【文章內容簡介】 （ 1）組成：三氧化二鐵（ Fe2O3），助催化劑三氧化二鉻（ Cr2O3），一般含三氧化二鐵（ Fe2O3 ） 78177。 2%，含助催化劑三氧化二鉻（ Cr2O3 ） 9177。 2% ? （ 2）還原與氧化 ? 中變催化劑的活性主份是 Fe3O4 ,所以使用前必須活化，可用 CO和 H2 將 Fe2O3還原為Fe3O4 ? 還原反應： ? 中變催化劑的使用壽命一般為 2～ 3年，失效后從中變爐卸出前，需將催化劑鈍化 (即氧化 ) ? 氧化反應： 24332 23 COOFeCOOFe ??? OHOFeHOFe 243232 23 ???32243 64 OFeOOFe ?? ? 低溫變換催化劑 ? 本裝置用型號 B2051銅鋅系低變催化劑 ? （ 1）組成：氧化銅（ CuO）（ 28～ 29%），助催化劑氧化鋅（ ZnO）（ 47～ 51%），三氧化二鋁（ Al2O3）（ 9～ 10%）。 ? （ 2）低變催化劑的活性組份是 Cu，所以使用前需進行還原 還原反應： （ 3）氧化反應： OHCuHCuO 22 ??? 2COCuCOCuO ??? CuOOCu ?? 221 ? 注意事項：低變催化劑還原是一個強烈的放 熱反應，催化劑的還原溫度與其最高熱穩(wěn)定溫度（通常不超過 290℃ ）之間的范圍很窄，因此使得低變催化劑的還原成為合成氨裝置各種催化劑開車還原當中困難的一個操作，必須嚴格控制，決不可疏忽大意。 第六節(jié) 脫碳 （ MDEA） ? 一、脫碳工序的目的 ? 進一步凈化變換過來的合成氨原料氣，要求脫碳后殘余 CO2 ≤% ，并送往下一道甲烷化工序； ? 回收純凈 CO2（ CO2 ≥%）氣體，滿足尿素生產需要。 ? 二、脫碳方法分為兩大類 工業(yè)上采用的脫碳方法很多，都屬于液體吸收的過程，通常分為三大類： 物理吸收法：即利用 CO2能溶于某種液體的特性。 優(yōu)點：因物理吸收法基本服從于亨利定律，即溶解度與氣體分壓成正比，因此理論上說物理吸收能力是無限的，尤其高壓、低溫更能發(fā)揮物理吸收法的優(yōu)點。 缺點：脫除 CO2精度與選擇性不如化學吸收法好。 常用的物理吸收法有水洗法、低溫甲醇法、碳酸丙烯酯法等。 ? 化學吸收法 ? 優(yōu)點：精度高，在不太高的壓力下可以脫除至 CO2 ≤幾個～幾十 ppm。 ? 缺點： CO2與化學吸收劑產生反應，需消耗一定量吸收劑。 ? 常用的化學吸收法有氨水法、熱鉀堿法等。 ? 物理化學吸收法 ? 這一脫碳方法是既有物理吸收又有化學吸收。例如： MDEA法。 ? 三、 MDEA法簡介 ? MDEA法（又稱甲基二乙醇胺法），是德國巴斯夫公司（ BASF） 80年代開發(fā)的一種低能耗脫除CO2工藝。 ? MDEA法優(yōu)點：能耗低；吸收 CO2效果好；溶液穩(wěn)定性好；不降解、揮發(fā)性小；對碳鋼設備腐蝕性小。 ? MDEA的化學名： N－甲基二乙醇胺 ? MDEA分子式與分子結構式 ? 分子式： ? 分子結構式 : ? MDEA主要物理性質 ? 無色或微黃色油狀液體，能與水、醇互溶，微溶于醚。它由甲胺與環(huán)氧乙烷反應制得。 2135 NOHC OHCHCHOHCHCHNCH22223 ???? 分子量 密度 g/cm3 (20℃ ) 凝固點 ℃ 沸點 ℃ （ 102KPa） 閃點 ℃ 黏度 蒸汽壓 Pa(20℃ ) 汽化熱 KJ/mol 21 246 101103 ＜ 1 ? 四、 MDEA法脫除 CO2的工藝原理 ? 脫碳工藝是有兩個過程，一是溶液吸收CO2以凈化變換氣；二是將吸收了 CO2的溶液（稱為富液）中的 CO2解析出來，恢復吸收前 MDEA溶液的組成，達到循環(huán)使用的目的。前者稱為吸收過程，后者稱為再生過程。兩個過程都是傳質過程，服從傳質規(guī)律，只是進行的方向不同。 ? MDEA是一種選擇性較好的物理化學吸收劑，對 CO2既有化學吸收性能，又有物理吸收性能。 ? MDEA與 CO2的化學反應 ? CO2+H2O OH++HCO3 ? H++R2CH3NH+ R2CH3NH+ （碳酸氫鹽） 與 的化學反應 N R2CH3NH++CO2 +H2O R2CH3NH+.HCO3 ? 說明： 為了提高 MDEA吸收 CO2速率，需要添加活化劑； 吸收反應生成的碳酸氫鹽易進行加熱再生； MDEA不僅加壓時對 CO2溶解度大，而且減壓閃蒸時解析出的 CO2完全。 所以 MDEA溶液可以減壓、加熱再生，循環(huán)使用。 ? 五、 MDEA溶液組份 ? 有效組份： N－甲基二乙醇胺，其濃度≤50% 。 ? 有效組份 ↗ ，則 CO2溶解度和吸收速率 ↗ 。 ? 有效組份濃度過大，則使溶液粘度 ↗ ，不利 CO2吸收。 ? ? 活化劑 ? （ 1）常用的有：二乙醇胺、呱喹、甲基 —二乙醇胺等。 ? （ 2）濃度：～ 3% ? 緩蝕劑 ? 作用：減輕對設備、管道腐蝕，減少溶液起泡。 ? 濃度與具體物質暫不詳。 ? 六、 MDEA法脫碳工藝流程（見工藝流程圖） ? A貧液 ： ? B半貧液 ： 貧液 A 吸收塔貧液冷水卻器脫碳溶液換熱器來自再生塔中段底部 ℃℃℃ ?? ???? ???? ?? 5585120 再生塔（中段）脫碳溶液換熱器進溶液泵吸收塔中部進半貧液泵來自再生塔上段底部℃℃，?? ??????????? ???110 2Mp %20%80 ? 富液： 氣體： 再生塔上段再生塔下段來自吸收塔底部 ℃， ????? ?? 閃蒸氣去焦爐氣壓縮機三段 ???? ???? ???? ???????? ??? h/40575 N p %CO 3變換氣分離器脫鹽水預熱器再沸器低變氣 ℃℃℃， 凈化氣去甲烷化凈化氣分離器吸收塔 ℃，℃， ?????? ????????? ?? ? %2 32CO ? 七、主要設備 ? 吸收塔 ? 說明： ? （ 1）、塔高 30m以上。吸收塔直徑上小下大，這是因為進塔頂的貧液量要比進中部的半貧液少得多（ 20%： 80%） ? （ 2）、塔上部和下部各裝兩層不銹鋼規(guī)整填料，其目的是提高傳質效果。 ? （ 3）、貧液和半貧液進塔處裝有分布管和分布盤組成的液體分布器，其目的是要求溶液在塔內分布盡可能均勻。 ? 再生塔 ? 說明： ? （ 1）、整個再生塔分為上、中、下三段。下段壓力 (G),起閃蒸罐作用，來自吸收塔的富液首先進入下段，在此，富液中大部分溶解的氫氮氣被閃蒸出來，閃蒸氣返回焦爐氣壓縮機入口。 ? （ 2）、從下段出來的富液，經閥門減壓到(G)進入再生塔上段，被來自中段的蒸汽汽提。從上段頂部出來的 CO2氣體經洗滌冷卻后送往尿素。 ? （ 3）、從上段底部出來的半貧液分成兩股：約80%的半貧液經半貧液泵升壓送至吸收塔中部作為吸收液；約 20%的半貧液經溶液泵加壓和溶液換熱器預熱后送到再生塔中段再生（再生熱源來自再沸器的低變氣）。再生過的貧液經冷卻和貧液泵加壓后送至吸收塔頂部作為吸收液。 ? （ 4）、再生塔上、中、下三段分別裝有一層、二層、一層的不銹鋼規(guī)整填料。 ? （ 5）、再生塔為低壓（下段）和常壓（上、中段）設備，塔壁較薄，嚴禁超壓或塔內形成負壓。 第七節(jié) 甲烷化 ? 一、概述 ? 目的：脫除工藝氣中微量 CO和 CO2 ，指標 CO+ CO2 ≤10ppm，得到合格的精煉氣。送往合成工序。 ? 甲烷化優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點：相比銅洗法、低溫液氮法來說，設備投資少、操作簡單，沒有污染等。 ? 缺點：甲烷化要消耗一定 H2，生成 CH4，從而增加合成馳放氣量，也就增加了氫、氮損失。 ? 甲烷化只適用于變換氣中 CO≤%，脫碳氣中 CO2 ≤%，并且總硫 ≤。 ? 二、甲烷化基本原理 ? 化學反應式 m olKcalOHCHHCO / 242 ??? ?? m olKcalOHCHHCO / 2422 ??? ?? m olKcalOHOH /222 ??? ? 上述二個反應都是強放熱反應，并且是可逆、體積減少反應。反應熱效應隨著溫度的升高而增大。 ? 經驗數據：在絕熱情況下 ? 原料氣中，每 %的 CO轉化為 CH4時，原 料氣的溫度將升高 ℃ 。 ? 每 %的 CO2轉化為 CH4時，原料氣的溫度將升高 ℃ 。 ? 每 %的 O2與 H2作用時，會造成 ℃ 的溫升。 ? 防止發(fā)生析碳反應 ? 在甲烷化正常操作條件下，這二個反應都不會發(fā)生，但溫度超過 500℃ 時就可能發(fā)生，所以甲烷化床溫設置溫度高的聯鎖。 KJCCOCO 2 ??? KJ4131COHHCO 22 .???? ? 三、甲烷化催化劑 ? 本裝置用 J103型甲烷化催化劑 ? 組成：活性成分是氧化鎳，載體為氧化鋁，促進劑為氧化鎂。外觀為灰色。 ? 催化劑的還原與氧化 ? （ 1）還原：甲烷化催化劑使用前必須將氧化鎳還原成金屬鎳，才具有催化活性。一般用H2或脫碳后的原料氣還原，其反應如下： KJ31OHNiHNiO 22 .???? KJ538CONiCONiO 2 .???? ? 注意點： ① 還原態(tài)的甲烷化催化劑在 180℃ 以下會與CO接觸生成羰基鎳： ② 羰基鎳不僅對催化劑有毒害，而且對人體毒害也很大。因此，在催化劑降溫至 180℃ 時，要停止使用含 CO的工藝氣，而改用 H2或 N2 。 ? （ 2）氧化：還原態(tài)的甲烷化催化劑能與 O2發(fā)生激烈的氧化反應，生成金屬鎳，同時放出大量熱。其反應如下： ? 注意點：甲烷化催化劑 如長期停車或更換催化劑時，通入含有少量氧氣的水蒸氣，使催化劑緩慢氧化，并在表面形成一層氧化鎳保護膜，即“鈍化”，經“鈍化”后的甲烷化催化劑才能與空氣接觸。 ? 五、甲烷化的操作要點 ? 以控制 床溫 為中心，保證出口氣中CO+CO2≤10ppm； ? 甲烷化適宜控制溫度 270～ 400℃ ； ? 甲烷化爐本身的操作是平穩(wěn)可靠的，事故往往來自于前道工序，要密切監(jiān)視床溫，及時與上道工序聯系。 第八節(jié) 壓縮 ? 一、概述 ? 壓縮工序目的：原料氣的凈化和氨的合成都是在一定的壓力下進行。各工序之間原料氣的輸送，都需要對氣體進行壓縮。 ? 壓縮機的分類 ? （ 1）往復式壓縮機 ? 優(yōu)點： ? a) 壓力范圍廣 b) 效率較高 c) 對機體材料 沒有特殊要求 ? 缺點： ? a) 外形尺寸和重量較大 ? b) 氣流有脈沖性，易損零件較多 ? C) 結構復雜，氣缸內一般需注入潤滑油 ? （ 2）離心式壓縮機 ? 優(yōu)點 ? a) 輸氣量大、尺寸小、重量輕、占地少、無需備機； ? b) 可用蒸汽透平代替電機，作為驅動機； ? c) 易損部件少，運行平衡，運行周期長； ? d) 供氣均勻，調節(jié)方便，易于自動化操作。 ? 缺點： ? a) 效率比往復式低 5～ 20%； ? b) 只適用于大氣量場合，否則機組效率太低； ? c