1、年产 24 万吨合成氨脱碳工艺设计Design for synthetic ammonia to take off the carbon process with outputting 240,000 tons per year目 录摘要 .Abstract.主要符号说明 .引 言 .1第 1 章 总 述 .21.1 氨的的性质和用途 .21.2 CO2 物理和化学方面的应用 .21.3 脱碳的方法 .3第 2 章 工艺流程方案的确定 .62.1 脱碳及再生的方法 .62.2 NHD 的脱碳原理 .62.2.1 NHD 溶剂的物理性质 .62.2.2 计算的热力学基础 .72.2.3 计算的动
2、力学基础 .72.3 脱碳及再生工艺参数的选定 .82.3.1 脱碳流程的选择 .82.3.2 气提剂的选择 .82.3.3 塔型的选择 .92.3.4 脱碳再生操作温度的选定 .92.3.5 脱碳再生操作压力的选定 .92.3.6 脱碳塔气液比的确定 .102.3.7 冷凝器的位置及选定 .102.3.8 腐蚀及材料选择 .112.4 脱碳工艺流程图及流程简述 .11第 3 章 吸收过程的工艺计算 .133.1 物料恒算 .133.2 热量恒算 .153.2.1 原料气带入的热量 .153.2.2 单位时间内气体的溶解热 .163.2.3 进塔溶液带入的热量 .163.2.4 净化气带出的热
3、量 .163.2.5 塔底富液带出的热量 .173.3 吸收塔的工艺设计 .173.3.1 塔径及气速的计算 .173.3.2 填料层高度的计算 .183.3.3 塔厚度的计算 .193.3.4 塔压降的计算 .203.3.5 辅助设备的计算和选型 .203.3.6 塔体的强度校核 .22第 4 章 解吸过程的工艺计算 .264.1 物料恒算 .264.1.1 闪蒸过程的物料恒算 .264.1.2 气提过程的物料恒算 .264.2 热量恒算 .274.2.1 闪蒸过程的热量恒算 .274.2.2 气提过程的热量恒算 .274.3 气提塔的工艺设计 .284.3.1 塔径及气速的计算 .284.
4、3.2 填料层高度的计算 .294.3.3 厚度的计算 .304.3.4 塔压降的计算 .304.3.5 辅助设备的计算和选型 .314.3.6 塔体的强度校核 .32结论 .36致谢 .37参考文献 .38I年产 24 万吨合成氨脱碳工艺设计摘要：二氧化碳的吸收再生过程主要是由吸收、闪蒸和气提三部分组成。本次设计选用的脱碳剂是聚乙二醇二甲醚（NHD） ，属于物理吸收法。主要的设备是吸收塔和气提塔。在计算的过程中，首先根据所给的物料组成和工艺条件进行物料恒算和热量恒算，再进行塔设备的计算、校核及辅助设备的计算或选型。吸收段的计算结果如下：二氧化碳的脱除量 5818.68 ，NHD 的用量 38
5、4.9 ；塔底流出的富液带出的3m/h3m/h热量 29458352.17kJ/h，溶液温度升高了 5；塔径为 2.3m，塔高度为 13m，塔压降为2906Pa。解吸段的计算结果如下：闪蒸出的二氧化碳的量 2735.7 ，二氧化碳的回收率为 94%，溶液带出的热量3/h10142141.09kJ/h，闪蒸的容积为 0.26 。m气提出的二氧化碳的量 157.15 ，氮气的用量 1105.2 ；塔底流出的贫液带出3/ 3m/h的热量 6022054.3kJ/h，溶液温度为 26；填料层高度为 9m，塔压降为 2021.4Pa。关键词：吸收 闪蒸 气提IIDesign for synthetic
6、ammonia to take off the carbon process with outputting 240,000 tons per yearAbstract：The decarbon and regeneration of carbon dioxide process is primarily composed by three parts: absorption, flash vaporization and gas stripping.Polyethylene glycol dimethl ether (NHD) is used to decarbon, which is a
7、physical absorption method. The main device is used to absorption column and stripper. In the process of calculation, firstly make material constant calculation and heat constant calculation, and then is the calculation of tower equipment, checking and ancillary equipments calculation or selection.A
8、bsorption segments results are as follows:The amount of carbon dioxide removel is 5818.68m/h and the amount of NHD is 384.9m/h; the heat of liquid-rich flow from tower bottom is 29458352.17kJ/h and the temperature of solution rises 5; the tower diameter is 2.3m, the height of tower is 13m，the tower
9、packing layer is 9m and the column pressure dropping is 2906Pa.The desorption segments results are as follows:The amount of carbon dioxide flashes is 2735.7m/h, the recovery rate of carbon dioxide is 94%, the heat brought out from solution is 10142141.09kJ/h and the volume of flash trough is 0.26m.T
10、he amount of carbon dioxide stripped out is 157.15m/h and the amount of nitwgen is 1105.2m/h; the heat of barren liquor from tower bottom is 6022054.3kJ/h and the temperature of solution is 26; the column pressure dropping is 2021.4Pa.Key words: absorption；flash；stripping；III主要符号说明序号 符号 意义 单位01 iG气体
11、体积流量 3m/h02 iL液体体积流量03 S在 NHD 中的溶解度2COm3(标)/m 304 LNHD 的密度 kg/05 giQ气体的热量 Jh06 Li 液体的热量 /07 S气体的溶解热 kJ08 giT气体温度 K09 Li 液体温度10 2COq在 NHD 中的溶解度热2 kJ/mol11 XQ气体的焓值 h12 m,V气体的质量流量 g/13 0P气体压力 MPa14 Fu空塔气速 kJ/h15 相平衡常数 116 iD塔径 m17 Z填料高度18 iP风载荷 2N/19 WM风弯矩 20 F地震载荷IV21 I 惯性距 4m1引 言氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原
12、料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业的基础。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。首先，制成含 H2 和 CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H 2S、有机硫化物、CO、CO 2 等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的 1：3 的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至 15Mpa 以上，借助催化剂合成氨。合成氨的原料也可以分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫
13、、脱碳过程以及气体精制过程。CO2 不是合成氨合成的原料气，故需要在净化阶段除去；但 CO2 在常温常压下是无色无臭气体，在常温下加压即可液化或固化，安全无毒，使用方便，加上其含量非常丰富，因此随着地球能源的日益紧张，现代工业的迅速发展，CO 2 的利用越来越受到人们的重视。许多国家都在研究把 CO2 作为“潜在碳资源” 加以综合利用。合成氨脱碳过程中，NHD 是种优良的物理吸收溶剂。它的主要成分是聚乙二醇二甲醚（国外称 Seiexol） ，是一种有机溶剂。它沸点高，冰点低，蒸汽压低，对 CO 气体具有很强的选择吸收性，能适合于煤油为原料，算起分压较高的合成气等气体净化，脱碳时许消耗少量冷量，
14、属地能耗的净化方法。其化学稳定性、热稳定性好，挥发损失小，对碳钢设备义无腐蚀性。洒落底下是可被生物降解，对人及生物环境无毒害，因此 NHD 气体净化技术为清洁生产工艺。 2第 1 章 总述1.1 氨的的性质和用途氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味，交易液化。当温度 25、压力 1MPa 时气态氨可液化为无色的液氨。氨气易溶于水，溶解时放出大量的热。液氨或干燥的氨气对大部分物质不腐蚀，在有水存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都
15、是以氨为原料的 12。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到 1 亿吨以上，其中约有 80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。除了在化肥工业以外，氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。氨还可以用作制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的的铜、镍等金属，在医药工业中用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程 345。 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质
16、，主要包括变换过程、脱硫、脱碳过程以及气体精制过程。1.2 CO2 物理和化学方面的应用CO2 不是合成氨合成的原料气，故需要在净化阶段除去；但 CO2 在常温常压下是无色无臭气体，在常温下加压即可液化或固化，安全无毒，使用方便，加上其含量非常丰富，因此随着地球能源的日益紧张，现代工业的迅速发展，CO 2 的利用越来越受到人们的重视。许多国家都在研究把 CO2 作为“潜在碳资源” 加以综合利用。它的应用可分为物理应用和化学应用。物理应用：CO 2 作为人工降雨剂，可解决干旱地区的农田灌溉问题；在食品工业中作为冷冻剂，可保证鱼类、肉类、奶类的长期保鲜和低温运输，同时用作清凉饮料的添加剂 67。C
17、O 2 在焊接工艺中作为绝缘剂和净化剂，用来提高焊接质量；作为萃取剂可以从香料和水果中提取香精，从咖啡里提取碱。另外，CO 2 还可用于医用局部麻醉、大型铸3钢防泡剂和灭火剂。超临界液态 CO2 因其特殊的性质，还可用于贵重机械零件的清洗剂和超临界萃取剂。 化学应用：二氧化碳用于制造纯碱、轻质碳酸盐、化肥(碳酸氢铵、尿素)以及脂肪酸和水杨酸及其衍生物已有成熟的工艺，作为一种重要的有机合成原料，其应用也在不断研究开发。在催化剂存在下，它可以被氢还原成甲烷、甲醇、甲醛、甲酸；它与 H2 一起代替甲醇参与芳烃的烷基化，得到包括加氢和甲基转移的产物；它与不饱和烃反应生成内酯、酸或酯类。另外，它还能与不
18、饱和烃、胺类、环氧化合物及其它化合物发生二元、三元共聚反应，生成交联、接枝、嵌段等高分子聚合物，如聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、聚脲等。1.3 脱碳的方法脱碳工艺分大的说，有湿法和干法两种。干法目前主要就是变压吸附，湿法目前就比较多，现比较常用的有 MDEA、苯菲尔热钾碱、低温甲醇洗、碳丙、DEA、NHD 等。在实际应用中，根据原料路线、生产工艺的不同进行选择 8。一般以煤为原料的选低温甲醇洗、碳丙、NHD 较多，这两年选变压吸附的也不少( 因为其 CO2 相对于氨较富余，比较节能 )；一般以天然气为原料的选择MDEA、苯菲尔热钾碱，选变压吸附的较少(因为其 CO2 相对于氨较少，氨多碳少)。用于
19、CO2 脱除的物理吸收方法很多，目前在工业上应用广泛，技术先进，投资省，能耗低的方法如下： 低温甲醇洗 (Rectisol)法； 常温甲醇洗 (Amisol)法； MDEA 法(物理化学吸收 )； Selexol 法(国外常用 )； NHD 法(国内新开发)； 碳酸丙烯酯法；常温甲醇洗对 CO2 不能选择吸收，而且甲醇消耗大，能耗较高，大型厂也没有使用经验，因此不宜采用。碳丙(PC)，用于脱硫尚缺少大厂实践经验，用于脱 CO2 始于六十年代美国弗络系(Fcour)公司，但在国内不少氨厂中使用经验表明，其净化度差，溶剂挥发损失较大，国内不少氨厂已转向其他净化方法，新建厂已很少采用。合成氨脱碳常见的三种方法 910：物理吸收法 最早采用加压水脱除二氧化碳，经过减压将水再生。此法设备简单，
