发布时间 : 星期日 文章年产40万吨合成氨脱碳工段的设计毕业设计更新完毕开始阅读7b930dbe162ded630b1c59eef8c75fbfc77d94fb
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行精脱；对脱碳压力，有采用0.4MPa、1.1-1.3Mpa、1.6-1.8Mpa、2.5-2.8Mpa及4.3Mpa等多种类型。
（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。 1.3.4.2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。 1.3.5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）溶剂损耗高.造成这一问题原因有三个因素： 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。
1.3.6 PC法脱碳技术发展趋势 1.3.6.1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。
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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]。 1.3.6.2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（如表3.1）。
项目 CO2净化度（%） 溶剂损耗（Kg） 电耗（KWh） 操作成本（元）
表3.1 两种方法的技术经济比较（以吨氨计） PC法 复合溶剂法 0.8 0.5 1.5 0.75 145 100 85 60
1.3.6.3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，1.01×105Pa； B、C——常数，B=686.1，C=-4.245；
ζ——溶剂含水量的修正系数，当含水量为2%时，ζ=0.9，lgζ=-0.046； T———吸收温度，K。 1.4工艺设计的意义和目的
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。
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第二章 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：CO2：28.0；CO：2.5；H2：47.2；N2：22.3（均为体积分数，下同。其它组分
被忽略）；
（3）要求出塔净化气中CO2的浓度不超过0.5%； （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）操作压强为2.8MPa；
（7）年工作日330d，每天24h连续运行。 1计算前的准备
依照：年工作日以330d，每天以24h连续运行计，有330×24=7920h，此处按8000h算。合成氨：（400000t/a）/（8000h/a）=50.0t/h
变换气：4278Nm变换气/t氨。变换气的组成见表4.1。
项目 体积分数（%） 组分分压（MPa） 2（Kgf/cm） （atm） 表2.1 变换气各组分体积分数及组分分压 CO2 CO H2 N2 28.0 2.5 47.2 22.3 0.784 0.070 1.3216 0.6244 7.9928 0.7136 13.4736 6.3657 7.7375 0.6908 13.0432 6.1623 合计 100 2.800 28.5457 27.6338 2.1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+644.25/T-4.112 （1） 式中：Xco2--溶解度，kmolCO2 /kmolPC
2
Pco2—CO2分压，kgf/cm
T—PC出塔温度，K
lgXco2=lgPco2+701.16/T-4.267 （2） 式中： Xco2-- CO2溶解度，kmolCO2 /kmolPC
Pco2—CO2分压，atm
T—PC出塔温度，K
lgXco2=lgPco2+726.90/T-4.3848 (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=lg7.9928+644.25/308.15-4.112=-1.1186 Xco2=0.0761kmolCO2 /kmolPC
=0.0761×22.4/（102.09/1187）=19.82 Nm3CO2/ m3PC 式中：102.09—PC的摩尔质量，kg/kmol；
3
1187—出塔溶液的密度（近似取纯PC的密度，kg/m）。 2.2 PC的密度与温度的关系
PC密度与温度的关系：ρ=1223.3-1.032t 式中：t—温度，℃；ρ—密度， kg/m3。
30℃：PL1=1192kg/ m3；35℃：PL2=1187 kg/ m3
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2.3 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。 2.4 PC的黏度
logμ=-0.822+185.5/（T-153.1）mPa.s
T为热力学温度，K。 2.5物料衡算
2.5.1各组分在PC中的溶解量
查各组分在操作总压为2.8MPa、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%，将计算结果列于表4.2中。
表4.2 各组分在PC中的溶解度数据 项目 CO2 CO H2 N2 组分分压(MPa) 0.784 0.070 1.3216 0.6244 溶解度(Nm3/m3PC) 19.820 0.0365 0.2408 0.4693 溶解量(Nm3/m3PC) 15.856 0.0292 0.1926 0.3754 溶解气体积分数(%) 96.37 0.18 1.17 2.28
合计 2.800 20.567 16.453 100.0
因溶解气中的CO2占到了96.37%。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。
33
说明：进塔吸收液中CO2的残值取0.2Nm/mPC，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：
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前已算出，35℃时CO2在PC中的平衡溶解度Xco2=19.82Nm/mPC，PC对CO2的实际溶解能力为：
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19.82×0.8-0.2=15.656 Nm/mPC。 2.5.2 溶剂夹带量
以0.3 Nm3/m3PC计，各组分被夹带的量如下： CO2：0.3×0.28=0.084 Nm3/m3PC CO：0.3×0.025=0.0075 Nm3/m3PC H2：0.3×0.472=0.1416 Nm3/m3PC N2：0.3×0.223=0.0669 Nm3/m3PC 2.5.3 溶液带出的气量
为夹带量与溶解量之和
CO2：0.084+15.656=15.740 Nm3/m3PC 95.07% CO：0.0075+0.0292=0.0367 Nm3/m3PC 0.22% H2：0.1416+0.1926=0.3342 Nm3/m3PC 2.02% N2：0.0669+0.3754=0.4453 Nm3/m3PC 2.69% 16.5562 Nm3/m3PC 100% 2.5.4出脱碳塔净化气量
以V1、V2、V3分别代表进塔(出塔及溶液带出的总气量，以y1、y2、y3分别代表CO2相应的体积分率，对CO2作物料衡算有：
V1?V2?V3
V1y1?V2y2?V3y3
联立两式解之得 V1=
V1(y1-y2)4278?50.0(0.28?0.005)=
0.9507?0.005y3-y2=62200Nm3/h
V2= V1 - V3=213900-62200=151700 Nm3/h
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