《合成氨变压吸附工艺优化(原文).》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合成氨变压吸附工艺优化(原文).（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LUOYANG NORMAL UNIVERSITYXXXX届本科毕业论文(设计)合成氨变压吸附工艺优化院（系）名称化学化工学院专 业 名 称（全名）学生姓名学号指导教师XXX 职称完 成 时 间XXXX年XX月合成氨变压吸附工艺优化摘要：由于变压吸附技术在化工领域生产中的众多优势，使用变压吸附技术在合成氨的大量生产中渐渐得到了广泛的应用，本篇论文在分析了变压吸附技术的基本原理和目前常用的变压吸附脱碳技术的基础上，从工艺角度对变压吸附工艺进行了优化设计，对于变压吸附技术的进一步推广和优化应用有一定的借鉴意义。关键词：合成氨；变压吸附；优化Optimization of Synthetic Amm
2、onia PSA ProcessAbstract：Because of the many advantages of PSA technology in chemical industry production, implementation of decarburization in ammonia production has gradually been widely used pressure swing adsorption technology, based on the analysis of the basic principle of pressure swing adsor
3、ption technology and commonly used PSA technology, optimize the design of pressure swing adsorption process from the process point of view, have certain reference significance for the further promotion and application of optimization of pressure swing adsorption technology.Key words: ammonia synthes
4、is; PSA; optimization目 录1 前言12 合成氨变压吸附概要22.1 合成氨变压吸附技术原理22.2 合成氨变压吸附工艺的优势42.3 合成氨变压吸附的前景43 合成氨变压吸附工艺的优化53.1 产品纯度的调整53.2 装置参数的调节63.2.1 调整吸附时间63.2.2 产品气升压控制63.2.3 粗脱碳系统与净化系统吸附时间的协调控制73.3 装置工艺的优化8结语9参考文献10致 谢121 前言合成氨工业是氮肥工业的基础，在国民经济中占有重要的地位。由于氨的生产过程有很大的能源消耗，因此节能技术和新型制氨工艺的研究和开发一直是世界上极为关注的重点课题，毫无疑问，在节能技
5、术的推动下，合成氨工业在不断向前发展。合成氨工艺的原料气仅氢气和氮气。合成氨是以氢气和氮气在3：1的条件下，在高温高压条件下，通过催化剂反应生成氨的化学过程，其反应过程是一个体积缩小的过程。氮气来源于空气，取之不尽、用之不竭，只需要提纯净化即可，而氢气则是最主要的研究对象。制氢技术、氢资源的净化和供应所需采用的工艺方法，这些都是合成氨工业需要逐步解决并及时改进的重大课题。氢气与氮气相反，无法直接从自然界中获得。氢元素主要存在于大量的碳氢化合物和水中，只有通过不同的化学方法把碳氢化合物或水中的氢元素释放出来，生成含氢气的混合气体，然后再通过其它生产手段从含氢混合气体中提纯出氢气，进而为合成氨提供
6、氢原料气，而成熟可靠的变压吸附技术就可以实现从混合气体中提纯得到氢气。 李俊成，肖隆斌.变压吸附提纯二氧化碳技术应用J.大氮肥，2007，01：19-21.通过变压吸附技术制得的氢气纯度能够超过99.99%，一氧化碳与二氧化碳的总体积不超过110 -5，空气中提取的高纯度氮气与高纯度氢气配气后就可以进行氨合成环节，整个合成过程中，几乎没有惰性气体的存在，因此能够大大节约用于惰性气体循环的压缩功。利用变压吸附技术进行氨的合成可以最大限度的降低驰放气，进而大大节约压缩功能量。 王波.几种脱碳方法的分析比较J.化肥设计，2007，02：34-37.此外，在合成氨的变换气中约含有18%至30%的二氧化
7、碳，这部分二氧化碳在到达氨合成反应工序以前，必须要全部清除掉。采用哪种工艺路线来实现变换气脱碳会直接影响到氨的产量，由此可见脱碳在整个工艺中占有重要地位。而目前常用的脱碳技术为变压吸附脱碳。 毛薛刚，张玉迅，周洪富，管建平.变压吸附技术在合成氨厂的应用J.低温与特气，2007，05：39-43.变压吸附脱碳要实现连续分离的效果必须要有两个或多个吸附塔，让其更替操作，并且一定要有一个吸附塔处于吸附阶段，而别的吸附塔处于解吸再生的各个阶段。每一次循环，吸附塔都会一一经过吸附、压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最后升压等步骤。 殷文华，罗英奇，吴巍，伍毅，曾凡华，李克兵，郜豫川.变压吸附技
8、术在合成氨行业的应用和发展J.低温与特气，2015，01：45-49.在变压吸附时，由于吸附压力的作用，气体会经过含有吸附剂的吸附床层，因为吸附剂可以强力吸附二氧化碳、水以及硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则被排出。但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分氢气、氮气以及一氧化碳等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。 尤彪.型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景J.中氮肥，2008，02：5-9.对于截留在吸附剂上的二氧化碳，我们可以采用逆向放压和抽真空的方法将其解离下来，进而实现吸附剂
9、的循环使用。在完成抽真空之后，将少量吸附出口净化气以及均压过程的降压气用于吸附塔的升压，直到达到吸附压力后方可进行重复的吸附分离步骤黄立新.变压吸附技术在合成氨中的工艺研究及其优化设计J.江西化工,2008,03:188-191.。2 合成氨变压吸附概要变压吸附技术，也简称变压吸附，是当前的一项高新技术，用于对气体混合物进行分离提纯，其主要原理在于吸附剂的选择性以及吸附容量对压力的关系，通过多个吸附塔达到间歇过程连续化的目的。变压吸附属于物理吸附，依靠的是吸附剂与被分离物质间的分子作用力而进行选择性吸附，其主要特点为：吸附过程中不会发生化学反应，并且具有可逆性。变压吸附能够对混合气体进行分离提
10、纯的原因在于：第一、吸附剂对不同物质的吸附力有所不同；第二、吸附容量与压力呈正相关，与温度呈负相关。利用吸附剂的第一个特性，可以实现对不同吸附力强度的组分的分离；而第二个性质可以用于对吸附剂的再生，实现循环使用，不间断吸附分离的目的。2.1 合成氨变压吸附技术原理合成氨的变换气中的主要成分为H2、N2、CH4、CO、CO2等，同时还有少量杂质，如H2O、硫化物等。吸附剂对于这些组分的吸附能力大小依次是H2O、硫化物CO2CH4CON2H2。在变压吸附过程中，为了让CO2达到较好的吸附效果，要选择高选择性的专用吸附剂。在变换气经过吸附剂时，二氧化碳、水、硫化物及部分CH4由于具有较强的吸附作用而
11、被拦截，别的组分由于吸附力较弱则能够顺利通过，由此实现分离的效果；随后再利用吸附剂的吸附能力随压力变化的特点，选择合适的压力对气体再进行分离，也可以实现吸附剂的循环使用，通常情况下利用逆向防压与抽真空的方法便可实现吸附剂的再生，且都在室温下进行。 汤霞槐.变压吸附提氢技术在合成氨弛放气氢回收装置的应用J.化肥设计，2009，02：37-39+42.为了实现连续分离的效果，变压吸附脱碳必须要具备两个及其以上的吸附塔交替运行，要保证始终有一个吸附塔在选择吸附阶段，而其余的塔则处在解吸再生的各个阶段。每一次循环，各个吸附塔都会经过吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽真空等步骤。 汪寿建.变压吸附在合成
12、氨原料气净化中的应用J.化工设计通讯，2011，02：34-38.在变压吸附时，由于存在吸附压力，原料气在经过带有吸附剂的吸附床层时，因为吸附剂可以强烈吸附CO2、H2O、硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则作为脱碳净化气被排出。 洪鉴.80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造J.小氮肥，2011，08：9-13.但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分H2、N2、CO等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。随后，我们可以利用逆向放压与抽真空的技术将吸附剂上的CO2解吸附，让吸附剂再生。抽真空
13、以后，可以通过均压中的降压气以及净化气来逐渐升压，直到吸附塔的压力达到吸附压力后，便可进行重复进行下一次分离。变压吸附中较为常见的吸附剂主要有氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛等。氧化铝为固体，有较强的亲水性，通常用来对气体进行脱水处理。硅胶类吸附剂为合成的无定形的二氧化硅，是Na2SiO39H2O与无机酸通过胶凝、洗涤、干燥等步骤制作而成的，其不但具有较强的亲水性，并且对于烷烃以及二氧化碳等成分也具有良好的吸附力。活性炭作为一类广谱耐水的吸附剂，因其表面具有氧化物基团和无机物杂质，因而活性炭极性很小，再加之其较大的内表面积，因此对于弱极性以及非极性分子都具有很好的吸附力。沸石分子筛吸附剂是一种强极
14、性的吸附剂，其含有碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，孔径均匀，选择性很强。如果气源的构成复杂，那么通常会将多种吸附剂联合使用，按照其性质差别对吸附床进行分层填装，进而实现高效分离的效果。 姜宏，谯中惠，郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用J.低温与特气，2005，06：28-31.2.2 合成氨变压吸附工艺的优势1.耗能少。变压吸附工艺能够运行的压力范围很大，因此对压力没有过高的要求和限制。如果气源自身有压力，那么就可以节省再次加压的消耗，并且变压吸附不需要特殊的温度，因此不用加热或者冷却。2.工艺步骤简单。不需要繁琐的步骤便可以将多种气体分离开来，并且对水、硫化物以及烃类等杂质耐受力较强，
15、不需要经过繁琐的前期处理。3.装备可灵活调节，操作弹性大。只要稍微调整设备就能够使生产负荷发生变化，并且负荷条件不同时也可以保证产品质量相同，仅回收率可能会发生变化。对于杂质含量与压力等条件，变压吸附装置没有很多的限制，可调节性很大。4.吸附剂耐用，如果按照正常流程操作，一般情况下，吸附剂的寿命可高达十几年。5.绿色环保。如果不考虑原料气性质的话，那么变压吸附设备的操作是没有污染的，对环境十分友好。6.操作步骤简单便捷，可节约气体压缩功的附加耗能。2.3 合成氨变压吸附的前景上个世纪时，吸附分离是化工操作的一部分，被用作辅助工艺，仅仅应用于工业气体的干燥脱水以及除去极少量的二氧化碳。但是随着工艺技术的发展，变压吸附技术得到了很大的改善，现已变成一种快捷高效的气体分离方法，被应用在众多领域上，是深冷法之后的又一突破分离工艺。在上个世纪80年代，变压吸附制氢被成功应用于工业当中，因为其耗能少、操作简单、制得的产品纯度高等优点，自那以后在我国迅速推广开来，迄今为止，我国已有的以及正在建设的变压吸附设备累计超过一千套。在应用领域上，随着变压吸附技术的日渐成熟，目前已得到了较大的肯定，就当前情况
