【文章內(nèi)容簡介】 對二氧化碳的吸附；消耗低，無污染，效益較高，但是沒有查到相關(guān)的工藝計算方法，所以沒有辦法計算塔徑，塔高以及填料層高度等，故而本設(shè)計無法采用此方法。 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 ，操作費用低等特點，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 [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、氮氣在碳酸丙烯酯中的溶解度大得多來脫除二氧化碳和硫化氫而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是隨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 [12]。 該法 CO2 的回收率 很高 ，能耗 很 低，但投資費 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 ， 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 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。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，價格低廉，易于操作，自動化程度高，條件易于達(dá)到，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，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 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 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，測量 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)及時調(diào)節(jié)吸收時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 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品，例如干冰等。 此時， 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)計工藝流程的確定 通過以上的比較，本設(shè)計選 “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)點呢？第一在吸收塔中吸收二氧化碳要有足夠的推動力 ， 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。此時通過每小時測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 時間。 目前 ， 碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個新的階段，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)今世界基本大趨勢是需要更高的氨，所以對氨的技術(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)計工藝流程簡述 首先本工藝設(shè)計是年產(chǎn) 12 萬噸的合成氨的設(shè)計，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， ， 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的變化使 CO2 從流體中解吸此過程需要溫度的改變，因為溫度低壓強高有利于解析進(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)計作用 冷凝水裝備的設(shè)計對整個設(shè)計有非常大的影響，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 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） 各項進(jìn)入塔內(nèi)溫度為 170℃ ； （ 3）操作壓強為 ； （ 4）變換氣的含量每噸為 4278Nm,基準(zhǔn)為 計算過程如下 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)量流量計算后得 ： V2=247。=15099kg/h 經(jīng)過計算知道碳酸丙稀酯溶液對二氧化碳的吸附量為 ： 。 工藝條件 對工藝中變換器再沸器的設(shè)計 首先通過參考文獻(xiàn)和實際經(jīng)驗的考慮我選取進(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 ；選取的溫度和壓強符合各項標(biāo)準(zhǔn) 在化工手冊上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [5]。 通過計算知變換氣含量在 170 度為 d = 變換氣含量在 125 度為 d = 對工藝中變換器分離器的設(shè)計 首先通過參考文獻(xiàn)和實際經(jīng)驗的考慮我選取進(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)計的出口變換氣中干氣流量為 ，設(shè)計的含濕量 蒸汽 /m3 選取的溫度和壓強符合各項標(biāo)準(zhǔn)。 同樣在化工手冊上查到 170℃ 飽和水蒸汽壓為 ， 125℃ 飽和水蒸汽壓為 [18]。 對二氧化碳吸收 塔的設(shè)計 （ 1）我所選取的設(shè)計條件為原料氣進(jìn)塔溫度為 125℃，同時出塔氣溫度為 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)備的計算與選型 二氧化碳吸收塔 吸收塔 在合 成氨的設(shè)計中最主要的一部