【正文】 （1）每噸氨耗變換氣近似取4278m(STP)，簡記為4278Nm3/ t氨（下同）。平面布置有以下幾個特點(diǎn)：廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應(yīng)。這樣可以減少管路的鋪設(shè)和運(yùn)輸過程的損耗。全廠應(yīng)主要包括廠前區(qū)、動力區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、倉庫區(qū)等。此工藝能有效縮短流程，降低能源消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品附加值的同時也填補(bǔ)了脫碳工藝的國內(nèi)空白，并且為合成氨領(lǐng)域的進(jìn)步積累了難得經(jīng)驗(yàn)。CO2在溶劑中的溶解度可用下式表示：lgx*=lgp+B/T+C+lgζ 式中：x*——CO2在含水溶劑中的飽和溶解度，摩爾分?jǐn)?shù)；p——?dú)庀郈O2分壓，105Pa；B、C——常數(shù)，B=，C=；ζ——溶劑含水量的修正系數(shù)，當(dāng)含水量為2%時，ζ=，lgζ=；T———吸收溫度，K。除此以外，復(fù)合溶劑為了達(dá)到操作特性要求所作的混合過程，還具有其它方面的靈活性，即復(fù)合溶劑的組成。具體辦法是將常解段改為篩板或填料塔型，并增設(shè)類似塔型的真空解析段。 PC法脫碳技術(shù)發(fā)展趨勢 塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術(shù)改造，改造后往往可提高20%50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進(jìn)行:一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強(qiáng)化氣液接觸效率，加大潤濕面積。造成這一問題原因有三個因素：；；。富液經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入溶液泵渦輪機(jī)組的渦輪，減壓后進(jìn)入閃蒸槽，自閃蒸槽出來的碳酸丙烯酯液一部分進(jìn)入過濾器，大部分不經(jīng)過過濾器，二者混合過后進(jìn)入常解汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來經(jīng)過兩液封槽進(jìn)入汽提塔頂部，與自下而上的空氣逆流接觸，將碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳進(jìn)一步汽提出來，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，貧液由汽提塔出來進(jìn)入循環(huán)槽，再由循環(huán)槽進(jìn)入溶液泵渦輪機(jī)組的溶液泵，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進(jìn)入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個解吸過程。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來后進(jìn)入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進(jìn)一步分離下來，閃蒸氣自分離器頂部出來送碳化，脫除二氧化碳并副產(chǎn)碳酸氫銨后，閃蒸氣回壓縮機(jī)一段入口總管。凈化氣由吸收塔頂部出來進(jìn)入凈化氣洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸，將凈化氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來，凈化氣由塔頂出來后進(jìn)入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進(jìn)一步分離，凈化氣由分離器頂部出來回壓縮機(jī)四段入口總管。因而應(yīng)用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。由于碳丙脫碳純屬物理過程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所須的電能。PC技術(shù)的應(yīng)用，主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段始于70年代末，兩個小氮肥廠用PC法代替水洗法脫CO2的工業(yè)試驗(yàn)裝置獲得成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。PC法是南化集團(tuán)研究院等單位于20世紀(jì)70年代開發(fā)的技術(shù)，1979年通過化工部鑒定。環(huán)丁砜法中所使用的溶劑由是環(huán)丁礬、二異丙醇胺與水組成，能同時吸收CO2和硫的化合物，且吸收速度快，凈化度高，但再生耗熱多，目前只有一些中小型廠使用。自1954年Lurgi公司在南非Sasol建成世界上第一套工業(yè)規(guī)模的示范性裝置以來，目前有100余套裝置投入運(yùn)行，尤其是大型渣油氣化和煤氣化裝置的氣體凈化均采用低溫甲醇洗工藝。在每次循環(huán) 中，每個吸附塔依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最終升壓等工藝步驟。變壓吸附法是近幾年才用于合成氣凈化的，它屬于干法，采用固體吸附劑在改變壓力的情況下，進(jìn)行（加壓）吸附CO2或（減壓）解吸。該法CO2的回收率較高，能耗較低，但投資費(fèi)用較高。NHD具有對設(shè)備無腐蝕，對COH2S等酸性氣體的吸收能力強(qiáng)、蒸汽壓低，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、不會起泡，無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，并且該法在NHD的再生過程中幾乎不需要能量，通常利用空分裝置富余的低壓氮?dú)庠跉馓崴M(jìn)行脫碳富液的氣提再生，其優(yōu)點(diǎn)是減少利用空氣氣提帶來系統(tǒng)內(nèi)NHD溶液含水量的富集，省去了空氣水冷、氣水分離及NHD脫水設(shè)備，節(jié)約了投資，簡化了流程[8]。物理吸收法常用于高CO2分壓的原料氣處理。物理洗滌是CO2被溶劑吸收時不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶劑減壓后釋放CO2 (不必加熱)，解吸后的溶液循環(huán)使用。從1985年起，己有7套進(jìn)行了用低熱耗苯菲爾工藝改造。由美國聯(lián)碳公司開發(fā)的低熱耗苯菲爾法，用二乙醇胺(DEA)作活化劑，V2O5作為腐蝕防護(hù)劑。但碳酸鉀溶液本身吸收CO2的速度緩慢，需要添加一些活化劑?；钚訫DEA工藝開發(fā)于20世紀(jì)60年代末，第一套活化MDEA脫碳工藝裝置是1971年在德國BAFS公司氨三廠投入使用在此后的幾年里，另有8套裝置采用了活化MDEA，這些裝置的成功使用，使得aMDEA工藝自1982年后備受歡迎。MDEA法脫碳過程中，CO2與甲基二乙醇胺(MDEA，一種叔胺)生成的碳酸鹽穩(wěn)定性較差，分解溫度低，且無腐蝕性。MEA法是一種比較老的脫碳方法?；瘜W(xué)吸收法脫碳工藝中，有兩類溶劑占主導(dǎo)地位，即烷鏈醇胺和碳酸鉀。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置和尿素裝置的能力。脫碳塔出來的富液經(jīng)換熱器后，減壓送至二氧化碳再生塔，用蒸汽加熱再沸器，再脫去二氧化碳。因此合成氨生產(chǎn)中把脫除工藝氣中CO2的過程稱為“脫碳”，在合成氨尿素聯(lián)產(chǎn)的化肥裝置中，它兼有凈化氣體和回收純凈CO2的兩個目的。但是不論用什么原料及方法造氣，經(jīng)變換后的合成氣中都含有大量的CO2，原料中烴的分子量越大，合成氣中CO2就越多。以滬天化1000t/d合成氨裝置脫碳單元為例，%以下，以避免甲烷化系統(tǒng)超溫并產(chǎn)生增加能耗的的合成惰氣，同時將吸收的CO2再生為99%純度的產(chǎn)品CO2。在合成氨生產(chǎn)過程中，脫除CO2是一個比較重要的工序之一，其能耗約占氨廠總能耗的10%左右。合成氨是一個傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)，誕生于二十世紀(jì)初。與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。從世界燃料儲量來看，煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價后，從煤制氨路線重新受到重視，但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故，預(yù)計(jì)到20世紀(jì)末，世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。與國外比較，我國氮肥行業(yè)主要存在一些比較嚴(yán)重的問題，集中表現(xiàn)為裝置規(guī)模小，因而有效生產(chǎn)能力不足，致使行業(yè)整體竟?fàn)幠芰Σ?。但是，由于在我國合成氨工業(yè)中，中小型裝置多，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，國產(chǎn)化水平低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的迫切需要，因此，開發(fā)新技術(shù)的同時利用計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型來提高設(shè)汁、生產(chǎn)、操作和管理等的核算能力，促進(jìn)設(shè)計(jì)、管理和生產(chǎn)操作的優(yōu)化，從而推動合成氨工業(yè)發(fā)展，提升整體技術(shù)水平，己成為國內(nèi)當(dāng)前化學(xué)工程科研、工程設(shè)計(jì)的重要課題。我國是一個人口大國，農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，而農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開化肥。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 年產(chǎn)30萬噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì)I陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 1 緒 論 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 5 5（PC）法脫碳工藝基本原理 5 5 5 5 5 6 PC法脫碳技術(shù)發(fā)展趨勢 6 72 全廠總平面的布置和設(shè)計(jì) 8 8 8 8 8 83 吸收塔和解吸塔的物料衡算和熱量衡算 10 10 PC的密度與溫度的關(guān)系 10 PC的蒸汽壓 11 PC的黏度 11 11 11 溶劑夾帶量 11 溶液帶出的氣量 11 11 12 12 12 12 12 12 12 13 CO2的溶解熱 13 134 吸收塔和解吸塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 14 14 14 14 14 14 15 15 15 氣相傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 16 氣相總傳質(zhì)單元高度 16 20 20 21 22 22 22 22 22 22 22 23 23 23 23 24 24 24 24 25 25 29 29 29 30 31 315 塔內(nèi)件機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核 32 32 32 32 33 34 36 36 37 39 39 40 40 40 41 41 42 44 45 45 47 486 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)與選取 49 49 49 50 50 50 50 50主要符號說明 51參考文獻(xiàn) 52附圖 53致謝 54陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒 論1898年，（又稱石灰氮），進(jìn)一步與過熱水蒸氣反應(yīng)即可獲得氨： CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO3在合成氨工業(yè)化生產(chǎn)的歷史中，合成氨的生產(chǎn)規(guī)模（以合成塔單塔能力為依據(jù)）隨著機(jī)械、設(shè)備、儀表、催化劑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展而有了極大提高。雖然全球一體化的發(fā)展減少了用戶的選擇范圍，但市場的穩(wěn)定性卻相應(yīng)地增加了，世界化肥生產(chǎn)的發(fā)展趨勢是越來越集中到那些原料豐富且價格便宜的地區(qū)，中國西北部有蘊(yùn)藏豐富的煤炭資源，為發(fā)展合成氨工業(yè)提供了極其便利的條件。目前我國合成氨產(chǎn)能和產(chǎn)量己躍居世界前列?；蕦r(nóng)作物的增產(chǎn)作用己為大家所公認(rèn)，中國施肥水平還有很大的提高空間，尤其是中西部市場。原料路線的變化方向。現(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種。中國開發(fā)的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國、意大利等國開發(fā)的變換氣氣提法聯(lián)合生產(chǎn)尿素工藝，都有明顯的優(yōu)點(diǎn)。其生產(chǎn)工藝流程包括：脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及輸人氨庫和氨吸收八個工序[1]。在最終產(chǎn)品為尿素的合成氨中，脫碳單元處于承前啟后的關(guān)鍵位置，其作用既是凈化合成氣，又是回收高純度的尿素原料CO2。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置的能力，必須同步進(jìn)行擴(kuò)能改造。此外，CO2還是重要的化工原料，如合成尿素就需以CO2為主要原料。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進(jìn)人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進(jìn)入甲烷化換熱器。在合成氨的整個系統(tǒng)中，脫碳單元將為系統(tǒng)關(guān)鍵主項(xiàng)，脫碳工序運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個裝置的安全穩(wěn)定與否?；瘜W(xué)吸收法即利用CO2是酸性氣體的特點(diǎn)，采用含有化學(xué)活性物質(zhì)的溶液對合成氣進(jìn)行洗滌，CO2與之反應(yīng)生成介穩(wěn)化合物或者加合物，然后在減壓條件下通過加熱使生成物分解并釋放CO2，解吸后的溶液循環(huán)使用。（2）碳酸鉀溶液作吸收劑的脫碳工藝，即熱鉀堿脫碳工藝有：①無毒GV法；②苯菲爾法；③催化熱鉀堿（Cata carb）法；④Flexsorb法[2]。但它本身存在兩個缺點(diǎn)：（1） CO2能與吸收反應(yīng)生成的碳酸化合物發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成酸式碳酸鹽，該鹽較穩(wěn)定，不易再生；（2） CO2能與MEA發(fā)生副反應(yīng)，生成腐蝕性較強(qiáng)的氨基甲酸醋，容易形成污垢。在MDEA溶液中添加少量活化劑即為aMDEA法，活化劑為瞇哇、甲基咪哇等，濃度約為25%。相對上述脫除CO2的吸收劑溶液，碳酸鉀溶液更價廉易得，并具有低腐蝕，操作穩(wěn)定，吸收CO2能力較強(qiáng)等特性。我國棲霞山化肥廠就采用了這種工藝。國內(nèi)在20世紀(jì)70年代引進(jìn)的13套大型化肥裝置中，有10套采用苯菲爾脫碳工藝。苯菲爾法可在高溫下運(yùn)行，再生熱低，添加的V2O5可防腐蝕，但該工藝需對設(shè)備進(jìn)行釩化處理，要求工人的操作水平較高，并且浪費(fèi)溶劑，能耗大，特別蒸汽用得多，有效氣體損失也大，運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。物理吸收法主要有Selxeol法、Elour法、變壓吸附法及低溫甲醇法等[6]。NHD氣體凈化技術(shù)改造系脫除酸性氣體的物理吸收新工藝，適合于合成氣、天然氣、城市煤氣等的脫硫脫碳。碳酸丙烯酯法具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕、流程操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。變壓吸附氣體分離凈化技術(shù)，簡稱PSA（Pressure Swing Adsorption）。為了達(dá)到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個以上的吸附塔交替操作，其中必須有一個吸附塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟。低溫甲醇洗工藝（Rectisol Process）系由德國林德公司（Linde）和魯奇公司（Lurgi）開發(fā)，是利用甲醇溶劑對各種氣體溶解度的顯著差別，可同時或分段脫除H2S、CO2和各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高、選擇性好、溶液吸收能力強(qiáng)，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的氣體凈化工藝。物理化學(xué)吸收法脫除CO2工藝主要有環(huán)丁砜(Sulfinol)法和常溫甲醇(Amisol)法，物理化學(xué)吸收法常用于中等CO2分壓的原料氣處理。（PC）法脫碳工藝基本原理PC為環(huán)狀有機(jī)碳酸酯類化合物，分子CH3CHOCO2CH2，該法在國外稱Fluor法?？偯撎寄芰s300萬噸合成氨/年，其中配尿素型應(yīng)用較多，占60%左右，至今該法仍是聯(lián)堿、尿素、磷銨等合成氨廠使用最廣的脫碳方法，其開工裝置數(shù)為MDEA、NHD法總和的數(shù)倍。因此，很快得到了推廣，并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。與水洗法相比可節(jié)省電耗150250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費(fèi)1025元/t NH3。氣體自水洗塔塔頂出來進(jìn)入分離器，自分離器出來的氣體進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標(biāo)內(nèi)。（2）解吸氣體回收流程由閃蒸槽解吸出來的閃蒸氣進(jìn)入閃蒸氣洗滌塔，自下而上與自上而下的稀液逆流接觸，將閃蒸氣夾帶的液滴回收下來。（1）碳酸丙烯酯脫碳流程簡述貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來，由塔底排出稱為富液。綜合分析PC法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問題有：（1）溶劑損耗高。目前，碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個新的階段，工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進(jìn)展有以下幾個方面。由此可見，必須對這種結(jié)構(gòu)徹底改造。復(fù)