【正文】 吸收法吸收二氧化碳。用天然氣（甲烷)為原料的烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化法所得的CO2量較少，合成氣中CO2濃度在1520%。在此過(guò)程中吸收塔壓降還應(yīng)維持在合理范圍內(nèi)以降低合成氣壓縮機(jī)的功耗。因此，脫除CO2，工藝的能耗高低，對(duì)氨廠總能耗的影響很大，國(guó)外一些較為先進(jìn)的合成氨工藝流程，均選用了低能耗脫碳工藝。就世界范圍來(lái)說(shuō)，氨是最基本的化工產(chǎn)品之一，其主要用于制造硝酸和化學(xué)肥料等。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產(chǎn)尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。節(jié)能和降耗。進(jìn)入WTO后，氮肥行業(yè)這種結(jié)構(gòu)性矛盾日趨顯著，成為影響行業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要因素。我國(guó)的合成氨原料主要集中在重油，天然氣和煤，到目前為止，中國(guó)化肥產(chǎn)量己居世界第一位。氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要量最大的化肥之一，合成氨則是氮肥的主要來(lái)源，因而合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的位置。50年代以前，最大能力為200噸/日，60年代初為400噸/日，美國(guó)于1963年和1966年分別出現(xiàn)第一個(gè)600t/d和1000t/d的單系列合成氨裝置，在6070年代出現(xiàn)15003000t/d規(guī)模的合成氨。世界上85%的合成氨用做生產(chǎn)化肥，世界上99%的氮肥生產(chǎn)是以合成氨為原料。 我國(guó)合成氨工業(yè)始于20世紀(jì)30年代，經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)的合成氨工業(yè)得到很大的發(fā)展，建國(guó)以來(lái)合成氨工業(yè)發(fā)展十分迅速，從六十年代末、七十年代初至今，我國(guó)陸續(xù)引進(jìn)了三十多套現(xiàn)代化大型合成氨裝置，已形成我國(guó)特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。但人均耕地面積只有世界平均水平的47%，而人口在本世紀(jì)中葉將達(dá)到約16億，糧食始終是至關(guān)重要的問(wèn)題。對(duì)原有合成氨裝置進(jìn)行改擴(kuò)建，利用國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的傾斜政策，節(jié)能技術(shù)改造見(jiàn)效快、可很快提高企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，改擴(kuò)建改造會(huì)給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開(kāi)發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過(guò)程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則可以簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。合成氨的生產(chǎn)過(guò)程一般包括三個(gè)主要步驟: （l）造氣，即制造含有氫和氮的合成氨原料氣，也稱(chēng)合成氣；（2）凈化，對(duì)合成氣進(jìn)行凈化處理，以除去其中氫和氮之外的雜質(zhì)；（3）壓縮和合成，將凈化后的氫、氮混合氣體壓縮到高壓，并在催化劑和高溫條件下反應(yīng)合成為氨。我國(guó)合成氨工藝能耗較高，脫碳工藝技術(shù)也顯得比較落后，因此，結(jié)合具體情況，推廣應(yīng)用低能耗的脫除CO2工藝，非常有必要。系統(tǒng)的擴(kuò)能改造工程中，脫碳單元將為系統(tǒng)瓶頸，脫碳運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。這些CO2如果不在合成工序之前除凈，不僅耗費(fèi)氣體壓縮功，空占設(shè)備體積，而且對(duì)后續(xù)工序有害。%。再生后的脫碳液（貧液），先進(jìn)溶液空冷器，冷卻至65℃左右，由溶液循環(huán)泵加壓，再經(jīng)溶液水冷器冷卻至40℃后，送入二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。根據(jù)CO2與溶劑結(jié)合的方式，脫除CO2的方法有化學(xué)吸收法、物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三大類(lèi)。(l)烷鏈醇胺類(lèi)的脫碳工藝有：①乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA)法；②甲基二乙醇胺（methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDEA）法；③活化MDEA法（即aMDEA工藝）。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)十分簡(jiǎn)單的裝置中，把合成氣中的CO2脫除到可以接受的程度。由于MDEA具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以不需要毒性防腐劑，設(shè)備管道允許采用廉價(jià)碳鋼材料，不需要鈍化過(guò)程，耗熱低，設(shè)備管道不需要伴熱盤(pán)管，能達(dá)到很好的節(jié)能效果[3]。BAFS公司推出的aMDEA脫碳工藝，主要用于對(duì)原來(lái)MEA工藝的改造，近幾年我國(guó)一些研究單位正在對(duì)這方面進(jìn)行積極的研究。后來(lái)有人用氨基乙酸取代As2O3，消除了毒性，成為無(wú)毒GV法。低熱耗苯菲爾工藝是由美國(guó)聯(lián)碳公司在傳統(tǒng)苯菲爾工藝基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，采用了節(jié)能新技術(shù)。中海石油化學(xué)有限公司合成氨裝置脫碳系統(tǒng)采用改良型苯菲爾流程[5]。這就使得工藝投資省、能耗低、工藝流程簡(jiǎn)單。NHD是兗礦魯南化肥廠與南京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司研究院、杭州化工研究所共同開(kāi)發(fā)成功的一種物理吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的高效溶劑[7]。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，二氧化碳、硫化氫等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮?dú)庠谔妓岜ブ械娜芙舛却蟮枚鄟?lái)脫除二氧化碳和硫化氫而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是隨壓力升高和溫度的降低而增加的，CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來(lái)表達(dá)，因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來(lái)，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復(fù)吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。用碳丙液作為溶劑來(lái)脫除合成氨變換氣中CO2工藝是一項(xiàng)比較適合我國(guó)國(guó)情的先進(jìn)技術(shù)，與水洗工藝比較，除具有物理吸收過(guò)程顯著的節(jié)能效果外，在現(xiàn)有的脫碳方法中，由于它能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物，加上再生無(wú)需熱能，能耗較低等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)外合成氨和制氫工業(yè)上已得到廣泛應(yīng)用。可用此法改造小型氨廠，將低能耗，在大型氨廠使用顯得困難[9]。如四川什邡某氮肥廠為天然氣富氧造氣，變換氣脫碳采用我公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進(jìn)料，多次均壓，并實(shí)現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時(shí)對(duì)吸附劑、程控閥門(mén)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備的配置都做了較大的改進(jìn)，從而使HN2有效氣體回收率大大提高，能耗進(jìn)一步降低，裝置投資也有所減少[10]。但該法投資很大，我國(guó)鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除CO2。固體吸附是CO2在加壓時(shí)被吸附在多孔狀固體上，減壓時(shí)吸附的CO2被解吸，亦稱(chēng)變壓吸附。大部分用于氨廠變換氣脫碳。為此，需要增設(shè)一套變換氣脫碳裝置，由于PC技術(shù)為典型的物理吸收過(guò)程，流程簡(jiǎn)單，投資少，節(jié)能明顯，技術(shù)易于掌握。因此，代替水洗法脫除變換氣中CO2不但滿(mǎn)足銅洗要求，而且回收CO2的濃度和回收率也能滿(mǎn)足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。 幾種脫碳方法的能耗比較表方法名稱(chēng)加壓水洗苯菲爾法位阻胺法改良MEDA法NHD法PC法能耗284735585442334941871884104712561256 （1）原料氣流程，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到30℃以下，同時(shí)降低變換氣中飽和水蒸汽含量。在使用上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類(lèi)型；在凈化效率上，有的對(duì)CO2進(jìn)行粗脫，而大部分廠家，則進(jìn)行精脫；對(duì)脫碳?jí)毫?，、。汽提氣由汽提塔出?lái)后進(jìn)入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來(lái)，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。由塔底出來(lái)經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來(lái)經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來(lái)經(jīng)一U型液封管進(jìn)入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。凈化氣中CO2含量高，原因是多方面的如再生效果不好，系統(tǒng)殘?zhí)几呋蚶鋮s不好等等。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中再生塔常解段均為淋降式，當(dāng)系統(tǒng)硫含量高時(shí)，受逆流及淋降板開(kāi)孔直徑的限制，易造成溶液中的單質(zhì)硫積累結(jié)垢，漸漸堵塞淋降板上的開(kāi)孔，使其失效故往往生產(chǎn)2年后再生效果會(huì)明顯不如以前。用兩種或兩種以上的物理、化學(xué)或物理化學(xué)溶劑作為復(fù)合溶劑凈化酸性氣體的研究，多年來(lái)一直方興未艾。 兩種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（以噸氨計(jì)）項(xiàng)目PC法復(fù)合溶劑法CO2凈化度（%）溶劑損耗（Kg）電耗（KWh）145100操作成本（元）8560實(shí)踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）氣體凈化度高；（2）降低溶劑循環(huán)量；（3）降低溶劑損耗。就碳酸丙烯酯法脫碳工藝進(jìn)行深入研究，以達(dá)到成本最低化，資源有效化?？偲矫嬖O(shè)計(jì)任務(wù)：1在滿(mǎn)足生產(chǎn)流程條件下，結(jié)合廠區(qū)地形情況，經(jīng)濟(jì)合理的安排場(chǎng)內(nèi)外各建筑物、構(gòu)筑物﹑堆場(chǎng)等的相對(duì)位置；2經(jīng)濟(jì)合理的豎向布置，正確選擇標(biāo)高；確定場(chǎng)內(nèi)外運(yùn)輸方式﹑運(yùn)輸布置，合理組織人流﹑物流；3布置綜合管線；4標(biāo)高綠化美化，考慮衛(wèi)生﹑消防條件，創(chuàng)造美好的工作條件。動(dòng)力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等。還應(yīng)有備件庫(kù)、機(jī)修車(chē)間、消防車(chē)間等輔助車(chē)間。企業(yè)實(shí)行廠長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，各部門(mén)負(fù)責(zé)人直接受廠長(zhǎng)負(fù)責(zé)，并實(shí)行三級(jí)管理，廠、科、車(chē)間及人員編制以組織好生產(chǎn)為原則。計(jì)算基準(zhǔn)：依照：年工作日以330d，每天以24h連續(xù)運(yùn)行計(jì)，有33024=7920h，此處按8000h算?，F(xiàn)假設(shè)出塔氣體溫度與入塔液的溫度相同，為T(mén)V2=30℃，出塔液的溫度為T(mén)L1=35℃，并取吸收飽和度（定義為出塔溶液濃度對(duì)其平衡濃度的百分?jǐn)?shù)）為80%，然后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗(yàn)證生疏溫度假設(shè)的正確性。30℃：ρL1=1192kg/ m3；35℃：ρL2=1187 kg/ m3 PC的蒸汽壓查PC理化數(shù)據(jù)知，PC蒸汽壓于操作總壓及CO2的氣相分壓相比均很小，故可認(rèn)為PC不揮發(fā)。其它氣體在PC中的溶解度很小，故也可將CO2以外的組分視為惰性氣體而忽略不計(jì)，而只考慮CO2的溶解吸收，將多組分吸收簡(jiǎn)化為單組份吸收的問(wèn)題。 溶劑夾帶量 Nm3/m3PC計(jì)，各組分被夾帶的量如下：CO2：= Nm3/m3PCCO：= Nm3/m3PCH2：=N2：=CH4：= 溶液帶出的氣量為夾帶量與溶解量之和CO2：+= Nm3/m3PC %CO：+= Nm3/m3PC %H2：+= Nm3/m3PC %CH4： +0= Nm3/m3PC %N2：+= Nm3/m3PC % 以VVV3分別代表進(jìn)塔（出塔）及溶液帶出的總氣量，以yyy3分別代表CO2相應(yīng)的體積分率，對(duì)CO2作物料衡算有：聯(lián)立兩式解之得V3===62200Nm3/hV2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h Nm3，故有：L===3757m3/h37571187=4459560kg/h操作的氣液比為V1/L=213900/3757= Nm3/m3L0=443757=1476kg/h夾帶氣量：3757=1127 Nm3/h夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量：1=44+28+2+28=夾帶氣的質(zhì)量流量：1127247。出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與PC帶走氣體的體積流量之差。組分溫度系數(shù) 定壓比熱容abcdCP1CP2CO2102105109CO102106109H2103106109N2102106109進(jìn)出塔氣體的摩爾比熱容： ===+++=由于（1187為35℃時(shí)純PC的密度）其量很少，因此可用純PC的密度代替溶液的密度（其它物性也如此）。s=（m將入塔流量Vs= m3/s分為兩股，分別進(jìn)入兩個(gè)塔內(nèi)，則每個(gè)塔的入塔流量為Vs=。選用填料層高度的計(jì)算公式H=采用近似簡(jiǎn)化的計(jì)算方法，即H=≈ 由于其他氣體的溶解度很小，故將其他氣體看做是惰性氣體并視為恒定不變，那么，惰性氣體的摩爾流率G′G′==（m2忽略氣體因溫升引起的焓變、溶劑揮發(fā)帶走的熱量及塔的熱損失，則氣體溶解所釋放的熱量完全被吸收液所吸收，對(duì)第n個(gè)小區(qū)間作熱量衡算有：LCPL=(tntn1)=L（xnxn1）△HS得： tn＝tn1+（xnxn1）△HS/CPL式中：L液相摩爾流率，△HS：第n區(qū)間內(nèi)溶解氣的平均微分摩爾熔解熱；△ HS=14654kJ/kmol；CPL第n區(qū)間液體平均定壓比熱容，其表達(dá)式為：CPL= [+(10)]（kmolh將CO2在各組分中擴(kuò)散系數(shù)按上式計(jì)算。（1）氣相的黏度μG μG=（氣體混合物的黏度）（純組分的黏度）為0℃、常壓下純氣體組分的黏度。s ==105 MPah）= MPah）= kmol/（m2， 得：=得根據(jù)有：按《化工原理》下冊(cè)式10－44的恩田等人提出的關(guān)聯(lián)式計(jì)算，公式如下： = = =塔底：塔頂：全塔：=填料層的有效傳質(zhì)高度：H= NOG HOG==，設(shè)計(jì)取填料層高度為16m 。根據(jù)塑料鮑爾環(huán)填料的分段要求，可將填料層分為2段設(shè)置分段依據(jù)？，每段分8m，兩段之間再設(shè)置一個(gè)液體再分布器。于是得吸收塔的總壓力降為：液體分布裝置的種類(lèi)多樣，有噴頭式、盤(pán)式、管式、槽式及槽盤(pán)式等。當(dāng)分布器工作時(shí)，液體從主槽底部的小孔分流到各分槽，最后通過(guò)各分槽底部的小孔均勻地分布在填料上。按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主體的流量減小，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。根據(jù)出塔液管徑為400mm，選取擋板寬度A=800mm，支架高度B=400mm，寬度t=4mm，重M1=。故。柵板條寬度S一般取10mm，高度取4mm。本設(shè)計(jì)由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。本設(shè)計(jì)采用圓筒形裙座。查化工原理得溫度為100℃。選用填料層高度的計(jì)算公式H=采用近似簡(jiǎn)化的計(jì)算方法，即H=≈ 由于其他氣體的溶解度很小，故將其他氣體看做是惰性氣體并視為恒定不變，那么，入塔氣體的摩爾流率G′