【正文】 高吸收壓力，平衡溶解度增加，對(duì)原料氣凈化有利?？稍诔洪W蒸后再增設(shè)真空閃蒸[5]。經(jīng)溶劑吸收，再通過(guò)減壓閃蒸（包括常壓閃蒸），一般可將二氧化碳吸收量的75%左右解吸出去，剩余的25%左右將從汽提塔中吹出。如在合成氨變換氣的脫碳工藝上，往往設(shè)置二級(jí)至三級(jí)減壓閃蒸。從吸收塔富液的第一級(jí)閃蒸到壓力遞減到常壓。根據(jù)這個(gè)原理，可通過(guò)一至幾級(jí)不同壓力等級(jí)的減壓，使溶于溶劑中的不同氣體組分在解吸時(shí)得到相對(duì)是分離和提純，這樣，工業(yè)上就可以按要求分別回收到各種氣體組分。由于各種氣體組分在碳酸丙烯酯中具有不同的溶解度和平衡規(guī)律，因此可以通過(guò)控制閃蒸壓力來(lái)控制閃蒸氣中各組分的比例及各組分的解吸量。是物理溶劑再生方法中最常用的方法。,經(jīng)溶劑冷卻器冷至35℃送入脫碳循環(huán)使用。常解后的碳酸丙烯酯溶液溢流進(jìn)入常解再生塔塔頂部與汽提鼓風(fēng)機(jī)送入塔內(nèi)的空氣逆流接觸，進(jìn)一步氣提出殘留于富液的二氧化碳。閃蒸氣經(jīng)碳酸丙烯酯捕集器除去氣體中夾帶的碳酸丙烯酯霧沫后送往氮?dú)錃鈮嚎s工段予以回收，閃蒸后的碳酸丙烯酯富液進(jìn)入常解再生塔上段常解塔進(jìn)行二氧化碳解吸。再經(jīng)碳酸丙烯酯回收器、碳酸丙烯酯分離器除去氣體中夾帶的碳酸丙烯酯霧沫后送出工段去氮?dú)錃鈮嚎s工段。 生產(chǎn)流程說(shuō)明碳酸丙烯酯脫碳工藝流程一般由吸收、閃蒸、汽提（即溶劑再生）和氣相中帶出的溶劑回收等部分組成。碳酸丙烯酯對(duì)COH2S的溶解度較大，具有溶解熱低、黏度小、蒸汽壓低、無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。此法在國(guó)內(nèi)外均有較廣泛的應(yīng)用。CO2可脫至體積分?jǐn)?shù)(12)105，H2S可脫至體積分?jǐn)?shù)1107。但由于聚乙二醇二甲醚價(jià)格昂貴，投資及操作費(fèi)用均較高，因此，此法在國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用較少。以聚乙二醇二甲醚為吸收劑的脫碳過(guò)程稱(chēng)為Selexol法。吡咯烷酮具有對(duì)CO2溶解度高、黏度較小、沸點(diǎn)較高、蒸汽壓較低等優(yōu)點(diǎn)。加壓水洗脫碳常在填料塔或篩板塔中進(jìn)行，此法設(shè)備簡(jiǎn)單，但CO2的凈化度差，且水洗的噴淋密度大，動(dòng)力消耗高，因此近年來(lái)合成氨廠的新建脫碳工藝已被其他方法所取代。典型的物理吸收法有加壓水洗法、N2甲基吡咯烷酮法、低溫甲醇法、碳酸丙烯酯法(Flour法)等[2]。此法的關(guān)鍵是選擇優(yōu)良的吸收劑。物理吸收是利用原料氣中的溶質(zhì)(CO2)在吸收劑中的溶解度較大而除去的方法。本次設(shè)計(jì)是小合成氨廠原料氣中二氧化碳的脫除，化學(xué)吸收法對(duì)工人素質(zhì)要求較高，因此采用物理吸收法。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目：5萬(wàn)m3/h合成氨原料氣的脫二氧化碳工藝設(shè)計(jì)； 變換氣組成成分CO2COH2N2CH4合計(jì)%100m313750184025000905036050000kmol脫碳方法：碳酸丙烯酯法； 碳酸丙烯酯的摩爾質(zhì)量：； 假設(shè)出塔液及溶解氣的溫度：37℃； 操作溫度為：34℃；操作壓力為：；純碳酸丙烯酯溶液吸收；設(shè)計(jì)目標(biāo)：%。 ③ 物理—化學(xué)吸收法 以乙醇胺和二氧化四氫噻吩(又稱(chēng)環(huán)丁砜)的混合溶液作吸收劑，稱(chēng)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(kāi)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。由于反應(yīng)途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物），降低了反應(yīng)的活化能， 因而反應(yīng)速率加快了[2]。加入鐵催化劑后，反應(yīng)以生成氮化物和氮?dú)浠飪蓚€(gè)階段進(jìn)行。接著是化學(xué)吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用，在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨[2]。當(dāng)采用鐵催化劑時(shí)，由于改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)以顯著的速率進(jìn)行。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，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)氨合成將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類(lèi)和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。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[1]。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。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。第1章 概述 合成氨的相關(guān)介紹合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。在國(guó)內(nèi)，最先是在小型合成氨裝置中用以代替加壓水洗，對(duì)老合成氨廠水洗工藝進(jìn)行改造，使脫碳能耗降低。碳酸丙烯酯（PC）法脫除二氧化碳有一定的適用范圍，適合于氣體中二氧化碳分壓〉，溫度較低的條件下，同時(shí)對(duì)氣體凈化度要求不高（出口二氧化碳〉1%），只有在此條件下使用碳酸丙烯酯法才是經(jīng)濟(jì)的。我國(guó)合成氨工藝能耗較高，脫碳工藝技術(shù)也顯得比較落后。5萬(wàn)m3/h合成氨原料氣脫碳工藝設(shè)計(jì)引 言在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，交換氣中的二氧化碳含量可高達(dá)30%以上，微量的二氧化碳就會(huì)致氨合成催化劑中毒而喪失活性，大量的二氧化碳更是白白占據(jù)氣體的體積，從而增加壓縮和其他壓力設(shè)備的費(fèi)用。且其能耗約占氨廠總能耗的10%左右，因此脫除二氧化碳工藝的能耗高低，對(duì)氨廠總能耗影響很大，國(guó)外一些較為先進(jìn)的合成氨工藝流程，均選用了低能耗脫碳工藝。因此，結(jié)合具體情況，推廣應(yīng)用低能耗脫除二氧化碳工藝，非常有必要。碳酸丙烯酯法脫碳工藝自60年代開(kāi)發(fā)以來(lái)，由于能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物，加之再生能耗等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外的天然氣、合成氣和制氫工業(yè)上，已廣泛應(yīng)用。近幾年來(lái)，在我國(guó)年產(chǎn)4萬(wàn)噸小尿素、小純堿裝置的合成氨配套工程中，用碳酸丙烯酯法脫出變換氣中二氧化碳，得到了良好的效果：工程投資省、工藝流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、溶劑無(wú)毒害、濃溶劑對(duì)碳鋼無(wú)腐蝕、再生不耗熱、回收的二氧化碳濃度高，回收率可以滿足尿素及純堿生產(chǎn)的需要等優(yōu)點(diǎn)，因而得到推廣。別名：氨氣。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收副產(chǎn)外，絕大部分是合成的氨。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。生產(chǎn)合成氨的主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤（或焦炭）等。(1)原料氣制備將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。 (2)凈化對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過(guò)程、脫硫脫碳過(guò)程以及氣體精制過(guò)程。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程的核心部分。氨合成反應(yīng)式如下： N2+3H2→2NH3(g)=合成氨的催化機(jī)理在熱力學(xué)計(jì)算表明下，低溫、高壓對(duì)合成氨反應(yīng)是有利的，但無(wú)催化劑時(shí)，反應(yīng)的活化能很高，反應(yīng)幾乎不發(fā)生。目前認(rèn)為，合成氨反應(yīng)的一種可能機(jī)理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進(jìn)行化學(xué)吸附，使氮原子間的化學(xué)鍵減弱。在無(wú)催化劑時(shí)，氨的合成反應(yīng)的活化能很高，大約335kJ/mol。第一階段的反應(yīng)活化能為126kJ/mol～167kJ/mol，第二階段的反應(yīng)活化能為13kJ/mol。 脫碳的相關(guān)方法合成氨中脫除二氧化碳的方法很多，目前在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，技術(shù)先進(jìn)，投資省，能耗低的方法主要有：物理吸收法，化學(xué)吸收法，物理化學(xué)吸收法。此法設(shè)備簡(jiǎn)單，但脫除二氧化碳凈化度差，出口二氧化碳一般在2％(體積)以下，動(dòng)力消耗也高。②化學(xué)吸收法 具有吸收效果好、再生容易，同時(shí)還能脫硫化氫等優(yōu)點(diǎn)。后者脫碳反應(yīng)式為： 為提高二氧化碳的吸收和再生速度，可在碳酸鉀溶液中添加某些無(wú)機(jī)或有機(jī)物作活化劑，并加入緩蝕劑以降低溶液對(duì)設(shè)備的腐蝕。在碳酸化法合成氨流程中，采用氨水脫除變換氣中的二氧化碳，同時(shí)又將氨水加工成碳酸氫銨。因乙醇胺是化學(xué)吸收劑，二氧化四氫噻吩是物理吸收劑，故此法為物理與化學(xué)效果相結(jié)合的脫碳方法。第2章 生產(chǎn)流程的確定及說(shuō)明 生產(chǎn)流程的確定工業(yè)上脫除二氧化碳的方法主要有物理吸收法，化學(xué)吸收法，物理化學(xué)吸收法。物理吸收法適合于CO2分壓較高，凈化度要求低的情況，再生時(shí)不用加熱，只需降壓或汽提，總能耗比化學(xué)吸收法低，但CO2分離回收率低，在脫CO2前需將硫化物去除。一般吸收采用高壓及低溫，解吸時(shí)采用減壓或升溫，減壓解吸所需再生能量相當(dāng)少。所選的吸收劑必須對(duì)CO2的溶解度大、選擇性好、沸點(diǎn)高、無(wú)腐蝕、無(wú)毒性、性能穩(wěn)定。早期的合成氨廠中的脫碳多采用加壓水洗法。以N2甲基吡咯烷酮為吸收劑的方法稱(chēng)為吡咯烷酮法。此法特別適應(yīng)氣體壓力大于7 MPa的場(chǎng)合，但由于N2甲基吡咯烷酮較貴，因此應(yīng)用受到限制。聚乙二醇二甲醚是一種淡黃色透明的有機(jī)液體，無(wú)毒、無(wú)特殊氣味、冰點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、腐蝕性低，是理想的物理溶劑。低溫甲醇法是由德國(guó)林德和魯奇公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，吸收劑是甲醇，在12MPa，溫度為750℃范圍內(nèi)可同時(shí)脫除CO2和H2S。此法的特點(diǎn)是不會(huì)加濕原料氣，并且再生能耗低。碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。此法CO2的分離回收率較高，能耗低已得到小合成氨廠的廣泛應(yīng)用，經(jīng)過(guò)各種方法的比較，最后選擇用碳酸丙烯酯法吸收二氧化碳。 碳酸丙烯酯法脫二氧化碳工藝流程圖吸收過(guò)程：，經(jīng)油分離器再次分離氣體中的油沫后，從脫碳塔底部進(jìn)入，變換氣與塔中噴淋的碳酸丙烯