【正文】 中使用MDEA脫碳工藝，烏魯木齊石化公司化肥廠屬于首例[4]。在MDEA溶液中添加少量活化劑即為MDEA法，活化劑為瞇哇、甲基咪哇等，濃度約為25%。相對其它工藝，MDEA法有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能耗和生產(chǎn)費(fèi)用低；（2）脫碳效率高，凈化氣中CO2含量可小于100ppm；（3）使用范圍廣，可用于大、中、小各型合成氨廠；（4）溶劑穩(wěn)定性好；（5）溶劑無毒、腐蝕性極??；（6）能同時(shí)脫硫。但它本身存在兩個(gè)缺點(diǎn)：（1） CO2能與吸收反應(yīng)生成的碳酸化合物發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成酸式碳酸鹽，該鹽較穩(wěn)定，不易再生；（2） CO2能與MEA發(fā)生副反應(yīng)，生成腐蝕性較強(qiáng)的氨基甲酸醋，容易形成污垢。吸收過程中，MEA與CO2發(fā)生反應(yīng)生成碳酸化合物，經(jīng)過加熱即可將CO2分解出來。（2）碳酸鉀溶液作吸收劑的脫碳工藝，即熱鉀堿脫碳工藝有：②②②無毒GV法；②苯菲爾法；③催化熱鉀堿（Cata carb）法；④Flexsorb法[2]?；瘜W(xué)吸收法常用于CO2分壓較低的原料氣處理?；瘜W(xué)吸收法即利用CO2是酸性氣體的特點(diǎn)，采用含有化學(xué)活性物質(zhì)的溶液對合成氣進(jìn)行洗滌，CO2與之反應(yīng)生成介穩(wěn)化合物或者加合物，然后在減壓條件下通過加熱使生成物分解并釋放CO2，解吸后的溶液循環(huán)使用。CO2是一種酸性氣體，對合成氨合成氣中CO2的脫除，一般采用溶劑吸收的方法。在合成氨的整個(gè)系統(tǒng)中，脫碳單元將為系統(tǒng)關(guān)鍵主項(xiàng)，脫碳工序運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。由再生塔頂出來的CO2，經(jīng)空冷器和水冷器，氣體溫度降至40℃，再經(jīng)二氧化碳分離器除去冷凝水，送到尿素車間作原料。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進(jìn)人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進(jìn)入甲烷化換熱器。3工藝流程的確定由變換工序來的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學(xué)吸收法吸收二氧化碳。因此，在合成系統(tǒng)前不但必須將二氧化碳?xì)怏w清除干凈而且還必須回收利用。又因?yàn)榘春铣晒ば蜓a(bǔ)充氣中必須滿足CO和CO2含量小于20PPm。它不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒，而且給清除少量一氧化碳的過程帶來困難。因?yàn)闊o論是固體燃料還是以烴類為原料制得的原料氣經(jīng)一氧化碳變換后都含有15%~40%的二氧化碳。對于產(chǎn)品的分離，目前工業(yè)上有兩種方法：水吸收法和冷凝法。關(guān)于催化劑，人們已經(jīng)開發(fā)出一系列催化劑，但比較廣泛使用的是壽命比較長，活性良好而且價(jià)廉易得的鐵系催化劑。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在下進(jìn)行的由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。③氨的合成：將純凈的氫、氨混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。脫硫脫碳后還需要對原料氣進(jìn)行最終凈化，將原料氣中少量的CO和CO2除去，使其總量不超過10cm3/m3。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的題目就是合成氨脫碳工段的工藝設(shè)計(jì)，所以不在此對其贅述，在后面有對脫碳工段的詳細(xì)介紹。而對CO2加以回收可以在尿素、碳酸氫銨等產(chǎn)品的生產(chǎn)中利用。脫碳是凈化合成氣的另有個(gè)重要步驟，因?yàn)槿魏畏椒ㄖ迫〉脑蠚舛己蠧O和一定量的CO2，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%~40%。干法脫硫適合脫出低量或微量，其也有物理吸附和化學(xué)吸附之分。脫硫的方法歸納起來分濕法和干法兩類。天然氣、石油重油、石腦油等中的硫化物的含量因產(chǎn)地不同而不同。②凈化粗合成氣：主要是對合成氣中的硫化物、碳的氧化物等有害雜質(zhì)進(jìn)行脫除的過程。由于天然氣、油田氣、石油這樣的原料可以用管道輸送，其設(shè)施投資成本比固態(tài)原料設(shè)施要低很多，所以該工藝自發(fā)明以來就逐漸取代了煤炭造氣工藝。這種工藝在二十世紀(jì)前半期一直是主流造氣工藝，而且一直沿用至今。下面從合成原料氣的三個(gè)步驟詳細(xì)論述：①造氣：因?yàn)榭諝庵泻?1%的氮?dú)猓壳耙呀?jīng)有很多的技術(shù)從空氣中分離出滿足上述反應(yīng)的氮?dú)?，所以造氣就是提供維持該反應(yīng)的氫氣的過程。由于我國煤炭目前儲(chǔ)存量還比較多，所以本設(shè)計(jì)采用以煤炭為原料來制取合成氨的粗原料氣。主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。一是造氣：即制備含有氫、氮和一氧化碳的粗原料氣。因此，在把粗原料氣送去氨合成以前，需要把這些雜質(zhì)除去。 合成氨生產(chǎn)的典型流程目前企業(yè)大多采用直接合成氨法生產(chǎn)氨，即根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式N2+3H2=2NH3來設(shè)計(jì)工藝。我國自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。所以說合成氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素等作為氮源，生產(chǎn)己二胺、人造絲等產(chǎn)品。氨在工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。除液氨可直接氯水以及各種含氮混肥和復(fù)肥，都是以氨作為原料的。但這樣回收的氨量不能滿足需要，促使人們研究將空氣中的游離態(tài)氮變成氨的方法，20世紀(jì)初先后實(shí)現(xiàn)了氰化法和直接合成法制氨的工業(yè)方法。19世紀(jì)中葉，煉焦工業(yè)興起，生產(chǎn)焦炭過程中制得了氨。世界上85%的合成氨用做生產(chǎn)化肥，世界上99%的氮肥生產(chǎn)是以合成氨為原料。2概 述 氨的發(fā)現(xiàn)與制取1898年，（又稱石灰氮），進(jìn)一步與過熱水蒸氣反應(yīng)即可獲得氨： CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO3在合成氨工業(yè)化生產(chǎn)的歷史中，合成氨的生產(chǎn)規(guī)模（以合成塔單塔能力為依據(jù)）隨著機(jī)械、設(shè)備、儀表、催化劑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展而有了極大提高。本次設(shè)計(jì)力求以理論為基礎(chǔ)，貼近實(shí)際為目標(biāo)，爭取讓設(shè)計(jì)更合理。由于脫碳分離過程中，溶液吸收和再生是可逆過程，所以溶液的濃度、循環(huán)量以及吸收和再生的溫度、壓力都需要進(jìn)行合理的選擇，這就是本課題所要解決的關(guān)鍵問題。設(shè)計(jì)的目的是為了尋找出一套合理的脫碳工藝，獲得純度較高的凈化氣，提高二氧化碳的回收率，簡化流程，降低能耗，達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。此外，二氧化碳是制造尿素、純堿、碳酸氫銨等的重要原料，二氧化碳的脫除和回收利用是脫碳過程的雙重任務(wù)，也在合成氨中占有較重要的地位。s）m2封頭的質(zhì)量，kgn筒體名義厚度，mm填料形狀系數(shù)塔內(nèi)徑，mm填料材質(zhì)的臨界表面張力γp鮑爾環(huán)填料的堆積密度，kg/m3g重力加速度，平臺(tái)、扶梯質(zhì)量，kgN總布液點(diǎn)數(shù)，個(gè)籠式扶梯的單位質(zhì)量，kg/m溶解熱，全塔操作質(zhì)量，kg干填料因子T1塔自振周期，s塔截面積，脈動(dòng)增大系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度，氣體處理量，填料因子，塔頂出塔氣體量，軸向許用壓應(yīng)力，MPa塔底出氣量，空間距離，溫度，通用氣體常數(shù)粘度，泛點(diǎn)空塔速率，溶解熱，入塔氣體平均分子量，出塔液體溫度，摩爾比1引 言氨的用途很廣，在國民生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。atm）H0塔附屬高度，m體積傳質(zhì)系數(shù)， kmol/（m3h）液相傳質(zhì)系數(shù)， kmol/（m3h關(guān)聯(lián)指數(shù)V氣體質(zhì)量流率，kg/（m2 Proeess design目 錄設(shè)計(jì)說明 IDesign elucidation II主要符號(hào)說明 i1引 言 12概 述 2 氨的發(fā)現(xiàn)與制取 2 氨的用途 2 我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況 3 合成氨生產(chǎn)的典型流程 3 脫碳在合成氨中的作用和地位 43工藝流程的確定 6 6 6 6 8 10 10（PC）法脫碳工藝基本原理 10 10 10 11 11 12 124 吸收塔的工藝設(shè)計(jì) 14 14（PC）的物理性質(zhì) 14 14 CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解度 14 CO2在碳酸丙烯酯（PC）中的溶解熱 14 14 15 CO2在PC中亨利系數(shù)數(shù)據(jù) 15 PC密度與溫度的關(guān)系 16 PC蒸汽壓的影響 17 PC的粘度 17 17 18 18 19 19 20 20 20 20 21 22 23 23 設(shè)備計(jì)算 23 物性數(shù)據(jù) 24 脫碳塔泛點(diǎn)速度計(jì)算 26 脫碳塔塔徑計(jì)算 27 填料層高度計(jì)算 28 輔助設(shè)備設(shè)計(jì) 32 32 填料支承裝置 32 33 33 34 裙座及人孔 34 34 34 封頭設(shè)計(jì) 35 塔裙座高度 36 塔體載荷計(jì)算 36 接管管徑計(jì)算 385 解吸塔的工藝設(shè)計(jì) 40 確定解吸塔塔徑及相關(guān)參數(shù) 40閃蒸過程的物料恒算 40 40 41 42 42 42 填料層高度的計(jì)算 42 42 43 44 44 48 49 50 51 516 車間布置 52 車間布置要考慮的問題 52 廠房布置 52 廠房平面布置 52 設(shè)備布置的安全距離 52 車間內(nèi)輔助室和生活室布置 537存在的問題及解決方法 54 碳丙法脫碳裝置存在的問題及改造措施 54 55，降低消耗 55 55 吸收塔改造 55 55 56工藝參數(shù)一覽表 57參考文獻(xiàn) 58致謝 59主要符號(hào)說明符號(hào)意義和單位符號(hào)意義和單位比熱容 ℃DCO2的擴(kuò)散系數(shù)T/ cm2 /s純氣體組分的黏度， MPa關(guān)鍵詞：碳酸丙烯酯法；脫碳工藝；工程設(shè)計(jì)60 / 67Design elucidationDecarbonizing section is one of the absolutely necessary sections in the Synthetic Ammonia, and the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are indispensable tower equipment in the Synthetic Ammonia. This paper tradeoff advantages and disadvantages of much approach to decarbonization, propylene carbonate (PC) decarbonization are selected finally. The technological process was analyzed, and the material and heat was balanced according to parameters and relevant standards firstly. The tower body general structure was designed calculation by using physical absorption Mechanism, mass transfer and heat transfer equation, solution physical data stc diameter of absorption tower is , the height of tower is 30m, And then the strength of the Carbon dioxide absorption tower is ecked. The decarbonizing section structural arrangement was reasonable design finally. As the theoretical preparation work, this designing prepare sufficient theoretical basis for people to analysis the problems of technological process, equipment design, determined root of problems, posing reasonable plan to solve problems.Keywords: Decarbonization process。首先進(jìn)行工藝流程分析并根據(jù)工藝參數(shù)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行二氧化碳吸收塔和解析塔內(nèi)的物、熱量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等設(shè)備利用物理吸收機(jī)理、傳質(zhì)傳熱方程、溶液物性數(shù)據(jù)等方面的知識(shí)進(jìn)行塔體的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，塔高為30m，由于解吸塔塔徑過粗，使用兩塔進(jìn)行解吸，兩塔各操作條件相同，填料層高度為16m，然后對二氧化碳吸收和解吸塔進(jìn)行了必要的強(qiáng)度校核；最后對脫碳工段車間結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)說明脫碳工段是合成氨工程中必不可少的工段之一，二氧化碳吸收塔和溶液再生塔是脫碳過程中不可缺少的塔設(shè)備。本文權(quán)衡眾多合成氨脫碳方法之利弊，最終選擇碳酸丙烯酯脫碳法。本設(shè)計(jì)作為理論上的準(zhǔn)備工作，為分析工藝流程、設(shè)備設(shè)計(jì)上存在的問題、確定問題的根源、提出解決問題的合理方案準(zhǔn)備了充分的理論依據(jù)。 Carbon dioxide removal with PC method。s氣體的摩爾流率kmol/m2h）表面張力，kg/h2L液體質(zhì)量流率，kg/（m2hh）傳質(zhì)單元高度，mZ塔高，m填料層壓降，Pa壓力降，Pa液泛氣速，m/s密度，填料的總比表面積，CO2的氣相分壓操作氣速，m/s熱力學(xué)溫度，KC腐蝕裕量，mmG入塔氣體的摩爾流率，kmol/（m2在合成氨的過程中，經(jīng)變換后的合成氣含有較多的二氧化碳，如不將其清除，在合成氨生產(chǎn)時(shí)二氧化碳會(huì)使合成氨催化劑中毒。本課題是年產(chǎn)九萬噸合成氨廠脫碳工段的初步設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主