【正文】 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。如表4所示：表 4序比溶劑吸收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(guò)提高填料層高度來(lái)彌補(bǔ)。液如表3所示：表 3序 號(hào)氣從該表中看到，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。在其它工藝條件不變時(shí)二氧化碳凈化度隨著氣液比的增大而降低。所以。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。對(duì)于二氧化碳的再生，其操作溫度選常溫，25℃。 據(jù)計(jì)算，脫碳負(fù)荷，填料層高度，吸收壓力等條件均相同時(shí)，脫碳貧液溫度為25℃時(shí)，%，貧液溫度降低到1℃，%。圖1 吸收溫度對(duì)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。由于此次設(shè)計(jì)的溫度不低，故為選用聚丙烯階梯環(huán)。同樣，解吸過(guò)程也采用填料塔。因此，我們選用了操作彈性較大的填料塔。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(dòng)性差。因此，不設(shè)溶劑洗滌回收裝置。進(jìn)入脫碳塔頂?shù)呢氁簛?lái)自熱再生塔，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)。 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(gè)典型的物理吸收過(guò)程，從1965年至今二十多年來(lái)，世界上幾十個(gè)工業(yè)裝置都采用吸收—閃蒸—?dú)馓岬娜芤貉h(huán)過(guò)程，其中閃蒸操作可分為幾級(jí)，逐級(jí)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)。因此降低吸收溫度，會(huì)極大地增加吸收速率?？梢姡岣呶諌毫?duì)提高吸收速率是有利的。在二氧化碳?xì)怏w與NHD溶劑之間進(jìn)行傳質(zhì)過(guò)程的同時(shí)，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。反之，對(duì)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(lái)，形成閃蒸過(guò)程。 二氧化碳?xì)怏w在工藝氣體中分壓不太高時(shí)，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(shí)，氣相中各組分的分壓可按道爾頓分壓定律來(lái)描述： 在一定時(shí)，提高氣相總壓P，可溶氣體在NHD溶液中的濃度，將增大，此時(shí)實(shí)行氣體吸收過(guò)程。 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。對(duì)于二氧化碳的再生，再生方法是NHD溶液的采用多級(jí)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(jí)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。(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。此外，還有氨水吸收法。主要方法有乙醇胺法和催化熱鉀堿法。近20年來(lái)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。(1) 物理吸收法 最早采用加壓水脫除二氧化碳，經(jīng)過(guò)減壓將水再生。 生產(chǎn)方案的確定2 生產(chǎn)方案的確定一種凈化氣體的過(guò)程，指脫除混合氣體中的二氧化碳，主要見于合成氨生產(chǎn)原料氣或煤氣的處理。作為一種典型的物理吸收過(guò)程，NHD技術(shù)適合于硫化物和二氧化碳含量高的煤制氣凈化，因此在化肥工業(yè)、煤化工、碳一化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的前景，適合我國(guó)國(guó)情。由于煤氣中硫化物和二氧化碳含量較高，經(jīng)多方研究認(rèn)可選用了NHD溶劑脫除合成氣中二氧化碳的工藝，于1992年投產(chǎn)。 根據(jù)化工部“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃合成氨一條龍中“75—7—6NHD凈化技術(shù)的研究”合同，即采用NHD物理溶劑法脫除合成原料氣中的硫化物和二氧化碳，并選擇一個(gè)中型廠使用此項(xiàng)技術(shù)，然后提供大型廠使用，“七五”為油頭和煤頭大型廠凈化技術(shù)作準(zhǔn)備，提出氣液平衡數(shù)據(jù)和工業(yè)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。其化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，揮發(fā)損失小，對(duì)碳鋼設(shè)備亦無(wú)腐蝕性。它的主要組分為聚乙二醇二甲醚(國(guó)外稱Selexol), 是一種有機(jī)溶劑。 2 NHD脫硫脫碳基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是根據(jù)一九九○年八月，由南化公司研究院與化工部第一設(shè)計(jì)院簽定的國(guó)產(chǎn)化一條龍子項(xiàng)合同《引進(jìn)技術(shù)消化吸收一條龍子項(xiàng)7—6，30萬(wàn)噸/年氨廠，NHD脫硫脫碳基礎(chǔ)設(shè)計(jì)》及 九○年十月南化研究院第029號(hào)便函。低溫甲醇洗吸收溫度是60℃，NHD脫CO2吸收溫度10℃，因此流程中換熱部分低漸甲醇洗比NHD要復(fù)雜得多，總的來(lái)說(shuō)NHD流程比低溫甲醇洗流程簡(jiǎn)單，同時(shí)，值得注意的是工廠內(nèi)如果沒(méi)有空分裝置，則低溫甲醇洗的氣提用氮?dú)鈱o(wú)法解決，而相反NHD可以用空氣作氣提劑。低溫甲醇洗與NHD都是先脫硫后脫碳，脫硫后的溶劑采用熱再生，脫CO2后的溶劑均采用汽提，因此二者流程是相似的。 (3)在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低能耗，節(jié)省投資。該工藝能耗低、消耗低、成本低。NHD工展出1，在P=，溶液對(duì)CO2選擇吸收能力強(qiáng)，溶液循環(huán)量不大，能耗較低。另外甲醇本身有毒，揮發(fā)損失大，對(duì)人和環(huán)境均有污染。低溫甲醇洗法是在低溫條件下操作，設(shè)備及配管、儀表、閥門材質(zhì)要求高，不但造價(jià)高，而且國(guó)內(nèi)不易解決，需要引進(jìn)的范圍大。 該法的不足之處是低溫操作(60℃)，因此需要補(bǔ)充40℃以下的低溫冷量較大，此部分冷量折能耗較大，且甲醇溶劑蒸汽壓高，揮發(fā)損失較大，因此，尤其是在甲醇再生蒸餾過(guò)程中蒸汽消耗較大。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是凈化度高，脫CO2能力強(qiáng)，一般的凈化度CO2 10ppm。低溫甲醇洗又稱冷法凈化工藝，是利用甲醇溶液在60℃低溫下洗滌變換氣，溶解分離混合氣中的CO2。(1)與低溫甲醇法方法相比，均為國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，NHD為國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮自有技術(shù)。碳丙(PC)，用于脫硫尚缺少大廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用于脫CO2始于六十年代美國(guó)弗絡(luò)系(Fcour)公司，但在國(guó)內(nèi)不少氨廠中使用經(jīng)驗(yàn)表明，其凈化度差，溶劑揮發(fā)損失較大，國(guó)內(nèi)不少氨廠已轉(zhuǎn)向其他凈化方法，新建廠已很少采用。 Selexol法(國(guó)外常用) 常溫甲醇洗(Amisol)法 低溫甲醇洗(Rectisol)法 用于CO2脫除的物理吸收方法很多，目前在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，技術(shù)先進(jìn)，投資省，能耗低的方法如下： 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)原料路線、生產(chǎn)工藝的不同進(jìn)行選擇。脫碳工藝分大的說(shuō)，有濕法和干法兩種。在催化劑存在下，它可以被氫還原成甲烷、甲醇、甲醛、甲酸；它與H2一起代替甲醇參與芳烴的烷基化，得到包括加氫和甲基轉(zhuǎn)移的產(chǎn)物；它與不飽和烴反應(yīng)生成內(nèi)酯、酸或酯類。超臨界液態(tài)CO2因其特殊的性質(zhì)，還可用于貴重機(jī)械零件的清洗劑和超臨界萃取劑。CO2在焊接工藝中作為絕緣劑和凈化劑，用來(lái)提高焊接質(zhì)量；作為萃取劑可以從香料和水果中提取香精，從咖啡里提取堿。它的應(yīng)用可分為物理應(yīng)用和化學(xué)應(yīng)用。CO2不是合成氨合成的原料氣，故需要在凈化階段除去；但CO2在常溫常壓下是無(wú)色無(wú)臭氣體，在常溫下加壓即可液化或固化，安全無(wú)毒，使用方便，加上其含量非常豐富，因此隨著地球能源的日益緊張，現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，CO2的利用越來(lái)越受到人們的重視。經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，合成氨技術(shù)趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但都是由三個(gè)基本部分組成，即原料氣制備過(guò)程、凈化過(guò)程以及氨合成過(guò)程。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。 總論1總論 12 12 13 15 152 生產(chǎn)方案的確定 17 17 NHD的脫碳原理 18 NHD溶劑的物理性質(zhì) 18 計(jì)算的熱力學(xué)基礎(chǔ) 18 19 脫碳及再生工藝參數(shù)的選定 20 脫碳流程的選擇 20 20 脫碳再生操作壓力的選定 21 22 冷凝器的位置及選定 23 233 脫碳再生生產(chǎn)流程說(shuō)明 244 吸收過(guò)程的工藝計(jì)算 26 27 29 30 30 30 31 31 32 塔徑及氣速的計(jì)算 32 33 35 35l 35 385 解吸過(guò)程的工藝計(jì)算 42 42 42 43 43 43 44 45 45 填料層高度的計(jì)算 46 48 48 48 50主要符號(hào)說(shuō)明 54致謝 56參考文獻(xiàn) 571總論氨是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 the heat of barren liquor from tower bottom is ℃。/h and the amount of nitwgen is 179。/h, the recovery rate of carbon dioxide is 94%, the heat brought out from solution is 179。 the heat of liquidrich flow from tower bottom is ℃。/h and the amount of NHD is 1 179。，；，溶液溫度為26℃；。吸收段的計(jì)算結(jié)果如下：，；，溶液溫度升高了5℃；。主要的設(shè)備是吸收塔和氣提塔。（1）理工科評(píng)分表評(píng)分項(xiàng)目（分值）工作態(tài)度與 紀(jì) 律（10分）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成任務(wù)情況與水平（工作量與質(zhì)量）（