年產(chǎn)8萬噸合成氨脫碳及再生工藝設(shè)計(編輯修改稿)
2025-06-27 12:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 靜態(tài)平衡和模式試驗中篩選出最佳組分，分子式為CH3O(C2H4O)nCH3，n為2～8，平均分子量為250～280。該溶劑的化學(xué)制品已有杭州化學(xué)研究所和山東魯化集團公司共同研制成功，并且該工藝在國內(nèi)二十幾家中小型化肥企業(yè)得以應(yīng)用，運轉(zhuǎn)情況良好。該技術(shù)1984年獲得部級鑒定，并獲得國家專利。NHD脫碳工藝以其技術(shù)上的先進性以及成功的運行實踐已經(jīng)向人們證明，它是當(dāng)今國內(nèi)各種脫碳技術(shù)中的佼佼者，相信在未來幾年里，NHD技術(shù)必將在變換氣脫碳領(lǐng)域獲得更為廣闊的空間。 原料簡介① 原料氣簡介在上述合成氨流程中已經(jīng)介紹，經(jīng)過了CO的變換后的原料氣中含有大量的CO2。而且還講述了脫除二氧化碳及二氧化碳再生的原因。在這里就不在重復(fù)了，詳見合成氨工藝流程脫碳過程。原料氣的成分在任務(wù)要求里。在本設(shè)計里進吸收塔的氣體一律采用“原料氣”的叫法。② 吸收劑NHD簡介NHD溶劑的主要成分是聚乙二醇二甲醚，分子式為CH3O(C2H4)nCH3，式中n=2～8，平均分子式為250～280。其物理性質(zhì)見下表：表12 NHD的物理性質(zhì)(25℃)項目參數(shù)密度（kg/m3）蒸氣壓（Pa）表面張力（N/m）粘度（MPas）比熱[J/(kgK)]冰點（℃）閃點（℃）燃點（℃）1027210022～29151157 NHD法脫碳及再生原理計算的熱力學(xué)基礎(chǔ)：當(dāng)二氧化碳氣體在吸收塔中分壓不太高時，它在NHD溶劑中的平衡溶解度能較好地服從亨利定律[4]： 當(dāng)氣相壓力不高時，氣相中各組分符合道爾頓分壓定律，故可用此定律： 在一定時，提高總壓力P，CO2在NHD溶液中的濃度將增大，此時為氣體吸收過程。若氣體i為二氧化碳，即為脫碳過程。相反，如果對已經(jīng)溶解了大量CO2的NHD溶劑，在溫度及不變的情況下，降低氣相總壓力，氣體CO2就會從溶液中釋放出來，此時為閃蒸過程。由于閃蒸后的NHD溶液中還有少量的CO2，所以此時可往溶液中鼓入不含氣體CO2的惰性氣體N2，以致繼續(xù)降低氣相中CO2的濃度，進一步降低溶液中CO2氣體的濃度,從而達到NHD溶液再生的目的，使之重復(fù)用于吸收。在二氧化碳氣體與NHD溶劑之間進行傳質(zhì)過程的同時，HNCHCO等氣體也與NHD溶劑進行吸收和解吸，但是與CO2在NHD溶液中的溶解度相比，這些氣體在NHD溶劑中的溶解度要小得多。其溶解度見下表。表11 各種氣體在NHD溶劑中的溶解度組分H2COCH4CO2COSH2SCH3SHCS2相對溶解度10023389322702400由于硫化氫和有機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，故可以看作NHD只吸收二氧化碳，其它氣體則為惰性氣體。計算的動力學(xué)基礎(chǔ)：通過對NHD溶劑吸收的傳質(zhì)研究，測得系統(tǒng)的擴散系數(shù): 系統(tǒng)的液膜傳質(zhì)系數(shù)與溫度的關(guān)系式為： NHD溶劑吸收的速率方程式可以寫成： 由于NHD溶劑吸收時的傳質(zhì)阻力主要是在液相，所以對此物理吸收過程有： 由于過程速率主要取決于在NHD液相中的擴散速率，則上式可簡化為：雖然提高氣相總壓對并無明顯影響，但是提高了，從而使吸收的推動力增加了，故也相應(yīng)的增大。由此可見，提高氣相總壓對提高吸收速率是有利的。如果降低了吸收的溫度，不僅會使H值提高了(即提高了值)，而且溫度降低會使液相濃度的平衡分壓降低，從而導(dǎo)致了吸收的推動力增大。因此降低吸收溫度，會極大地增加吸收速率。 NHD法脫碳及再生工藝參數(shù)的選定① 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—氣提的溶液循環(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可達到93%以上，常用之于尿素生產(chǎn)[5]。經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進入脫碳塔中部，用以吸收進口氣體中大部分CO2。進入脫碳塔頂?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)。由于氣相中帶走的NHD溶劑損耗極少，因此不設(shè)溶劑洗滌回收裝置。② 脫碳再生操作溫度的選擇在吸收壓力及進脫碳塔氣的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。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℃。③ 脫碳再生操作壓力的選擇在NHD法脫碳及再生原理中已經(jīng)講述，吸收壓力越高，越有利于吸收的進行。但合成氨廠的脫碳壓力由壓縮機型及流程總體安排所決定，用NHD脫碳就可以獲得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。所以。解吸的操作壓力我選擇常壓，即一個大氣壓，這樣有利于設(shè)備的運行。④ 氣提劑的選擇本設(shè)計采用氮氣作為氣提氣，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工藝的采用的先決條件。⑤ 脫碳塔氣液比的確定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/～)。表21 二氧化碳凈化度隨著氣液比的變化序 號氣液比容積吸收CO2能力進塔氣凈化氣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。下表列出了在某工藝條件下，%%的對比數(shù)據(jù)。如表22所示：表22 CO2脫除前后的對比數(shù)據(jù)序 號ABCDEFGH氣液比脫碳能力m3(標(biāo))/m3凈化度CO2% NHD法合成
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