发布时间 : 星期二 文章合成氨原料气脱碳及再生工艺设计论文更新完毕开始阅读85597f0e3d1ec5da50e2524de518964bcf84d2fa
NHD溶剂吸收CO2的速率方程式可以写成：
? GCO2?KG??PCO2?PCO? 2 NHD溶剂吸收CO2时的传质阻力主要是在液相，对此物理溶解过程有：
111?? KGkGHkL 在过程速率主要取决于CO2在NHD液相中的扩散速率情况下，则上式可简化为
KG?HkL
提高气相压力对KG无明显影响，但提高了PCO2，从而增大了吸收CO2的
?推动力?PCO2?PCO?，GCO2也增大。可见，提高吸收压力对提高吸收速率是有利2的。 若降低吸收温度，则一方面提高了H值(即提高了KG值)，另一方面温度
??P?PCO降低会使同样的液相浓度的平衡分压PCO降低，吸收的推动力??COCO2222将增大。因此降低吸收温度，会极大地增加吸收速率。
由于NHD溶剂吸收CO2是个液膜控制过程，因此在传质设备的选择和设计上，应采取提高液相湍动、气液逆流接触、减薄液膜厚度及增加相际接触面积等措施，以提高传质速率。
2.1 脱碳及再生工艺参数的选定
2.1.1 脱碳流程的选择
鉴于聚乙二醇二甲醚脱除CO2是个典型的物理吸收过程，从1965年至今二
十多年来，世界上几十个工业装置都采用吸收—闪蒸—气提的溶液循环过程，其中闪蒸操作可分为几级，逐级减压，高压闪蒸气中含有较多的氢气等有用的气体，一般让它返回系统予以回收，或做燃料用，低压闪蒸气含CO2可达到93%以上，常用之于尿素生产。
经闪蒸、气提等手段再生的溶液充作半贫液进入脱碳塔中部，用以吸收进口气体中大部分CO2。进入脱碳塔顶的贫液来自热再生塔，由于这部分溶液的再
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生更彻底，温度也不高，因此降低了塔顶CO2 的平衡分压，保证了净化气中CO2含量小于1.0%的指标。
NHD溶剂的饱和蒸汽很低，气相中带走的溶剂损耗极少。因此，不设溶剂洗涤回收装置。
2.1.2气提剂的选择
本设计采用氮气作为气提气，因此，解决了溶液中硫化物的氧化析硫问题，改善了整个系统的可操作性，更是脱碳塔以预饱和CO2的溶液作贫液这种先进工艺的采用的先决条件。
2.1.3塔型的选择
NHD溶剂吸收二氧化碳的传质速度较慢，而且低温操作下的溶剂粘度大，流动性差。所以需要较大的气液传质界面。因此，我们选用了操作弹性较大的填料塔。在国外已经运转的聚乙二醇二甲醚气体净化工业装置，也多采用填料塔。同样，解吸过程也采用填料塔。
关于填料，可以根据发展情况，考虑选用φ50×25碳钢阶梯环，也可使用φ50×25玻纤增强聚丙烯阶梯环，但必须有低温长期使用的经验后方可使用。由于此次设计的温度不低，故为选用聚丙烯阶梯环。
2.1.4 脱碳再生操作温度的选定
在吸收压力及进脱碳塔气的CO2浓度为定值时，二氧化碳在聚乙二醇二甲醚中的平衡溶解度随温度降低而升高。
图1 吸收温度对脱碳气中CO2 含量的影响
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所以，降低脱碳温度，有利于加大吸收能力，减少溶液循环量和输送功率，也有利于提高净化度。更由于溶剂蒸汽压随温度降低而降低，可使系统的溶剂损耗减少，但低温下的溶剂粘度大，传质慢，增加了填料层高度和冷量损失。 据计算，脱碳负荷，填料层高度，吸收压力等条件均相同时，脱碳贫液温度为25℃时，净化度为0.2%，贫液温度降低到-1℃，净化度可达0.06%。在这里脱碳塔的操作温度选27℃。
对于二氧化碳的再生，其操作温度选常温，25℃。
2.1.5 脱碳再生操作压力的选定
吸收的压力越高，越有利于物理溶剂的吸收能力的提高。以下是两套不同吸收压力的工业装置的运行数据：
从表中可以看出，2.7MPa的吸收压力明显优于1.7MPa。但合成氨厂的脱碳压力往往由压缩机型及流程总体安排所决定，只要脱碳系统的二氧化碳的分压达到0.4MPa以上，用NHD脱碳都可以获得良好的综合技术经济指标。所以，我这次设计吸收压力为1.4MPa，二氧化碳的分压为0.42MPa。
解吸的操作压力我选常压，即一个大气压，这样有利于设备的运行。
2.1.6脱碳塔气液比的确定
在其它工艺条件不变时二氧化碳净化度随着气液比的增大而降低。下表中模式数据显示了这种影响。从该表中看到，在吸收再生条件均相近的情况下，吸收塔气液比越小，净化度越高。(吸收压力均在2.5~2.8MPa，吸收温度均在26~34℃，气提空气/溶剂在18.2~23.6)。如表3所示：
表 3 溶剂吸收CO2能力序 号 气 液 比 m3 (标)/m3 1 2 3 4
CO2 mol% 进塔气 25.6 26.2 26.0 27.2 净化气 0.1 0.4 0.4 1.4 43.2 49.8 54.0 62.0 11.0 12.9 14.2 16.2 11
若要保证一定的CO2净化度，则气液比提高所产生的不利影响，需通过提高填料层高度来弥补。下表列出了在某工艺条件下，将CO2由进口的41.73%脱到0.5%的对比数据。如表4所示：
表 4 序 号 气液比 脱碳能力m3 (标)/m3 净化度CO2% 0.020 0.016 0.713 0.086 0.053 0.020 0.017 0.015 63.5 55.7 44.7 34.4 29.9 29.2 26.8 25.2 A 80.7 B 78.9 C 84.2 D 73.7 E 69.2 F 66.0 G 63.5 H 61.9 2.1.7 冷凝器的位置及选定
脱碳操作温度接近于常温，所以进塔溶液需要冷冻措施。我们选用液氨为冷源，使溶液温度保持在25℃左右。
根据国外同类型运转工厂的经验，冷凝器的位置有两种，一种冷却贫液，一种是冷却富液。两种方法各有千秋。用冷凝器冷却贫液的有美国奥马哈氨厂，西德的一些工厂以及TVA的有关报价材料。它的优点是，控制进脱碳塔贫液温度比较直接，经冷却后的低温管道较短，其它设备操作温度均稍高，这样有利于气提过程及减少冷量损失。缺点是传热温差小，溶剂损耗大。另一种冷却富液，即冷却刚出脱碳塔的富液。采用这种冷凝器位置的有加拿大希尔哥顿公司氨厂，加拿大工业公司氨厂等。它的优点是传热温差大，有利于减少传热面积。(因为整个脱碳系统中，富液温度最高)整个脱碳系统操作温度都较低，溶剂损耗少。然而带来的缺点是不利于解吸过程，低温管道设备多，冷量损失就大。 本次设计脱碳系统的半贫液冷却采用第一种位置，贫液是由热再生塔来，经溶液换热后再用氨冷却，属于第一种位置。
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