【正文】 熱容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3。 出塔氣的組成出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與PC帶走氣體的體積流量之差CO2：2139003757= Nm3/h %CO：2139003757= Nm3/h %H2：213900+3757= Nm3/h %N2：213900+= Nm3/h % Nm3/h %出塔氣的平均摩爾質(zhì)量：2=44+28+2+28=出塔氣的質(zhì)量流量：V2=247。=117552kg/h帶出氣體的總質(zhì)量流量：458+52899=533570kg/h 驗算吸收液中凈化氣中CO2的含量，= kgf/cm2，此時CO2的分壓為： Pco2==此時分壓呈平衡的CO2液相濃度為：lgXco2=+= Xco2= CO2/kmolPC ==＞ Nm3CO2/m3PC式中：1192為吸收液在塔頂30℃時的密度，近似取純PC液體的密度值。 溶劑夾帶量 Nm3/m3PC計，各組分被夾帶的量如下：CO2：= Nm3/m3PCCO：= Nm3/m3PCH2：= Nm3/m3PCN2：= Nm3/m3PC 溶液帶出的氣量為夾帶量與溶解量之和CO2：+= Nm3/m3PC %CO：+= Nm3/m3PC %H2：+= Nm3/m3PC %N2：+= Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100%以VVV3分別代表進塔(出塔及溶液帶出的總氣量，以yyy3分別代表CO2相應(yīng)的體積分率，對CO2作物料衡算有：聯(lián)立兩式解之得V1==27990Nm3/hV2= V1 V3=68265Nm3/h Nm3，故有：L==1191m3/h11911187=2006746kg/h操作的氣液比為V1/L=96255/1691= Nm3/m3 入塔液中CO2夾帶量L0=443757=1476kg/h 帶出氣體的質(zhì)量流量夾帶氣量：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：507247。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，即將多組分吸收簡化為單組份吸收的問題。 物料衡算 各組分在PC中的溶解量、操作溫度為35℃下在PC中的溶解度數(shù)據(jù)，并取相對吸收飽和度為80%。30℃：PL1=1192kg/ m3；35℃：PL2=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(guān)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）?，F(xiàn)假設(shè)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(shè)的正確性。合成氨：（180000t/a）/（8000h/a）=變換氣：4278Nm變換氣/t氨。其它組分被忽略）；（3）%；（4） PC吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況選??；（5） 氣液兩相的入塔溫度均選定為30℃；（6） ；（7） 年工作日330d，每天24h連續(xù)運行。第2章 物、熱量恒算設(shè)計條件：（1） 每噸氨耗變換氣近似取4278m(STP)，簡記為4278Nm3/變換氣t/氨（下同）。因此，在國際經(jīng)濟與國家政策的前提下，將合成氨的風險和利潤投入到中間工序脫碳工段，對陷入困境的化工行業(yè)是一個很好的出路，對內(nèi)外交困的合成氨行業(yè)來說，可以選擇與鎳鐵行業(yè)進行戰(zhàn)略聯(lián)盟，以避免風險，降低成本。隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國際經(jīng)濟的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟性急需要提高，來降低成本，抵御風險。為了在較低操作壓力下獲得需要的氣體凈化度、降低溶劑循環(huán)量、節(jié)省動力消耗、降低溶劑蒸發(fā)損失,吸收操作可在低于常溫條件下進行,即低溫碳酸丙烯酯脫碳技術(shù)。而且，復(fù)合溶劑可以優(yōu)化配方用最低的費用達到所須的分離要求（）。復(fù)合溶劑法的優(yōu)點從選擇性和吸收能力分析，特別是高分壓下，選擇合適的復(fù)合溶劑，優(yōu)于純?nèi)軇?，顯著地提高了溶劑的吸收能力；另一方面明顯地降低了能耗。改造工作除了塔器以外，還進行了系統(tǒng)工藝優(yōu)化，具體內(nèi)容有：（1） 調(diào)整溶劑泵的揚程，串聯(lián)1臺增壓泵；（2） 氣提流程由原正壓氣提改為負壓氣提，有利于提高貧度；（3） 降低變換氣和循環(huán)溶劑的溫度，以提高碳丙吸收能力；（4） 采取碳丙溶劑半過濾或全過濾方法，杜絕系統(tǒng)堵塞隱患；（5） 提高變換氣脫硫效果；（6） 碳丙稀液回收改造[11]。由此可見，必須對這種結(jié)構(gòu)徹底改造。具體辦法是設(shè)稅全截面均勻分布的氣體和液體分布器，部分或全部采用規(guī)整填料；二是再生塔的改造。目前碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個新的階段，已工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進展有以下幾個方面。 存在的問題及解決的辦法綜合分析PC法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問題有：（1） ：a、PC溶劑蒸汽壓高；b、PC氣相回收系統(tǒng)不完善；c、操作管理水平的影響。（2） 稀液流程循環(huán)稀液（或軟水）由常解汽提氣洗滌塔的常解段出來，經(jīng)稀液泵加壓后送往凈化氣洗滌塔上部自上而下。 液體流程（1） 碳酸丙烯酯脫碳流程簡述貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來，由塔底排出稱為富液。由常解塔解吸出來的常解氣進入常解汽提氣洗滌塔的常解氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與飽和于常解氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，常解氣自常解氣洗滌段出來后進入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離，常解氣自分離器頂部出來送食品二氧化碳工段。（2） 解吸氣體回收流程由閃蒸槽解吸出來的閃蒸氣進入閃蒸氣洗滌塔，自下而上與自上而下的稀液逆流接觸，將閃蒸氣夾帶的液滴回收下來。根據(jù)各廠的具體情況和氨加工產(chǎn)品的不同，相匹配的碳丙脫碳條件及要求亦各異。氣體自水洗塔塔頂出來進入分離器，自分離器出來的氣體進入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標內(nèi)。但這種效果隨著工藝配置、設(shè)備、操作狀況，處理規(guī)模和目的的不同而差異較大。與水洗法相比可節(jié)省電耗150250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費1025元/t NH3。碳丙溶劑對CO2等酸性氣體的吸收能力較大，一般為同條件下水吸收能力的4倍。因此，很快得到了推廣，并擴大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。加之PC法在工藝上與水洗法相似，改造費用低，很快在一些小氮肥企業(yè)中推廣應(yīng)用；第二階段，20世紀90年代以來，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場需要，采用脫碳增氨轉(zhuǎn)產(chǎn)尿素或聯(lián)醇等方法，以提高經(jīng)濟效益，增強小化肥的竟爭能力。總脫碳能力約300萬噸合成氨/年，其中配尿素型應(yīng)用較多，占60左右，至今該法仍是聯(lián)堿、尿素、磷銨等合成氨廠使用最廣的脫碳方法，其開工裝置數(shù)為MDEA、NHD法總和的數(shù)倍。據(jù)初步統(tǒng)計，已有150余家工廠使用PC技術(shù)，現(xiàn)有裝置160余套，其中大型裝置兩套，其余為中小型裝置。 碳酸丙烯酯（PC）法法脫碳工藝基本原理 PC法脫碳技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀PC為環(huán)狀有機碳酸酯類化合物，分子CH3CHOCO2CH2,該法在國外稱Fluor法 。常溫甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，當CO2分壓升高時，以其在甲醇中溶解的物理吸收為主；當CO2分壓較低時，以其與二乙醇胺發(fā)生化學反應(yīng)的化學吸收為主，該法應(yīng)用范圍廣，凈化率高，但對H2S和CO2的選擇性較差，己很少使用。 物理化學吸收法物理化學吸收法脫除CO2工藝主要有環(huán)丁砜(Sulfinol)法和常溫甲醇(Amisol)法，物理化學吸收法常用于中等CO2分壓的原料氣處理。低溫甲醇(Rectisol)法具有一次性脫除CO2，溶液便宜易得，能耗低，適用范圍廣泛等特點。 低溫甲醇洗法低溫甲醇洗工藝(Rectisol Process)系由德國林德公司(Linde)和魯奇公司(Lurgi)開發(fā),是利用甲醇溶劑對各種氣體溶解度的顯著差別,可同時或分段脫除H2S、CO2和各種有機硫等雜質(zhì),具有氣體凈化度高(, CO21010620106)、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、經(jīng)濟合理的氣體凈化工藝。目前，此種類型的裝置在全國合成氨廠已廣泛采用。為了達到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個以上的吸附塔交替操作，其中必須有一個吸附塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟。變壓吸附法分離氣體混合物的基本原理是利用某一種吸附劑能使混合氣體中各組份的吸附容量隨著壓力變化而產(chǎn)生差異的特性，選擇吸附和解吸再生兩個過程，組成交替切換的循環(huán)工藝，吸附和再生在相同溫度下進行。 變壓吸附法變壓吸附氣體分離凈化技術(shù)，簡稱PSA(Pressure Swing Adsorption)。適用于吸收壓力較高、CO2凈化度不很高的流程，國內(nèi)主要是小型廠使用。碳酸丙烯酯法具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無毒、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕、流程操作簡單等優(yōu)點。 碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。NHD氣體凈化技術(shù)改造系脫除酸性氣體的物理吸收新工藝,適合于合成氣、天然氣、城市煤氣等的脫硫脫碳。 NHD法NHD法被認為是目前能耗最低的脫碳工藝之一，該法使用的溶劑為聚乙二醇二甲醚的混合物，其分子式為CH3O（CH2CH2O)nCH2,式中n=28。物理吸收法主要有Selxeol法、Elour法、變壓吸附法及低溫甲醇法等[6]。相對化學吸收法，物理洗滌法的最大優(yōu)點是能耗低, CO2不與溶劑形成化合物，減壓后絕大部分CO2被閃蒸出來，然后采用氣提或負壓實現(xiàn)溶劑的完全再生。并且浪費溶劑，能耗大，特別蒸汽用得多，有效氣體損失也大，運行成本高等缺點。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(chǔ)上開發(fā)的，采用了節(jié)能新技術(shù)。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(shè)備管道允許采用廉價碳鋼材料，不需要鈍化過程，耗熱低，設(shè)備管道不需要伴熱盤管，能達到很好的節(jié)能效果[3]。 甲基二乙醇胺MDEAMDEA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(dǎo)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。再生后的脫碳掖(貧液)，先進溶液空冷器，冷卻至65℃左右，由溶液循環(huán)泵加壓，再經(jīng)溶液水冷器冷卻至40℃后，送人二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。為了提高脫碳效率和凈化反，主要進行脫碳液酌組分分析和服碳塔出u凈化氣中二氧化碳的分析。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進入甲烷化換熱器。 脫碳方法概述由變換工序來的低變氣進脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學吸收法吸收二氧化碳。此外，CO2還是重要的化工原料，如合成尿素就需以CO2為主要原料。用天然氣(甲烷)為原料的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法所得的CO:量較少，合成氣中CO2濃度在1520%。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置的能力，必須同步進行擴能改造。在此過程中吸收塔壓降還應(yīng)維持在合理范圍內(nèi)以降低合成氣壓縮機的功耗。在最終產(chǎn)品為尿素的合成氨中，脫碳單元處于承前啟后的關(guān)鍵位置，其作用既是凈化合成氣，又是回收高純度的尿素原料CO2。因此