【文章內(nèi)容簡介】 對(duì)二氧化碳的吸附；消耗低，無污染，效益較高，但是沒有查到相關(guān)的工藝計(jì)算方法，所以沒有辦法計(jì)算塔徑，塔高以及填料層高度等，故而本設(shè)計(jì)無法采用此方法。 低溫甲醇洗工藝是利用溶解度的顯著差別，具有氣體凈化度高 、 選擇性好、溶液吸收能力強(qiáng) ，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的氣體凈化工藝。低溫甲醇法具有一次性脫除 CO2，溶液 經(jīng)濟(jì) ，能耗低，適用范圍廣泛等特點(diǎn) [11]。 碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫 碳方法。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，二氧化碳、硫化氫等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮?dú)庠谔妓岜ブ械娜芙舛却蟮枚鄟砻摮趸己土蚧瘹涠叶趸荚谔妓岜ブ腥芙舛仁请S壓力升高和溫度的降低而增加的。碳酸丙烯酯法具有無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕、流程操作簡單等優(yōu)點(diǎn) [12]。 該法 CO2 的回收率 很高 ，能耗 很 低，但投資費(fèi) 稍 高。適用于吸收壓力較高、 CO2 凈化度 稍低 的流程，國內(nèi)主要是小 中 型廠使用。用碳丙 液 作為溶劑來脫除合成氨變換氣中 CO2 工藝是一項(xiàng)比較適合我國國情的先進(jìn)技術(shù) ， 加上再生無需熱能，能耗較低等 優(yōu)勢(shì) ， 在國外合成氨和制氫工業(yè)上已得到廣泛應(yīng)用 [13]。 脫碳方法的確定及詳細(xì)介紹 碳酸丙烯酯法是合成氨工業(yè)上一種典型的化學(xué)吸收脫碳方法，目前國內(nèi)外都廣泛的采用此工藝裝置，比較起其他的吸收方法，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)。碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。它對(duì) CO H2S溶解度較大，具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無毒性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕等特點(diǎn)。該法 CO2的回收率較高，能源消耗較低 [14]。 PC 是 20 世紀(jì) 80 年代新興 的一項(xiàng)技術(shù)，是由中國的化學(xué)研究院研發(fā)的，主要適用范圍是中小型合成氨廠，由于它裝置簡單，價(jià)格低廉，易于操作，自動(dòng)化程度高，條件易于達(dá)到，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)外多家中小型企業(yè)使用該裝置， 總脫碳能力約 600 萬噸 每年 ， PC 技術(shù)經(jīng)過多年的創(chuàng)新與改進(jìn)，已經(jīng)越來越滿足市場(chǎng)的需求，為小中型企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，帶活了多家瀕臨倒閉的工廠，而且 PC 技術(shù) 開工裝置數(shù)為 MDEA、 NHD 法總和的數(shù)倍 [15]。 碳丙脫碳純屬物理過程，因而 所耗能最高的部位在 輸送流體 時(shí) 所須的電能 上 。 如果想降低成本，可以在輸送流體上尋找更完整的工藝， 碳丙溶 劑對(duì) CO2 等酸性氣體的吸收能力較大，因此，代替 碳酸鉀 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、 甲醇等 生產(chǎn)的要求。 5 脫碳工藝的選擇 脫碳工藝流程的分類及比較 （ 1）原料氣流程 脫碳車間的工藝要求：第一，溫度必須應(yīng)在裝置所需范圍內(nèi)，上下不能超過 15 攝氏度；第二，所需壓力為 ；第三，開車和停車前都要考慮壓力的變化；第四，脫碳工段屬于高壓車間，必須安裝防火防爆墻，來保證工作環(huán)境的安全性；第五，要每隔一小時(shí)，測(cè)量 二氧化碳進(jìn)出口的含量，來保證反應(yīng)濃度在規(guī)定范圍內(nèi)，若二氧化碳含量低于或高于規(guī)定范圍，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)吸收時(shí)間來確保二氧化碳濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。 的變換氣首先進(jìn)入塔底部與水在塔內(nèi)逆流接觸，洗去變換氣中的大部分油污并將氣體溫度降 低 ，同時(shí) 還可以 降低水蒸汽含量。 然后 氣體出來進(jìn)入分離器，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至 所需要求 。凈化氣 進(jìn)去 洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸， 目的是將 碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來 。 （ 2）解吸氣體回收流程 由吸收塔出來的二氧化碳經(jīng)過解吸塔與解吸塔中 的溶液逆流接觸，目的是使接觸更充分，可以充分將二氧化碳解析出來，另外，根據(jù)溫度對(duì)解析的影響可知，溫度越低越有利于解吸的進(jìn)行，所以要對(duì)溶液進(jìn)行降溫處理。解析出來的二氧化碳，一部分用于合成化肥，另一部分用作日常消費(fèi)品，例如干冰等。 此時(shí)， 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 的液體 稱為富液。富液進(jìn)入 閃蒸槽， 與從 閃蒸槽出來的碳酸丙烯酯液一部分進(jìn)入過濾器，二者混合過后進(jìn)入常解 汽提塔的常解段，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進(jìn)入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個(gè)解吸過程。 流程圖如 圖 [15] 圖 兩段吸收兩段再生流程 再生塔 吸收塔 變換氣 凈化氣 6 本設(shè)計(jì)工藝流程的確定 通過以上的比較，本設(shè)計(jì)選 “兩段吸收兩段再生 ”流程。下面簡單介紹一下該流程 及問題 [9]。 碳酸丙烯酯法脫除 CO2 的工藝流程 很多，基本都是分段吸收分段再生的。 這種流程 有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？第一在吸收塔中吸收二氧化碳要有足夠的推動(dòng)力 ， 由于該反應(yīng)裝置放熱所以可以利用此熱量來保證所需推動(dòng)力。第二 二氧化碳和 pc 溶液 的反應(yīng)速率 與溫度有關(guān)，工藝中溫度較高有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行 ，因此可以將氣體的大部分二氧化碳 吸收 和回收再利用 ?？偟膩碚f： 此裝置 既加快了吸收二氧化碳的反應(yīng)速度， 又 降低了溶液表面的二氧化碳平衡分壓。對(duì)于能量的綜合利用也比較充分 ，所以目前他能流行。 綜合分析 PC 法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問題有： （ 1）溶劑損耗高 。 造成這一問題原因有三個(gè)因素： 溶劑 所需要的 蒸汽壓 較高，熱量較大 ； 溶劑 氣相回收系統(tǒng) 有待完善， 操作管理水平低的影響。 （ 2）凈化氣中 CO2 含量容易 過高 ， 噸位耗電量高。此時(shí)通過每小時(shí)測(cè)量的二氧化碳含量知道的，那么就要想盡辦法降低二氧化碳含量，多數(shù)是通過控制 PC 裝置來增加吸收 時(shí)間。 目前 ， 碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個(gè)新的階段，工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進(jìn)展 都符合現(xiàn)在低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。 當(dāng)今世界基本大趨勢(shì)是需要更高的氨，所以對(duì)氨的技術(shù)要求和工藝要求越來越嚴(yán)格。所以我所做的課題是通過多脫碳工藝的研究，來盡量使 丙烯酯法脫碳工藝 所用成本更少，得到效益更高，更充分合理利用，力求做到污染更小更環(huán)保。 本設(shè)計(jì)工藝流程簡述 首先本工藝設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 12 萬噸的合成氨的設(shè)計(jì)，所選用的是 10 分米的煤將水蒸氣變換成半水煤氣，然后中含二氧化碳 28%變換氣進(jìn)入吸收塔中，吸收塔的溫度 125℃ 壓力是 。我所選用的是 pc 溶液吸收，吸收后進(jìn)入冷凝器，降低氣體出塔溫度，再是氣體進(jìn)入分離器，將氣體分離，回收二氧化碳，用于碳肥等物質(zhì)利用。最后是 出塔凈化氣溫度約 80℃ CO2 含量低于 1%。 （ 1）流程圖如圖 [16] 熱水塔來的變換氣 圖 變換氣凈化流程 （ 2）流程概述 首先上一造氣與變換工段的原料氣從上一工段出來后進(jìn)入水洗塔中，水洗的作用是降低溫度，去除部分雜質(zhì)，從底端出來的氣體進(jìn)入吸收塔 與從再生塔下來的溶液進(jìn)行熱交換升溫后進(jìn)入分離器，水洗塔 再沸器 分離器 CO2 吸收塔 吸收塔 冷凝器 7 目的是 分離其中冷凝 水， 同時(shí)， ， 溫度降至 125℃ 左右的變換氣進(jìn)入 CO2 吸收塔下部 ，經(jīng)吸收塔吸收后是原料氣得到充分凈化， 得到凈化的氣體從頂塔出來，經(jīng)冷卻器和分離器，被循環(huán)水冷卻至 40℃ 以下并分類出冷凝水，凈化氣中 CO2 含量控制在不大于 %，送往壓縮工段 。 再生氣流程： （ 1）流程圖如圖 圖 再生氣流程 （ 2）流程概述 從吸收塔出來的富液，進(jìn)入再生塔再生，通過解析溶劑和溫度壓強(qiáng)的變化使 CO2 從流體中解吸此過程需要溫度的改變，因?yàn)闇囟鹊蛪簭?qiáng)高有利于解析進(jìn)行。解吸出來的 CO2 首先進(jìn)入再生塔經(jīng)過頂部除沫層后 ，經(jīng)過除沫層與三層罩板上噴淋而下的流體接觸，這一過程的目的是使 CO2 更充分除凈。 CO2 出塔的溫度為 98℃ ， 經(jīng)過再生氣冷卻系統(tǒng)后為 40℃ 左右，再經(jīng)過 CO2 分離器分離出冷凝液，送往其他車間，例如加工碳肥或干冰的工段 [17]。 （ 2） 冷凝水系統(tǒng)設(shè)計(jì)作用 冷凝水裝備的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有非常大的影響，所以冷凝水裝置的合理利用不僅可以降低能耗，減少運(yùn)行的成本還可以環(huán)保減少熱能的損失合理利用能源。另外還可以減少氣蝕，起到保護(hù)管路的作用。 （ 1）流程圖如圖 圖 循環(huán)水冷卻水 流程 脫碳工段主要 設(shè)備的選擇 脫碳工段的主要設(shè)備是吸收塔 ，他 的結(jié)構(gòu)可以分為 板式塔、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收 和 塔文氏管、噴霧塔 ， 填料吸收塔 以及 降膜吸收塔 兩種。本 文 用填料 吸收 塔。 它由外殼、填料、填料支承板 、液體分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料， 常用的填料有不銹鋼 金屬 、鮑爾環(huán)和陶瓷制的馬鞍形填料。 由于 pc 溶液能 對(duì) 陶瓷 的原料二氧化硅有 侵蝕 作用 因而一定要選擇優(yōu)質(zhì)的陶瓷做填料。 考慮各方面因素和經(jīng)濟(jì)核算考慮 采用金屬鮑爾環(huán)填料。 4 工藝計(jì)算 再生塔 尿素車間 冷凝水去回流 再生氣水冷器 CO2 分離器 循環(huán)水總管 循環(huán)水總管 凈化氣冷卻器 循環(huán)水 總管 冷卻器 8 工藝 過程 設(shè)計(jì)任務(wù)：合成 12 萬噸氨 （ 1）要求出塔凈化氣中 CO2 的濃度不超過 1%； （ 2） 各項(xiàng)進(jìn)入塔內(nèi)溫度為 170℃ ； （ 3）操作壓強(qiáng)為 ； （ 4）變換氣的含量每噸為 4278Nm,基準(zhǔn)為 計(jì)算過程如下 V1= V3=18660Nm3/h=V2= =L0=441134=進(jìn)入塔中 氣體的總質(zhì)量流量： 307+35300=35607kg/h 從塔中出來氣體的質(zhì)量流量計(jì)算后得 ： V2=247。=15099kg/h 經(jīng)過計(jì)算知道碳酸丙稀酯溶液對(duì)二氧化碳的吸附量為 ： 。 工藝條件 對(duì)工藝中變換器再沸器的設(shè)計(jì) 首先通過參考文獻(xiàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的考慮我選取進(jìn)口變換氣的溫度為 170℃ ，選取操作過程中壓力為，出口變換氣的溫度為 125℃ ，選取的壓力為 ；選取的溫度和壓強(qiáng)符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) 在化工手冊(cè)上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [5]。 通過計(jì)算知變換氣含量在 170 度為 d = 變換氣含量在 125 度為 d = 對(duì)工藝中變換器分離器的設(shè)計(jì) 首先通過參考文獻(xiàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的考慮我選取進(jìn)口變換氣的溫度為 170℃ ，選取操作過程中壓力為 ，出口變換氣的溫度為 125℃ ，選取的壓力為 ，流量為 。所選氣體的變換器為了符合產(chǎn)量要求達(dá)到含濕量 。我所設(shè)計(jì)的出口變換氣中干氣流量為 ，設(shè)計(jì)的含濕量 蒸汽 /m3 選取的溫度和壓強(qiáng)符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。 同樣在化工手冊(cè)上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [18]。 對(duì)二氧化碳吸收 塔的設(shè)計(jì) （ 1）我所選取的設(shè)計(jì)條件為原料氣進(jìn)塔溫度為 125℃，同時(shí)出塔氣溫度為 80℃，從塔底出來的富液溫度為 120℃ 。 （ 2）為了達(dá)到工藝上所要求的標(biāo)準(zhǔn)選取從塔中出來氣體量為 ，水蒸氣的量為 5 主要設(shè)備的計(jì)算與選型 二氧化碳吸收塔 吸收塔 在合 成氨的設(shè)計(jì)中最主要的一部