【正文】 題 目 : 奎屯錦疆煤化工制氫工藝脫碳工序核算及二氧化碳 吸收塔的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 : 陸江銀 學(xué)生姓名： 方 旭 所屬院系： 化學(xué)與化工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 班 級(jí) ： 化機(jī) 061 完成日期 ： 20xx06 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 新 疆 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 班 級(jí)： 化機(jī) 061 班 姓 名： 方旭 論文（設(shè)計(jì) ）題目： 奎屯錦疆脫碳工藝核算及二氧化碳吸收的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 題： 論文（設(shè)計(jì)）來(lái)源： 教師自選 要求完成的內(nèi)容 1 當(dāng)前合成氨概況 2 二氧化碳的利弊及脫除方法 3 合成氨工藝簡(jiǎn)介 4 脫碳工序核算 5 二氧化碳吸收塔設(shè)計(jì) 6 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)結(jié)論 7 撰寫(xiě)論文 發(fā)題日期： 20xx 年 11 月 25 日 完成日期： 20xx 年 5 月 31 日 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)單位： 地點(diǎn)： 化學(xué)化工學(xué)院 論文頁(yè)數(shù)： 33 頁(yè)； 圖紙張數(shù)： 指導(dǎo)教師 ： 陸江銀 教研室主任 ： 李惠萍 院 長(zhǎng) ： 王吉德 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在 陸江銀老師 的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。本人對(duì)本論文有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 沒(méi)有抄襲、剽竊他人成果，由此造成的一切后果由本人負(fù)責(zé)。 關(guān)鍵詞 ： 合成氨； 吸收塔 ；脫碳 Abstract In recent years, china’s coal chemical industry as raw material gradually increased, with coal as a raw material of synthetic ammonia process has also been improved. This paper briefly discusses the ammonia process of Kuitun Jinjiang Coal Chemical Co. Its decarburization processes are evaluated and conducted under the conditions of the carbon dioxide absorption tower design. Key words： Ammonia。工藝合成氣中二氧化碳的凈化度的高低直接關(guān)系到合成氨生產(chǎn)的正常進(jìn)行和能耗的大小。 目前，工業(yè)生產(chǎn)合成氨的原料有三種：煤、天然氣和重油或輕油。 以重油或輕油為原料的合成氨廠的工藝流程大體依次經(jīng)過(guò)重油部分氧化、炭黑清除、變換、低溫甲醇洗、低溫液氮洗，最后在合成工段生產(chǎn)出氨。以 煤 為原料的大型合成氨廠的脫碳工藝。但隨著石油和煤資源的大量使用和緊缺，其價(jià)格的增長(zhǎng)，以天然氣為原料的工藝流程開(kāi)始逐步取代以煤和石油為原料的流程。 本文簡(jiǎn)單介紹了奎屯錦疆煤化工氣體凈化階段二氧化碳的脫 除 及回收工藝流程， 對(duì)其進(jìn)行了工藝核算并對(duì)吸收塔重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。另一方面，二氧化碳的排放造成全球變暖，這種溫室效應(yīng)己經(jīng)嚴(yán)重地困擾經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而日本政府的基金研究機(jī)構(gòu)的地球革新技術(shù)，在二氧化碳控制方面投入了更多的資金以減少二氧化碳向大氣中的排放， 1995年他們計(jì)劃在 10年內(nèi)，投資 230億日?qǐng)A，建立以太陽(yáng)能為能源、 H2為儲(chǔ)氣形式、二氧化碳為化工原料的工業(yè)體系等等。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ，天然的碳資源不斷地被消耗，使大氣中的二氧化碳含量迅速增加，這主要是由于： (1)合成氨 、制氫、煉焦等裝置的副產(chǎn)氣及發(fā)電廠、水泥廠、釀造廠的廢氣大量排入空氣中； (2)天然碳資源的燃燒和有機(jī)物、垃圾、腐蝕物質(zhì)的氧化所產(chǎn)生的二氧化碳也不斷的逸散于大氣。我國(guó)氣象局的一項(xiàng)權(quán)威研究表明：在過(guò)去的一百多年中，全球的平均地表氣溫己升高 ℃ ～ ℃ ，如果不加以有效控制，未來(lái) 30 年間溫室效應(yīng)可能造成地表氣溫增加約 ℃ 。 b. 利用二氧化碳作為氣體保護(hù)氣，自動(dòng)焊接，可高效節(jié)能。 d. 二 氧化碳?xì)夥省？蓪?shí)現(xiàn)下列過(guò)程 : (1 )從各種植物中提取香料； (2 )從咖啡豆中提取咖啡因； (3 )從煙葉中萃取尼古??； (4 )從大豆、菜籽、向日葵等植物中提取高級(jí)食用油，它有希望發(fā)展成為一項(xiàng)全新的油脂制造技術(shù)。如圖 圖 變壓吸附法和變溫吸附法 碳酸丙稀酯脫碳工藝 ： 又稱(chēng) Fluor法，由 Fluor公司開(kāi)發(fā)， 1964年工業(yè)化。Lurgi) 50年代聯(lián)合開(kāi)發(fā)的， 1954年于南非工業(yè)化。由于原料氣操作壓力不同，對(duì)分離產(chǎn)品的需要也不同，因而低溫甲醇洗有各種不同的流程。該工藝尤其適用于處理氣化和轉(zhuǎn)化裝置來(lái)的合成氣。 膜吸收法 包括氣體分離膜技術(shù)和氣體吸收膜技術(shù)。 空氣分離 /排氣循環(huán)法 又稱(chēng) O2/CO2燃燒法：美國(guó) ANL開(kāi)發(fā)的一種從鍋爐排氣中回收二氧化碳的新方法，該法用空氣分離獲得的 O2和一部分鍋爐排氣循環(huán)氣構(gòu)成的混合天然氣體代替空氣作燃料燃燒時(shí)的氧化劑，以提高燃料排氣時(shí)二氧化碳濃度。在上述研究的基礎(chǔ)上，大家發(fā)現(xiàn)利用有機(jī)胺作二氧化碳的吸收劑，是較好的方法。 “改良本菲爾法 ”是在碳酸鉀溶液中加入活化劑，以提高二氧化碳的吸收速率并降低溶液表面二氧化碳平衡能力。并經(jīng)洗滌水和工藝?yán)淠合礈烊A帶的炭黑送入一氧化碳變換爐。由于低溫甲醇洗裝置是在 62℃ 的低溫條件新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 8 下操作的，為了防止變換氣中的飽和水份在冷卻過(guò)程中結(jié)冰，在混合氣體進(jìn)入原料氣冷卻器 E1601 之前，向其中噴入 1047 Kg/h 貧甲醇，然后再進(jìn)入 E1601 與本裝置及來(lái)自液氮洗裝置的三種低溫成品物料 氣提尾氣、 CO2 產(chǎn)品氣和合成氣進(jìn)行換熱而被冷卻至 ℃ 。 甲醇洗滌塔 T1601 分為上塔和下塔兩部分，共四段，上塔三段，下塔一段。經(jīng)下塔脫除硫化物后的原料氣通過(guò)升氣管進(jìn)入 T1601 上塔。來(lái)自熱再生部分的貧甲醇經(jīng)冷卻后在 ℃ 下進(jìn)入 T1601 的頂部，其流量為 254071Kg/h（甲醇含量為 %,水含量 ≤%），進(jìn)上塔頂段的甲醇溶液吸收 CO2 后溫度由℃ 上升至 ℃ ，經(jīng)過(guò) E1606 被冷卻至 ℃ 后進(jìn)入 上塔中段繼續(xù)吸收CO2；出中段的甲醇溶液溫度上升至 ℃ ，依次經(jīng)過(guò) E1605 和 E1606 被冷卻至新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 9 ℃ 后進(jìn)入上塔的第三段進(jìn)一步吸收 CO2，溫度上升至 ℃ 后出上塔；出上塔的甲醇溶液總量的 50%進(jìn)入下塔作為洗滌劑，剩余部分（ 228244 Kg/h）依次經(jīng)過(guò)合成氣 /富甲醇換熱器 E161洗滌塔底富甲醇換熱器 E160無(wú)硫甲醇氨冷器 E1604，分別與來(lái)自液氮洗 冷 的合成氣、來(lái)自閃蒸甲醇槽 V1607 經(jīng) 2甲醇富液泵 P1602A/B 送出的甲醇、液氨進(jìn)行換熱，溫度由出塔底的 ℃ 依次降低至 ℃ 、 ℃ 、 ℃ ，然后經(jīng) LV16006 減壓至 MPa 進(jìn)入無(wú)硫甲醇閃蒸罐 V1603 進(jìn)行閃蒸分離。 分 離塔的設(shè)備參數(shù)，如塔板數(shù)、塔徑、再沸器傳熱面積，換熱器傳熱面積等，保證甲醇和水的分離效果。 (2) 對(duì)系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理匹配 系統(tǒng)的能耗更加合理，系統(tǒng)補(bǔ)冷更加合理，冷耗更少。 (6) 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好 低溫甲醇洗裝置與液氮洗裝置聯(lián)合使用，不僅可以回收利用液氮洗裝置的冷量，還可以作為液氮洗裝置的預(yù)冷階段，顯得更為經(jīng)濟(jì)合理。 煤的變質(zhì)程度影響著煤的反應(yīng)活性，變質(zhì)程度低的反應(yīng)活性較高，變質(zhì)程度高的反應(yīng)活性較低。 煤漿的粘溫特性是指熔融態(tài)的煤灰，在不同溫度下的流動(dòng)特性，一般用熔融態(tài)煤灰的粘度來(lái)表示。從而使耐火材料的壽命大大縮短。但是當(dāng)石灰石的添加量超過(guò)一定量時(shí)，熔渣順利流動(dòng)的范圍反而縮小，熔渣粘度將隨添加量的增加而增加，所以，石灰石的添加量也不宜過(guò)多，應(yīng)根據(jù)不同煤種經(jīng)實(shí)驗(yàn)后確定其添加量。煤漿濃度過(guò)高時(shí)，粘度急劇增加，流動(dòng)性變差，不利輸送和霧化，同時(shí)由于煤漿為粗分散的懸浮體系，存在著分散固體重力作用，而引起沉降的問(wèn)題，因此水煤漿濃度過(guò)高時(shí)，易發(fā)生分層現(xiàn)象。另外，氣化溫度過(guò)高，將對(duì)耐火材料腐蝕加劇，影響或縮短了耐火材料的壽命，甚至燒壞耐火襯里。 加 壓下氣體體積縮小，可降低動(dòng)力消耗，在產(chǎn)氣量不變的條件下，可減少設(shè)備體積，縮小占地面積，使單爐發(fā)氣量增大，便于實(shí)現(xiàn)大型化。通過(guò)已知的工藝流程設(shè)計(jì)一填料吸收塔，與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的泡罩塔進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比，并概述填料塔與板式塔的實(shí)用條件。 變換氣出 E1601 后經(jīng) V1601 分離出甲醇水溶液，然后原料氣進(jìn) 入 T1601 塔（甲醇洗滌塔）脫除 H2S， COS 和二氧化碳，凈化氣中二氧化碳 10 mg/m3， H2S1 mg/m3 送氮洗工段。因此在驗(yàn)算二氧化碳吸收工藝中，我們只考慮上塔的計(jì)算。按圖虛線的范圍可寫(xiě)出吸收塔低與任一截面之間二氧化碳的物料衡算式 [3] GBY2+LSX= GB Y1+LSX2 移項(xiàng)后得到 Y1=BLsG （ XX2） +Y2 （ 21） 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 13 式中 GN單位時(shí)間通過(guò)塔內(nèi)任一截面的混合氣量， kmol/h。 由《大型合成氨廠工藝過(guò)程分析》中可查的混合氣可取平均比熱 Cp2=32kJ/（ kmol﹒ K） 則由式（ 24）可得： Qg2= 1 8 3 0 0 0 .9 0 8 * 3 2 * ( 7 .7 7 )2 2 .4 ??*106 kJ/h QL1=L0 由式（ 25）得 QL1=**（ ） =*106 kJ/h 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 15 Qs=22 2 1 1 * coG y G y q? （ 26） 式中 2coq二氧化碳溶于溶劑的溶解熱， kJ/kmol二氧化碳。 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 16 泡罩塔傳質(zhì)能力計(jì)算 在 氣體吸收中填料塔的應(yīng)用較廣，其經(jīng)驗(yàn)也比較豐富，因此填料塔為吸收塔常用的塔設(shè)備。 解吸塔 的解吸氣量的核算 （ 1）從 V1603 底部流出的富含 CO2 的無(wú)硫半貧甲醇溶液溫度為 ℃ 、壓力為 MPa，經(jīng) LV16018 減壓至 MPa，溫度降低至 ℃ 后進(jìn)入T1602 的上段進(jìn)行閃蒸分離，解吸出 CO2。經(jīng)查此時(shí)氣態(tài)的摩爾流量為 Kmol/h,二氧化碳濃度為 ，因此新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 17 解析出的二氧化碳量為 ： ***= Nm3/h； 液態(tài)摩爾流量為 Kmol/h，質(zhì)量流量為 46685 Kg/h，二氧化碳濃度為 ，二氧化碳在甲醇中的溶解度為 L/Kg,因此解析出的二氧化碳量為 ****= Nm3/h。小直徑填料塔（ m 以下）的造價(jià)一般都比板式塔低。 （ 3） 若有熱量須從塔內(nèi)移除，宜用板式塔，因?yàn)樗迳细阌诎苍O(shè)冷卻管。 （ 7） 填料塔適于處理有腐蝕性的物料，塔板若用耐腐蝕的金屬材料制造，則造價(jià) 高得多。 填料塔的工藝設(shè)計(jì) 因?yàn)樘盍纤谖詹僮鞯脑O(shè)備中比較常見(jiàn)，因此在此設(shè)計(jì)一填料塔，可與板式塔進(jìn)行實(shí)際的比較。 at/? 3 干填料因子， m1。 de填料通道的當(dāng)量直徑， m。設(shè)以 GK 表示，此時(shí) GK 的單位為 kmol/(m2﹒ atm﹒ h).它與 Ky的關(guān)系可用下式表示： Ky= GK P。 ?溶劑的表面張力， kg/h2。 （ 2）填料支撐板 支撐板選用帶有圓筒形升氣管的柵板，柵板縫寬取 ～ 。 新疆大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 24 填料層高 H=11 m