【正文】 理。 物理吸收法有加壓水洗法、低溫甲醇法、碳酸丙烯酯法 、硅膠吸附 等 [9]。 脫碳：脫去原料氣中的一氧化碳、二氧化碳（由一氧化碳轉(zhuǎn)化而來）以及一些常見雜質(zhì)。滿足不了市場(chǎng)的需求，根據(jù)市場(chǎng)供求關(guān)系，必然要優(yōu)化合 成氨的生產(chǎn)技術(shù)，我國(guó)正向此方向發(fā)展，逐步建成了大中型的氮肥生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，而且產(chǎn)品越來越多，為此我們不斷引入外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)，除此之外，我國(guó)的科學(xué)人員正艱苦尋找更適合中國(guó)國(guó)情的產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)時(shí)廠子為了生存和發(fā)展大膽創(chuàng)新，把 5 公分轉(zhuǎn)變成了 2 公分，到最后的 公分。從開始的產(chǎn)量低到后來的產(chǎn)量越來越高，是好幾代人的辛苦和努力得來的，他們不斷探究，不斷實(shí)驗(yàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，氨的生產(chǎn)技術(shù)有了很大的創(chuàng)新、改革和跨 步。所以氨的產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 那么氨 在化纖和塑料工業(yè)中 的作用更是重要 ， 例如 以氨、硝酸 以及硝酸鹽 和尿素等作為氮源，生產(chǎn) 化肥 產(chǎn)品。通過吸收塔將原料氣中的二氧化碳含量降低到 1%以下，以滿足后續(xù)工藝需求。 邯鄲學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 年產(chǎn) 12 萬噸合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生 馮文慧 指導(dǎo)教師 梁亞男 講師 年 級(jí) 20xx 級(jí) 專 業(yè) 應(yīng)用化學(xué) 系 部 化學(xué)系 邯鄲學(xué)院化學(xué)系 20xx年 6月 鄭重聲明 本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師 梁亞男 的指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫并完成的。主要設(shè)備為二氧化碳吸收塔：上 塔徑為 ，填料層高 18m，下塔徑為 ，填料層高度為 12米，全塔填料層總高為 30m。 例如將 氨 氧化后 可以制得硝酸 和硝酸鹽 。 氨的性質(zhì)與用途 氨的用途 氨在各行各業(yè)都有非常大的用途，例如 ：生產(chǎn)化肥、合成塑料、制作纖維等等。但是加壓和高溫都有助于反應(yīng)的進(jìn)行，所以此后 2 的一段時(shí)間科學(xué)家都在研究取一個(gè)最適當(dāng)?shù)臏囟群蛪簭?qiáng)，在此溫度下，催化劑反映效果最好，并且不會(huì)中毒，更重要的是減少能源的消耗，經(jīng)過近一世紀(jì)的發(fā)展，合成氨技術(shù)越來越趨向于完整。 60 年代，為了減少能源浪費(fèi)，改成5 公分的標(biāo)準(zhǔn)煤，后來又經(jīng)幾十年發(fā)現(xiàn)， 5 公分的效果比 10 公分的反映效果更好，效益有所提高。 雖然看似中國(guó)化工產(chǎn)業(yè)已躍居世界前列，但是 在我國(guó)，合成氨工業(yè)的生產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模仍然很小，并且整個(gè)工業(yè)中產(chǎn)品單一，不能充分利用副產(chǎn)物，而且能耗大，浪費(fèi)高，污染嚴(yán)重。 合成氨的生產(chǎn)工藝流程 工藝主要包含 [7]： 造氣： 利用煤將水蒸氣轉(zhuǎn)化成半水煤氣 。 3 脫碳方法及工藝的選擇 脫碳方法的選擇 脫碳方法簡(jiǎn)介 現(xiàn)在工業(yè)所用的脫碳方法主要是用化學(xué)、物理技術(shù)來吸收二氧化碳，所以總結(jié)出我國(guó)乃至全世界的脫除二氧化碳的方法主要有三種： 一是物理吸收法；二是化學(xué)吸收法；三是物理 化學(xué)吸收法。所選的吸收劑必須對(duì) CO2 的溶解度大、選擇性好、沸點(diǎn)高、無腐蝕、 無毒性、性能穩(wěn)定。此 工藝的特點(diǎn)是：吸收效果顯著，主要的吸收劑是聚硅酸和二氧化硅，硅膠的比表面積大，孔徑分布趨向于細(xì)孔，有利于硅膠對(duì)二氧化碳的吸附；消耗低，無污染，效益較高，但是沒有查到相關(guān)的工藝計(jì)算方法，所以沒有辦法計(jì)算塔徑，塔高以及填料層高度等，故而本設(shè)計(jì)無法采用此方法。用碳丙 液 作為溶劑來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) ， 加上再生無需熱能，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 [13]。 5 脫碳工藝的選擇 脫碳工藝流程的分類及比較 （ 1）原料氣流程 脫碳車間的工藝要求：第一，溫度必須應(yīng)在裝置所需范圍內(nèi)，上下不能超過 15 攝氏度；第二，所需壓力為 ；第三，開車和停車前都要考慮壓力的變化；第四，脫碳工段屬于高壓車間，必須安裝防火防爆墻，來保證工作環(huán)境的安全性；第五，要每隔一小時(shí)，測(cè)量 二氧化碳進(jìn)出口的含量，來保證反應(yīng)濃度在規(guī)定范圍內(nèi)，若二氧化碳含量低于或高于規(guī)定范圍，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)吸收時(shí)間來確保二氧化碳濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。 流程圖如 圖 [15] 圖 兩段吸收兩段再生流程 再生塔 吸收塔 變換氣 凈化氣 6 本設(shè)計(jì)工藝流程的確定 通過以上的比較，本設(shè)計(jì)選 “兩段吸收兩段再生 ”流程。 造成這一問題原因有三個(gè)因素： 溶劑 所需要的 蒸汽壓 較高，熱量較大 ； 溶劑 氣相回收系統(tǒng) 有待完善， 操作管理水平低的影響。最后是 出塔凈化氣溫度約 80℃ CO2 含量低于 1%。本 文 用填料 吸收 塔。所選氣體的變換器為了符合產(chǎn)量要求達(dá)到含濕量 。 塔徑的計(jì)算 氣體密 度 為 所要計(jì)算的流速為 WV=ρGV =103 =103kg/h 所要計(jì)算的液體為 WL=ρLL =1205（ +） =103kg/h 在計(jì)算是我們所用的是化工書上的 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖來計(jì)算得到各個(gè)所需要的值 （ WL/WV）（ ρG/ρL） = 通過上一步的計(jì)算來解出下一步 u2φψ/g（ ρG/ρL） = ψ=ρ 水 /ρL=則吸收液粘度： logμ=+（ ） smPa? T—為熱力學(xué)溫度， K。只有接觸表面積大，接觸時(shí)間長(zhǎng)所吸收的二氧化碳才會(huì)更干凈。 故，塔的附屬高度為 [22]。首先選取理論狀態(tài)和操作狀態(tài)， 壓力為 ，溫度為 110℃。因此在此項(xiàng)設(shè)計(jì)中我非常注重廠房車間的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了廠房結(jié)構(gòu)，力求做到了將最小的空間最大利用，所以這樣的設(shè)計(jì)在合理性上是客觀可行的。 （ 2）考慮 室內(nèi)的光亮，應(yīng)充分利用東西南北各面的作用合理安排 。那該如何合理安排人員工作呢 ?通過多方面調(diào)查和從 實(shí)習(xí)中取得的經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為這樣安排更合理更充分。另外，任何一個(gè)工廠的設(shè)計(jì)都要最先考慮的一個(gè)問題是環(huán)境問題，雖然我們所選擇的碳丙酸吸脂法吸收的二氧化碳對(duì)環(huán)境污染比較小，無污染，但是做產(chǎn)生的合成氨中還有其他副產(chǎn)物，另外在生產(chǎn)合成氨的工業(yè)中要附帶甲醛和甲醛工業(yè)，所以處理環(huán)境問題依然刻不容緩，所以在三廢的處理我們依然要考慮和解決。 我們所設(shè)計(jì)的東西有了利潤(rùn)才可以投放市場(chǎng)。 管道工程 約為設(shè)備費(fèi)用的 55%， 7255%= 萬元。尤其是現(xiàn)在井蓋部門、地下工程是熱點(diǎn)社會(huì)問題。再次根據(jù)一些其他區(qū)的一些參考，例如承德市平泉縣的山莊老酒產(chǎn)業(yè)就是一個(gè)非常好的例子，該企業(yè)將酒的生產(chǎn)和合成氨的生產(chǎn)合理搭配，利用合成氨所放出的熱量來供給酒業(yè)的生產(chǎn)，憑借利 用酒業(yè)產(chǎn)生的廢水中沒有太多污染物所以回收再利用氨的水循環(huán)系統(tǒng)，這樣既保證了熱能的合理利用，有保證了水資源的充分循環(huán)利用。并且此方法價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)核算，無污染，低碳環(huán)保，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策，是利國(guó)利民的 先進(jìn)工藝。 10 附錄 帶控制點(diǎn)工藝流程圖和吸收塔裝配圖 [2225] 。 衷心感謝系領(lǐng)導(dǎo)及其他老師給予我的無私幫助與支持。 衷心感謝梁老師，感謝她的信任和關(guān)心。另外這次設(shè)計(jì)讓我充分認(rèn)識(shí)到自 己還是有很大能力的，最起碼可以認(rèn)認(rèn)真真去做一件事，而且我還學(xué)會(huì)了人的能力是可以通過自己不斷提升的，一個(gè)人如果想真正干點(diǎn)什么，那是需要你不斷付出的。 9 結(jié)論 通過長(zhǎng)達(dá)三個(gè)多月的設(shè)計(jì)和 計(jì)算 最終年產(chǎn) 12 萬噸合成氨脫碳工藝設(shè)計(jì)決定采用 采用改良 碳酸丙烯酯脫碳 法脫除合成氣中的二氧化碳，從而達(dá)到國(guó)家工藝標(biāo)準(zhǔn)。為了減少能量在運(yùn)輸過程中消耗，所以第一件事就是要減少運(yùn)輸路程和選擇稍好的運(yùn)輸材料，所以要將選擇合成氨廠的位置上合理設(shè)置。 在合成氨廠附近建立一個(gè)小型熱循環(huán)系統(tǒng)，將合成氨時(shí)所產(chǎn)生的熱能消耗不被浪費(fèi)而是通過管道運(yùn)輸?shù)匠鞘谢蜞l(xiāng)村或工人生活的公寓來取暖。 對(duì)于本設(shè)計(jì)的其他方面的合理利用，一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，另一方面充分利用了能源，所以在合成氨廠的設(shè)計(jì)中，可以利用合成氨所生產(chǎn)的熱能來取暖，供給地方的熱力消耗。 8 初步經(jīng)濟(jì)核算 核算過程 任何一個(gè)設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)或者一項(xiàng)科研工作，所必不可少的一項(xiàng)任務(wù)就是經(jīng) 濟(jì)合算。最后一個(gè)工廠還有保衛(wèi)處，后勤處，食堂，娛樂設(shè)施管理人員，所以經(jīng)過實(shí)踐與深思熟慮后一共需要人員三百左右。 （ 6）各個(gè)管路要盡量安放在人員較少的地方，防止管路腐蝕后是酸堿溶液對(duì)人員造成損害。 廠房 的整體布局設(shè)計(jì) 對(duì)于車間內(nèi)的布局要考慮什么呢？ 對(duì)于合理的空間布局，要綜合考慮設(shè)備安裝與檢修、生產(chǎn)人員的安全、操作及未來發(fā)展情況。 由填料高度計(jì)算公式得： H=HOLNOL H= =≈12m 所設(shè)計(jì)的填料層的承受壓降能力的計(jì)算 在我 們所做的設(shè)計(jì)中必須要保證生產(chǎn)工藝的安全，所以每一項(xiàng)工作都要考慮，而對(duì)于填料塔的設(shè)計(jì)中最應(yīng)該考慮到的一個(gè)問題就是壓降的計(jì)算。當(dāng) 直徑 大于 1200mm，通過查文獻(xiàn)之按 Eckert 建議值，當(dāng) 直徑 1200mm 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度查參考文獻(xiàn)并計(jì)算為n1 為 1000 點(diǎn) ， n2 為 1100 點(diǎn)。分別計(jì)算貧液流量富液流量和濕氣流量。當(dāng)所求的填料塔塔徑小于 8 時(shí)就不符合設(shè)計(jì)要求。 （ 2）為了達(dá)到工藝上所要求的標(biāo)準(zhǔn)選取從塔中出來氣體量為 ，水蒸氣的量為 5 主要設(shè)備的計(jì)算與選型 二氧化碳吸收塔 吸收塔 在合 成氨的設(shè)計(jì)中最主要的一部分就是吸收塔的選擇與設(shè)計(jì)，在我大四的實(shí)習(xí)過程中對(duì)龍港化工做了多方面的了解學(xué)習(xí)和應(yīng)用，最主要的部分是計(jì)算。 4 工藝計(jì)算 再生塔 尿素車間 冷凝水去回流 再生氣水冷器 CO2 分離器 循環(huán)水總管 循環(huán)水總管 凈化氣冷卻器 循環(huán)水 總管 冷卻器 8 工藝 過程 設(shè)計(jì)任務(wù)：合成 12 萬噸氨 （ 1）要求出塔凈化氣中 CO2 的濃度不超過 1%； （ 2） 各項(xiàng)進(jìn)入塔內(nèi)溫度為 170℃ ； （ 3）操作壓強(qiáng)為 ； （ 4）變換氣的含量每噸為 4278Nm,基準(zhǔn)為 計(jì)算過程如下 V1= V3=18660Nm3/h=V2= =L0=441134=進(jìn)入塔中 氣體的總質(zhì)量流量： 307+35300=35607kg/h 從塔中出來氣體的質(zhì)量流量計(jì)算后得 ： V2=247。 CO2 出塔的溫度為 98℃ ， 經(jīng)過再生氣冷卻系統(tǒng)后為 40℃ 左右，再經(jīng)過 CO2 分離器分離出冷凝液，送往其他車間，例如加工碳肥或干冰的工段 [17]。 當(dāng)今世界基本大趨勢(shì)是需要更高的氨，所以對(duì)氨的技術(shù)要求和工藝要求越來越嚴(yán)格。第二 二氧化碳和 pc 溶液 的反應(yīng)速率 與溫度有關(guān)，工藝中溫度較高有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行 ，因此可以將氣體的大部分二氧化碳 吸收 和回收再利用 。 （ 2）解吸氣體回收流程 由吸收塔出來的二氧化碳經(jīng)過解吸塔與解吸塔中 的溶液逆流接觸，目的是使接觸更充分，可以充分將二氧化碳解析出來，另外，根據(jù)溫度對(duì)解析的影響可知，溫度越低越有利于解吸的進(jìn)行，所以要對(duì)溶液進(jìn)行降溫處理。該法 CO2的回收率較高，能源消耗較低 [14]。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砻?