【正文】 =1017kg/h 溶解氣量： 622001127=61073kg/h 溶解氣的平均摩爾質(zhì)量： sM =44+28+2+28= kg/kmol 溶解氣的質(zhì)量流量： 61073247。變換氣的組成見表 。 廠前區(qū)： 包括行政樓 、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務(wù)室等主要建筑。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 54 頁 改造工作除了塔器以外，還進行了系統(tǒng)工藝優(yōu)化，具體內(nèi)容有：（ 1）調(diào)整溶劑泵的揚程，串聯(lián)1 臺增壓泵；（ 2）氣提流程由原正壓氣提改為負(fù)壓氣提，有利于提高貧度；（ 3）降低變換氣和循環(huán)溶劑的溫度，以提高碳丙吸收能力；（ 4）采 取碳丙溶劑半過濾或全過濾方法，杜絕系統(tǒng)堵塞隱患；（ 5）提高變換氣脫硫效果；（ 6）碳丙稀液回收改造 [11]。 由常解塔解吸出來的常解氣進入常解 汽提氣洗滌塔的常解氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將常解氣中夾帶的碳 酸丙烯酯液滴與飽和于常解氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，常解氣自常解氣洗滌段出來后進入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離，常解氣自分離器頂部出來送食品二氧化碳工段。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程，流程簡單，投資少，節(jié)能明顯，技術(shù)易于掌握。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開發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進料，多次均壓，并實現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時對吸附劑、程控閥門、控制系統(tǒng)、動力設(shè)備的配置都做了較大的改進，從而使 H N2 有效氣體回收率大大提高，能耗進一步降低，裝置投資也有所減 少 [10]。 NHD 是兗礦魯南化肥廠與南京化學(xué)工業(yè)集團公司研究院、杭州化工研究所共同開發(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]。后來有人用氨基乙酸取代 As 2O3，消除了毒性，成為無毒 GV 法。 (l)烷鏈醇胺類的脫碳工藝有： ① 乙醇胺 (monoethanolamine， H2NCH2CH2OH， MEA)法； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 54 頁 ② 甲基二乙醇胺 （ methyl diethanolamine， CH3N(CH2CH2OH)2， MDEA） 法； ③ 活化 MDEA 法 （ 即 aMDEA 工藝 ） 。這些 CO2 如果不在合成工序之前除凈，不僅耗費氣體壓縮功，空占設(shè)備體積，而且對后續(xù)工序有害。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。 我國合成氨工業(yè) 始于 20 世紀(jì) 30 年代，經(jīng)過多年的努力，我國的合成氨工業(yè)得到很大的發(fā)展，建國以來合成氨工業(yè)發(fā)展十分迅速，從六十年代末、七十年代初至今，我國陸續(xù)引進了三十多套現(xiàn)代化大型合成氨裝置，已形成我國特有的煤、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。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。目前我國合成氨產(chǎn)能和產(chǎn)量己躍居世界前列。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。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。 （ 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； ④ Flexsorb 法 [2]。我國棲霞山化肥廠就采用了這種工藝。 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。 低溫甲醇洗法 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 和各種有機硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高 、 選擇性好、溶液吸收能力強 ， 操作費用低等特點，是一種技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的氣體凈化工藝。因此，很快得到了推廣，并擴大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。 汽提氣由汽提塔出來后進入常解 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，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。 復(fù)合溶劑法 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，多年來一直方興未艾。 動力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等。 表 變換氣各組分體積分?jǐn)?shù)及組分分壓 項目 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 體積分?jǐn)?shù)（ %） 100 （ MPa） （ Kgf/cm2） （ atm） 計算依據(jù) CO2的 PC中的溶解度關(guān)系 因為是高濃度氣體吸收，故吸收塔內(nèi) CO2 的溶解熱應(yīng)予以考慮。=117552kg/h 帶出氣體的總質(zhì)量流量： 1017+117552=118569kg/h 驗算吸收液中 凈化氣中 CO2 的含量 取脫碳塔阻力降為 ，則塔頂壓強為 = kgf/cm2，此時 CO2 的分壓為： Pco2==此時分壓呈平衡的 CO2 液相濃度為： lgXco2=+ = Xco2= CO2/kmolPC = 1192/ ? =＞ Nm3CO2/m3PC 式中： 1192 為吸收液在塔頂 30℃ 時的密度，近似取純 PC 液體的密度值。 溶劑夾帶量 以 Nm3/m3PC 計，各組分被夾帶的量如下： CO2： = Nm3/m3PC CO： = Nm3/m3PC H2： =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 % 出脫碳塔凈化氣量 以 V V V3 分別代表進塔 （ 出塔 ） 及溶液帶出的總氣量，以 y y y3 分別代表 CO2 相應(yīng)的體積分率，對 CO2 作物料衡算有： 1 2 3V V V?? 1 1 2 2 3 3V y V y V y?? 聯(lián)立兩式解之得 V3=1 1 232( )V y yyy = 0 0 5 0 )0 0 ( 2 7 8 ? ?? =62200Nm3/h V2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 54 頁 計算 PC 循環(huán)量 因每 1m3PC 帶出 CO2 為 Nm3，故有： L== 62200 ?=3757m3/h 37571187=4459560kg/h 操作的氣液比為 V1/L=213900/3757= Nm3/m3 入塔液中 CO2 夾帶量 L0= 443757=1476kg/h 帶出氣體的質(zhì)量流量 夾帶氣量： 3757=1127 Nm3/h 夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量： M 1=44+28+2+28=夾帶氣的質(zhì)量流量： 1127247。 變換氣： 4278Nm 變換氣 /t 氨。 全廠總平面布置內(nèi)容 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。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。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來后進入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離下來，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，閃蒸氣回壓縮機一段入口總管。加之 PC 法在工藝上與水洗法相似，改造費用低，很快在一些小氮肥企業(yè)中推廣應(yīng)用；第二階段， 20 世紀(jì) 90 年代以來，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場需要，采用脫碳增氨轉(zhuǎn)產(chǎn)尿素或聯(lián)醇等方法，以提高經(jīng)濟效益，增強小化肥的竟?fàn)幠芰Α? 目前，此種類型的裝置在全國合成氨廠已廣泛采用。 法 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 54 頁 NHD 法被認(rèn)為是目前能耗最低的脫碳工藝之一，該法使用的溶劑為聚乙二醇二甲醚的混合物，其分子式為 CH3O（ CH2CH2O)nCH2，式中 n=28。其中如無毒 GV法工藝就是由意大利 GiammaroVetrocoke 公司所開發(fā)，最初使用的活化劑和緩蝕劑為 As 2O3，但對人體有毒?；瘜W(xué)吸收法常用于 CO2 分壓較低的原料氣處理。用天然氣 （ 甲烷 )為原料的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法所得的 CO2 量較少，合成氣中 CO2 濃度在 1520%，每噸氨副產(chǎn) CO2 約 噸。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。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源，因而合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有極為重要的位置。 Proeess design陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 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)的同時利用計算機數(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，促進設(shè)計、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)計的重要課題。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 54 頁 合成氨生產(chǎn)工藝簡述 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。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。 法 MEA 法是一種比較老的脫碳方法。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 作為腐蝕防護劑。 NHD 具有對設(shè)備無腐蝕，對 CO H2S 等酸性氣體的吸收能力強、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，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氣在氣提塔進行脫碳富液的氣提再生，其優(yōu)點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]。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。 技術(shù)經(jīng)濟 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。 液體流程 （ 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。復(fù)合溶劑法的優(yōu)點從選擇性和吸收能力分析，特別是高分壓下，選擇合適的復(fù)合溶劑，優(yōu)于純?nèi)軇?，顯著地提高了溶劑的吸收能力；另一方面明顯地降低了能耗。他們盡量靠近其服務(wù)的車間?，F(xiàn)假設(shè)出塔氣體溫度與入塔液的溫度相同，為 TV2=30℃ ，出塔液的溫度為 TL1=35℃ ，并取吸收飽和度（定義為出塔溶液濃度對其平衡濃度的百分?jǐn)?shù)）為 80%，然后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗證生疏溫度假設(shè)的正確性。計算結(jié)果表明：要使得出塔凈化氣中 CO2 的濃度不超過 %，則入塔吸收液中 CO2 的極限濃度為 Nm3/m3PC，本設(shè)計的取值正好在其所要求的范圍之內(nèi)，故選取值滿足要求。 CO2 溶解量的計算如下： 前已算出， 35℃ 時 CO2 在 PC 中的平衡溶解度 Xco2=， PC 對 CO2 的實際溶解能力為： = Nm3/m3PC。合成氨 ：（ 300000t/a） /（ 8000h/a） =。 全廠總平面設(shè)計的原則 全廠總平面設(shè)計的基本原則為 1 建筑物之間相互配置應(yīng)符合生產(chǎn)程序的要求，并能保證合理生產(chǎn)作業(yè)線； 2 原材料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)銜 接協(xié)調(diào)，流程疏通，避免交叉和往返； 3 廠內(nèi)一切運輸系統(tǒng)布置應(yīng)適合貨物運轉(zhuǎn)的特征，盡可能使貨運路線和人員路線不交叉； 4 適當(dāng)劃分廠區(qū)，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛(wèi)生技術(shù)條件的要求； 5 在保證安全生產(chǎn)的前提下力求縮小廠房戰(zhàn)地面積，廠房布置盡量緊湊，根據(jù)生產(chǎn)的特點和設(shè)計