，经过汽提的工艺冷凝液在汽提塔底部汇集后从塔底部排出进入工艺冷凝液换热器，与来自工艺冷凝液泵的工艺冷凝液间接换热，温度从236降至121经汽提塔底部液位调节阀排出给往65t锅炉除氧器，过热蒸汽在塔内与工艺冷凝液接触后转变成温度为236的饱和蒸汽送往净化工段的蒸汽加热器。3.4 汽提部分的工艺指标入汽提塔工艺冷凝液温度 TI2201 215出汽提塔工艺冷凝液温度 TI2202 236出工艺冷凝液换热器冷凝液温度 TI2203 121出汽提塔饱和蒸汽压力 PI2201 3.2Mpa汽提塔压差 PDI2

16、202 80kpa入汽提塔过热蒸汽流量 FIQ2201 11t/h出汽提塔过热蒸汽流量 FIQ2202 12t/h汽提塔底部液位 LIC2201 5070%汽提冷凝液分析指标电导率 30us/cm碱度 0.8可行tm=tm逆=0.97111.1108.35参照传热系数表初估K估255W/（m2）（9）则A估Q/K估tm1.04107/255108.35376.4 m2参照换热器的换热标准，初步选定固定管板式换热器主要参数如下：外壳直径 D mm 1200 管程数 Np 2公称压强 Mpa 4 管数 NT 1102管子尺寸 cm 252.5 管中心距mm 32管长 m 4.5 计算换热面积m2

17、308.64.2 管程：为充分利用CO2热量，采用CO2走管程，水走壳程管程流通面积 Si/4di2NT/ Np=3.1415/40.0221102/20.173 m2管内CO2流速 ui=Wh/3600i Si=520000/360019770.1730.422m/s Rei=d uii/i=0.020.4221977/0.0281035.96105管程CO2被冷却，故得 i0.023i/di Rei0.8Pri0.3=0.0230.36/0.02（5.96105）0.8（Cpi/i）0.3=374.3W/（m2）管程压降为 pi（l/d+3）fiNpui2i/2取管壁粗糙度0.15 mm

18、/d=0.0075查摩擦系数的0.034所以pi（0.0344.5/0.02+3）1.420.42221977/2=3149.64Pa4.3壳程 选用折流板间距h为300 mm，故折流板数目为NB=l/h-1=4.5/0.3114壳程流道面积 S0hD（1d0/t）=0.31.2（10.025/0.032）=0.0788m2壳程中水流速 u0=Wc/36000 S0=1.27105/3600971.80.07880.46m/s正方形排列的当量直径为 de=4（1.732t2/2/4d02）/ d0=4（1.7320.0322/2-3.14150.0252/4）/ 3.14150.0250.02

19、m2Re0=deu00/0=0.020.46971.8/0.361032.48104Pr0=Cp/=4.2080.36103/0.68=2.23壳程中水被加热，取（/W）0.14=1.05所以 00.360/de（Re0）0.15 Pr01/3（/W）0.14=0.360.68/0.02（2.48104）0.552.231/31.054385.599W/（m2壳程压降 01.72 Re00.191.72104）0.191.01 p00D（NB+1）/deu020/2=1.01（141）/0.020.462971.8/29.346104Pa4.4计算传热面积传热系数 1/K计1/0+d0/dmd

20、0/idi 忽略管壁热阻，则1/K计1/4385.599+25/374.3200.00357（10）K计280A计Q/ K计tm=1.04107/280108.35A计340.88由附表可知该换热器的换热面积为380.6m2故A实/ A计=380.6/340.881.14 即传热面有14的裕度核算表明所选换热器规格式可用的五、安全设施及注意事项（1）化工生产的特点是高温、 高压 、易燃、 易爆、 易中毒,为确保生产安全,必须严格遵守安全技术规程。（2）认真学习生产安全知识,合理使用防护和消防器材。（3）集中思想,认真按操做法操。（4）当班期间必须备好劳保用品和防护用品。（5）遇到有毒有害气体或

21、灭火时要注意风向。（6）晚上巡回检查时要带手电,防止跌倒和碰伤;冬季应和注意防滑。（7）防止被蒸汽及高温物体烫伤,防止液氨灼伤。（8）不要带压装拆阀门或法兰,不要在带压的设备及管线上任意敲击。（9）长期不使用的管线和设备必须排尽压力或液体。（10）事故柜不准随意打开,如发生事故使用后,应及时通知气防站检查后封装。（11）岗位上不准吸烟和动火,如需动火需办动火手续。（12）经常检查并保证各安全装置是否安全好用。（13）不用潮湿的手和物去接触电钮,开关等电器设备。（14）检查电机和转动设备时,不要带手套或把东西掉入设备内部。（15）在设备运行中,不得对运转部位进行檫洗,清扫和检修。（16）对电器设

22、备进行检修时,必须办理断电手续,断电后方可进行检修。小结 本文介绍了天然气净化的工艺流程，通过对天然气的净化过程，采用加氢脱碳、净化、变换精制、汽提相结合的方法净化原料气中的CO、水蒸气和CO2。该技术具有简化工艺操作过程，节约原料气，降低能源消耗，净化效果好的优点。参考文献1孟昭利企业能源审计方法M北京：清华大学出版社，20012中国标准出版社第二编辑室编ISO14000认证咨询用能源标准汇编3郭雅红“双甲”工艺在合成氨原料气净化中的优势J化学工业与工程技术，2006，27（-1）:50-524陈五平主编。无机化工工艺学。化工工业出版社。1979年9月 5郑广俭、张志华主编。无机化工生产技术

23、化学工业出版社。2003年1月 6赵育祥编合成氨工艺。化学工业出版社。1985年8月 7刘二文：小合成氨厂改产尿素后脱碳方法的选择 J：贵州化工：1997年03期 8申红艳，刘有智，谷磊，崔磊军；聚乙二醇二甲醚脱碳 J ：化工生产技术：2006年05期致 谢感谢新疆化学工业学校对我们学生的培养，使的自己在这里得到很好的发展，在今后的道路上走得多姿多彩。在这次毕业设计中，我从指导老师身上学到了很多东西，老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益非浅。老师无论在理论上还是在实践中，都给我很大帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢老师的耐心辅导。