年产18万吨合成氨脱碳工段毕业设计

年产18万吨合成氨脱碳工段毕业设计内容摘要：

41871884104712561256 工艺流程 气体流程 （1） 原料气流程，洗去变换气中的大部分油污及部分硫化物，并将气体温度降到30℃以下，同时降低变换气中饱和水蒸汽含量。 气体自水洗塔塔顶出来进入分离器，自分离器出来的气体进入二氧化碳吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的碳酸丙烯酯溶液逆流接触，将二氧化碳脱至工艺指标内。 净化气由吸收塔顶部出来进入净化气洗涤塔底部，与自上而下的稀液（或脱盐水）逆流接触，将净化气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来，净化气由塔顶出来后进入净化气分离器，将净化气夹带的碳酸丙烯酯雾沫进一步分离，净化气由分离器顶部出来回压缩机四段入口总管。 根据各厂的具体情况和氨加工产品的不同，相匹配的碳丙脱碳条件及要求亦各异。 在使用日的上，有替代加压水洗型、联碱型、配尿素型、联醇型、生产液氨型以及制氢等各类型；在净化效率上，有的对CO2进行粗脱，而大部分厂家，则进行精脱；对脱碳压力，、。 （2） 解吸气体回收流程由闪蒸槽解吸出来的闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下的稀液逆流接触，将闪蒸气夹带的液滴回收下来。 闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分离器，将闪蒸气夹带的碳酸丙烯酯液滴进一步分离下来，闪蒸气自分离器顶部出来送碳化，脱除二氧化碳并副产碳酸氢铵后，闪蒸气回压缩机一段入口总管。 由常解塔解吸出来的常解气进入常解汽提气洗涤塔的常解气洗涤段，与自上而下的稀液逆流接触，将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中的碳酸丙烯酯蒸气回收下来，常解气自常解气洗涤段出来后进入常解气分离器，将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴进一步分离，常解气自分离器顶部出来送食品二氧化碳工段。 汽提气由汽提塔出来后进入常解汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段，与自上而下的稀液逆流接触，将汽提气中夹带的碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中的碳酸丙烯酯蒸气回收下来，经洗涤后汽提气由塔顶放空。 液体流程（1） 碳酸丙烯酯脱碳流程简述贫碳酸丙烯酯溶液从二氧化碳吸收塔塔顶喷淋下来，由塔底排出称为富液。 富液经自调阀进入溶液泵涡轮机组的涡轮，减压后进入闪蒸槽，自闪蒸槽出来的碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器，大部分不经过过滤器，二者混合过后进入常解汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出来经过两液封槽进入汽提塔顶部，与自下而上的空气逆流接触，将碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳进一步汽提出来，经汽提后的碳酸丙烯酯溶液为贫液，贫液由汽提塔出来进入循环槽，再由循环槽进入溶液泵涡轮机组的溶液泵，由泵加压后经碳酸丙烯酯溶液冷却器降温，进入二氧化碳吸收塔，从而完成了碳酸丙烯酯溶液的整个解吸过程。 （2） 稀液流程循环稀液（或软水）由常解汽提气洗涤塔的常解段出来，经稀液泵加压后送往净化气洗涤塔上部自上而下。 由塔底出来经自调阀进入闪蒸气洗涤塔的上部自上而下，由底部出来经自调阀进入常解汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段自上而下，由底部出来经一U型液封管进入常解气洗涤段继续循环。 存在的问题及解决的办法综合分析PC法脱碳各厂的使用情况，最具代表性的问题有：（1） ：a、PC溶剂蒸汽压高；b、PC气相回收系统不完善；c、操作管理水平的影响。 （2） 净化气中CO2含量容易跑高，吨氨电耗高. 净化气中CO2含量高，原因是多方面的如再生效果不好，系统残碳高或冷却不好等等。 目前碳丙脱碳技术已提高到一个新的阶段，已工业应用的或即将应用的最有吸引力的进展有以下几个方面。 PC法脱碳技术发展趋势 塔器优化 塔器的优化包括塔径、塔填料、塔内件、塔过程控制的技术改造，改造后往往可提高20%50%或更高的生产能力，改造主要分两部分进行:一是脱碳塔气液分布器和填料的改造，其目的是提高通气量和强化气液接触效率，加大润湿面积。 具体办法是设税全截面均匀分布的气体和液体分布器，部分或全部采用规整填料；二是再生塔的改造。 由于传统设计中再生塔常解段均为淋降式，当系统硫含量高时，受逆流及淋降板开孔直径的限制，易造成溶液中的单质硫积累结垢，渐渐堵塞淋降板上的开孔，使其失效故往往生产2年后再生效果会明显不如以前。 由此可见，必须对这种结构彻底改造。 具体办法是将常解段改为筛板或填料塔型，并增设类似塔型的真空解析段。 改造工作除了塔器以外，还进行了系统工艺优化，具体内容有：（1） 调整溶剂泵的扬程，串联1台增压泵；（2） 气提流程由原正压气提改为负压气提，有利于提高贫度；（3） 降低变换气和循环溶剂的温度，以提高碳丙吸收能力；（4） 采取碳丙溶剂半过滤或全过滤方法，杜绝系统堵塞隐患；（5） 提高变换气脱硫效果；（6） 碳丙稀液回收改造[11]。 复合溶剂法用两种或两种以上的物理、化学或物理化学溶剂作为复合溶剂净化酸性气体的研究，多年来一直方兴未艾。 复合溶剂法的优点从选择性和吸收能力分析，特别是高分压下，选择合适的复合溶剂，优于纯溶剂，显著地提高了溶剂的吸收能力；另一方面明显地降低了能耗。 除此以外，复合溶剂为了达到操作特性要求所作的混合过程，还具有其它方面的灵活性，即复合溶剂的组成。 而且，复合溶剂可以优化配方用最低的费用达到所须的分离要求（）。 两种方法的技术经济比较（以吨氨计）项目PC法复合溶剂法CO2净化度（%）溶剂损耗（Kg）电耗（KWh）145100操作成本（元）8560 低温PC法实践证明，低温碳丙法具有以下优点:l) 气体净化度高；2) 降低溶剂循环量；3) 降低溶剂损耗。 为了在较低操作压力下获得需要的气体净化度、降低溶剂循环量、节省动力消耗、降低溶剂蒸发损失,吸收操作可在低于常温条件下进行,即低温碳酸丙烯酯脱碳技术。 CO2在溶剂中的溶解度可用下式表示：lgx*=lgp+B/T+C+lgζ 式中：x*——CO2在含水溶剂中的饱和溶解度，摩尔分数；p——气相CO2分压，105Pa；B、C——常数，B=，C=；ζ——溶剂含水量的修正系数，当含水量为2%时，ζ=，lgζ=；T———吸收温度，K。 随着合成氨工业的飞速发展与国际经济的迅速变化，合成氨工业的经济性急需要提高，来降低成本，抵御风险。 就碳酸丙烯酯法脱碳工艺进行深入研究，以达到成本最低化，资源有效化。 因此，在国际经济与国家政策的前提下，将合成氨的风险和利润投入到中间工序脱碳工段，对陷入困境的化工行业是一个很好的出路，对内外交困的合成氨行业来说，可以选择与镍铁行业进行战略联盟，以避免风险，降低成本。 此工艺能有效缩短流程，降低能源消耗，减少污染排放，在提高产品附加值的同时也填补了脱碳工艺的国内空白，并且为合成氨领域的进步积累了难得经验。 第2章 物、热量恒算设计条件：（1） 每吨氨耗变换气近似取4278m(STP)，简记为4278Nm3/变换气t/氨（下同）。 （2） 变换气组成为：CO2：；CO：；H2：；N2：（均为体积分数，下同。 其它组分被忽略）；（3）%；（4） PC吸收剂的入塔浓度根据操作情况选取；（5） 气液两相的入塔温度均选定为30℃；（6） ；（7） 年工作日330d，每天24h连续运行。 计算前的准备依照：年工作日以330d，每天以24h连续运行计，有33024=7920h，此处按8000h算。 合成氨：（180000t/a）/（8000h/a）=变换气：4278Nm变换气/t氨。 变换气各组分体积分数及组分分压项目CO2COH2N2合计体积分数（%）100组分分压（MPa）（Kgf/cm2）（atm） 计算依据CO2的PC中的溶解度关系因为是高浓度气体吸收，故吸收塔内CO2的溶解热应予以考虑。 现假设出塔气体 温度与入塔液的温度相同，为Tv2=30℃，出塔液的温度为TL1=35℃，并取吸收饱和度（定义为出塔溶液浓度对其平衡浓度的百分数）为80%，然后利用物料衡算结合热量衡算验证生疏温度假设的正确性。 有人关联出了CO2再PC中溶解的相平衡关系，因数据来源不同，关联式略有差异[12]。 lgXco2=lgPco2+（1）式中：Xco2溶解度，kmolCO2 /kmolPCPco2—CO2分压，kgf/cm2 T—PC出塔温度，K lgXco2=lgPco2+（2） 式中： Xco2 CO2溶解度，kmolCO2 /kmolPCPco2—CO2分压，atm T—PC出塔温度，K lgXco2=lgPco2+(3)式中：Xco2—摩尔百分数，无因次Pco2—CO2分压，atm T—PC出塔温度，K 用关联式（1）计算出塔溶液中CO2的浓度有 lgXco2=+Xco2= /kmolPC=（）= Nm3CO2/ m3PC式中：—PC的摩尔质量，kg/kmol；1187—出塔溶液的密度（近似取纯PC的密度，kg/m3）。 PC的密度与温度的关系 PC密度与温度的关系：ρ= 式中：t—温度，℃；ρ—密度， kg/m3。 30℃：PL1=1192kg/ m3；35℃：PL2=1187 kg/ m3 PC的蒸汽压查PC理化数据知，PC蒸汽压于操作总压及CO2的气相分压相比均很小，故可认为PC不挥发。 PC的黏度logμ=+（） T为热力学温度，K。 物料衡算 各组分在PC中的溶解量、操作温度为35℃下在PC中的溶解度数据，并取相对吸收饱和度为80%。 各组分在PC中的溶解度数据项目CO2COH2N2合计组分分压(MPa)溶解度(Nm3/m3PC)溶解量(Nm3/m3PC)溶解气体积分数(%)%。 其它气体在PC中的溶解度很小，故也可将CO2以外的组分视为惰性气体而忽略不计，而只考虑CO2的溶解吸收，即将多组分吸收简化为单组份吸收的问题。 说明：，故计算的实际溶解量时应将其扣除。 其他组分本身溶解度就很小，经解吸后的残值完全可被忽略。 CO2溶解量的计算如下：前已算出，35℃时CO2在PC中的平衡溶解度Xco2=，PC对CO2的实际溶解能力为：= Nm3/m3PC。 溶剂夹带量 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下：CO2：= Nm3/m3PCCO：= Nm3/m3PCH2：= Nm3/m3PCN2：= Nm3/m3PC 溶液带出的气量为夹带量与溶解量之和CO2：+= Nm3/m3PC %CO：+= Nm3/m3PC %H2：+= Nm3/m3PC %N2：+= Nm3/m3PC % Nm3/m3PC 100%以VVV3分别代表进塔(出塔及溶液带出的总气量，以yyy3分别代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：联立两式解之得V1==27990Nm3/hV2= V1 V3=68265Nm3/h Nm3，故有：L==1191m3/h11911187=2006746kg/h操作的气液比为V1/L=96255/1691= Nm3/m3 入塔液中CO2夹带量L0=443757=1476kg/h 带出气体的质量流量夹带气量：3757=1127 Nm3/h夹带气的平均摩尔质量：1=44+28+2+28=夹带气的质量流量：507247。 =458kg/h溶解气量：27990507=27483kg/h溶解气的平均摩尔质量：=44+28+2+28= kg/kmol溶解气的质量流量：61073247。 =117552kg/h带出气体的总质量流量：458+52899=533570kg/h 验算吸收液中净化气中CO2的含量，= kgf/cm2，此时CO2的分压为： Pco2==此时分压呈平衡的CO2液相浓度为：lgXco2=+= Xco2= CO2/kmolPC ==＞ Nm3CO2/m3PC式中：1192为吸收液在塔顶30℃时的密度，近似取纯PC液体的密度值。 计算结果表明：%， Nm3/m3PC，本设计的取值正好在其所要求的范围之内，故选取值满足要求。 出塔气的组成出塔气体的体积流量应为入塔气体的体积流量与PC带走气体的体积流量之差CO2：2139003757= Nm3/h %CO：2139003757= Nm3/h %H2：213900+3757= Nm3/h %N2：213900+= Nm3/h % Nm3/h %出塔气的平均摩尔质量：2=44+28+2+28=出塔气的质量流量：V2=247。 =74427kg/h 热量衡算 混合气体的定压比热容因难以查到真实气体的定压比热容，但气体的压力并非很高，故可借助理想气体的定压比热容公式进行近似计算。 理想气体的定压比热容： CPV=ai+biT+ciT2+DdiT3。 组分温度系数 定压比热容 a b c d CP1 CP2 CO2102105109CO102106109H2103106109N210210。