Курсовая работа (т): Проект отделения очистки конвертированного газа от оксидов углерода

Аминовые процессы обеспечивают тонкую очистку газов от сероводорода и диоксида углерода при незначительном поглощении углеводородов.

Каждый из аминовых растворителей обладает определенными физико-химическими свойствами, влияющими на процесс очистки. Выбор растворителя зависит от требуемой степени очистки газа, начального содержания примесей, а также необходимых технико-экономических показателей процесса (расход растворителя, тепла и энергии на процесс очистки).

Наиболее распространенные способы аминовой очистки.

МЭА-способ

Для МЭА-способа хемосорбентом является водный раствор моно-этаноламина с концентрацией 15-30 % масс. Более высокие концентрации МЭА применяют только при использовании высокоэффективных ингибиторов коррозии. Растворы МЭА обеспечивают тонкую очистку газа от H2S и СО2 в широком диапазоне концентраций. Моноэтаноламин по сравнению с другими аминами труднее регенерируется, но меньше поглощает углеводороды.

Существенным недостатком МЭА являются его относительно высокая реакционная способность по отношению к органическим соединениям серы, содержащимся в газе, с образованием побочных продуктов и высокая коррозионная активность его растворов. Первичные амины не следует использовать, если в очищаемом газе присутствует CS2 и СОS, так как реакция протекает с образованием труднорегенерируемых и нерегенерируемых соединений, накапливающихся в абсорбенте и снижающих его абсорбционную емкость.

ДЭА-способ

Диэтаноламин применяют в качестве хемосорбента в виде водного раствора концентрацией 25-30 %. Недостатком ДЭА-способа по сравнению с МЭА-способом являются более низкая поглотительная способность раствора и более высокий удельный расход абсорбента.

Наиболее важные преимущества ДЭА-способа по сравнению с МЭА- способом:

обеспечивается тонкая очистка газов в присутствии COS, CS2 и тяжелых углеводородов (продукты реакции ДЭА с COS и CS2 на 70-85 % гидролизуются до H2S и СО2);

выше химическая стабильность;

насыщенный абсорбент легче регенерируется вследствие меньшей прочности химических связей образующихся соединений;

диэтаноламин имеет более низкое давление насыщенных паров, что обеспечивает меньшие потери с кислым газом в десорбере;

абсорбцию можно проводить на 10-15 °С выше, чем в МЭА-процессе, что позволяет снизить вероятность вспенивания раствора при очистке газа с повышенным содержанием тяжелых углеводородов.

МДЭА-ДЭА-способ

Используют с целью улучшения технико-экономических показателей процесса очистки газа от кислых компонентов за счет снижения коррозионной активности реакционной среды. Как правило, этот способ используют для обеспечения требуемой степени извлечения (и ее регулирования) СО2 в присутствии H2S. В этом процессе используется водный раствор смеси метилдиэтаноламина (МДЭА) и диэтаноламина (ДЭА) суммарной концентрации аминов 40-50 % при массовом соотношении ДЭА: МДЭА от 1: 4 до 4: 1.

Способ ДИПА.

В качестве хемосорбента используется диизопропаноламин (ДИПА) в виде водного раствора с концентрацией до 40 %. ДИПА обеспечивает тонкую очистку газа от H2S - до 1,5 мг/м3 и СО2 - до 200 мг/м3 (до 0,01%) при низкой растворимости в нем углеводородов. При этом извлекаются до 50 % COS и RSH. ДИПА с СО2, COS и RSH образует легко регенерируемые соединения. Потери ДИПА при регенерации примерно вдвое меньше, чем МЭА. При использовании в качестве абсорбента растворов ДИПА практически отсутствует коррозия аппаратуры. Тепловой эффект реакции ДИПА СО2 и H2S ниже, чем для МЭА, и поэтому расход пара при регенерации ниже. Существенным недостатком ДИПА является его высокая стоимость.

Способ Эконамин

В качестве хемосорбента используется дигликольамин (ДГА) с концентрацией в водном растворе 60-65 % масс. ДГА - это фирменное название 2-этокси (2-амино)этанола (HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2- NH2). ДГА обеспечивает тонкую очистку газа от H2S - ниже 5,7 мг/м3 и СО2 ниже 200 мг/м3 (до 0,01% об.). При взаимодействии ДГА с СО2, COS, СS2 и RSH образуются легко регенерируемые соединения. По сравнению с МЭА и ДЭА обладает существенно более высокой способностью извлекать меркаптаны. Степень насыщения раствора кислыми компонентами газа на 20 % больше, чем для МЭА. Недостатком ДГА являются его высокая стоимость и сравнительно большие потери при эксплуатации.

ТЭА-способ

Абсорбент - водный раствор триэтаноламина концентрации 45-53 % масс. Триэтаноламин (ТЭА), в отличие от первичных и вторичных аминов, не способен вступать в непосредственное взаимодействие с диоксидом углерода с образованием карбамата, так как в молекуле ТЭА отсутствует подвижный атом водорода у атома азота. Извлечение СО2 происходит за счет физической абсорбции (под давлением 5-7 МПа) и реакций образования карбоната и гидрокарбоната амина, имеющих низкие константы скорости. Процесс регенерации осуществляется ступенчатым испарением за счет понижения давления и повышения температуры в сепараторе, а затем в десорбционной колонне. Недостаток способа в том, что в дальнейшем газ требуется подвергать доочистке с применением алкацидного способа.

Способы ДЭТА и ЭДА

Для хемосорбции СО2 и H2S применяются полиамины. Эти способы преимущественно используют для очистки газов нефтепереработки, для очистки коксового газа. Растворы диэтилентриамина (ДЭТА) и этилендиамина (ЭДА) обладают значительно большей скоростью хемосорбции СО2 и обеспечивают более глубокую очистку газов от СО2 (до 0,01 % об.), по сравнению с моноэтаноламином. Кроме того, их поглотительная способность существенно выше.

Столь же велика хемосорбционная активность раствора ЭДА. Поглотительная способность ЭДА по отношению к сероводороду почти в 2 раза выше, чем МЭА.

Наиболее существенным недостатком полиаминов как хемосорбентов является их высокая коррозионная активность, что требует применения специального оборудования из нержавеющей стали или высокоэффективных ингибиторов коррозии.

Способ Амизол

Основан на применении в качестве хемосорбента раствора МЭА или ДЭА в метаноле. Такой абсорбент поглощает H2S, CO2, меркаптаны, углеводороды и воду. Абсорбция ведется при 35 °С, а регенерация при 80 °С. Это обусловливает низкий расход тепла на регенерацию по сравнению с водными растворами аминов. При этом процессе достигнута высокая степень очистки от H2S, COS, CO2. Побочные реакции аминов с СО2 и COS в метанольном растворе идут в 10 раз медленнее, чем в водном растворе МЭА, и в 100 раз медленнее, чем в водном растворе ДЭА. Коррозия оборудования при этом практически отсутствует.

Недостатком способа является большой унос паров метанола с потоком очищенного газа. Однако очистка газа водой после абсорбера дает возможность практически полностью улавливать метанол и после выделения и возвращать в цикл, но для этого требуется дополнительное оборудование.

В данном дипломном проекте рассматривается двухпоточная технологическая схема отделения очистки цеха аммиака третьей очереди, с применением в качестве абсорбента раствор метилдиэтаноламина.

.2 Обоснование цели реконструкции и основных технических решений

Агрегат аммиака в ОАО «ГРОДНО АЗОТ» с номинальной мощностью

т NH3 / сутки, построенный по проекту фирмы Toyo Engineering Corporation является одним из многих агрегатов основанных на технологии фирмы Kellog. Эта технология по современным критериям отличается слишком высоким показателем энергопотребления свыше 10 Гкал/т NH3. Большая доля в общем энергопотреблении приходится на узел очистки газа от СО2 горячим раствором карбоната калия, потребляющий значительные количества тепла на регенерацию раствора.

Целью модернизации является уменьшение расхода энергии на регенерацию абсорбционного раствора (на 8-10 % по сравнению с работой на растворе Бенфильд), улучшение степени очистки технологического газа от СО2 (снижение содержания СО2 от 0,1 % до 0,005 %), доведение производительности отделения очистки до мощности, эквивалентной производительности агрегата 1500 т NH3/сутки, уменьшение технологических потерь абсорбента (деградация и унос с ПГС до 0,1 кг на тонну NH3), снижение смолоотложения на поверхности теплообменной аппаратуры.

Снижение энергетических затрат в производстве NН3 является одной из наиболее актуальных задач при модернизации действующих агрегатов. Цель достигается путем замены раствора Бенфильд абсорбентом на основе метилдиэтаноламина (МДЭА).

Критерием сравнения процессов очистки газа, как и во всех других случаях, является величина приведенных затрат. Однако в каждом случае необходимо учитывать факторы, зависящие от конкретных условий и влияющие на экономику процесса.

В таблице 1.3 приведены данные, характеризующие основные технические и экономические показатели процессов метилдиэтаноламиновой и поташной очисток газа от диоксида углерода раствором метилдиэтаноламина (МДЭА) и горячего поташа, активированного диэтаноламином (П+ДЭА).

Таблица 1.3 Основные технические и экономические показатели процессов метилдиэтаноламиновой и поташной очисток

Как видно из приведенных данных, в процессе МДЭА-очистки значительно ниже расход тепла, значительно меньше количество циркулирующего раствора.

В поташной очистке выше расход электроэнергии и ниже степень очистки газа, обусловливающая 10-тикратное увеличение расхода водорода на процесс метанирования, что вызывает прямую потерю продукции (около 7 т/сут). Кроме того, возможны дополнительные потери водорода, азота и аммиака в цикле синтеза за счет увеличения продувки, что равноценно потере дополнительно примерно 7 т аммиака в сутки. Таким образом потери из-за неполного удаления СО2 составляют около 1,1 % мощности установки.

Таким образом, процесс МДЭА-очистки, имеет определенные преимущества перед поташной очисткой.

Применение МДЭА раствора позволяет улучшить технико-экономические показатели процесса очистки газа от кислых компонентов за счет селективной абсорбции, а так же за счет большей ёмкость абсорбента на единицу объёма при поглощении СО2 .

МДЭА очистка существенно дороже поташной очистки. Однако, благодаря ряду усовершенствований (применение схем с разделенными потоками, совмещение тепло- и массообмена, увеличение степени насыщения абсорбента) показатели процесса резко улучшаются.

2. Характеристика сырья и готовой продукции

.1 Характеристика сырья и материалов

Современное производства синтетического аммиака состоит из ряда последовательных технологических стадий, сосредоточенных в отдельных блоках: сероочистки природного газа, конверсии метана, конверсии окиси углерода, очистки синтез-газа (конвертированного газа) от диоксида углерода, метанирования, компрессии, синтеза аммиака, объединенных по технологическому принципу.

Характеристика сырья и материалов представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Характеристика сырья и материалов

2.2 Характеристика продукта

Продуктом производства является синтетический аммиак.

Химическая формула - NН3. Относительная молекулярная масса - 17.

Жидкий аммиак (NН3) - бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом, образуется в результате охлаждения газообразного аммиака до минус 33,4°С при атмосферном давлении. При температуре минус 78°С затвердевает в виде кристаллов кубической формы. Плотность жидкого аммиака равна 681,4 кг/м3.

Критическая температура аммиака равна 132,4°С, критическое давление 115 кгс/см2. Молярная теплоемкость аммиака при атмосферном давлении и 20°С равна 35,66 кДж/моль·град, молярная теплота испарения при минус 33,4°С составляет 22,37 кДж/моль.

Аммиак хорошо растворяется в воде, образуя гидрат окиси аммония:

Н3 + Н2О → NН4ОН + Q

При температуре 20 °С и 101325 Па в одном объеме воды растворяется 695 объемов аммиака. Водный аммиак - бесцветная прозрачная жидкость с резким запахом. Значение плотности при температуре 25 °С и давлении 101325 Па составляет 900 кг/м3.

Температура самовоспламенения в смеси с воздухом равна 650 °С. Предел взрываемости воздушной смеси с аммиаком при 20 °С и атмосферном давлении в объемных долях: нижний - 15,5 %, верхний - 27 %.

Газообразный аммиак - бесцветный газ с резким специфическим запахом. Значение плотности при 0 °С и 101325 Па - 0,771 кг/м3 [24].

Аммиак обладает токсическими свойствами. Попадание аммиака в организм вызывает головокружение, тошноту, т.е. легкое отравление, в больших количествах вызывает удушье и отек легких. Попадание жидкого аммиака на кожу вызывает сильные ожоги. Предельно допустимая массовая концентрация аммиака в рабочем помещении - 20 мг/м3 [24].

Выпускаемый товарный синтетический аммиак должен соответствовать ГОСТ 6221-90, основные технические показатели представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Выпускаемый товарный синтетический аммиак