年产18万吨合成氨脱碳工段毕业设计方案.doc

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1、LULIANG UNIVERSITY分类号： 密 级： 毕业设计题 目： 年产18万吨合成氨脱碳工段 工艺设计 系 别： 化学化工系 专业年级： 化学工程与工艺级 姓 名： 学 号： 0707102 指引教师： 讲师 05月25日 原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交毕业论文，是在指引教师指引下独立进行研究所获得成果。毕业论文中凡引用她人已经刊登或未刊登成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用内容外，不包括任何其她个人或集体已经刊登或撰写过科研成果。对本文研究成果做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 5月28

2、日 关于毕业论文使用授权声明本人在指引教师指引下所完毕论文及有关资料（涉及图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属吕梁学院。本人完全理解吕梁学院关于保存、使用毕业论文规定，批准学校保存或向国家关于部门或机构送交论文纸质版和电子版，容许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院可以将本毕业论文所有或某些内容编入关于数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果刊登有关成果，一定征得指引教师批准，且第一签名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接有关学术论文或成果时，第一签名单位依然为吕梁学院。论文作者签名 日 期： 5月28日 指引教师签名

3、： 日 期： 摘 要脱碳工段是合成氨工程中必不可少工段之一，二氧化碳吸取塔和溶液再生塔是脱碳过程中不可缺少塔设备。合成氨厂无论使用何种原料制成原料气，经变换后，都具有大量二氧化碳。这些二氧化碳如果不在合成氨工序前及时除净，氨合成就无法进行下去；另一方面，二氧化碳自身是制取尿素、碳酸氢铵等产品原料，也可加工成干冰、食品级二氧化碳。二氧化碳吸取塔设计具备回收二氧化碳功能。本文权衡众多合成氨脱碳办法之利弊，最后选取碳酸丙烯酯脱碳法。一方面进行工艺流程分析并依照工艺参数及关于原则进行二氧化碳吸取塔和解析塔内物、热量衡算；另一方面就二氧化碳吸取塔、溶液再生塔等设备运用物理吸取机理、传质传热方程、溶液物性

4、数据等方面知识进行塔体总体构造设计和计算。 核心词： 碳酸丙烯酯法；脱碳工艺；工程设计 Abstract Decarbonizing section is one of the absolutely necessary sections in the Synthetic Ammonia，and the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are indispensable tower equipment in the Synthetic Ammonia. Whether the ammonia

5、plant use what raw materials to make feed gas，it contains large amount Carbon dioxide after transformation. The ammonia can not be synthesized if these Carbon dioxide are not removable in time. the other hand，the Carbon dioxide is the raw material of the urea and ammonium bicarbonate etc,it can be p

6、rocessed carbon dioxide ice，food grade Carbon dioxide. Designing Carbon dioxide absorption tower is function to recovery Carbon dioxide. This paper tradeoff advantages and disadvantages of much approach to decarbonization，propylene carbonate (PC) decarboniza-tion is selected finally. The technologic

7、al process was analyzed，and the material and heat was balanced according to parameters and relevant standards firstly. The tower body general structure was designed calculation by using physical absorption Mechanism，mass transfer and heat transfer equation，solution -physical data stc secondly. And t

8、hen the strength of the Carbon dioxide absorption tower and the solution regeneration tower are checked. The decarbonizing section structural arrangement was reasonable design finally. Key Words：Decarbonization process；Carbon dioxide removal with PC method；Proeess design 目 录第1章 绪 论- 1 -1.1 合成氨工业概况-

9、1 -1.1.1 国内合成氨工业发展概况- 1 -1.1.2 发展趋势- 2 -1.1.3合成氨生产工艺简述- 2 -1.1.4合成氨工业中脱碳单元作用- 3 -1.1.5 脱碳办法概述- 3 -1.2 净化工序中脱碳办法- 3 -1.2.1 化学吸取法- 4 -1.2.2 物理吸取法- 5 -1.2.3 物理化学吸取法- 7 -1.2.4 固体吸附- 7 -1.3 碳酸丙烯酯（PC）法法脱碳工艺基本原理- 7 -1.3.1 PC法脱碳技术国内外现状- 7 -1.3.2 发展过程- 7 -1.3.3 技术经济- 8 -1.3.4 工艺流程- 8 -1.3.5 存在问题及解决办法- 9 -1.3

10、.6 PC法脱碳技术发展趋势- 10 -1.4工艺设计意义和目- 11 -第2章 物、热量恒算- 11 -2.1 计算根据CO2PC中溶解度关系- 12 -2.2 PC密度与温度关系- 12 -2.3 PC蒸汽压- 12 -2.4 PC黏度- 12 -2.5 物料衡算- 13 -2.5.1 各组分在PC中溶解量- 13 -2.5.2 溶剂夹带量- 13 -2.5.3 溶液带出气量- 13 -2.5.4出脱碳塔净化气量- 14 -2.5.5计算PC循环量- 14 -2.5.7 带出气体质量流量- 14 -2.5.8 验算吸取液中净化气中CO2含量- 14 -2.5.9 出塔气构成- 15 -2.

11、6 热量衡算- 15 -2.6.1 混合气体定压比热容- 15 -2.6.2 液体比热容- 16 -2.6.3 CO2熔解热- 16 -2.6.4 出塔溶液温度- 16 -3.1 拟定吸取塔塔径及有关参数- 17 -3.1.1 求取泛点气速和操作气速- 17 -取- 17 -3.1.2 求取塔径- 17 -3.1.3 核算操作气速- 18 -3.1.4 核算径比- 18 -3.1.5 校核喷淋密度- 18 -3.2 填料层高度计算- 18 -3.2.1建立相应操作线方程和向平衡方程- 18 -3.2.2 运用两线方程求取传质推动力- 19 -3.2.3 气相传质单元数计算- 19 -3.2.4

12、 气相总传质单元高度- 20 -3.2.5 塔附属高度- 25 -3.2.9 防涡流挡板选用- 27 -3.3 拟定解吸塔塔径及有关参数- 28 -3.3.2 求取塔径- 29 -3.3.4 核算径比- 30 -3.4.1 建立相应操作线方程和向平衡方程- 30 -3.4.2 运用两线方程求取传质推动力- 31 -3.4.3 传质单元数计算- 31 -3.4.4 气相总传质单元高度- 32 -3.4.6 填料层压降计算- 36 -3.4.7 初始分布器和再分布器设计- 37 -3.4.8 气体分布器- 38 -3.4.9 丝网除沫器- 38 -总论与评价- 40 -参照文献- 41 -致 谢-

13、 42 -第1章 绪 论1.1 合成氨工业概况1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反映即可获得氨： CaCN23H2O2NH3CaCO3在合成氨工业化生产历史中，合成氨生产规模(以合成塔单塔能力为根据)随着机械、设备、仪表、催化剂等有关产业不断发展而有了极大提高。50年代此前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别浮现第一种600吨/日和1000吨/日单系列合成氨装置，在60-70年代浮现1500-3000吨/日规模合成氨。世界上85%合成氨用做生产化肥，世界上99%氮肥生产是以合成

14、氨为原料。虽然全球一体化发展减少了顾客选取范畴，但市场稳定性却相应地增长了，世界化肥生产发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜地区，中华人民共和国西北部有蕴藏丰富煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利条件。1.1.1 国内合成氨工业发展概况国内是一种人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重作用，而农业发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大化肥之一，合成氨则是氮肥重要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要位置。 国内合成氨工业始于20世纪30年代，通过近年努力，国内合成氨工业得到很大发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，国内陆续引进了三十多套当代化大

15、型合成氨装置，已形成国内特有煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存合成氨生产格局。当前国内合成氨产能和产量己跃居世界前列。但是，由于在国内合成氨工业中，中小型装置多，技术基本薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展迫切需要，因而，开发新技术同步运用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等核算能力，增进设计、管理和生产操作优化，从而推动合成氨工业发展，提高整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计重要课题。国内合成氨原料重要集中在重油，天然气和煤，到当前为，中华人民共和国化肥产量己居世界第一位。但人均耕地面积只有世界平均水平47%，而人口在本世纪中叶将达到约16亿，粮食始

16、终是至关重要问题。化肥对农作物增产作用己为人们所公认，中华人民共和国施肥水平尚有很大提高空间，特别是中西部市场。与国外比较，国内氮肥行业重要存在某些比较严重问题，集中体现为装置规模小，因而有效生产能力局限性，致使行业整体竟争能力差。进入WTO后，氮肥行业这种构造性矛盾日趋明显，成为影响行业发展一种重要因素。对原有合成氨装置进行改扩建，运用国家对农业倾斜政策，节能技术改造见效快、可不久提高公司生产规模，改扩建改造会给公司带来了巨大经济和社会效益。1.1.2 发展趋势原料路线变化方向。从世界燃料储量来看，煤储量约为石油、天然气总和10倍，自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到注重,但因以

17、天然气为原料合成氨装置投资低、能耗低、成本低缘故,预测到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为重要原料。节能和降耗。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理运用能量上，重要方向是研制性能更好催化剂、减少氨合成压力、开发新原料气净化办法、减少燃料消耗、回收和合理运用低位热能等。当前已提出以天然气为原料节能型合成氨新流程各种，每吨液氨设计能耗可减少到约29.3GJ。与其她产品联合生产。合成氨生产中副产大量二氧化碳，不但可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流

18、程、减少能耗、减少成本。中华人民共和国开发用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中华人民共和国、意大利等国开发变换气气提法联合生产尿素工艺，均有明显长处。1.1.3合成氨生产工艺简述合成氨是一种老式化学工业，诞生于二十世纪初。就世界范畴来说，氨是最基本化工产品之一，其重要用于制造硝酸和化学肥料等。合成氨生产过程普通涉及三个重要环节：(l)造气，即制造具有氢和氮合成氨原料气，也称合成气；(2)净化，对合成气进行净化解决，以除去其中氢和氮之外杂质；(3)压缩和合成，将净化后氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反映合成为氨。其生产工艺流程涉及：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨合成

19、、吸取制冷及输入氨库和氨吸取八个工序1。在合成氨生产过程中，脱除CO2是一种比较重要工序之一，其能耗约占氨厂总能耗10%左右。因而，脱除CO2，工艺能耗高低，对氨厂总能耗影响很大，国外某些较为先进合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。国内合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因而，结合详细状况，推广应用低能耗脱除CO2工艺，非常有必要。1.1.4合成氨工业中脱碳单元作用在最后产品为尿素合成氨中，脱碳单元处在承前启后核心位置，其作用既是净化合成气，又是回收高纯度尿素原料CO2。以沪天化1000T/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口CO2含量经吸取后降到0.1%如下，以避免甲烷

20、化系统超温并产生增长能耗合成惰气，同步将吸取CO2再生为99%纯度产品CO2。在此过程中吸取塔压降还应维持在合理范畴内以减少合成气压缩机功耗。系统扩能改造工程中，脱碳单元将为系统瓶颈，脱碳运营好坏，直接关系到整个装置安全稳定与否。脱碳系统能力将影响合成氨装置能力，必要同步进行扩能改造。但是无论用什么原料及办法造气，经变换后合成气中都具有大量CO2，原料中烃分子量越大，合成气中CO2就越多。用天然气(甲烷)为原料烃类蒸汽转化法所得CO:量较少，合成气中CO2浓度在15-20%，每吨氨副产CO2约1.0-1.6吨。这些CO2如果不在合成工序之前除净，不但耗费气体压缩功，空占设备体积，并且对后续工序

21、有害。此外，CO2还是重要化工原料，如合成尿素就需以CO2为重要原料。因而合成氨生产中把脱除工艺气中CO2过程称为“脱碳”，在合成氨尿素联产化肥装置中，它兼有净化气体和回收纯净CO2两个目。1.1.5 脱碳办法概述由变换工序来低变气进脱碳系统吸取塔，经物理吸取或者化学吸取法吸取二氧化碳。出塔气中二氧化碳含量规定不大于0.1%。为了防止气体夹带出脱碳液，脱碳后液体进人洗涤塔，用软水洗去液沫后再进入甲烷化换热器。脱碳塔出来富液经换热器后，减压送至二氧化碳再生塔，用蒸汽加热再沸器，再脱去二氧化碳。为了提高脱碳效率和净化反，重要进行脱碳液酌组分分析和服碳塔出u净化气中二氧化碳分析。由再生塔顶出来二氧化

22、族，经空冷器和水冷器，气体温度降至40，再经二氧化碳分离器除去冷凝水，送到尿素车间作原料。再生后脱碳掖(贫液)，先进溶液空冷器，冷却至65左右，由溶液循环泵加压，再经溶液水冷器冷却至40后，送人二氧化碳吸取塔循环使用。1.2 净化工序中脱碳办法在合成氨整个系统中，脱碳单元将为系统核心主项，脱碳工序运营好坏，直接关系到整个装置安全稳定与否。脱碳系统能力将影响合成氨装置和尿素装置能力。CO2是一种酸性气体，对合成氨合成气中CO2脱除，普通采用溶剂吸取办法。依照CO2与溶剂结合方式，脱除CO2办法有化学吸取法、物理吸取法和物理化学吸取法三大类。1.2.1 化学吸取法化学吸取法即运用CO2是酸性气体特

23、点，采用具有化学活性物质溶液对合成气进行洗涤，CO2与之反映生成介稳化合物或者加合物，然后在减压条件下通过加热使生成物分解并释放CO2，解吸后溶液循环使用。化学吸取法脱碳工艺中，有两类溶剂占主导地位，即烷链醇胺和碳酸钾。化学吸取法惯用于CO2分压较低原料气解决。(l)烷链醇胺类脱碳工艺有：-乙醇胺(monoethanolamine，H2NCH2CH2OH，MEA)法；甲基二乙醇胺(methyl diethanolamine，CH3N(CH2CH2OH)2，MDEA)法；活化MDEA法(即aMDEA工艺)。(2)碳酸钾溶液作吸取剂脱碳工艺，即热钾碱脱碳工艺有：无毒G-V法；苯菲尔法；催化热钾碱(

24、Cata carb)法；Flexsorb法2。1.2.1.1 MEA法MEA法是一种比较老脱碳办法。吸取过程中，MEA与CO2发生反映生成碳酸化合物，通过加热即可将CO2分解出来，见方程式(1)，2H0(CH2)2NH2+ CO2 +H20HO(CH2)2NH32CO2。该法最大长处是可以在一种十分简朴装置中，把合成气中CO2脱除到可以接受限度。但它自身存在两个缺陷：(1) CO2能与吸取反映生成碳酸化合物发生进一步反映生成酸式碳酸盐，该盐较稳定，不易再生；(2) CO2能与MEA发生副反映，生成腐蚀性较强氨基甲酸醋，容易形成污垢。1.2.1.2 甲基二乙醇胺MDEAMDEA法脱碳过程中，CO

25、2与甲基二乙醇胺(MDEA，一种叔胺)生成碳酸盐稳定性较差，分解温度低，且无腐蚀性。相对其他工艺，MDEA法有如下长处：(1)能耗和生产费用低；(2)脱碳效率高，净化气中CO2含量可不大于100ppm；(3)使用范畴广，可用于大、中、小各型合成氨厂；(4)溶剂稳定性好；(5)溶剂无毒、腐蚀性极小；(6)能同步脱硫。由于MDEA具备以上长处，因此不需要毒性防腐剂，设备管道容许采用便宜碳钢材料，不需要钝化过程，耗热低，设备管道不需要伴热盘管，能达到较好节能效果3。在MDEA溶液中添加少量活化剂即为aMDEA法，活化剂为眯哇、甲基咪哇等，浓度约为2-5%。活性MDEA工艺开发于20世纪60年代末，第

26、一套活化MDEA脱碳工艺装置是1971年在德国BAFS公司氨三厂投入使用在此后几年里，另有8套装置采用了活化MDEA，这些装置成功使用，使得aMDEA工艺自1982年后备受欢迎。国内在大型装置中使用MDEA脱碳工艺，乌鲁木齐石化公司化肥厂属于首例4。BAFS公司推出aMDEA脱碳工艺，重要用于对本来MEA工艺改造，近几年国内某些研究单位正在对这方面进行积极研究。1.2.1.3 低热耗苯菲尔法相对上述脱除CO2吸取剂溶液，碳酸钾溶液更价廉易得，并具备低腐蚀，操作稳定，吸取CO2能力较强等特性。但碳酸钾溶液自身吸取CO2速度缓慢，需要添加某些活化剂。其中如无毒G-V法工艺就是由意大利Giammar

27、o-Vetrocoke公司所开发，最初使用活化剂和缓蚀剂为As2O3，但对人体有毒。日后有人用氨基乙酸取代As2O3，消除了毒性，成为无毒G-V法。国内栖霞山化肥厂就采用了这种工艺。由美国联碳公司开发低热耗苯菲尔法，用二乙醇胺(DEA)作活化剂，V2O5作为腐蚀防护剂。国内于20世纪90年代相继以布朗工艺建了4套装置，即锦西天然气化工厂、建峰化肥厂、四川天华公司化肥厂和乌鲁木齐石化总厂第二化肥厂，规模都是日产氨1000吨。低热耗苯菲尔工艺是由美国联碳公司在老式苯菲尔工艺基本上开发，采用了节能新技术。国内在20世纪70年代引进13套大型化肥装置中，有10套采用苯菲尔脱碳工艺。从1985年起，己有

28、7套进行了用低热耗苯菲尔工艺改造。国内新建以天然气为原料大型合成氨装置，脱碳系统也多采用低热耗苯菲尔工艺，如锦天化厂、建峰厂、天华公司等。中海石油化学有限公司合成氨装置脱碳系统采用改良型苯菲尔流程5。苯菲尔法可在高温下运营，再生热低，添加V2O5可防腐蚀，但该工艺需对设备进行钒化解决，规定工人操作水平较高。并且挥霍溶剂，能耗大，特别蒸汽用得多，有效气体损失也大，运营成本高等缺陷。1.2.2 物理吸取法物理洗涤是CO2被溶剂吸取时不发生化学反映,溶剂减压后释放CO2 (不必加热)，解吸后溶液循环使用。相对化学吸取法，物理洗涤法最大长处是能耗低，CO2不与溶剂形成化合物，减压后绝大某些CO2被闪蒸

29、出来，然后采用气提或负压实现溶剂完全再生。这就使得工艺投资省、能耗低、工艺流程简朴。物理吸取法重要有Selxeol法、Elour法、变压吸附法及低温甲醇法等6。物理吸取法惯用于高CO2分压原料气解决。1.2.2.1 NHD法NHD法被以为是当前能耗最低脱碳工艺之一，该法使用溶剂为聚乙二醇二甲醚混合物，其分子式为CH3-O-（CH2-CH2-O)n-CH2,式中n=2-8。NHD是兖矿鲁南化肥厂与南京化学工业集团公司研究院、杭州化工研究所共同开发成功一种物理吸取硫化氢和二氧化碳等酸性气体高效溶剂7。NHD气体净化技术改造系脱除酸性气体物理吸取新工艺,适合于合成气、天然气、都市煤气等脱硫脱碳。NH

30、D具备对设备无腐蚀，对CO2、H2S等酸性气体吸取能力强、蒸汽压低，挥发性小、热稳定性和化学稳定性好、不会起泡，无腐蚀性等长处，并且该法在NHD再生过程中几乎不需要能量，普通运用空分装置富余低压氮气在气提塔进行脱碳富液气提再生，其长处是减少运用空气气提带来系统内NHD溶液含水量富集，省去了空气水冷、气水分离及NHD脱水设备，节约了投资，简化了流程8。1.2.2.2 碳酸丙烯酯法(PC)法碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸取剂脱碳办法。其原理是运用在同样压力、温度下，二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫化氢并且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度

31、是随压力升高和温度减少而增长，CO2等酸性气体在碳丙溶剂中溶解量普通可用亨利定律来表达，因而在较高压力下，碳酸丙烯酯吸取了变换气中二氧化碳等酸性气体，在较低压力下二氧化碳能从碳酸丙烯酯溶液中解吸出来，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢复吸取二氧化碳等酸性气体能力。碳酸丙烯酯法具备溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀、流程操作简朴等长处。该法CO2回收率较高，能耗较低，但投资费用较高。合用于吸取压力较高、CO2净化度不很高流程，国内重要是小型厂使用。用碳丙作为溶剂来脱除合成氨变换气中CO2工艺是一项比较适合国内国情先进技术,与水洗工艺比较,除具备物理吸取过程明显节能效果外,在既有脱碳

32、办法中,由于它能同步脱除二氧化碳、硫化氢及有机硫化物,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。1.2.2.3 变压吸附法变压吸附气体分离净化技术，简称PSA(Pressure Swing Adsorption)。变压吸附法是近几年才用于合成气净化，它属于干法，采用固体吸附剂在变化压力状况下，进行(加压)吸附CO2或(减压)解吸。变压吸附法分离气体混合物基本原理是运用某一种吸附剂能使混合气体中各组份吸附容量随着压力变化而产生差别特性，选取吸附和解吸再生两个过程，构成交替切换循环工艺，吸附和再生在相似温度下进行。可用此法改造小型氨厂，将低能耗，在大型氨厂使用显得困

33、难9。为了达到持续分离目，变压吸附脱碳至少需要两个以上吸附塔交替操作，其中必要有一种吸附塔处在选取吸附阶段，而其他塔则处在解吸再生阶段不同环节。在每次循环 中，每个吸附塔依次经历吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最后升压等工艺环节。当前，此种类型装置在全国合成氨厂已广泛采用。如四川什邡某氮肥厂为天然气富氧造气，变换气脱碳采用我公司近年来开发节能型变压吸附脱碳新工艺，多塔进料，多次均压，并实现了吸附塔和真空泵新组合，同步对吸附剂、程控阀门、控制系统、动力设备配备都做了较大改进，从而使H2、N2有效气体回收率大大提高，能耗进一步减少，装置投资也有所减少10。1.2.2.4 低温

34、甲醇洗法低温甲醇洗工艺(Rectisol Process)系由德国林德公司(Linde)和鲁奇公司(Lurgi)开发,是运用甲醇溶剂对各种气体溶解度明显差别,可同步或分段脱除H2S、CO2和各种有机硫等杂质,具备气体净化度高(净化气中总硫含量可不大于0.15mg/m3，CO21010-6-2010-6)、选取性好、溶液吸取能力强、操作费用低等特点,是一种技术先进、经济合理气体净化工艺。自1954年Lurgi公司在南非Sasol建成世界上第一套工业规模示范性装置以来,当前有100余套装置投入运营，特别是大型渣油气化和煤气化装置气体净化均采用低温甲醇洗工艺。低温甲醇(Rectisol)法具备一次性

35、脱除CO2，溶液便宜易得，能耗低，合用范畴广泛等特点。但该法投资很大，国内镇海炼化厂大化肥等四家以重油和煤为原料合成氨装置使用了低温甲醇法脱除CO2。1.2.3 物理化学吸取法物理化学吸取法脱除CO2工艺重要有环丁砜(Sulfinol)法和常温甲醇(Amisol)法，物理化学吸取法惯用于中档CO2分压原料气解决。环丁砜法中所使用溶剂由是环丁矾、二异丙醇胺与水构成，能同步吸取CO2和硫化合物，且吸取速度快，净化度高，但再生耗热多，当前只有某些中小型厂使用。常温甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，当CO2分压升高时，以其在甲醇中溶解物理吸取为主；当CO2分压较低时，以其与二乙醇胺发生化学反映化学吸取为

36、主，该法应用范畴广，净化率高，但对H2S和CO2选取性较差，己很少使用。1.2.4 固体吸附固体吸附是CO2在加压时被吸附在多孔状固体上,减压时吸附CO2被解吸,亦称变压吸附。1.3 碳酸丙烯酯（PC）法法脱碳工艺基本原理1.3.1 PC法脱碳技术国内外现状PC为环状有机碳酸酯类化合物，分子CH3CHOCO2CH2,该法在国外称Fluor法 。PC法是南化集团研究院等单位于20世纪70年代开发技术，1979年通过化工部鉴定。据初步记录，已有150余家工厂使用PC技术，既有装置160余套，其中大型装置两套，别的为中小型装置。大某些用于氨厂变换气脱碳。总脱碳能力约300万吨合成氨/年，其中配尿素型

37、应用较多，占60左右，至今该法仍是联碱、尿素、磷铵等合成氨厂使用最广脱碳办法，其开工装置数为MDEA、NHD法总和数倍。1.3.2 发展过程PC技术应用，重要经历了两个阶段：第一阶段始于70年代末，两个小氮肥厂用PC法代替水洗法脱CO2工业实验装置获得成功，获得了明显节能效果和经济效益。加之PC法在工艺上与水洗法相似，改造费用低，不久在某些小氮肥公司中推广应用；第二阶段，20世纪90年代以来，随着小化肥变化碳铵单一产品构造，适应市场需要，采用脱碳增氨转产尿素或联醇等办法，以提高经济效益，增强小化肥竟争能力。为此，需要增设一套变换气脱碳装置，由于PC技术为典型物理吸取过程，流程简朴，投资少，节能

38、明显，技术易于掌握。因而，不久得到了推广，并扩大了应用范畴，技术上也趋于成熟。1.3.3 技术经济由于碳丙脱碳纯属物理过程，因而它能耗重要消耗在输送流体所须电能。碳丙溶剂对CO2等酸性气体吸取能力较大，普通为同条件下水吸取能力4倍。因而，代替水洗法脱除变换气中CO2不但满足铜洗规定，并且回收CO2浓度和回收率也能满足尿素、联碱生产规定。与水洗法相比可节约电耗150-250KWh/tNH3，可节约操作费10-25元/t NH3。因而应用碳丙脱碳厂家均可获得明显节能效果。但这种效果随着工艺配备、设备、操作状况，解决规模和目不同而差别较大。碳丙脱碳与几种脱碳办法能耗比较如表2.1。表2.1 几种脱碳

39、办法能耗比较表（吸取压力1.8Mpa，单位KJ/m3CO2）办法名称加压水洗苯菲尔法位阻胺法改良MEDA法NHD法PC能耗28473558-54423349-418718841047-125612561.3.4 工艺流程1.3.4.1 气体流程（1） 原料气流程由压缩机三段送来2.3MPa变换气一方面进入水洗塔底部与水洗泵送来水在塔内逆流接触，洗去变换气中大某些油污及某些硫化物，并将气体温度降到30如下，同步减少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，自分离器出来气体进入二氧化碳吸取塔底部，与塔顶喷淋下来碳酸丙烯酯溶液逆流接触，将二氧化碳脱至工艺指标内。净化气由吸取塔顶部出来进

40、入净化气洗涤塔底部，与自上而下稀液（或脱盐水）逆流接触，将净化气中夹带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。依照各厂详细状况和氨加工产品不同，相匹配碳丙脱碳条件及规定亦各异。在使用日上，有代替加压水洗型、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，有对CO2进行粗脱，而大某些厂家，则进行精脱；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等各种类型。（2） 解吸气体回收流程由闪蒸槽解吸出来闪蒸气进入

41、闪蒸气洗涤塔，自下而上与自上而下稀液逆流接触，将闪蒸气夹带液滴回收下来。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。由常解塔解吸出来常解气进入常解-汽提气洗涤塔常解气洗涤段，与自上而下稀液逆流接触，将常解气中夹带碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中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-汽提气洗涤塔汽提气洗涤段，与自上而下稀液逆流接触

42、，将汽提气中夹带碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中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取塔塔顶喷淋下来，由塔底排出称为富液。富液经自调阀进入溶液泵-涡轮机组涡轮，减压后进入闪蒸槽，自闪蒸槽出来碳酸丙烯酯液一某些进入过滤器，大某些不通过过滤器，两者混合过后进入常解-汽提塔常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出来通过两液封槽进入汽提塔顶部，与自下而上空气逆流接触，将碳酸丙烯酯溶液中二氧化碳进一步汽提出来，经汽提后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-涡轮机组溶液泵，由泵加压后经碳

43、酸丙烯酯溶液冷却器降温，进入二氧化碳吸取塔，从而完毕了碳酸丙烯酯溶液整个解吸过程。（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 存在问题及解决办法综合分析PC法脱碳各厂使用状况，最具代表性问题有：（1） 溶剂损耗高.导致这一问题因素有三个因素：a、PC溶剂蒸汽压高；b、PC气相回收系统不完善；c、操作管理水平影响。（2） 净化气中CO2含量容易跑高，吨氨电耗高.

44、 净化气中CO2含量高，因素是多方面如再生效果不好，系统残碳高或冷却不好等等。当前碳丙脱碳技术已提高到一种新阶段，已工业应用或即将应用最有吸引力进展有如下几种方面。1.3.6 PC法脱碳技术发展趋势1.3.6.1 塔器优化 塔器优化涉及塔径、塔填料、塔内件、塔过程控制技术改造，改造后往往可提高20%-50%或更高生产能力，改造重要分两某些进行:一是脱碳塔气液分布器和填料改造，其目是提高通气量和强化气液接触效率，加大润湿面积。详细办法是设税全截面均匀分布气体和液体分布器，某些或所有采用规整填料；二是再生塔改造。由于老式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限制，易

45、导致溶液中单质硫积累结垢，徐徐堵塞淋降板上开孔，使其失效故往往生产2年后再生效果会明显不如此前。由此可见，必要对这种构造彻底改造。详细办法是将常解段改为筛板或填料塔型，并增设类似塔型真空解析段。改造工作除了塔器以外，还进行了系统工艺优化，详细内容有：（1） 调节溶剂泵扬程，串联1台增压泵；（2） 气提流程由原正压气提改为负压气提，有助于提高贫度；（3） 减少变换气和循环溶剂温度，以提高碳丙吸取能力；（4） 采用碳丙溶剂半过滤或全过滤办法，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物理、化学或物理化学溶剂作为复合溶剂净化

46、酸性气体研究，近年来始终方兴未艾。复合溶剂法长处从选取性和吸取能力分析，特别是高分压下，选取适当复合溶剂，优于纯溶剂，明显地提高了溶剂吸取能力；另一方面明显地减少了能耗。除此以外，复合溶剂为了达到操作特性规定所作混合过程，还具备其他方面灵活性，即复合溶剂构成。并且，复合溶剂可以优化配方用最低费用达到所须分离规定（如表3.1）。表3.1 两种办法技术经济比较（以吨氨计）项目PC法复合溶剂法CO2净化度（%）0.80.5溶剂损耗（Kg）1.50.75电耗（KWh）145100操作成本（元）85601.3.6.3 低温PC法实践证明，低温碳丙法具备如下长处:l) 气体净化度高；2) 减少溶剂循环量；3) 减少溶剂损耗。为了在较低操作压力下获得需要气体净化度、减少溶剂循环量、节约动力消耗、减少溶剂蒸发损失,吸取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在溶剂中溶解度可用下式表达：lgx*=lgp+B/T+C+lg 式中：x*CO2在含水溶剂中饱和溶解度，摩尔分数；p气相CO2分压，1.01105Pa；B、C常数，B=686.1，C=-4.245；溶剂含水量修正系数，当含水量为2%时，=0.9，lg=-0.046；T吸取温度，K。1.4工艺设计意义和目