【文章內(nèi)容簡介】 碳一般在2％(體積)以下，動力消耗也高。近20年來開發(fā)有甲醇洗滌法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等，與加壓水脫碳法相比，它們具有凈化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優(yōu)點(diǎn)，而且還可選擇性地脫除硫化氫，是工業(yè)上廣泛采用的脫碳方法。(2) 化學(xué)吸收法 具有吸收效果好、再生容易，同時還能脫硫化氫等優(yōu)點(diǎn)。主要方法有乙醇胺法和催化熱鉀堿法。后者脫碳反應(yīng)式為：為提高二氧化碳的吸收和再生速度，可在碳酸鉀溶液中添加某些無機(jī)或有機(jī)物作活化劑，并加入緩蝕劑以降低溶液對設(shè)備的腐蝕。此外，還有氨水吸收法。在碳酸化法合成氨流程中，采用氨水脫除變換氣中的二氧化碳，同時又將氨水加工成碳酸氫銨。(3) 物理—化學(xué)吸收法 以乙醇胺和二氧化四氫噻吩(又稱環(huán)丁砜)的混合溶液作吸收劑，稱環(huán)丁砜法。因乙醇胺是化學(xué)吸收劑，二氧化四氫噻吩是物理吸收劑，故此法為物理與化學(xué)效果相結(jié)合的脫碳方法。對于二氧化碳的再生，再生方法是NHD溶液的采用多級減壓閃蒸和汽提法(加熱汽提，惰性氣汽提)，一般若凈化度要求不高，可采用多級減壓閃蒸，若凈化度要求高須采用惰性氣汽提或加熱汽提法。 對于合成氨原料氣的脫碳及再生，我想用物理吸收法，這樣在吸收二氧化碳后，只需經(jīng)過閃蒸和氣提，就可以實現(xiàn)二氧化碳的再回收，所用的吸收劑是NHD,氣提吹掃的惰性氣體選用氮?dú)狻?NHD的脫碳原理 NHD溶劑的物理性質(zhì) NHD溶劑的主要成分是聚乙二醇二甲醚，分子式為，式中n=2~8，平均分子量為250~270。其物理性質(zhì)(25℃)見表1：表1 NHD的物理性質(zhì) 計算的熱力學(xué)基礎(chǔ) NHD溶劑在脫碳過程具有典型的物理吸收特征。 二氧化碳?xì)怏w在工藝氣體中分壓不太高時，它在NHD溶劑中的平衡溶解度能較好地服從亨利定律： 當(dāng)氣相壓力不高時，氣相中各組分的分壓可按道爾頓分壓定律來描述： 在一定時，提高氣相總壓P，可溶氣體在NHD溶液中的濃度，將增大，此時實行氣體吸收過程。若氣體i為二氧化碳，即為脫碳過程。反之，對已經(jīng)溶解了大量二氧化碳的NHD溶劑，在溫度及不變的情況下，降低氣相總壓，氣體i從溶液中釋放出來，形成閃蒸過程。閃蒸后的NHD溶液中還有少量的氣體i，此時可往溶液中鼓入不含氣體i的空氣等惰性氣體，繼續(xù)降低氣相中i的濃度，可進(jìn)一步降低溶液中i氣體的濃度,達(dá)到溶液再生的目的，使之重復(fù)用于吸收。在二氧化碳?xì)怏w與NHD溶劑之間進(jìn)行傳質(zhì)過程的同時，氫氣、氮?dú)狻⒓淄?、一氧化碳等氣體與NHD溶劑吸收和解吸，但與二氧化碳?xì)怏w的溶解度相比，這些氣體在NHD溶劑中的溶解度要小得多(表2)表2 各種氣體在NHD溶劑中的溶解度由于硫化氫和有機(jī)硫在前面的脫硫工段已經(jīng)脫除了大部分，剩下的含量很少，故可以可作NHD只吸收二氧化碳，其它氣體則為惰性氣體。通過對NHD溶劑吸收的傳質(zhì)研究，測得系統(tǒng)的擴(kuò)散系數(shù) 系統(tǒng)的液膜傳質(zhì)系數(shù)與溫度的關(guān)系式： NHD溶劑吸收的速率方程式可以寫成： NHD溶劑吸收時的傳質(zhì)阻力主要是在液相，對此物理溶解過程有： 在過程速率主要取決于在NHD液相中的擴(kuò)散速率情況下，則上式可簡化為 提高氣相壓力對無明顯影響，但提高了，從而增大了吸收的推動力，也增大?？梢姡岣呶諌毫μ岣呶账俾适怯欣?。 若降低吸收溫度，則一方面提高了H值(即提高了值)，另一方面溫度降低會使同樣的液相濃度的平衡分壓降低，吸收的推動力將增大。因此降低吸收溫度，會極大地增加吸收速率。由于NHD溶劑吸收CO2是個液膜控制過程，因此在傳質(zhì)設(shè)備的選擇和設(shè)計上，應(yīng)采取提高液相湍動、氣液逆流接觸、減薄液膜厚度及增加相際接觸面積等措施，以提高傳質(zhì)速率。 脫碳及再生工藝參數(shù)的選定 脫碳流程的選擇 鑒于聚乙二醇二甲醚脫除CO2是個典型的物理吸收過程，從1965年至今二十多年來，世界上幾十個工業(yè)裝置都采用吸收—閃蒸—?dú)馓岬娜芤貉h(huán)過程，其中閃蒸操作可分為幾級，逐級減壓，高壓閃蒸氣中含有較多的氫氣等有用的氣體，一般讓它返回系統(tǒng)予以回收，或做燃料用，低壓閃蒸氣含CO2可達(dá)到93%以上，常用之于尿素生產(chǎn)。經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進(jìn)入脫碳塔中部，用以吸收進(jìn)口氣體中大部分CO2。進(jìn)入脫碳塔頂?shù)呢氁簛碜詿嵩偕?，由于這部分溶液的再生更徹底，溫度也不高，因此降低了塔頂CO2 的平衡分壓，%的指標(biāo)。NHD溶劑的飽和蒸汽很低，氣相中帶走的溶劑損耗極少。因此，不設(shè)溶劑洗滌回收裝置。本設(shè)計采用氮?dú)庾鳛闅馓釟?，因此，解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題，改善了整個系統(tǒng)的可操作性，更是脫碳塔以預(yù)飽和CO2的溶液作貧液這種先進(jìn)工藝的采用的先決條件。NHD溶劑吸收二氧化碳的傳質(zhì)速度較慢，而且低溫操作下的溶劑粘度大，流動性差。所以需要較大的氣液傳質(zhì)界面。因此，我們選用了操作彈性較大的填料塔。在國外已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的聚乙二醇二甲醚氣體凈化工業(yè)裝置，也多采用填料塔。同樣，解吸過程也采用填料塔。 關(guān)于填料，可以根據(jù)發(fā)展情況，考慮選用φ5025碳鋼階梯環(huán)，也可使用φ5025玻纖增強(qiáng)聚丙烯階梯環(huán)，但必須有低溫長期使用的經(jīng)驗后方可使用。由于此次設(shè)計的溫度不低，故為選用聚丙烯階梯環(huán)。 脫碳再生操作溫度的選定在吸收壓力及進(jìn)脫碳塔氣的CO2濃度為定值時，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚中的平衡溶解度隨溫度降低而升高。圖1 吸收溫度對脫碳?xì)庵蠧O2 含量的影響所以，降低脫碳溫度，有利于加大吸收能力，減少溶液循環(huán)量和輸送功率，也有利于提高凈化度。更由于溶劑蒸汽壓隨溫度降低而降低，可使系統(tǒng)的溶劑損耗減少，但低溫下的溶劑粘度大，傳質(zhì)慢，增加了填料層高度和冷量損失。 據(jù)計算，脫碳負(fù)荷，填料層高度，吸收壓力等條件均相同時，脫碳貧液溫度為25℃時，%，貧液溫度降低到1℃，%。在這里脫碳塔的操作溫度選27℃。對于二氧化碳的再生，其操作溫度選常溫，25℃。 脫碳再生操作壓力的選定 吸收的壓力越高，越有利于物理溶劑的吸收能力的提高。以下是兩套不同吸收壓力的工業(yè)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)： 從表中可以看出。但合成氨廠的脫碳壓力往往由壓縮機(jī)型及流程總體安排所決定，用NHD脫碳都可以獲得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。所以。 解吸的操作壓力我選常壓，即一個大氣壓，這樣有利于設(shè)備的運(yùn)行。在其它工藝條件不變時二氧化碳凈化度隨著氣液比的增大而降低。下表中模式數(shù)據(jù)顯示了這種影響。從該表中看到，在吸收再生條件均相近的情況下，吸收塔氣液比越小，凈化度越高。(~，吸收溫度均在26~34℃，氣提空氣/~)。如表3所示：表 3序 號氣液比溶劑吸收CO2能力m3(標(biāo))/m3CO2mol%進(jìn)塔氣凈化氣1234若要保證一定的CO2凈化度，則氣液比提高所產(chǎn)生的不利影響，需通過提高填料層高度來彌補(bǔ)。下表列出了在某工藝條件下，%%的對比數(shù)據(jù)。如表4所示：表 4序號ABCDEFGH氣液比脫碳能力m3(標(biāo))/m3凈化度CO2% 冷凝器的位置及選定 脫碳操作溫度接近于常溫，所以進(jìn)塔溶液需要冷凍措施。我們選用液氨為冷源，使溶液溫度保持在25℃左右。 根據(jù)國外同類型運(yùn)轉(zhuǎn)工廠的經(jīng)驗，冷凝器的位置有兩種，一種冷卻貧液，一種是冷卻富液。兩種方法各有千秋。用冷凝器冷卻貧液的有美國奧馬哈氨廠，西德的一些工廠以及TVA的有關(guān)報價材料。它的優(yōu)點(diǎn)是，控制進(jìn)脫碳塔貧液溫度比較直接，經(jīng)冷卻后的低溫管道較短，其它設(shè)備操作溫度均稍高，這樣有利于氣提過程及減少冷量損失。缺點(diǎn)是傳熱溫差小，溶劑損耗大。另一種冷卻富液，即冷卻剛出脫碳塔的富液。采用這種冷凝器位置的有加拿大希爾哥頓公司氨廠，加拿大工業(yè)公司氨廠等。它的優(yōu)點(diǎn)是傳熱溫差大，有利于減少傳熱面積。(因為整個脫碳系統(tǒng)中，富液溫度最高)整個脫碳系統(tǒng)操作溫度都較低，溶劑損耗少。然而帶來的缺點(diǎn)是不利于解吸過程，低溫管道設(shè)備多，冷量損失就大。 本次設(shè)計脫碳系統(tǒng)的半貧液冷卻采用第一種位置，貧液是由熱再生塔來，經(jīng)溶液換熱后再用氨冷卻，屬于第一種位置。NHD溶劑本身無腐蝕性，并能在有些原來的腐蝕的脫碳系統(tǒng)內(nèi)抑制腐蝕，這是因為NHD溶劑吸收了水分，減輕了CO2對碳鋼的腐蝕。但在高溫和有二氧化碳和水蒸汽存在的情況下，對設(shè)備有一定的腐蝕作用。因此，脫碳系統(tǒng)的大部分設(shè)備——脫碳塔、氣提塔，閃蒸槽等都可用低合金鋼鋼制作，僅部分內(nèi)件，如除沫器，液體分布器，填料支承及壓板等，采用不銹鋼材料。 管道間墊片可用石棉，機(jī)械密封材料可選用硅橡膠，聚丙烯和聚四氟乙烯，一般的高分子材料慎用。 NHD溶劑是油漆的溶劑，管道和設(shè)備內(nèi)表面不能使用涂料，偶爾接觸NHD溶劑的設(shè)備防腐涂層可用環(huán)氧樹脂漆。河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 脫碳再生生產(chǎn)流程說明3 脫碳再生生產(chǎn)流程說明。 圖 1—換熱器 13—?dú)庖悍蛛x器 7—風(fēng)機(jī) 4—吸收塔 11—溶液泵 14—?dú)怏w緩沖罐 9—?dú)馓崴?12—閃蒸槽，進(jìn)入板翅式綜合氣體換熱器，與凈化氣、高壓閃蒸氣、低壓閃蒸氣換熱降溫，經(jīng)進(jìn)塔分離器分離，進(jìn)入脫碳塔，氣體由下向上與從塔頂噴淋下來的溶液逆流接觸，混合氣體的二氧化碳被溶劑吸收，%以下，凈化氣經(jīng)霧沫分離器分離掉夾帶的少量霧沫后，進(jìn)入翅式氣體換熱器回收冷量，經(jīng)裝有EAC2的精脫硫罐脫除掉殘余總硫，加壓送聯(lián)醇系統(tǒng)。 從脫碳塔底部出來的NHD富液，經(jīng)減壓后進(jìn)入閃蒸槽，將大部分溶劑中吸收的二氧化碳?xì)怏w閃蒸解吸出來，送尿素合成塔。自閃蒸槽底部出來的溶劑，經(jīng)富液泵提壓后送至氣提塔頂部。溶劑自塔頂噴淋下來，與從下部送入的氮?dú)饽媪鹘佑|，進(jìn)行傳質(zhì)換熱，并將溶液中殘留的二氧化碳?xì)馓岢鰜?。出氣提塔的解吸氣?jīng)分離器回收少量夾帶NHD霧沫后，入空氣冷卻器，與羅茨風(fēng)機(jī)送來的空氣進(jìn)行間接熱交換，之后，解吸氣放空。 從氣提塔出來的貧液則經(jīng)泵加壓和流量調(diào)節(jié)后，進(jìn)入氨冷管間，被液氨蒸發(fā)器冷卻后再送入脫碳塔頂部去吸收原料氣中的二氧化碳，如此循環(huán)使用，當(dāng)循環(huán)溶劑吸水超標(biāo)后，可部分送脫水塔進(jìn)行脫水處理，脫水后的溶劑經(jīng)