北京化工大学毕业论文用纸 1 尿素合成天然气的净化工艺
摘 要 在尿素合成中天然气净化的生产过程中，CO2、H2O、CO等气体对天然气的净化有影响,必须净化。天然气通过手动控制阀进入配气站经过粗过滤器,细过滤器及分离器除去杂质后进入天然气压缩机压缩后提压送出界区,供净化装置使用。
关键词：尿素 天然气 净化 北京化工大学毕业论文用纸
2 前 言
天然气是埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的可燃气，是一种无色无味无毒、热值高、燃烧稳定、洁净环保的优质能源。天然气其主要成分为甲烷，热值为8500大卡/米3是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。 当非化石的有机物质经过厌氧腐烂时，会产生富含甲烷的气体，这种气体就被称作生物气（沼气）。生物气的来源地包括森林和草地间的沼泽、垃圾填埋场、下水道中的淤泥、粪肥，由细菌的厌氧分解而产生。生物气还包括胃肠涨气（例如：屁），胃肠气最通常来自于牛羊等家畜。 当甲烷散逸到大气层中时，它将是一种直接促使全球变暖愈演愈烈的温室气体。这种飘散的甲烷，就会被视作一种污染物，而不是一种有用的能源。然而，在大气中的甲烷一旦与臭氧发生氧化反应，就会变成二氧化碳和水，因此排放甲烷所导致的温室效应相对短暂。而且就燃烧而言，天然气要比煤这类石炭纪燃料产生的二氧化碳要少得多。甲烷的重要生物形式来源是白蚁、反刍动物（如牛羊）和人类对土地的耕种。据估计，这三者的散发量分别是每年15、75和100百万吨（年散发总量约为1亿吨）。
天然气应用领域 天然气利用领域非常广泛，除了能用于炊事外，还可广泛作为发电、石油化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车、集中空调的燃料或原料。 天然气主要优点 天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，北京化工大学毕业论文用纸 3 一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，纾缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。其优点有： ① 绿色环保：天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物 质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。 ② 经济实惠：天然气与人工煤气相比，同比热值价格相当，并且天然气清洁干净，能延长灶具的使用寿命，也有利于用户减少维修费用的支出。天然气是洁净燃气，供应稳定，能够改善空气质量，因而能为该地区经济发展提供新的动力，带动经济繁荣及改善环境。 ③ 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。 ④ 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+R′H+2H2S 北京化工大学毕业论文用纸 4 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:不饱和烃加氢饱和反应 C2H4+H2=C2H6 b:甲烷化反应 CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O 1.2 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+ROH COS+ZnO=ZnS+CO2 CS2+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+2H2O COS+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北京化工大学毕业论文用纸 5 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,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,在吸收塔上段少量的CO2被较低温度的贫北京化工大学毕业论文用纸 6 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+CO2≦20PPM,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,送至合成压缩工段。 北京化工大学毕业论文用纸
7 分离器
氨冷器 甲烷化炉 废热锅炉 低变炉 甲烷化加热器
中变炉
燃料气分离器
转化废锅
二段转化炉 一段转化炉 氧化锌脱硫槽 锢镍加氢器
天然气加热炉
空气加热炉
配气站
来自氧气压缩机 的氧气
天然气
液体 天然气净化的工艺流程图 尿素 北京化工大学毕业论文用纸
8 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 44000m3／h(干) 进口气体中CO2 20.95%(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 30—60% （2）二次吸收塔 进吸收塔气量 35357 m3／h(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)
吸收 再生