【正文】 （ 2）出口變換氣：干氣流量 （ 3）分離冷水量： 103(－ )=103kg/h 16 二氧化碳吸收塔 （ 1）操作條件 [9] 進(jìn)塔氣溫度： 125℃ 出塔氣溫度： 80℃ 出塔溶液 (富液 )溫度： 120℃ 下段進(jìn)塔溶液 (半貧液 )溫度： 104℃ 上段進(jìn)塔溶液 (貧液 )溫度： 80℃ （ 2）出塔濕氣流量 干原料氣量： 125℃ 飽和蒸汽壓： 水蒸汽流量 V 水 =V 干 [aP 水 /(P0－ aP 水 )] =103[(－ )] =進(jìn)塔濕氣含量 V 濕 =V 干 ＋ V 水 =＋ =（ 3）溶液組分 [9] 貧液轉(zhuǎn)化度 Fc1= 半貧液轉(zhuǎn)化度 Fc2= 富液轉(zhuǎn)化度 Fc3= (此數(shù)據(jù)為 Kel1099 原始設(shè)計(jì)值，本次計(jì)算也依此為準(zhǔn) ) Fc=M(KHCO3)/(M(K2CO3)+M(KHCO3)) (4l) 式中 M 為單位體積溶液中 K2CO KHCO3 的摩爾濃度 貧液與半貧液的流量比 ︰ =1︰ 3 溶液中碳酸鉀含量為 則溶液的摩爾濃度為 由反應(yīng) K2CO3＋ CO2＋ H2O=2KHCO3＋ Q 知 1mol K2CO3 可以吸收 1mol CO2，則每立方米溶液完全吸收的 CO2 量為： =溶液的平均轉(zhuǎn)化度 △ Fc=(Fc3－ Fc1)＋ (Fc3－ Fc2)= 則平均每立方米溶液吸收的 CO2 量為 =（ 4） CO2 量 由于熱鉀堿溶液是堿性化學(xué)藥劑，吸收選擇性高，對(duì)變換氣中 CO2 以外的氣體吸收率很低，故可以認(rèn)為除 CO2 以外的氣體均為惰性氣體， 且 管道壓強(qiáng)不變 ， 則其體積流量在吸收前后不變， 則變換氣中 CO2 的含量為 1%，則由 CO2 平衡和總的物料平衡計(jì)算得出出塔凈化氣流量和被溶液所吸收的 CO2 量為： 出塔 凈化氣量為 17 V1=103(1－ )/(1－ )=進(jìn)塔變換氣量為 V2=被溶液吸收的 CO2 量為 2COV=V2－ V1=－ =凈化氣干氣組成如表 ?！?) （ 2）物料衡算 ① 由反應(yīng)式 2KHCO3=K2CO3＋ CO2＋ H2O 知 2mol KHCO3 可以解吸 1mol CO2， 則每立方米溶液完全解吸的 CO2 量為 1/2=② 溶液的平均再生度： △ Ic =(Ic3－ Ic1)＋ (Ic3－ Ic 2)= 則平均每立方米溶液解吸的 CO2 量為： 2COV再生==③ 再生氣中 CO2 的流量 ： 2COV==水蒸汽流量 ： 由 CO2/H2O = 得 ： OHV2=22COV==則再生氣流量為 ： 20 V=2COV＋OHV2=＋ =④ 溶液中殘留的 CO2 量為 ： 2COV吸收－2COV再生=－ =即以 KHCO3 存在的 CO2 量為 ： 2CON=則 KHCO3 摩爾濃度為 ： 2=貧 液中 KHCO3 摩爾濃度為： (+)=半貧液中 KHCO3 摩爾濃度為： =（ 3）熱量衡算 ① 工藝條件 [9] 理論可解吸 CO2 量為： CO2 的比熱： (kg 活化劑的濃度 活化劑采用 DEA，乙二醇胺。 溫度 碳酸鉀溶液在較高的溫度吸收 CO2 有許多優(yōu)點(diǎn)： 一 、 提高碳酸鉀在溶液中的溶解度，增加溶液吸收 CO2 的能力； 二 、 較高的溫度可加快吸收 CO2 的速度 ； 三 、 吸收和再生在相近的溫度下進(jìn)行，可以 減少能量損失 ， 充分利用熱量 。 工藝操作條件的選擇 壓力 吸收壓力：根據(jù)吸收反應(yīng)式（ 31），可以知道加壓有利于 CO2 的吸收。綜合考慮 ，本 設(shè)計(jì)決定 采用金屬鮑爾環(huán)填料。一條進(jìn)入再沸器；另外一條進(jìn)入閃蒸器的第一，第二，第三級(jí)噴射器，噴射后的蒸汽直接進(jìn)入再生塔作汽提氣；最后一條同往地下槽，用 于 貯槽加熱，過(guò)濾活性碳再生作用 。 ③ 貧液流程： 由 再生塔下部引出的溶液， 經(jīng) 加熱到 120℃ 后 進(jìn)入再生塔底部。 本 設(shè)計(jì)工藝流程簡(jiǎn)述 變換氣、凈化氣 流程 （ 1） 流程圖如圖 ： 圖 變換氣凈化流程 （ 2） 流程概述 進(jìn)入吸收塔的變換氣來(lái)自變換工段的熱水塔 ， 進(jìn)入變換氣煮沸器殼程，與從再生塔下來(lái)的溶液進(jìn)行熱交換升溫后進(jìn)入變換氣分離器 以 分離其中冷凝水，同時(shí) ， ， 125℃ 左右的變換氣進(jìn)入CO2 吸收塔下部。下面簡(jiǎn)單介紹一下 該 流程。 脫碳工藝的選擇 脫碳工藝流程的分類及比較 熱鉀堿法脫除 CO2 的工藝流程一般有：一段吸 收一段再生、二段吸收一段再生、兩段吸收兩段再生、多段吸收多段再生四種 [9]。 溶液中的 CO2 在界面液層中與碳酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng)。 加入緩蝕劑則可以減緩其對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕。由于 該 方法達(dá)到了一定經(jīng)濟(jì)性和脫碳要求，所以本設(shè)計(jì)采用此方法。 （ 2） 消耗能源比較 蒸汽 ： 乙醇胺法 環(huán)丁砜法 含砷熱鉀堿法 有機(jī)胺硼酸鹽催化熱鉀堿法 二乙醇胺催化熱鉀堿法 低溫甲醇法。 如催化熱鉀堿液法 的工藝日益完善、成熟，設(shè)備也較為先進(jìn)， 能夠滿足脫碳凈化的要求， 安裝成本也適合各種規(guī)模的生產(chǎn)，裝置和操作 也都 不太復(fù)雜，以在工業(yè)中 得到廣泛應(yīng)用 。 生成的 KHCO3 在 受熱 和 減壓 時(shí) ，又可 重新 放出 CO2， 生成 K2CO3， 因 此 可循環(huán)使用。 碳酸丙烯酯法是 以 碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。該 方法 特別適 用于 氣壓 大于 7MPa 的場(chǎng)合 ， 但由于 N甲基吡咯烷酮 價(jià)格比較 貴 ， 因此應(yīng)用 不是很廣泛 。 5 物理 化學(xué)吸收法是綜合了兩種吸收的方法，將其 結(jié)合 在一套生產(chǎn)工藝中。 化學(xué)吸收方法是利用 CO2 是酸性氣體，能與堿性化合物反應(yīng)的特性將其吸收。 3 脫碳方法及工藝選擇 脫碳方法選擇 脫碳方法簡(jiǎn)介 由于 CO2 是一種酸性氣體，對(duì)合成氨合成氣中 CO2 的脫除，一般采用溶劑吸收的方法。該催化劑 在 早期制備時(shí)還加入 了促進(jìn)劑?？偟恼f(shuō)來(lái)，對(duì)于粗合成氣的凈化是系統(tǒng)而且復(fù)雜的工作，它不僅關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量，也對(duì)生產(chǎn)中能量的綜合利用 和 環(huán)境的保護(hù)有重要的影響。脫硫的方法 主要 分濕法和干法兩類。這種工藝在二十世紀(jì)前半期一直是主流造氣工藝， 并且 一直沿用至今。 合成氨生產(chǎn)工藝介紹 合成氨的主要原料可 以 分為 氣體 、液體和 固體 三種 。 70 年代，我國(guó)建成了一批中型氮肥生產(chǎn)裝置，合成氨單系列裝置的生產(chǎn)能力達(dá)到 612萬(wàn)噸 /年。在化纖和塑料工業(yè)中， 合成氨可以用作 氮源，生產(chǎn)人造絲 和 己二胺 等。氨水可腐蝕許多金屬， 一般用于盛放氨水的 鐵桶內(nèi) 測(cè)應(yīng) 涂 抹 瀝青。密度 為 (標(biāo)準(zhǔn)狀況 )，比空氣輕。 本設(shè)計(jì) 是年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸合成氨 脫碳工段初步設(shè)計(jì)。通過(guò)本設(shè)計(jì)方法，能夠使變換氣中二氧化碳的含量降至 1%左右，具有較好的脫除 效果，能夠進(jìn)行下一步的繼續(xù) 凈化 。特此鄭重聲明。本設(shè)計(jì) 采用改良的熱鉀堿法和兩段吸收兩段再生 的工藝流程來(lái)脫除合成氣中的 CO2，并對(duì)吸收液進(jìn)行再生。氨 氣 是最基本的化工產(chǎn)品之一，用途 廣泛 ，在國(guó)民生產(chǎn)中具有 十分重要 的地位。 本設(shè)計(jì) 主要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是在二氧化碳吸收和再生這個(gè)可逆過(guò)程中 溶液的濃度、循環(huán)量 的確定、 吸收 塔 和再生 塔 的 設(shè)計(jì)及附屬設(shè)備的 合理選擇。液氨密度 為 ，氣化熱大，達(dá)，是常用的致冷劑。 2 氨的用途 NH3 是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 應(yīng)用非常廣泛 。 綜上所述， 合成氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 占有 的地位 十分重要。到 1982 年 ，年產(chǎn)量以 達(dá)到 萬(wàn)噸，成為世界上 合成氨 產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。對(duì)于 煤和焦炭 等 固體原料， 制取合成氣 通常采用氣化法；渣油 獲得合成氣 的方法 3 主要 采用非催化部分氧化法；工業(yè)中 還 利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法 從 石腦油和氣態(tài)烴類 中制取 合成氣。但從目前能源的儲(chǔ)量、開采和消耗走勢(shì)來(lái)看，煤炭造氣可能要重新 得到 重視。 但 通常干法脫硫裝置設(shè)備龐大復(fù)雜。 （ 3）氨的合成： 此工序是 將純凈的 H N2 混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成 NH3。這些 CO2 如果不 及時(shí) 除凈，不僅耗費(fèi)氣體壓縮功， 占用 設(shè)備體積，而且對(duì)后續(xù)工序有害。在整個(gè)吸收過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而消耗的能量比化學(xué)吸收法要少，通常物理吸收法中吸收劑吸收 CO2 的能力隨著壓力增加和溫度降低而增大，反之則減小 [3]。熱碳酸鉀法包括苯非爾德法、坤堿法、卡蘇爾法等。 脫碳方法的比較 物理吸收法 ： 早期的合成氨廠多采用加壓水洗法 進(jìn)行脫碳 。但由于聚乙二醇二甲醚價(jià)格昂貴 ， 投資及操作費(fèi)用均較高 ， 因此該法 很 少 在國(guó)內(nèi)應(yīng)用。此法在國(guó)內(nèi)也有一定的應(yīng)用。 活性 MEDA 法 是指以 一乙醇胺 (MEA)、二乙醇胺 (DEA)吸收 CO2 后生成穩(wěn)定的胺基甲酸鹽，反應(yīng)熱大 ， 加熱再生較困難 ， 蒸汽消耗較高 ； N甲基二乙醇胺 (MDEA)與 CO2 反應(yīng)生成不穩(wěn)定的碳酸氫鹽 ， 反應(yīng)熱小 ， 加熱后 容易 再生 ， 蒸汽消耗較低。所以說(shuō)此 種 方法具有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 脫碳方法的確定 熱鉀堿吸收法是合成氨工業(yè)上一種典型的化學(xué)吸收脫碳方法，目前國(guó)內(nèi)外都廣泛的采用此工藝，相對(duì)于 其他的吸收方法，該工藝能夠滿足脫碳凈化的要求，裝置和操作不太復(fù)雜，安裝成本也比較適合各種規(guī)模的生產(chǎn)。從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用 的操作溫度為 110℃ 。 高吸收能力的 DEA 法使用 25%－ 27%的 DEA 溶液，其對(duì)酸性氣體的吸收能力為 30~32 m3 立方米 CO2/ m3 溶液。整個(gè)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)速度最慢，是整個(gè)吸收過(guò)程的控制步驟。 （ 3） 多段吸收多段再生流程：這種工藝凈化度 最高，能耗最低，但是 設(shè)備繁多， 裝置系統(tǒng)極其復(fù)雜，操作要求也很高，這樣就導(dǎo)致該工藝的投資很大，因此從經(jīng)濟(jì) 和 合理 性 的角度來(lái)考慮，此種工藝還不適合工業(yè)生產(chǎn)。富液從吸收塔底 部 引出，經(jīng) 過(guò) 能量回收后進(jìn)再生塔頂部，在塔內(nèi)溶液 經(jīng)過(guò) 閃蒸出部分水蒸汽和 CO2 后，與由再沸器加熱產(chǎn)生的逆流蒸氣接觸，同時(shí)被加熱并放出 CO2，又 由 塔中部引出半貧液，溫度約 110℃ ，經(jīng)半貧液泵送入吸收塔中部，剩下的溶液在再生塔下部繼續(xù)與逆流的蒸汽接觸進(jìn)行再生，再生后的貧液溫度約120℃ ，用貧液泵加壓經(jīng)冷卻到 80℃ 左右送入吸收塔頂部。 再生氣流程 （ 1） 流程 圖如圖 變換氣再沸器 變換氣分離器 凈化氣分離器 CO2 分離器 吸收塔 凈化氣冷凝器 再生塔 尿素車間 冷凝水去回流 再生氣水冷器 CO2 分離器 10 圖 再生氣流程 （ 2） 流程簡(jiǎn)單概述 在吸收 CO2 后 的富液，進(jìn)入再生塔再生，由反應(yīng) （ 312）， CO2 從流體中解吸需要吸收熱量。 軟水系統(tǒng) （ 1） 軟水系統(tǒng) 流程圖如圖 11 圖 軟水系統(tǒng)流程 （ 2） 流程簡(jiǎn)單概述 從熱電站來(lái)的軟水，經(jīng)過(guò) CO2 脫鹽水換熱器后，回?zé)犭娬緶u爐給水使用。 而填料塔就體現(xiàn)出了它的優(yōu)點(diǎn)，所以大多數(shù)工廠采用填料塔。 上下塔內(nèi)均裝有填料，為了使溶液能均勻的潤(rùn)濕填料表面，除了在填料上層裝有液體分布器外，上下塔的填料又分為兩層，兩層填料 間 也安裝有液體分布器。但是對(duì)于合成氨廠的脫碳工序來(lái)說(shuō)，氣體的壓力是由前后各工序來(lái)決 定的。 由于 CO2 的析出反應(yīng)要在不吸收條件下進(jìn)行，再生塔 得 溫度一般控制在溶液沸點(diǎn)附近約 105℃~110℃ 。℃ ) （ 6）變換氣中各組分的比熱 [kJ/(kg18