【正文】 進塔（出塔）及溶液帶出的總氣量，以yyy3分別代表CO2相應的體積分率，對CO2作物料衡算有：聯(lián)立兩式解之得V3===62200Nm3/hV2= V1 V3=21390062200=151700 Nm3/h Nm3，故有：L===3757m3/h37571187=4459560kg/h操作的氣液比為V1/L=213900/3757= Nm3/m3L0=443757=1476kg/h夾帶氣量：3757=1127 Nm3/h夾帶氣的平均摩爾質(zhì)量：1=44+28+2+28=夾帶氣的質(zhì)量流量：1127247。其他組分本身溶解度就很小，經(jīng)解吸后的殘值完全可被忽略。其它氣體在PC中的溶解度很小，故也可將CO2以外的組分視為惰性氣體而忽略不計，而只考慮CO2的溶解吸收，將多組分吸收簡化為單組份吸收的問題。、操作溫度為35℃下在數(shù)據(jù)，并取相對吸收飽和度為80%，并且甲烷含量很少，而且其在PC中的溶解度也很小，故將其近似處理。30℃：ρL1=1192kg/ m3；35℃：ρL2=1187 kg/ m3 PC的蒸汽壓查PC理化數(shù)據(jù)知，PC蒸汽壓于操作總壓及CO2的氣相分壓相比均很小，故可認為PC不揮發(fā)。lgXco2=lgPco2+（1）式中：Xco2——溶解度，kmolCO2 /kmolPCPco2——CO2分壓，kgf/cm2 T——PC出塔溫度，K lgXco2=lgPco2+（2） 式中： Xco2— CO2溶解度，kmolCO2 /kmolPCPco2—CO2分壓，atm T—PC出塔溫度，K lgXco2=lgPco2+(3)式中：Xco2—摩爾百分數(shù)，無因次Pco2—CO2分壓，atm T—PC出塔溫度，K 用關聯(lián)式（1）計算出塔溶液中CO2的濃度有 lgXco2=+Xco2= /kmolPC=（）= Nm3CO2/ m3PC式中：—PC的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；1187—出塔溶液的密度（近似取純PC的密度，kg/m3）。現(xiàn)假設出塔氣體溫度與入塔液的溫度相同，為TV2=30℃，出塔液的溫度為TL1=35℃，并取吸收飽和度（定義為出塔溶液濃度對其平衡濃度的百分數(shù)）為80%，然后利用物料衡算結(jié)合熱量衡算驗證生疏溫度假設的正確性。變換氣：4278Nm變換氣/t氨。計算基準：依照：年工作日以330d，每天以24h連續(xù)運行計，有33024=7920h，此處按8000h算。 合成氨全廠人員編制工種班制男女總?cè)藬?shù)熱電崗位333原料崗位333造氣崗位333變換崗位333脫碳崗位333甲烷化崗位333壓縮崗位333脫硫崗位333尿素崗位333司爐崗位333技術員1314安全員122輔助人員155車間主任144總計3213453 吸收塔和解吸塔的物料衡算和熱量衡算設計條件：（1）每噸氨耗變換氣近似取4278m(STP)，簡記為4278Nm3/ t氨（下同）。企業(yè)實行廠長負責制，各部門負責人直接受廠長負責，并實行三級管理，廠、科、車間及人員編制以組織好生產(chǎn)為原則。平面布置有以下幾個特點：廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應。還應有備件庫、機修車間、消防車間等輔助車間。這樣可以減少管路的鋪設和運輸過程的損耗。動力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等。全廠應主要包括廠前區(qū)、動力區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、倉庫區(qū)等?？偲矫嬖O計任務：1在滿足生產(chǎn)流程條件下，結(jié)合廠區(qū)地形情況，經(jīng)濟合理的安排場內(nèi)外各建筑物、構(gòu)筑物﹑堆場等的相對位置；2經(jīng)濟合理的豎向布置，正確選擇標高；確定場內(nèi)外運輸方式﹑運輸布置，合理組織人流﹑物流；3布置綜合管線；4標高綠化美化，考慮衛(wèi)生﹑消防條件，創(chuàng)造美好的工作條件。此工藝能有效縮短流程，降低能源消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品附加值的同時也填補了脫碳工藝的國內(nèi)空白，并且為合成氨領域的進步積累了難得經(jīng)驗。就碳酸丙烯酯法脫碳工藝進行深入研究，以達到成本最低化，資源有效化。CO2在溶劑中的溶解度可用下式表示：lgx*=lgp+B/T+C+lgζ 式中：x*——CO2在含水溶劑中的飽和溶解度，摩爾分數(shù)；p——氣相CO2分壓，105Pa；B、C——常數(shù)，B=，C=；ζ——溶劑含水量的修正系數(shù)，當含水量為2%時，ζ=，lgζ=；T———吸收溫度，K。 兩種方法的技術經(jīng)濟比較（以噸氨計）項目PC法復合溶劑法CO2凈化度（%）溶劑損耗（Kg）電耗（KWh）145100操作成本（元）8560實踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點：（1）氣體凈化度高；（2）降低溶劑循環(huán)量；（3）降低溶劑損耗。除此以外，復合溶劑為了達到操作特性要求所作的混合過程，還具有其它方面的靈活性，即復合溶劑的組成。用兩種或兩種以上的物理、化學或物理化學溶劑作為復合溶劑凈化酸性氣體的研究，多年來一直方興未艾。具體辦法是將常解段改為篩板或填料塔型，并增設類似塔型的真空解析段。由于傳統(tǒng)設計中再生塔常解段均為淋降式，當系統(tǒng)硫含量高時，受逆流及淋降板開孔直徑的限制，易造成溶液中的單質(zhì)硫積累結(jié)垢，漸漸堵塞淋降板上的開孔，使其失效故往往生產(chǎn)2年后再生效果會明顯不如以前。 PC法脫碳技術發(fā)展趨勢 塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術改造，改造后往往可提高20%50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進行:一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強化氣液接觸效率，加大潤濕面積。凈化氣中CO2含量高，原因是多方面的如再生效果不好，系統(tǒng)殘?zhí)几呋蚶鋮s不好等等。造成這一問題原因有三個因素：；；。由塔底出來經(jīng)自調(diào)閥進入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來經(jīng)自調(diào)閥進入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來經(jīng)一U型液封管進入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。富液經(jīng)自調(diào)閥進入溶液泵渦輪機組的渦輪，減壓后進入閃蒸槽，自閃蒸槽出來的碳酸丙烯酯液一部分進入過濾器，大部分不經(jīng)過過濾器，二者混合過后進入常解汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來經(jīng)過兩液封槽進入汽提塔頂部，與自下而上的空氣逆流接觸，將碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳進一步汽提出來，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，貧液由汽提塔出來進入循環(huán)槽，再由循環(huán)槽進入溶液泵渦輪機組的溶液泵，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個解吸過程。汽提氣由汽提塔出來后進入常解汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來后進入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離下來，閃蒸氣自分離器頂部出來送碳化，脫除二氧化碳并副產(chǎn)碳酸氫銨后，閃蒸氣回壓縮機一段入口總管。在使用上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類型；在凈化效率上，有的對CO2進行粗脫，而大部分廠家，則進行精脫；對脫碳壓力，、。凈化氣由吸收塔頂部出來進入凈化氣洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸，將凈化氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來，凈化氣由塔頂出來后進入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進一步分離，凈化氣由分離器頂部出來回壓縮機四段入口總管。 幾種脫碳方法的能耗比較表方法名稱加壓水洗苯菲爾法位阻胺法改良MEDA法NHD法PC法能耗284735585442334941871884104712561256 （1）原料氣流程，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到30℃以下，同時降低變換氣中飽和水蒸汽含量。因而應用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。因此，代替水洗法脫除變換氣中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、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。由于碳丙脫碳純屬物理過程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所須的電能。為此，需要增設一套變換氣脫碳裝置，由于PC技術為典型的物理吸收過程，流程簡單，投資少，節(jié)能明顯，技術易于掌握。PC技術的應用，主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段始于70年代末，兩個小氮肥廠用PC法代替水洗法脫CO2的工業(yè)試驗裝置獲得成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。大部分用于氨廠變換氣脫碳。PC法是南化集團研究院等單位于20世紀70年代開發(fā)的技術，1979年通過化工部鑒定。固體吸附是CO2在加壓時被吸附在多孔狀固體上，減壓時吸附的CO2被解吸，亦稱變壓吸附。環(huán)丁砜法中所使用的溶劑由是環(huán)丁礬、二異丙醇胺與水組成，能同時吸收CO2和硫的化合物，且吸收速度快，凈化度高，但再生耗熱多，目前只有一些中小型廠使用。但該法投資很大，我國鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除CO2。自1954年Lurgi公司在南非Sasol建成世界上第一套工業(yè)規(guī)模的示范性裝置以來，目前有100余套裝置投入運行，尤其是大型渣油氣化和煤氣化裝置的氣體凈化均采用低溫甲醇洗工藝。如四川什邡某氮肥廠為天然氣富氧造氣，變換氣脫碳采用我公司近年來開發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進料，多次均壓，并實現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時對吸附劑、程控閥門、控制系統(tǒng)、動力設備的配置都做了較大的改進，從而使HN2有效氣體回收率大大提高，能耗進一步降低，裝置投資也有所減少[10]。在每次循環(huán) 中，每個吸附塔依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最終升壓等工藝步驟?？捎么朔ǜ脑煨⌒桶睆S，將低能耗，在大型氨廠使用顯得困難[9]。變壓吸附法是近幾年才用于合成氣凈化的，它屬于干法，采用固體吸附劑在改變壓力的情況下，進行（加壓）吸附CO2或（減壓）解吸。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技術，與水洗工藝比較，除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外，在現(xiàn)有的脫碳方法中，由于它能同時脫除二氧化碳、硫化氫及有機硫化物，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)上已得到廣泛應用。該法CO2的回收率較高，能耗較低，但投資費用較高。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，CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來表達，因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。NHD具有對設備無腐蝕，對COH2S等酸性氣體的吸收能力強、蒸汽壓低，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好、不會起泡，無腐蝕性等優(yōu)點，并且該法在NHD的再生過程中幾乎不需要能量，通常利用空分裝置富余的低壓氮氣在氣提塔進行脫碳富液的氣提再生，其優(yōu)點是減少利用空氣氣提帶來系統(tǒng)內(nèi)NHD溶液含水量的富集，省去了空氣水冷、氣水分離及NHD脫水設備，節(jié)約了投資，簡化了流程[8]。NHD是兗礦魯南化肥廠與南京化學工業(yè)集團公司研究院、杭州化工研究所共同開發(fā)成功的一種物理吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的高效溶劑[7]。物理吸收法常用于高CO2分壓的原料氣處理。這就使得工藝投資省、能耗低、工藝流程簡單。物理洗滌是CO2被溶劑吸收時不發(fā)生化學反應，溶劑減壓后釋放CO2 (不必加熱)，解吸后的溶液循環(huán)使用。中海石油化學有限公司合成氨裝置脫碳系統(tǒng)采用改良型苯菲爾流程[5]。從1985年起，己有7套進行了用低熱耗苯菲爾工藝改造。低熱耗苯菲爾工藝是由美國聯(lián)碳公司在傳統(tǒng)苯菲爾工藝基礎上開發(fā)的，采用了節(jié)能新技術。由美國聯(lián)碳公司開發(fā)的低熱耗苯菲爾法，用二乙醇胺(DEA)作活化劑，V2O5作為腐蝕防護劑。后來有人用氨基乙酸取代As2O3，消除了毒性，成為無毒GV法。但碳酸鉀溶液本身吸收CO2的速度緩慢，需要添加一些活化劑。BAFS公司推出的aMDEA脫碳工藝，主要用于對原來MEA工藝的改造，近幾年我國一些研究單位正在對這方面進行積極的研究?；钚訫DEA工藝開發(fā)于20世紀60年代末，第一套活化MDEA脫碳工藝裝置是1971年在德國BAFS公司氨三廠投入使用在此后的幾年里，另有8套裝置采用了活化MDEA，這些裝置的成功使用，使得aMDEA工藝自1982年后備受歡迎。由于MDEA具有以上優(yōu)點，所以不需要毒性防腐劑，設備管道允許采用廉價碳鋼材料，不需要鈍化過程，耗熱低，設備管道不需要伴熱盤管，能達到很好的節(jié)能效果[3]。MDEA法脫碳過程中，CO2與甲基二乙醇胺(MDEA，一種叔胺)生成的碳酸鹽穩(wěn)定性較差，分解溫度低，且無腐蝕性。該法的最大優(yōu)點是可以在一個十分簡單的裝置中，把合成氣中的CO2脫除到可以接受的程度。MEA法是一種比較老的脫碳方法。(l)烷鏈醇胺類的脫碳工藝有：①乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA)法；②甲基二乙醇胺（methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDEA）法；③活化MDEA法（即aMDEA工藝）?；瘜W吸收法脫碳工藝中，有兩類溶劑占主導地位，即烷鏈醇胺和碳酸鉀。根據(jù)CO2與溶劑結(jié)合的方式，脫除CO2的方法有化學吸收法、物理吸收法和物理化學吸收法三大類。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置和尿素裝置的能力。再生后的脫碳液（貧液），先進溶液空冷器，冷卻至65℃左右，由溶液循