【正文】 過(guò)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(jìn)行。為了達(dá)到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個(gè)以上的吸附塔交替操作，其中必須有一個(gè)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。目前，此種類型的裝置在全國(guó)合成氨廠已廣泛采用。低溫甲醇洗工藝（Rectisol Process）系由德國(guó)林德公司（Linde）和魯奇公司（Lurgi）開發(fā)，是利用甲醇溶劑對(duì)各種氣體溶解度的顯著差別，可同時(shí)或分段脫除H2S、CO2和各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高、選擇性好、溶液吸收能力強(qiáng)，操作費(fèi)用低等特點(diǎn)，是一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的氣體凈化工藝。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(diǎn)。物理化學(xué)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(xué)吸收法常用于中等CO2分壓的原料氣處理。常溫甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，當(dāng)CO2分壓升高時(shí)，以其在甲醇中溶解的物理吸收為主；當(dāng)CO2分壓較低時(shí)，以其與二乙醇胺發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)吸收為主，該法應(yīng)用范圍廣，凈化率高，但對(duì)H2S和CO2的選擇性較差，己很少使用。（PC）法脫碳工藝基本原理PC為環(huán)狀有機(jī)碳酸酯類化合物，分子CH3CHOCO2CH2，該法在國(guó)外稱Fluor法。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，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?？偯撎寄芰s300萬(wàn)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。加之PC法在工藝上與水洗法相似，改造費(fèi)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(jì)90年代以來(lái)，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場(chǎng)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(jì)效益，增強(qiáng)小化肥的竟?fàn)幠芰ΑＲ虼?，很快得到了推廣，并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，技術(shù)上也趨于成熟。碳丙溶劑對(duì)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。與水洗法相比可節(jié)省電耗150250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費(fèi)1025元/t NH3。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。氣體自水洗塔塔頂出來(lái)進(jìn)入分離器，自分離器出來(lái)的氣體進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來(lái)的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將二氧化碳脫至工藝指標(biāo)內(nèi)。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。（2）解吸氣體回收流程由閃蒸槽解吸出來(lái)的閃蒸氣進(jìn)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(lái)。由常解塔解吸出來(lái)的常解氣進(jìn)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(lái)，常解氣自常解氣洗滌段出來(lái)后進(jìn)入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進(jìn)一步分離，常解氣自分離器頂部出來(lái)送食品二氧化碳工段。（1）碳酸丙烯酯脫碳流程簡(jiǎn)述貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來(lái)，由塔底排出稱為富液。（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(lái)，經(jīng)稀液泵加壓后送往凈化氣洗滌塔上部自上而下。綜合分析PC法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問(wèn)題有：（1）溶劑損耗高。（2）凈化氣中CO2含量容易跑高，噸氨電耗高。目前，碳丙脫碳技術(shù)已提高到一個(gè)新的階段，工業(yè)應(yīng)用的或即將應(yīng)用的最有吸引力的進(jìn)展有以下幾個(gè)方面。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。由此可見，必須對(duì)這種結(jié)構(gòu)徹底改造。改造工作除了塔器以外，還進(jìn)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(yáng)程，串聯(lián)1臺(tái)增壓泵；（2）氣提流程由原正壓氣提改為負(fù)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(guò)濾或全過(guò)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]。復(fù)合溶劑法的優(yōu)點(diǎn)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。而且，復(fù)合溶劑可以優(yōu)化配方用最低的費(fèi)用達(dá)到所須的分離要求（）。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(dòng)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(jìn)行，即低溫碳酸丙烯酯脫碳技術(shù)。隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國(guó)際經(jīng)濟(jì)的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性急需要提高，來(lái)降低成本，抵御風(fēng)險(xiǎn)。因此，在國(guó)際經(jīng)濟(jì)與國(guó)家政策的前提下，將合成氨的風(fēng)險(xiǎn)和利潤(rùn)投入到中間工序脫碳工段，對(duì)陷入困境的化工行業(yè)是一個(gè)很好的出路，對(duì)內(nèi)外交困的合成氨行業(yè)來(lái)說(shuō)，可以避免風(fēng)險(xiǎn)，降低成本。2 全廠總平面的布置和設(shè)計(jì)全廠平面設(shè)計(jì)為本設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)，總平面設(shè)計(jì)的是否合理，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的順利進(jìn)行，影響到建廠后的生產(chǎn)，管理，成本，能耗等各個(gè)方面，同時(shí)還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展。全廠總平面設(shè)計(jì)的基本原則為1 建筑物之間相互配置應(yīng)符合生產(chǎn)程序的要求，并能保證合理生產(chǎn)作業(yè)線；2 原材料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)銜接協(xié)調(diào)，流程疏通，避免交叉和往返；3 廠內(nèi)一切運(yùn)輸系統(tǒng)布置應(yīng)適合貨物運(yùn)轉(zhuǎn)的特征，盡可能使貨運(yùn)路線和人員路線不交叉；4 適當(dāng)劃分廠區(qū)，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛(wèi)生技術(shù)條件的要求；5 在保證安全生產(chǎn)的前提下力求縮小廠房戰(zhàn)地面積，廠房布置盡量緊湊，根據(jù)生產(chǎn)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)擬建的工廠為中小型企業(yè)的情況，將工廠劃分為幾個(gè)區(qū)域，并按照區(qū)域進(jìn)行布置，以保證各區(qū)域之間位置的協(xié)調(diào)配合，并符合衛(wèi)生防疫和環(huán)境美化。廠前區(qū)：包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務(wù)室等主要建筑。他們盡量靠近其服務(wù)的車間。生產(chǎn)區(qū)：應(yīng)包括七大車間：原料車間、熱電車間、造氣車間、壓縮車間、碳化車間、合成車間和尿素車間。倉(cāng)庫(kù)區(qū)：應(yīng)靠近主干道以便于運(yùn)輸。原料﹑半成品和成品形成整個(gè)順序，盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房﹑水泵房﹑配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節(jié)省投資；由前區(qū)到生產(chǎn)區(qū)主要干道，應(yīng)避免與主要運(yùn)輸?shù)缆方徊?；盡量使大多數(shù)廠房向陽(yáng)﹑背風(fēng)﹑避免瓦斯等，盡可能使各廠區(qū)有條件采用自然采光和自然通風(fēng)等；按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定；根據(jù)衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生符合規(guī)定；根據(jù)環(huán)境發(fā)展的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)在有廢渣處理系統(tǒng)﹑廢水處理系統(tǒng)﹑廢氣處理系統(tǒng)等設(shè)施 ；考慮工廠今后的發(fā)展，在廠區(qū)留有建筑余地；盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間﹑行政樓和道路的安排。生產(chǎn)車間實(shí)行三班制，每班八小時(shí)，機(jī)械設(shè)備大修每二年一次，機(jī)械設(shè)備保養(yǎng)每一年一次。（2）變換氣組成為：CO2：；CO：；H2：；N2：；CH4：（均為體積分?jǐn)?shù)，下同；其它組分被忽略）；（3）%；（4）PC吸收劑的入塔濃度根據(jù)操作情況選取；（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(yùn)行。合成氨：（300000t/a）/（8000h/a）=。 變換氣各組分體積分?jǐn)?shù)及組分分壓項(xiàng)目CO2COH2N2CH4合計(jì)體積分?jǐn)?shù)（%）100（MPa）（Kgf/cm2）（atm）因?yàn)槭歉邼舛葰怏w吸收，故吸收塔內(nèi)CO2的溶解熱應(yīng)予以考慮。有人關(guān)聯(lián)出了CO2再PC中溶解的相平衡關(guān)系，因數(shù)據(jù)來(lái)源不同，關(guān)聯(lián)式略有差異[12]。 PC的密度與溫度的關(guān)系 PC密度與溫度的關(guān)系：ρ= 式中：t—溫度，℃；ρ—密度， kg/m3。 PC的黏度logμ=+（） T—為熱力學(xué)溫度，K。 各組分在PC中的溶解度數(shù)據(jù)項(xiàng)目CO2COH2N2合計(jì)組分分壓(MPa)溶解度(Nm3/m3PC)溶解量(Nm3/m3PC)溶解氣體積分?jǐn)?shù)(%)%。說(shuō)明：，故計(jì)算的實(shí)際溶解量時(shí)應(yīng)將其扣除。CO2溶解量的計(jì)算如下：前已算出，35℃時(shí)CO2在PC中的平衡溶解度Xco2=，PC對(duì)CO2的實(shí)際溶解能力為：= Nm3/m3PC。=1017kg/h溶解氣量：622001127=61073kg/h溶解氣的平均摩爾質(zhì)量：=44+28+2+28= kg/kmol溶解氣的質(zhì)量流量：61073247。計(jì)算結(jié)果表明：%， Nm3/m3PC，本設(shè)計(jì)的取值正好在其所要求的范圍之內(nèi)，故選取值滿足要求。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。理想氣體的定壓比熱容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3。根據(jù)PC的定壓比熱容公式：CpL=+(t10) ℃；算得：Cpl1=℃； Cpl2=℃； CO2的溶解熱查得H CO2=14654kg/kmol CO2（實(shí)驗(yàn)測(cè)定值）CO2在PC中的溶解量為：3757=58820Nm3/h =2626kmol/h故QS=146562626=38479567kJ/h根據(jù)全塔熱量衡算有：帶出的熱量（QV1+QL2）+溶解的熱量（QS）=帶出的熱量（QV2+QVL1+QV夾）.溶解氣體占溶液的質(zhì)量分率式中：L1=4459560+1476+117552=4578590 kg/h熱量平衡：8978070+190843120+38479567=5899970+6571850TL1QV夾=55768KJ/hQL1=8978070+190843120+38479567589997055768得出：℃4 吸收塔和解吸塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知量：入塔氣： V1=213900 Nm3/h=192968kg/h，ρG1=， M1=，30℃ 出塔氣： V2=151700 Nm3/h=74427 kg/h，ρG2= kg/m3，2=，30℃ 出塔液： L1=4459560+117552+1476=4578590kg/h，ρL1=1187kg/m3 ，Pt1= 入塔液： L2=4459560+1476=4461040kg/h，ρL2=1192 kg/m3 ，30℃，Pt2=黏度：由公式logμ=+（）得：μL1=h） μL2= mPah）選擇d=50mm塑料鮑爾環(huán)（米字筋），其填料因子φ=120m1，ε=，比表面積at=，BainHougen關(guān)聯(lián)式常數(shù)A=，K=?；旌蠚怏w的密度: =AK得uF=取Vs=213900（）（）= m3/h= m3/sD==。此時(shí)每個(gè)塔的塔徑。取最小潤(rùn)濕速率為： 所以L噴，min=（MWR）== m3/（m2/h）L噴 =2289295kg/h=＞ m3/（m2/h）經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=。s）又溶劑的蒸汽壓很低，忽略溶劑的蒸發(fā)與夾帶損失，并視作為恒定不變，那么有L′=2229780/（3600）=（m2溫度分布可利用各區(qū)間的熱量衡算求出。℃）；= tn1+（xnxn1）。 傳質(zhì)推動(dòng)力及其倒數(shù)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目012345678910y102x102y*102Ti，K 氣相傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算在y2至y1之間做偶數(shù)等分，對(duì)每個(gè)y值算出對(duì)應(yīng)的f（y）=，然后按《化工原理》[13]中公式（887）的Simpson法求積：=（f0+4f1+2f2+4f3+2f4+…+2fn2+4fn1+fn）式中的步長(zhǎng)： = [f0+ f10+ (2 f2+ f4+ f6+ f8) +4(f1+ f3+ f5+ f7+ f9)]=[（+）+2+4] ==NOG=+= 氣相總傳質(zhì)單元高度 PC吸CO2傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算采用PC吸CO2的專用公式對(duì)CO2傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算[14]：氣相：kG= kmol/（m2atm）液相：kL= CO2在兩相中的擴(kuò)散系數(shù)（1）CO2在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)DG首先計(jì)算CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)，然后再計(jì)算混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)。kPa）DG=查各組分的摩爾質(zhì)量Mi和分子擴(kuò)散體積，計(jì)算參數(shù)為塔底：溫度30℃，；塔頂：溫度30℃， MPa。 CO2在各組分中的擴(kuò)散系數(shù)項(xiàng)目CO2COH2N2摩爾質(zhì)量4428228擴(kuò)散體積塔頂106106106塔底106106106平均106106106 平均為平均溫度30℃。所以108（）=105 cm2/s =10