内容发布更新时间 : 2024/12/27 11:18:29星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
同时该催化剂活性高，可降低催化剂装填量。 4.4.1.2.2酸性气脱除工艺方案 （1）脱硫
根据煤质分析，原料气中含H2S约7.5g/Nm3，另外气化工段水洗塔出口煤气粉尘含量约50~60mg/Nm3。硫对后续工序的设备、管道具有腐蚀并会造成后工序反应催化剂中毒，煤气中粉尘含量过高，将造成氢氮气压缩机的严重磨损，降低设备的使用寿命，因此，必须对煤气进行脱硫、除尘等净化处理。
酸性气脱除主要指脱除气体中的H2S和CO2。目前，采用低压气化工艺往往要对煤气进行脱硫。一般采用湿式氧化法。湿法脱硫方法很多。按吸收过程特点可分为化学吸收法和物理吸收法。采用碳酸钠、氨水和醇胺溶液等吸收硫化氢的为化学吸收法。用冷甲醇吸收硫化氢的为物理吸收法。按再生方法可分为循环法和氧化法。循环法是将吸收硫化氢的富液在降压加热或气提条件下逐出硫化氢。氧化法是将吸收后的富液用空气氧化，使溶解态的硫化氢氧化为元素硫，其反应为
H2S+0.5O2 H2O+S
上述氧化反应需借助催化剂才能进行，工业上使用的催化剂有对苯二酚、蒽醌二磺酸钠（简称ADA法）、拷胶和螯合铁等。
氧化法脱硫既能脱除硫化氢又能回收副产硫磺，为各合成氨厂所广泛采用。
目前国内常用的脱硫方法有氨水液相催化法、ADA法、栲胶法、PDS法。 氨水液相催化法脱硫，脱硫效率高，可回收硫磺，适用于H2S含量高的煤气脱硫；但是当煤气中CO2含量较高时，氨水吸收CO2量较多，会使溶液PH值降低，从而影响脱硫效率。
ADA法脱硫，溶液无毒，净化度高、脱硫效率也高，但原料缺乏，在处理含高硫气体时，硫磺堵塔问题比较严重。
栲胶法或PDS法脱硫除具有ADA法的优点外，还能较好的解决堵塔现象、阻力小、操作稳定，加之采用喷射再生的新技术，可以进一步提高脱硫效率，降低投资，同时栲胶资源丰富，价格便宜，运行费用低。
综上所述，故本工程采用栲胶脱硫将煤气中的H2S 脱至≤100mg/Nm3。
（2）脱碳
脱碳装置是将变换气中多余的CO2加以脱除，有利于氨的合成；同时减少CO2 压缩所带来的动力消耗。
变换气中CO2的脱除方法很多，目前常压气化工艺大体上有三种方法可供选择，即化学吸收法（热法）、物理吸收法（冷法）、干法（变压吸附法）。
化学吸收法主要适用于气体中二氧化碳分压较低，净化度要求较高的情况，应用较多的有改良热钾碱法、改良MDEA法、空间位阻胺法等。但这些方法溶剂的再生均需要加热，因而热量消耗多，操作运行费用高。
物理吸收法适用于二氧化碳分压较高的情况，如水洗法、碳酸丙烯酯法、NHD法等。物理吸收法的吸收溶剂或干法的吸附剂不与二氧化碳反应，再生时不需要加热，只要降压解吸即可，总能耗比化学吸收法为低，但其净化度也比化学吸收法为低。目前中国合成氨装置采用常压气化工艺的脱碳主要有碳酸丙烯酯法、NHD法和变压吸附法三种脱碳工艺来说，前两种为湿法脱碳工艺，具有一氧化碳和氢气损耗低，一次性投资较省的优点。但它们都需要用吸收剂，采用减压再生，运行电耗较高，还要消耗溶剂，其中NHD还要消耗冷量。总的来讲，它们的工艺流程长、运行成本高、操作复杂。而变压吸附为干法，其吸收剂为分子筛、活性炭及硅胶等。吸附剂采用一次性装填，使用寿命一般在10年左右，且无需再生，不需要复杂的预处理系统，自动化程度高，操作方便，运行成本低，不腐蚀设备，对环境没有污染。其缺点是其中有用气体损失较多。
对于加压气化工艺，气化出口的煤气直接进行耐硫变换后，然后进入后续净化工艺，一般采用低温甲醇洗脱硫脱碳或NHD脱硫脱碳。低温甲醇洗法属于物理吸收，在低温（-50℃~-60℃下），溶剂吸收能力大，溶液循环量小，气体净化度高，再生热耗少，操作费用低，能综合脱除气体中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蚀，H2S浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S的浓度也可满足硫回收的要求。上述工艺存在部分设备和工艺管道需要采用低温钢材，需要引进欧洲或日本的材料，所以基建投资较高，但其最大优点是溶剂价格便宜，消耗指标和能耗均低于其它净化工艺，在大型合成氨厂和甲醇生产厂中普遍采用。
NHD脱硫脱碳工艺在常温条件下操作，溶剂无毒，饱和蒸汽压低，溶剂损
项目 操作指标 吸收压力Mpa 吸收温度 ℃ 原料气中CO2V% 净化气中C℃O2V% 溶液吸收能力NM3/ Nm3 CO2 消耗定额 蒸汽 t/tNH3 改良热钾减法 碳酸丙烯酯法 NHD法 改良PSA（变压MDEA法 吸附） 2.7 55 26~28 0.1~0.2 18 2.7 35~40 26~28 0.1~0.2 2.7 70 26~28 0.1 20~24 1.8 2.7 38 26~28 0.1~0.2 9~12 2.7 0~-5 34~36 0.1~0.2 21 0.1 1.2 失小，再生热耗低，设备材质大部分为碳钢，取材范围广，价格也便宜，相对低温甲醇洗而言，溶液循环量大，消耗高，另外，NHD溶剂对有机硫的吸收能力差，对高硫煤要增加有机硫水解设备。该工艺的主要优点是投资少，能耗低于除低温甲醇洗以外的其它净化方法。为了克服“冷热病”，一般情况下，低温甲醇洗配液氮洗精制，NHD脱硫脱碳配甲烷化精制。
现将国内有代表性的几种脱碳工艺技术指标进行比较如下:
电 Kwh/NH3 水 t/tNH3 氮氢损失 NM3/1000Nm3CO2 冷冻量*106kJ 化学原料kg/ tNH3 投资对比 综合能耗KJ/ tNH3*106 50 196 12 0.4 1.48 5.84 106 60 10 0.5 1 1.375 125 15 10 0.352 0.25 1.32 1.48 70 74 22 0.20 1.13 4.89 68 8 14 0.2 1.4 1.0
选择脱碳方法时，首先必须考虑与合成氨净化流程相适应，保证达到合成氨用气的要求，同时又要选择技术先进、成熟可靠、生产稳定、消耗低、成本低、投资省、无毒无腐蚀的工艺路线。从净化度方面考虑，NHD、碳酸丙烯酯法与PSA均能达到要求。从能耗的角度考虑本设计采用3.0MPa PSA脱碳。
变压吸附基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组份，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。
由于该气化煤气中的二氧化碳含量太高，这部分二氧化碳造成变换系统蒸汽消耗太高及后系统压缩功耗增加，因此考虑在变换之前增加一级预脱碳，脱除部分二氧化碳，为了节省压缩功，选择在1.0MPa压力下脱碳，考虑到变压吸附脱碳对有机硫和无机硫的吸附作用，如果全气量通过脱碳将造成变换工段入口气硫含量不足，引起变换催化剂返硫化。因此选择部分气体通过预脱碳工段，实现二氧化碳和硫含量均满足变换的要求。 4.4.1.2.3合成气精制
经变换工段和脱硫脱碳后的原料气中还含有少量的CO和CO2等杂质。为了防止它们对合成催化剂的损害，原料气送往合成工段之前还需要一个最终的净化过程，称之为精制。精制后两碳含量小于10ppm。
合成氨新鲜气中的微量CO及CO2的净化，目前中国大多数中小氮肥企业仍采用传统的“铜洗”净化工艺,由于铜洗工艺存在着运行费用高,运行不稳定,易造成环境污染等缺点,因此,新建合成氨系统已基本不采用。另一种净化方法是CO
深度变换-甲烷化工艺，该工艺能保证合成新鲜气的净化度,运行也比较平稳，但是其缺点也比较明显，变换工段蒸汽消耗量大(低变出口CO含量在0.3%左右)， 脱碳系统净化度要求高(脱碳出口CO2含量在0.2%左右)；合成新鲜气中的CH4含量高，合成氨工段放空气量大,新鲜气消耗增加。目前中国有代表性的合成氨原料气的精制工艺有醇烷化工艺及醇烃化精制工艺。醇烃化精制工艺是双甲精制工艺的升级技术，烃催化剂为一种铁系催化剂，一氧化碳、二氧化碳与氢反应生成烃类化合物，在常温下冷凝为液体，生成甲烷极少，进入氨合成系统的甲烷大大减少。醇烷化工艺是联醇工艺和甲烷化净化工艺有机结合在一起，使变换和脱碳系统出口的CO和CO2等氨合成原料气中有害成分与氢反应生成附价值较高的甲醇，进烷化催化剂气体中的CO和CO2为50～200 PPm，合成氨原料气中的CH4基本没有增加。醇烃化精制净化工艺，是利用甲醇化反应将原料气中的CO、CO2在催化剂的作用下分别与H2反应生成甲醇。使甲醇化出口CO+CO2控制在0.3～0.5%左右，再将醇后气进入烃化反应器，气体中少量的CO+CO2在催化剂的作用下，分别与H2反应生成醇类和烃类物及少量的甲烷。烃化出口气体中CO+CO2<10ppm送合成工序。
国际上及国内大型合成氨装置多采用低温液氮洗工艺，该工艺是一个典型的物理低温吸收过程，是脱除CO的最好的方法。同时该工艺可以将气体中的甲烷等杂质全部清除干净，液氮洗后的净化气几乎是纯净的氢氮气，合成工段无需排出放空气，其缺点是投资高。
从工艺角度看，对于本工程醇烃化工艺与低温液氮洗工艺均可选择，但是本装置设计的产品方案为18万t/a合成氨、3.0万t/a甲醇，综合投资及规模等因素合成气精制选择醇烃化工艺。 4.4.1.2.4合成技术
氨合成是将合格的氢氮气在催化剂的作用下，生成氨。整个合成回路包括：新鲜气补充、合成反应、反应热回收、氨分离、惰性气放空、未反应气增压循环。从反应动力学观点看，提高合成压力是有利的，但是提高压力将增加压缩机功耗，因此合成压力的选择是一个经济问题，同时与压缩机及配套设备的选择有重要关系。
目前国际上氨合成向低压方向发展， 由七十年代的14.5Mpa，降低到