合成氨工艺脱碳方法评述

化学工程师

Sum 195No.12

文章编号：1002-1124（2011）12-0034-03

Chemical

Engineer

2011年第12

期

收稿日期：2011-11-17

作者简介：唐俊丽（1978-），女，工程师，2002年毕业于河南大学化学

工程与工艺专业工学学士，主要从事合成氨和膜分离技术工作。

2011年第12期唐俊丽：合成氨工艺脱碳方法评述35

化学降解和操作管理等因素所致，损耗量是影响操作成本的关键因素。目前，高效回收及分级回收等工艺的成功开发降低了溶剂损耗，吸收效率得到进一步提高。

（2）腐蚀问题溶剂回收系统溶液浓度

（3）净化气中CO 2含量高产生该问题原因较多，如再生效果不好等，然而根本原因是溶剂吸收CO 2能力低，特别是在低分压、低酸性组分时尤为突出。针对该问题，杭州市脱碳化工技术开发公司等单位研究成功复合脱碳溶剂。该产品主要由碳丙与碳丙添加剂组成，在同等条件下，净化度可提高20%，而价格比碳丙低。

除沫器等。

1.3NHD 法

该法于1965年由美国联合化学公司研发，至

今已在全世界许多家工厂中应用，其特点有：（a ）净化度高，是一种优良的物理吸收剂。（b ）具有良好的化学稳定性和热稳定性。（c ）溶剂蒸气压低，挥发损失少。（d ）NHD 溶剂使用时不起泡、操作稳定、不用消泡剂等。（e ）NHD 溶剂对金属材料不腐蚀，设备材料可用碳钢，投资少，维护成本低。（f ）无臭、无毒，可被生物降解，对环境无污染。（g ）流程短，操作

方便。为进一步提高该法的性能，NHD 脱碳工稳定、

艺得到进一步改进，主要方法有：（1）氨冷器改进传统NHD 脱碳工艺中，氨冷器为立式管壳换热器，气氨的显热没有得到很好利用，并且由于气氨温度过低，导致冰机不能正常运行。针对上述弊端，原有立式氨冷器可改为卧式管壳式氨冷器，使气氨与NHD 溶液换热，既充分利用了气氨的显热，节约了冷量，也保证了冰机的正常运行。

（2）高压闪蒸槽改进传统工艺中，高压闪蒸槽的最大缺点是闪蒸面积小，液体流动阻力大，从而导致液体压差减小，造成N 2、H 2等气体闪蒸不充分而影响低闪气中CO 2的纯度。改进后的流程中采用立式容器，内装填料，溶液进口设置液体分布器。（3）低压闪蒸槽的改进对于低压闪蒸槽的改进同高压闪蒸槽，即将卧式容器改为立式容器，这样设计可以降低投资。

（4）气提鼓风改气提引风可将气提操作改为负压气提，即将由空气鼓风机向气提塔鼓空气改为从气提塔顶抽引气提气，CO 2分压可大大降低，并且降低了空气温度，减少进塔空气量。

（5）脱水塔的改造NHD 脱水装置中脱水塔为填料塔，内置加热器，但这样设计影响蒸发效果。为避免这一缺陷，加热器可移至塔外，单独设计换热器。

1.2活化MDEA 法

该法由德国巴斯夫公司（BASF ）开发，吸收CO 2

的速率较慢，为提高溶液吸收和再生速率，通常加入少量DEA 等活化剂。因此，活化MDEA 吸收CO 2的过程具有物理吸收和化学吸收的特点。该法自问世以来，受到了广泛关注，称为现代低能耗脱碳法。80年代末至90年代初，南京化工研究院、华东理工大学、川化研究院先后推出具有各自特色的活化MDEA 脱碳工艺。由于该工艺具有吸收能力大、反

适应范围广、再生能耗低、净化度高、溶应速度快、

液基本无腐蚀性、大部分设备及填料可用碳钢制作、操作简化等优点，因此，在较短的时间里它被国内20多家中小型合成氨厂广泛采用。然而，该法也

存在以下主要问题：

（1）溶液降解和腐蚀M DEA 溶液在脱碳过程中有一定的腐蚀和降解。对于腐蚀问题，除了要尽量减少降解程度外，仍须加入缓蚀剂。实验表明，在MDEA 溶液中加入适当缓蚀剂后，溶液腐蚀性得到大幅度降低。

（2）溶液起泡

起泡是由于溶液中化学污染物

使表面张力降低引起的。污染物通常有：溶解的轻烃、压缩机和阀门的润滑油、溶液降解产物、消蚀剂、微粒悬浮物和氧。保持有效的机械过滤和活性炭过滤，不断清除系统中非均相的硫化铁等杂质及有机杂质，是保证溶液清洁、防止起泡的主要方法。（3）M DEA 溶剂的损失溶剂损失是装置的重要经济指标。在使用该法的装置中，溶剂损失的途径有蒸发、夹带、降解及跑冒滴漏等。正常的蒸发损失很有限，根据M DEA 的蒸汽压计算，蒸发损失一般在0.01kg ·t -1吨左右。针对溶剂损失，可采用除雾

1.4低温甲醇洗

低温甲醇洗净化法是采用甲醇作为吸收剂的

一种物理吸收法，于上世纪50年代由德国林德

（Linde ）公司和鲁奇（Lurgi ）公司共同开发，由于该技术成熟，在工业上有着广泛的应用，主要特点为：甲醇具有较好的热稳定性、化学稳定性、传热传质性能；净化度高；吸收选择性好。低温甲醇洗净化工艺存在的问题及改进方法主要有：

（1）腐蚀问题低温甲醇洗系统中最易腐蚀的

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部位是换热器处，羰基铁的生成产生了腐蚀。另外，甲醇中水含量超标时会加剧CO 2、H 2S 对设备、管道的腐蚀，将对生产十分不利。

（2）甲醇单耗大引起甲醇单耗大的原因有：原料气的温度较高和制冷工段不能有效地为甲醇洗系统提供冷量；萃取系统或甲醇富液中间贮罐温度高导致甲醇气体分压增大；甲醇再生系统闪蒸塔闪蒸不充分；甲醇泵机封泄漏；甲醇/水分离塔操作不正常导致废水中甲醇含量高。改进方法有：严格控制装置入口煤气温度；严格限制中压蒸汽添加量；降低甲醇/水分离塔塔底排放废水中的甲醇含量；优化工艺操作等。

（3）甲醇的吸收效果差甲醇再生液中部分杂质的存在也严重地影响了甲醇的吸收效果。造成该问题的因素主要有：（a ）甲醇吸收液中杂质含量增多，循环甲醇污染严重。（b ）热再生塔再生效果差，不能将甲醇中的杂质脱除干净。（c ）甲醇/水分离塔效果差，循环甲醇中水含量高。改进方法有：（a ）防止甲醇与含硫气体接触。（b ）减少进入甲醇洗系统的杂质。（c ）在甲醇循环系统增加过滤装置分离甲醇中的杂质。

有一定的使用范围和优缺点，在选用时既要考虑方法特点，也要考虑到工艺流程，根据CO 2用途、能耗等进行综合考虑。

（1）碳丙法采用碳酸丙烯酯作吸收液，是典型的常温、物理吸收，吸收温度为30~35℃，溶液循环量较大，吸收和再生过程无需加热和冷冻，总能耗低。

（2）M DEA 法在较低压力下吸收时气体净化度可达标，能与各种变换压力相匹配，但再生时蒸汽消耗量随吸收压力降低而增高，故一般吸收压力选用大于2.6MPa 。

（3）NHD 法是低温吸收，溶液循环量小，总能耗较低，吸收温度为-5~5℃。一般在无低压蒸气来源，电价较低时宜选用NHD 法。

（4）低温甲醇洗工艺采用甲醇作为溶剂的一种物理吸收法，操作温度一般为-20~75℃，溶剂损失量小。此外，该法气体损失小，CO 2纯度高，产量大。

参

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考文献

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2脱碳方法比较

（1）PC 法溶剂损失大；为了达到较高净化

度，需有较高吸收压力和较低吸收温度；碳丙溶液对碳钢有腐蚀，装置内需要使用不锈钢材料；碳丙再生过程中易产生硫堵现象；需要增加氨洗，能耗增加。

（2）M DEA 法MDEA 吸收能力大，溶液损耗小，且对设备无腐蚀；净化度高；不需要增加氨洗；对吸收压力适用的范围较宽；再生能耗低，对设备几乎无腐蚀。

（3）NHD 法工艺流程简单，投资少；溶剂化学稳定性和热稳定性好，不起泡；能耗低，净化度高；溶剂损耗低，对设备腐蚀极小。

（4）低温甲醇洗法

工艺流程复杂，设备较多，

需要购买专利技术，投资高，但运行成本较低；溶液具有较好的热稳定性和化学稳定性；吸收选择性好，净化度高；溶剂价廉易得。

3结语

本文中简要介绍了4种脱碳方法，每种方法均