年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计化学系毕业论文(编辑修改稿)

年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计化学系毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

对二氧化碳的吸附；消耗低，无污染，效益较高，但是没有查到相关的工艺计算方法，所以没有办法计算塔径，塔高以及填料层高度等，故而本设计无法采用此方法。 低温甲醇洗工艺是利用溶解度的显著差别，具有气体净化度高 、 选择性好、溶液吸收能力强 ，操作费用低等特点，是一种技术先进、经济合理的气体净化工艺。 低温甲醇法具有一次性脱除 CO2，溶液 经济 ，能耗低，适用范围广泛等特点 [11]。 碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸收剂的脱 碳方法。 其原理是利用在同样压力、温度下，二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中的溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中的溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫化氢而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是随压力升高和温度的降低而增加的。 碳酸丙烯酯法具有无毒、化学性质稳定、无腐蚀、流程操作简单等优点 [12]。 该法 CO2 的回收率 很高 ，能耗 很 低，但投资费 稍 高。 适用于吸收压力较高、 CO2 净化度 稍低 的流程，国内主要是小 中 型厂使用。 用碳丙 液 作为溶剂来脱除合成氨变换气中 CO2 工艺是一项比较适合我国国情的先进技术 ， 加上再生无需热能，能耗较低等 优势 ， 在国外合成氨和制氢工业上已得到广泛应用 [13]。 脱碳方法的确定及详细介绍 碳酸丙烯酯法是合成氨工业上一种典型的化学吸收脱碳方法，目前国内外都广泛的采用此工艺装置，比较起其他的吸收方法，该工艺能够满足脱碳净化的要求，装置和操作不太复杂，安装成本也比较适合各种规模的生产。 碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯为吸收剂的脱碳方法。 它对 CO H2S溶解度较大，具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒性、化学性质稳定、无腐蚀等特点。 该法 CO2的回收率较高，能源消耗较低 [14]。 PC 是 20 世纪 80 年代新兴 的一项技术，是由中国的化学研究院研发的，主要适用范围是中小型合成氨厂，由于它装置简单，价格低廉，易于操作，自动化程度高，条件易于达到，据有关部门统计，国内外多家中小型企业使用该装置， 总脱碳能力约 600 万吨 每年 ， PC 技术经过多年的创新与改进，已经越来越满足市场的需求，为小中型企业带来很大的经济效益，带活了多家濒临倒闭的工厂，而且 PC 技术 开工装置数为 MDEA、 NHD 法总和的数倍 [15]。 碳丙脱碳纯属物理过程，因而 所耗能最高的部位在 输送流体 时 所须的电能 上。 如果想降低成本，可以在输送流体上寻找更完整的工艺， 碳丙溶 剂对 CO2 等酸性气体的吸收能力较大，因此，代替 碳酸钾 脱除变换气中 CO2 不但满足铜洗要求，而且回收 CO2 的浓度和回收率也能满足尿素、 甲醇等 生产的要求。 5 脱碳工艺的选择 脱碳工艺流程的分类及比较 （ 1）原料气流程 脱碳车间的工艺要求：第一，温度必须应在装置所需范围内，上下不能超过 15 摄氏度；第二，所需压力为 ；第三，开车和停车前都要考虑压力的变化；第四，脱碳工段属于高压车间，必须安装防火防爆墙，来保证工作环境的安全性；第五，要每隔一小时，测量 二氧化碳进出口的含量，来保证反应浓度在规定范围内，若二氧化碳含量低于或高于规定范围，应及时调节吸收时间来确保二氧化碳浓度在规定范围内。 的变换气首先进入塔底部与水在塔内逆流接触，洗去变换气中的大部分油污并将气体温度降 低 ，同时 还可以 降低水蒸汽含量。 然后 气体出来进入分离器，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 所需要求。 净化气 进去 洗涤塔底部，与自上而下的稀液（或脱盐水）逆流接触， 目的是将 碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来。 （ 2）解吸气体回收流程 由吸收塔出来的二氧化碳经过解吸塔与解吸塔中 的溶液逆流接触，目的是使接触更充分，可以充分将二氧化碳解析出来，另外，根据温度对解析的影响可知，温度越低越有利于解吸的进行，所以要对溶液进行降温处理。 解析出来的二氧化碳，一部分用于合成化肥，另一部分用作日常消费品，例如干冰等。 此时， 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 的液体 称为富液。 富液进入 闪蒸槽， 与从 闪蒸槽出来的碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器，二者混合过后进入常解 汽提塔的常解段，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。 流程图如 图 [15] 图 两段吸收两段再生流程 再生塔 吸收塔 变换气 净化气 6 本设计工艺流程的确定 通过以上的比较，本设计选 “两段吸收两段再生 ”流程。 下面简单介绍一下该流程 及问题 [9]。 碳酸丙烯酯法脱除 CO2 的工艺流程 很多，基本都是分段吸收分段再生的。 这种流程 有哪些优点呢。 第一在吸收塔中吸收二氧化碳要有足够的推动力 ， 由于该反应装置放热所以可以利用此热量来保证所需推动力。 第二 二氧化碳和 pc 溶液 的反应速率 与温度有关，工艺中温度较高有利于反应向正方向进行 ，因此可以将气体的大部分二氧化碳 吸收 和回收再利用。 总的来说： 此装置 既加快了吸收二氧化碳的反应速度， 又 降低了溶液表面的二氧化碳平衡分压。 对于能量的综合利用也比较充分 ，所以目前他能流行。 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）溶剂损耗高。 造成这一问题原因有三个因素： 溶剂 所需要的 蒸汽压 较高，热量较大 ； 溶剂 气相回收系统 有待完善， 操作管理水平低的影响。 （ 2）净化气中 CO2 含量容易 过高 ， 吨位耗电量高。 此时通过每小时测量的二氧化碳含量知道的，那么就要想尽办法降低二氧化碳含量，多数是通过控制 PC 装置来增加吸收 时间。 目前 ， 碳丙脱碳技术已提高到一个新的阶段，工业应用的或即将应用的最有吸引力的进展 都符合现在低碳循环经济的要求。 当今世界基本大趋势是需要更高的氨，所以对氨的技术要求和工艺要求越来越严格。 所以我所做的课题是通过多脱碳工艺的研究，来尽量使 丙烯酯法脱碳工艺 所用成本更少，得到效益更高，更充分合理利用，力求做到污染更小更环保。 本设计工艺流程简述 首先本工艺设计是年产 12 万吨的合成氨的设计，所选用的是 10 分米的煤将水蒸气变换成半水煤气，然后中含二氧化碳 28%变换气进入吸收塔中，吸收塔的温度 125℃ 压力是。 我所选用的是 pc 溶液吸收，吸收后进入冷凝器，降低气体出塔温度，再是气体进入分离器，将气体分离，回收二氧化碳，用于碳肥等物质利用。 最后是 出塔净化气温度约 80℃ CO2 含量低于 1%。 （ 1）流程图如图 [16] 热水塔来的变换气 图 变换气净化流程 （ 2）流程概述 首先上一造气与变换工段的原料气从上一工段出来后进入水洗塔中，水洗的作用是降低温度，去除部分杂质，从底端出来的气体进入吸收塔 与从再生塔下来的溶液进行热交换升温后进入分离器，水洗塔 再沸器 分离器 CO2 吸收塔 吸收塔 冷凝器 7 目的是 分离其中冷凝 水， 同时， ， 温度降至 125℃ 左右的变换气进入 CO2 吸收塔下部 ，经吸收塔吸收后是原料气得到充分净化， 得到净化的气体从顶塔出来，经冷却器和分离器，被循环水冷却至 40℃ 以下并分类出冷凝水，净化气中 CO2 含量控制在不大于 %，送往压缩工段。 再生气流程： （ 1）流程图如图 图 再生气流程 （ 2）流程概述 从吸收塔出来的富液，进入再生塔再生，通过解析溶剂和温度压强的变化使 CO2 从流体中解吸此过程需要温度的改变，因为温度低压强高有利于解析进行。 解吸出来的 CO2 首先进入再生塔经过顶部除沫层后 ，经过除沫层与三层罩板上喷淋而下的流体接触，这一过程的目的是使 CO2 更充分除净。 CO2 出塔的温度为 98℃ ， 经过再生气冷却系统后为 40℃ 左右，再经过 CO2 分离器分离出冷凝液，送往其他车间，例如加工碳肥或干冰的工段 [17]。 （ 2） 冷凝水系统设计作用 冷凝水装备的设计对整个设计有非常大的影响，所以冷凝水装置的合理利用不仅可以降低能耗，减少运行的成本还可以环保减少热能的损失合理利用能源。 另外还可以减少气蚀，起到保护管路的作用。 （ 1）流程图如图 图 循环水冷却水 流程 脱碳工段主要 设备的选择 脱碳工段的主要设备是吸收塔 ，他 的结构可以分为 板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收 和 塔文氏管、喷雾塔 ， 填料吸收塔 以及 降膜吸收塔 两种。 本 文 用填料 吸收 塔。 它由外壳、填料、填料支承板 、液体分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料， 常用的填料有不锈钢 金属 、鲍尔环和陶瓷制的马鞍形填料。 由于 pc 溶液能 对 陶瓷 的原料二氧化硅有 侵蚀 作用 因而一定要选择优质的陶瓷做填料。 考虑各方面因素和经济核算考虑 采用金属鲍尔环填料。 4 工艺计算 再生塔 尿素车间 冷凝水去回流 再生气水冷器 CO2 分离器 循环水总管 循环水总管 净化气冷却器 循环水 总管 冷却器 8 工艺 过程 设计任务：合成 12 万吨氨 （ 1）要求出塔净化气中 CO2 的浓度不超过 1%； （ 2） 各项进入塔内温度为 170℃ ； （ 3）操作压强为 ； （ 4）变换气的含量每吨为 4278Nm,基准为 计算过程如下 V1= V3=18660Nm3/h=V2= =L0=441134=进入塔中 气体的总质量流量： 307+35300=35607kg/h 从塔中出来气体的质量流量计算后得 ： V2=247。 =15099kg/h 经过计算知道碳酸丙稀酯溶液对二氧化碳的吸附量为 ：。 工艺条件 对工艺中变换器再沸器的设计 首先通过参考文献和实际经验的考虑我选取进口变换气的温度为 170℃ ，选取操作过程中压力为，出口变换气的温度为 125℃ ，选取的压力为 ；选取的温度和压强符合各项标准 在化工手册上查到 170℃ 饱和水蒸汽压为 ， 125℃ 饱和水蒸汽压为 [5]。 通过计算知变换气含量在 170 度为 d = 变换气含量在 125 度为 d = 对工艺中变换器分离器的设计 首先通过参考文献和实际经验的考虑我选取进口变换气的温度为 170℃ ，选取操作过程中压力为 ，出口变换气的温度为 125℃ ，选取的压力为 ，流量为。 所选气体的变换器为了符合产量要求达到含湿量。 我所设计的出口变换气中干气流量为 ，设计的含湿量 蒸汽 /m3 选取的温度和压强符合各项标准。 同样在化工手册上查到 170℃ 饱和水蒸汽压为 ， 125℃ 饱和水蒸汽压为 [18]。 对二氧化碳吸收 塔的设计 （ 1）我所选取的设计条件为原料气进塔温度为 125℃，同时出塔气温度为 80℃，从塔底出来的富液温度为 120℃。 （ 2）为了达到工艺上所要求的标准选取从塔中出来气体量为 ，水蒸气的量为 5 主要设备的计算与选型 二氧化碳吸收塔 吸收塔 在合 成氨的设计中最主要的一部。