【正文】 s=（ m 說明：進塔吸收液中 CO2的殘 留 值取 ，故計算的實際溶 解量時應將其扣除。 CO2在溶劑中的溶解度可用下式表示： lgx*=lgp+B/T+C+lgζ （ 31） 式中： x*—— CO2在含水溶劑中的飽和溶解度，摩爾分數(shù)； p—— 氣相 CO2分壓， 105Pa； B、 C—— 常數(shù)， B=， C=； ζ—— 溶劑含水量的修正系數(shù)，當含水量為 2%時， ζ=， lgζ=； T——— 吸收溫度， K。 存在的問題及解決的辦法 綜合分析 PC 法脫碳存在的主要問題有 。 因而應用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。采用什么方法，它有多種因素決定，有原料氣碳含量高低 的問題，有操作費用的問題，有習慣性的問題，有改造資金的問題等等 [9]。 (2) 變壓吸附法 變壓吸附氣體分離凈化技術(shù)，簡稱 PSA（ Pressure Swing Adsorption）。該法的最大優(yōu)點是可以在一個十分簡單的裝置中，把合成氣中的 CO2脫除到可以接受的程度。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。1981 年，世界以 天然氣制氨的比例約占 71%，蘇聯(lián)為 %、美國為 96%、荷蘭為 100%；中國仍以煤、焦炭為主要原料制氨 ,天然氣制氨僅占 20%。戴維（ Davy， 17781829）等化學家繼續(xù)研究，進一步證明了 2 體積的氨通過電火花放電后，分 解為 1 體積的氮氣和 3 體積的氫氣?？諝庵邪焙窟_ 3%時， 5 分鐘可引起化學性灼傷和水泡。 decarburization method。 process design 1 引 言 本設計是《年產(chǎn) 30 萬噸合成氨原料氣脫碳工段的工藝設計》。因此環(huán)保要求空氣中的氨含量在 [1] 。 合成氨的發(fā)現(xiàn)及其發(fā)展 19 世紀以前農(nóng)業(yè)上所需的氮肥來源主要來自于有機物的副產(chǎn)物和動植物的廢物，如糞便、腐爛動植物等等，隨著農(nóng)業(yè)和軍工生產(chǎn)的發(fā)展的需要，迫切的需要建立規(guī)模巨大的探索性的研究，化學家們設想，能不能把空氣中大量的氮氣固定下來，從而開始設計以氮和氫為原料的合成氨流程。 70 年代原油漲價后，一些采用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然氣，新建廠絕大部分采用天然氣作原料。由再生塔頂出來的 CO2，經(jīng)空冷器 和水冷器，氣體溫度降至 40℃ ，再經(jīng)二氧化碳分離器除去冷凝水，送到尿素車間作原料。 但它本身存在兩個缺點：（ 1） CO2 能與吸收反應生成的碳酸化合物發(fā)生進一步反應生成酸式碳酸鹽，該鹽較穩(wěn)定，不易再生；（ 2） CO2 能與 MEA 發(fā)生副反應，生成腐蝕性較強的氨基甲酸醋，容易形成污垢。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，進行（加壓）吸附 CO2或（減壓）解吸。因此對脫碳路線的選擇需要從多方面進行權(quán)衡，從而制定出最為合適的設計路線。但這種效果隨著工藝配置、設備、操作狀況，處理規(guī)模和目的的不同而差異較大。造成這一問題原因有三個因素： (1) PC 溶劑蒸汽壓高； (2) PC 氣相回收系統(tǒng)不完善； (3) 操作管理水平的影響。 13 第四章 物料衡算和熱量衡算 工藝參數(shù)及指標 設計條件： （ 1）每噸氨耗變換氣近似取 4278Nm3，簡記為 4278Nm3/t氨（下同）。其他組分本身溶解度就很小，經(jīng)解吸后的殘值完全可被忽略。h） 選擇 d=50mm 塑料鮑爾環(huán)（米字筋），其填料因子 φ=120m1， ε=，比表面積at=， BainHougen關(guān)聯(lián)式常數(shù) A=， K=。h） μL2= mPa其它氣體在 PC 中的溶解度很小，故可將 CO2以外的組分視為惰性氣體而忽略不計，而只考慮 CO2的溶解吸收，將多組分吸收簡化為單組份吸收的問題。為了在較低操作壓力下獲得需要的氣體凈化度、降低溶劑循環(huán)量、節(jié)省動力消耗、降低溶劑蒸發(fā)損失，吸收操作可在低于常溫條件下進行，即低溫碳酸丙烯酯脫 碳技術(shù)。由洗滌塔塔底出來后經(jīng)洗滌液泵加壓進入洗滌塔的上部自上而下，由洗滌段出來經(jīng)過一 U型液封管進入洗滌段繼續(xù)循環(huán)。與水洗法相比可節(jié)省電耗 150250KWh/t NH3，可節(jié)省操作費 1025 元 /t NH3。 合成氨中脫碳方法很多，而且各有自己的利弊。但該法投資很大，我國鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除 CO2。吸收過程中， MEA 與 CO2發(fā)生反應生成碳酸化合物，經(jīng)過加熱即可將 CO2分解出來。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進 5 人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進入甲烷化換熱器。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。哈爾斯（ HaLes， 16771761） ,用氯化銨與石灰的混合物在以水封閉的曲頸瓶中加熱，只見水被吸入瓶中而不見氣體放出， 1774 年化學家普利斯德里重做該實驗，用汞代替水來密封，制得了堿空氣（氨），并且他還研究發(fā)現(xiàn)了氨的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)氨極易溶于水、可以燃燒，還發(fā)現(xiàn)該氣體通以電火花時其容積增加，而且分解為兩種氣體： H2和 N2，其后 H氨在常溫下為氣態(tài)，比空氣輕，易溢出，具有強烈的刺激性和腐蝕性，故易造成急性中毒和灼傷。 關(guān)鍵詞： 碳酸丙烯酯法；脫碳方法；工藝設計 II Decarbonization Process design on synthetic ammonia At an output of 300,000 t/a Abstract:The design for decarbonization Process design on synthetic ammonia at an output of 300,000 t/ designate production and the scale of production is Under the guidance of the teacher .The design is bined with the production practice in the collection of various technical indicators of production and references provided data and design main task of this design is the harmful ponents of carbon removal in ammonia synthesis feed design introduces the main approach to decarbonization of ammonia. By paring the advantages and disadvantages of various methods, ultimately determine the decarbonization method is used in propylene carbonate fat process flow, ammonia removal process parameter, main equipment, heat balance, material balance, as well as the size of the equipment and other related main results: the absorption tower diameter 2400mm, height 30000mm. Keywords: propylene carbonate method。對合成氨和脫碳工藝的發(fā)展概況進行了概述。 表 氨的主要物理性質(zhì) 項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 相對分子質(zhì)量 臨界密度 /(g/cm3) 氮含量 臨界壓縮系數(shù) PV=ZRT 摩爾體積 (0℃ ， )/(L/mol) 臨界熱導率（ kJ/) 氣體密度 (0℃ ， )/(g/L) 沸點 ()/℃ ` 液體密度 (℃ ， )/(g/cm3) 蒸發(fā)熱（ ℃ )/(kJ/kg) 臨界溫度 /℃ 冰點 /℃ 臨界壓力 /MPa 熔化熱 (℃ )/(kJ/kg) 臨界比體積 /(L/kg) 氨的用途及在化工生產(chǎn)中的地位 氨是重要的化工產(chǎn)品之一，用途很廣。 19 世紀，大量的化學家開始試圖合成氨，他們試圖利用高溫、高壓、電弧、催化劑等手段試驗直接合成氨，均未成功。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制造，其中最廣泛采用的為蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法。再生后的脫碳液（貧液），先進溶液空冷器，冷卻至 65℃ 左右，由溶液循環(huán)泵加壓，再經(jīng)溶液水冷器冷卻至 40℃ 后，送入二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。 （ 2）低熱耗苯菲爾法 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能力較強等特性。變壓吸附法分離氣體混合物的基本原理是利用某一種吸附劑能使混合氣體中各組份的吸附容量隨著壓力變化而產(chǎn)生差異的特性 ，選擇吸附和解吸再生兩個過程，組成交替切換的循環(huán)工藝，吸附和再生在相同溫度下進行。 綜合對比，本設計采用碳酸丙烯酯法脫碳工藝。幾種脫碳方法 的 能耗比 較如下表 。 2. 凈化氣中 CO2 含量容易跑高，噸氨電耗高。 （ 2）變換氣組成為： CO2： ； CO： ； H2： ； N2： （均為體積分數(shù)，下同；其它組分被忽略）； （ 3）要求出塔凈化氣中 CO2的濃度不超過 %； （ 4） PC 吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況選??； （ 5）氣液兩相的入塔溫度均選定為 30℃ ； （ 6）操作壓強為 ； （ 7）年工作日 330d，每天 24h連續(xù)運行。 CO2溶解量的計算如下： 由前可知， 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。 泛點氣速 uF可由 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖或 BainHougen關(guān)聯(lián)式求取，現(xiàn)按 BainHougen關(guān)聯(lián)式計算泛點率關(guān)聯(lián)式求解 uF。s=（ m 表 各組分在 PC中的溶解度數(shù)據(jù) 項目 CO2 CO H2 N2 合計 組分分壓 (MPa) 15 溶解度 (Nm3/m3PC) 溶解量 (Nm3/m3PC) 溶解氣體積分數(shù) (%) 因溶解氣中的 CO2占到了 %。 表 兩種方法的技術(shù)經(jīng)濟比較（以噸氨計） 項目 PC法 復合溶劑法 CO2凈化度（ %） 溶劑損耗（ Kg） 電耗（ KWh） 145 100 操作成本（元） 85 60 PC 法 實踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點：（ 1）氣體凈化度高；（ 2）降低溶劑循環(huán)量；（ 3）降低溶劑損耗。 稀液流程循環(huán) 稀液（或軟水）由常解 汽提氣洗滌段出來，送往凈化氣洗滌塔。因此，代替水洗法脫除變換氣中 CO2不但滿足銅洗要求，而且回收 CO2的濃度和回收率也能滿足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。 (2)常溫甲醇法 常溫甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，當 CO2分壓升高時，以其在甲醇中溶解的物理吸收為主；當 CO2分壓較低時，以其與二乙醇胺發(fā)生化學反應的化學吸收為主，該法應用范圍廣，凈化率高，但對 H2S 和 CO2的選擇性較差，己很少使用。 低溫甲醇 (Rectisol)法具有一次性脫除 CO2，溶液便宜易得，能耗低，適用范圍廣泛等特點。 （ 1） MEA 法 MEA 法是一種比較老的脫碳方法。出塔氣中二氧化碳含量要求小于 %。目前 ,合成氨年總消費量 (以 N 計 )約為 ，其中工業(yè)用氨量約為 10Mt，約占總氨消費量的 12%。 合成氨的發(fā)展歷史 氨氣的發(fā)現(xiàn) 十七世紀 30 年代末英國的牧師、化學家 S濃氨水氨含量為 28%29%。計算的主要結(jié)果為：吸收塔塔徑 2400mm，吸收塔高度 30000mm。 本設計簡單介紹了合成氨的主要脫碳方法，并通過對比總結(jié)各脫碳方法的優(yōu)缺點，最終確定采用的脫碳方法是碳酸丙烯酯法。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮復合肥料。 19 世紀末，隨著化學熱力學、動力學和催化劑等領域取得一定進展后，對合成氨反應的研究有 了新的進展。 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，預計到 20 世紀末，世界大多數(shù)合 成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。 脫碳運行的好壞，直接關(guān)系到整個裝置的安全穩(wěn)定與否。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。可用此法改造小型氨