【正文】 氣液比 脫碳能 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，所以進塔溶液需要冷凍措施。如表 所示： 表 氣液比大小與溶劑吸收 CO2 能力的關(guān)系 序 號 氣液比 溶劑吸收 CO2 能力 m3(標(biāo) )/m 進塔氣 CO2 mol% 出塔氣 CO2 mol% 1 2 3 4 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， 需通過提高填料層高度來彌補。下表中模式數(shù)據(jù)顯示了這種影響。 解吸的操作壓力選用常壓，即一個大氣壓，這樣有利于設(shè)備的運行。但合成氨廠的脫碳壓力往往由壓縮機型及流程總體安排所決定，只要脫碳系統(tǒng)的二氧化碳的分壓達(dá)到 以上，用 NHD 脫碳都可以獲得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 脫碳再生操作壓力的選定 吸收的壓力越高，越有利于物理溶劑的吸收能力的提高。在這里脫碳塔的操作溫度選 27℃ 。更由于溶劑蒸汽壓隨溫度降低而降低，可使系統(tǒng)的溶劑損耗減少，但低溫下的溶劑粘度大，傳質(zhì)慢，增加了填料層高度和冷量損失。 脫碳再生操作溫度的選定 在吸收壓力及進脫碳塔氣的 CO2 濃度為定值時，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚中的平衡溶解度隨溫度降低而升高。 關(guān)于填料，可以根據(jù) 發(fā)展情況，考慮選用 Φ5025mm碳鋼階梯環(huán)，也可使用 Φ5025mm玻纖增強聚丙烯階梯環(huán)，但必須有低溫長期使用的經(jīng)驗后方可使用。在國外已經(jīng)運轉(zhuǎn)的聚乙二醇二甲醚氣體凈化工業(yè)裝置，也多采用填料塔。所以需要較大的氣液傳質(zhì)界面。 氣提劑的選擇 本設(shè)計采用氮氣作為氣提氣，因此，解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題，改善了整 9 個系統(tǒng)的可操作性，更是脫碳塔以預(yù)飽和 CO2 的溶液作貧液這種先進工藝的采用的先決條件 [19]。 NHD 溶劑的飽和蒸汽很低，氣相中帶走的溶劑 損耗極少。 經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進入脫碳塔中部，用以吸收進口氣體中大部分 CO2。 由于 NHD 溶劑吸收 CO2 是個液膜控制過程，因此在傳質(zhì)設(shè)備的選擇和設(shè)計上，應(yīng)采取提高液相湍動、氣液逆流接觸、減薄液膜厚度及增加相際接觸面積等措施，以提高傳質(zhì)速率 [16][17]。 若降低吸收溫度，則一方面提高了 H 值 (即提高了 GK 值 )，另一方面溫度降低會使同樣的液相濃度的平衡分壓2COP?降低，吸收 2CO 的推動力 ? ?22CO COPP??將增大。 計算的動力學(xué)基礎(chǔ) 通過對 NHD 溶劑吸收 2CO 的傳質(zhì)研究，測得 2CO NHD? 系統(tǒng)的擴散系數(shù) TDe??? (24) 2CO NHD? 系統(tǒng)的液膜傳質(zhì)系數(shù)與溫度的關(guān)系式： 4 0 . 0 1 82 . 2 3 1 0 TLke?? ? ? (25) NHD 溶劑吸收 2CO 的速率方程式可以寫成： 8 ? ?2 2 2C O G C O C OG K P P?? ? ? (26) NHD 溶劑吸收 2CO 時的傳質(zhì)阻力主要是在液相，對此物理溶解過程有： 1 1 1G G LK k Hk?? (27) 在過程速率主要取決于 2CO 在 NHD 液相中的擴散速率情況下，則上式可簡化為 : GLK Hk? (28) 提高氣相壓力對 GK 無明顯影響，但提高了2COP，從而增大了吸收 2CO 的推動力? ?22CO COPP?? ， 2COG 也增大。閃蒸后的 NHD 溶液中還有少量的氣體 i，此時可往溶液中鼓入不含氣體 i的空氣等惰性氣體，繼續(xù)降低氣 相中 i的濃度，可進一步降低溶液中 i氣體的濃度 iC ,達(dá)到溶液再生的目的，使之重復(fù)用于吸收。若氣體 i 為二氧化碳，即為脫碳過程。K)] 2100 冰點 (℃ ) 22～ 29 閃點 (℃ ) 151 燃點 (℃ ) 157 7 計算的熱力學(xué)基礎(chǔ) NHD 溶劑在脫碳過程具有典型的物理吸收特征。其物理性質(zhì) (25℃ )見表 ： 表 NHD 的物理性質(zhì) 項目 參數(shù) 密度 (㎏／ m3) 1027 蒸汽壓 (Pa) 0． 093 表面張力 (N／ m) 0． 034 粘度 (mPa 對于合成氨原料氣的脫碳及再生，我想用物理吸收法，這樣在吸收二氧化碳后，只需經(jīng)過閃蒸和氣提，就可以實現(xiàn)二氧化碳的再回收，所用的吸收劑是 NHD,氣提吹掃的惰 性氣體選用氮氣 [15]。灑落底下是可被生物降解，對人及生物環(huán)境無毒害，因此 NHD 氣體凈化技術(shù)為清潔生產(chǎn)工藝。它沸點高，冰點低，蒸汽壓低，對 CO2 氣體具有很強的選擇吸收性，能適合于煤油為原料，算起分壓較高的合成氣等氣體凈化，脫碳時許消耗少量冷 量，屬地能耗的凈化方法。 NHD 是近年來開發(fā)的以種優(yōu)良的物理吸收溶劑。 6 第 2 章 工藝流程方案的確定 脫碳及再生的方法 一種凈化氣體的過程，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。 目前市場上的 NHD 凈化技術(shù)，已在 20 多家氨廠、甲醇廠、醋酸廠的脫硫、脫碳裝置上得到成功應(yīng)用。低溫甲醇洗脫硫與脫碳是用同一個高的吸收塔分為兩段，上段脫二氧化碳，下段脫硫，上塔吸收 CO2 的溶劑一部分去下塔脫硫； NHD目前的流程是脫硫和 脫 CO2 溶劑分開各自成立系統(tǒng)循環(huán)，但低溫甲醇洗法外增加一個甲醇—水蒸餾塔。從后面的技術(shù)比較可以清楚看出本技術(shù)的優(yōu)越性。 NHD 工藝技術(shù)是國內(nèi)南京化工研究院開發(fā)，化工部第一設(shè)計院已在魯南化肥廠 Ⅱ 期工程凈化系統(tǒng)成功的設(shè)計了一套年產(chǎn) 8～ 10 萬噸氨裝置，現(xiàn)已投產(chǎn)三年多，運行十分穩(wěn)定。 NHD 溶劑物化性能穩(wěn)定，蒸氣壓低，揮發(fā)損失小，無氣味、無毒、不腐蝕、不分 5 解。 ② NHD 凈化工藝是國內(nèi)八十年代以后開發(fā)成功的新技術(shù)，具有九十年代的水平，該工藝在常溫 (5～ 10℃ )條件下操作，設(shè)備材質(zhì)大部分為碳鋼，國內(nèi)可以解決，價格也便宜。該法工藝技術(shù)屬國外工程公司專利技術(shù)，盡管國內(nèi)已引進投產(chǎn)四套低溫甲醇洗裝置，有的國內(nèi)工程公司也從事了一 些配套工作，但真正設(shè)計這樣大型裝置還是要引進技術(shù)，因此技術(shù)費、引進設(shè)備費要高于國內(nèi)的技術(shù)和設(shè)備。所以此法的冷、熱能量消耗較高 [11]。同時分離出足夠尿素生產(chǎn)使用的 CO2(純度達(dá) %)，它與液氮洗 (190℃ 深冷操作 )配套 ，均在低溫下操作，減少低溫復(fù)熱的過程，使流程簡化、設(shè)備減少。低溫下甲醇對 CO2 溶解度較大，因此循環(huán)溶液量小，耗電較少。 這里用低溫甲醇法和 NHD 兩種方法相比較進行選定。 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 4 具有凈化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優(yōu)點，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。 合成氨脫碳常見的三種方法 [9][10]： ① 物理吸收法 最早采用加壓水脫除二氧化碳，經(jīng)過減壓將水再生。 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，投資省，能耗低的方法如下： ? 低溫甲醇洗 (Rectisol)法； ? 常溫甲醇洗 (Amisol)法； ? MDEA法 (物理 —化學(xué)吸收 )； ? Selexol法 (國外常用 )； ? NHD法 (國內(nèi)新開發(fā) )； ? 碳酸丙烯酯法； 常溫甲醇洗對 CO2 不能選擇吸收，而且甲醇消耗大，能耗較高，大型廠也沒有使用經(jīng)驗，因此不宜采用。在實際應(yīng)用中，根據(jù)原料路線、生產(chǎn)工藝的不同進行選擇 [8]。 脫碳的方法 脫碳工藝分大的說，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)，還可用于貴重機械零件的清洗劑和超臨 3 界萃取劑。 CO2 在焊接工藝中作為絕緣劑和凈化劑，用來提高焊接質(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 物理和化學(xué)方面的應(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 在常溫常壓下是無色無臭氣體，在常溫下加壓即可液化或固化，安全無毒 ，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 的利用越來越受到人們的重視。經(jīng)過近百年的發(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，但都是由三個基本部分組成，即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程 [3][4][5]。氨還可以用作制冷劑，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥工業(yè)中用作生產(chǎn)磺胺類藥 物、維生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。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%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。 氨是重要的無機化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。氨氣易溶于水，溶解時放出大量的熱。 2 第 1 章 總述 氨的的性質(zhì)和用途 氨在常溫、常壓下為無色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激性臭味，交易液化。其化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，揮發(fā)損失小，對碳鋼設(shè)備義無腐蝕性。它的主要成分是聚乙二醇二甲醚（國外稱 Seiexol），是一種有機溶劑。許多國家都在研究把 CO2 作為 “潛在碳資源 ”加以綜合利用。 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)， 主要包括變換過程、脫硫、脫碳過程以及氣體精制過程。 合成氨的原料也可以分為固體原料、液體原料和氣體原料。 為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。 the column pressure dropping is . Key words: absorption； flash； stripping； III 主要符號說明 序號 符號 意義 單位 01 iG 氣體體積流量 3m/h 02 iL 液體體積流量 3m/h 03 S 2CO 在 NHD 中的溶解度 m3(標(biāo) )/m3 04 L? NHD 的密度 3kg/m 05 giQ 氣體的熱量 kJ/h 06 LiQ 液體的熱量 kJ/h 07 SQ 氣體的溶解熱 kJ/h 08 giT 氣體溫度 K 09 LiT 液體溫度 K 10 2COq 2CO 在 NHD 中的溶解度熱 kJ/kmol 11 XQ 氣體的焓值 kJ/h 12 m,Vq 氣體的質(zhì)量流量 kg/h 13 0P 氣體壓力 MPa 14 Fu 空塔氣速 kJ/h 15 m 相平衡常數(shù) 1 16 iD 塔徑 m 17 Z 填料高度 m 18 iP 風(fēng)載荷 2N/m 19 WM 風(fēng)彎矩 Nm? 20 F 地震載荷 N 21 I 慣性距 4mm 1 引 言 氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。/h。. The amount of carbon dioxide stripped out is 179。 the tower diameter is , the height of tower is 13m， the tower packing layer is 9m and the column pressure dropping is 2906Pa. The desorption segment’s results are as follows: The amount of carbon dioxide flashes is 179。/h。 關(guān)鍵詞： 吸收 閃蒸 氣提 II Design for synthetic ammonia to take off the carbon process with outputting 240,000 tons per year Abstract： The decarbon and regeneration of carbon dio