年產(chǎn)九萬噸合成氨脫碳工段設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)年產(chǎn)九萬噸合成氨廠脫碳工段初步設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)九萬噸合成氨廠脫碳工段的初步設(shè)計(jì)，采用改良的熱鉀堿法和兩段吸收兩段再生的的工藝流程來脫除合成氣中的二氧化碳，并對(duì)吸收液進(jìn)行再生。脫除原料氣中的二氧化碳,對(duì)以后的合成工段意義重大,同時(shí)回收的二氧化碳也可以用于其他化學(xué)物質(zhì)的合成。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括生產(chǎn)工藝的確定和比較、物料衡算和能量衡算、設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)和管道尺寸設(shè)計(jì)。附帶的圖紙有帶控制工藝流程圖、車間設(shè)備的平面圖和二氧化碳再生塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。關(guān)鍵詞：熱鉀堿法;二氧化碳;工藝

2、設(shè)計(jì)ABSTRACT The design is an elementary design about removing the carbon dioxide of the factory that makes ammonia 90,000t a year. Recovering the carbon dioxide is not only very important to the next manufacturing process, but also can be used for the production of other chemicals. It uses the develo

3、ped way of hot solution of aqueous potassium carbonate and the process of two absorbtion and two recovery to remove the carbon dioxide of syngas and to recover the carbon dioxide from the solution. The content of the design mainly includes the choice of the making technologe, mass and energy balance

4、, the design of the equipments and tubes. Besides these, it includes the drawing of controllable technological process, the drawing of workshops equipments, the equipment drawing of the absorbing tower and the recorvering tower of cabon dioxide.Keywords:The hot solution of aqueous; Carbon dioxide; t

5、echnological design第一章 前 言氨的用途很廣，在國民生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。在合成氨的過程中，經(jīng)變換后的合成氣含有較多的二氧化碳，如不將其清除，在合成氨生產(chǎn)時(shí)二氧化碳會(huì)使合成氨催化劑中毒。此外，二氧化碳是制造尿素、純堿、碳酸氫銨等的重要原料，二氧化碳的脫除和回收利用是脫碳過程的雙重任務(wù)，也在合成氨中占有較重要的地位。本課題是年產(chǎn)九萬噸合成氨廠脫碳工段的初步設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的目的是為了尋找出一套合理的脫碳工藝，獲得純度較高的凈化氣，提高二氧化碳的回收率，簡(jiǎn)化流程，降低能耗，達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括生產(chǎn)工藝的確定和比較，物料衡算和能量衡算，設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)和管道尺寸

6、設(shè)計(jì)以及繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、車間設(shè)備的平面圖和一張主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。由于脫碳分離過程中，溶液吸收和再生是可逆過程，所以溶液的濃度、循環(huán)量以及吸收和再生的溫度、壓力都需要進(jìn)行合理的選擇，這就是本課題所要解決的關(guān)鍵問題。在本設(shè)計(jì)中，主要是參考相關(guān)資料進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)力求以理論為基礎(chǔ)，貼近實(shí)際為目標(biāo)，爭(zhēng)取讓設(shè)計(jì)更合理。但由于本人水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，時(shí)間有限，資料收集不全面等因素，本次設(shè)計(jì)難免有疏漏甚至錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。第二章 合成氨的概述12.1 氨的發(fā)現(xiàn)與制取氨是1754年由J.普里斯特利在加熱氯化銨和石灰混合物時(shí)發(fā)現(xiàn)的，1784年C.L.伯托利確定氨由氫和氮組成。19世紀(jì)中葉，煉焦工

7、業(yè)興起，生產(chǎn)焦炭過程中制得了氨。煤中的氮約有20%25%轉(zhuǎn)化為氨，煤氣中氨含量為811g/m3，因而可從副產(chǎn)焦?fàn)t氣中回收氨。但這樣回收的氨量不能滿足需要，促使人們研究將空氣中的游離態(tài)氮變成氨的方法，20世紀(jì)初先后實(shí)現(xiàn)了氰化法和直接合成法制氨的工業(yè)方法。2.2 氨的用途氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氯水以及各種含氮混肥和復(fù)肥，都是以氨作為原料的。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨在工業(yè)上主要用來

8、制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。從氨可以制得硝酸，進(jìn)而再制造硝酸銨、硝化甘油、硝基纖維素等。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素等作為氮源，生產(chǎn)己二胺、人造絲等產(chǎn)品。氨的其它工業(yè)用途也十分廣泛，例如，用作制冰、空調(diào)等系統(tǒng)的制冷濟(jì)，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的銅等金屬，在醫(yī)藥和生物化學(xué)方面用作生產(chǎn)磺胺類藥物、維生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。所以說合成氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。2.3 我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況 解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。1949年全國氮肥產(chǎn)量?jī)H0.6萬噸，而1982年達(dá)到1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。近幾年來，我國

9、引進(jìn)了一批年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠設(shè)備。我國自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產(chǎn)中能量損耗低、產(chǎn)量高，技術(shù)和設(shè)備都很先進(jìn)。2.4 合成氨生產(chǎn)的典型流程目前企業(yè)大多采用直接合成氨法生產(chǎn)氨，即根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式N2+3H2=2NH3來設(shè)計(jì)工藝。它除了水電解法以外，不管用什么原料得到的粗原料氣中都含有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等，而這些不純物都是氨合成催化劑的毒物。因此，在把粗原料氣送去氨合成以前，需要把這些雜質(zhì)除去。這樣氨合成生產(chǎn)的原料氣過程就包括下述主要步驟。一是造氣：即制備含有氫、氮和一氧化碳的粗原料氣。二是凈化：采用

10、適當(dāng)?shù)姆椒ǔピ蠚庵袣洹⒌酝獾碾s質(zhì)。主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。三是壓縮和合成：將純凈的氮、氫混合氣體壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下合成氨。由于我國煤炭目前儲(chǔ)存量還比較多，所以本設(shè)計(jì)采用以煤炭為原料來制取合成氨的粗原料氣。以煤炭為原料制取粗原料氣合成氨的流程是采用間歇的流化床氣化法生產(chǎn)半水煤氣，經(jīng)過變換，脫碳，銅氨液除少量二氧化碳、一氧化碳等凈化步驟后可獲得合格的氮?dú)浠旌衔?，然后在鐵催化劑存在和適當(dāng)?shù)臏囟取毫l件下合成氨。其典型過程如圖2.1。 圖2.1 合成氨典型流程下面從合成原料氣的三個(gè)步驟詳細(xì)論述：（1）造氣：因?yàn)榭諝庵泻?1%的氮?dú)?，目前已?jīng)有很多的技術(shù)

11、從空氣中分離出滿足上述反應(yīng)的氮?dú)?，所以造氣就是提供維持該反應(yīng)的氫氣的過程。最早的造氣光陰就是將煤或焦碳在高溫下與水反應(yīng)生成水煤氣或半水煤氣，這種混合氣體就是原料氣。這種工藝在二十世紀(jì)前半期一直是主流造氣工藝，而且一直沿用至今。二十世紀(jì)六十年代出現(xiàn)了以天然氣、石油重油、石腦油等新的造氣原料。由于天然氣、油田氣、石油這樣的原料可以用管道輸送，其設(shè)施投資成本比固態(tài)原料設(shè)施要低很多，所以該工藝自發(fā)明以來就逐漸取代了煤炭造氣工藝。但從目前能源的儲(chǔ)量、開采和消耗走勢(shì)來看，煤炭造氣可能要重新被重視。（2）凈化粗合成氣：主要是對(duì)合成氣中的硫化物、碳的氧化物等有害雜質(zhì)進(jìn)行脫除的過程。對(duì)于半水煤氣，主要含無機(jī)硫（

12、H2S），有機(jī)硫包括硫氧化碳（COS），二氧化硫（CS2），硫醇（RSH），硫醚（RSR），噻吩（C4H4S）等；天然氣中主要是無機(jī)硫（H2S）。天然氣、石油重油、石腦油等中的硫化物的含量因產(chǎn)地不同而不同。但是這些硫化物不但使產(chǎn)品不純凈，更重要的是它們對(duì)設(shè)備有極強(qiáng)烈的腐蝕作用，而且特別容易使催化劑中毒失活。脫硫的方法歸納起來分濕法和干法兩類。濕法包括物理法、化學(xué)法、物理-化學(xué)法三種，但濕法脫硫精度不及干法。干法脫硫適合脫出低量或微量，其也有物理吸附和化學(xué)吸附之分。通常干法脫硫裝置設(shè)備龐大復(fù)雜。脫碳是凈化合成氣的另有個(gè)重要步驟，因?yàn)槿魏畏椒ㄖ迫〉脑蠚舛己蠧O和一定量的CO2，其體積分?jǐn)?shù)一般為

13、12%40%。而CO在生產(chǎn)過程中還可能被氧化為CO2，而在后續(xù)工段中CO2容易使催化劑中毒，容易在某些低溫工段固化成干冰堵塞管道設(shè)備，在甲烷化過程中還會(huì)消耗大量H2生成無用氣體CH4。而對(duì)CO2加以回收可以在尿素、碳酸氫銨等產(chǎn)品的生產(chǎn)中利用?？梢娒撎嫉囊饬x是十分重大的。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的題目就是合成氨脫碳工段的工藝設(shè)計(jì)，所以不在此對(duì)其贅述，在后面有對(duì)脫碳工段的詳細(xì)介紹。總的說來，對(duì)于粗合成氣的凈化是系統(tǒng)而且復(fù)雜的工作，它不僅關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量，也對(duì)生產(chǎn)中能量的綜合利用，環(huán)境的保護(hù)有重要的影響。脫硫脫碳后還需要對(duì)原料氣進(jìn)行最終凈化，將原料氣中少量的CO和CO2除去，使其總量不超過10cm3/m3。最終凈化有

14、銅氨液吸收法、深冷分離法和甲烷化法。（3）氨的合成：將純凈的氫、氨混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在下進(jìn)行的由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。氨合成反應(yīng)式如下：N2+3H22NH3(g) =-92.4kJ/mol工業(yè)中反應(yīng)壓力在1035MPa之間，根據(jù)能量利用合理來取值。關(guān)于催化劑，人們已經(jīng)開發(fā)出一系列催化劑，但比較廣泛使用的是壽命比較長(zhǎng)，活性良好而且價(jià)廉易得的鐵系催化劑。該催化劑早期制備時(shí)還加入了促進(jìn)劑。對(duì)于產(chǎn)品的分離，目前工業(yè)上有兩種方法：水吸收法

15、和冷凝法。2.5 脫碳在合成氨中的作用和地位脫碳也就是二氧化碳的脫除和回收，它屬于原料氣的凈化階段。因?yàn)闊o論是固體燃料還是以烴類為原料制得的原料氣經(jīng)一氧化碳變換后都含有15%40%的二氧化碳。而在合成氨生產(chǎn)過程中經(jīng)過變換后氣體一般含有21%30%的二氧化碳。它不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒，而且給清除少量一氧化碳的過程帶來困難。例如：采用銅氨液洗滌法時(shí)二氧化碳與其中的氨生成碳酸氨，而且會(huì)形成晶體堵塞管道和設(shè)備；采用液氨洗滌時(shí)，它容易固化成干冰也會(huì)堵塞管道與設(shè)備；在甲烷化過程中二氧化碳過多會(huì)消耗大量的氫又生成無用的氣體甲烷。又因?yàn)榘春铣晒ば蜓a(bǔ)充氣中必須滿足CO和CO2含量小于20PPm。此外，二氧化碳

16、又是制造尿素、碳酸氫氨、純堿的原料。因此，在合成系統(tǒng)前不但必須將二氧化碳?xì)怏w清除干凈而且還必須回收利用。二氧化碳的脫除和回收利用是脫碳過程的雙重任務(wù)，也在合成氨中占有較重要的地位。第三章 脫碳方法及工藝的選擇3.1 脫碳方法的選擇3.1.1 脫碳方法種類及簡(jiǎn)介 脫碳方法很多，一般采用溶液吸收法，根據(jù)吸收劑的性能不同，主要可分為三大類：一是物理吸收法；二是化學(xué)吸收法；三是物理-化學(xué)吸收法。下面分別簡(jiǎn)單介紹三種方法。物理吸收法是利用不同氣體在溶液中溶解度的差異來除去二氧化碳的。一般吸收采用高壓及低溫,解吸時(shí)采用減壓或升溫,減壓解吸所需再生能量相當(dāng)少。該法的關(guān)鍵是選擇優(yōu)良的吸收劑。所選的吸收劑必須對(duì)

17、CO2的溶解度大、選擇性好、沸點(diǎn)高、無腐蝕、無毒性、性能穩(wěn)定。典型的物理吸收法有加壓水洗法、N-甲基吡咯烷酮法、Selexol法、低溫甲醇法(Rectisol法)、碳酸丙烯酯法(Flour法)等。工業(yè)上常用的有水洗法、碳酸丙烯脂法、低溫甲醇吸收法等?；瘜W(xué)吸收方法是利用二氧化碳是酸性氣體，能與堿性化合物反應(yīng)的特性將其吸收。該方法靠減壓閃蒸解吸的二氧化碳有限，通常都需要熱再生法。主要有熱鉀堿法(苯菲爾法、砷堿法及空間位阻法等)和烷基醇胺法(MEA法、DEA法、MDEA法等),其中苯菲爾法和活性MDEA法應(yīng)用最多。常用的化學(xué)吸收劑有氨水、催化熱鉀堿液、乙醇胺。物理-化學(xué)吸收法是綜合了兩種吸收的方法，

18、將其合在一套生產(chǎn)工藝中。比如說常用的環(huán)丁砜法，其吸收劑是環(huán)丁砜和烷基醇胺水溶液，兩者分別是物理吸收和化學(xué)吸收。還有德國的BASF公司開發(fā)的活化MDEA法采用的N-甲基二乙醇胺脫碳也屬于此種方法。3.1.2 脫碳方法的比較2物理吸收法：早期的合成氨廠中的脫碳多采用加壓水洗法。加壓水洗脫碳常在填料塔或篩板塔中進(jìn)行,此法設(shè)備簡(jiǎn)單,但CO2的凈化度差,且水洗的噴淋密度大,動(dòng)力消耗高，因此近年來合成氨廠的新建脫碳工藝已為其他方法所取代。以N-甲基吡咯烷酮為吸收劑的方法稱為吡咯烷酮法。吡咯烷酮具有對(duì)CO2溶解度高、粘度較小、沸點(diǎn)較高、蒸汽壓較低等優(yōu)點(diǎn)。該法特別適應(yīng)氣體壓力大于7MPa的場(chǎng)合,但由于N-甲基

19、吡咯烷酮較貴,因此應(yīng)用受到限制。以聚乙二醇二甲醚為吸收劑的脫碳過程稱為Selexol法。聚乙二醇二甲醚是一種淡黃色透明的有機(jī)液體,無毒、無特殊氣味、冰點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、腐蝕性低,是一理想的物理溶劑。但由于聚乙二醇二甲醚價(jià)格昂貴,投資及操作費(fèi)用均較高,因此該法在國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用較少。低溫甲醇法是由德國林德和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的,吸收劑是甲醇,在12MPa,溫度為-750范圍內(nèi)可同時(shí)脫除CO2和H2S。CO2可脫至12E-5,H2S可脫至0.1E-6。該法的特點(diǎn)是不會(huì)加濕原料氣,并且再生能耗低。此法在國內(nèi)外均有較廣泛的應(yīng)用。碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。碳酸丙烯酯對(duì)CO2、H2S

20、的溶解度較大,具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。該法CO2的回收率較高,能耗較低,但投資費(fèi)用較高。此法在國內(nèi)也有一定的應(yīng)用?？偟膩碚f，物理吸收法存在許多不足，如水洗法操作費(fèi)用高，工藝較老。物理吸收法吸收選擇性稍差一點(diǎn)，一般適合高含量的二氧化碳。但也不一定，低溫甲醇吸收法卻可以脫除多種組分，而且凈化度很高?；瘜W(xué)吸收法：苯菲爾法的吸收劑是在K2CO3水溶液中加入二乙醇胺(DEA)作為活化劑,V2O5為緩蝕劑。碳酸鉀水溶液具有強(qiáng)堿性,其與CO2反應(yīng)生成KHCO3,生成的碳酸氫鉀在減壓和受熱時(shí),又可放出CO2,重新生成碳酸鉀,因而可循環(huán)使用。為了提高化學(xué)反應(yīng)速度,吸收在

21、較高的溫度(90110)下進(jìn)行,因此吸收與再生的溫度基本相近,使流程簡(jiǎn)化,同時(shí)提高了碳酸鉀的濃度,增加了吸收能力,降低了再生能耗。苯菲爾法可在高溫下運(yùn)行,再生熱低,添加V2O5可防腐蝕,但該工藝需對(duì)設(shè)備進(jìn)行釩化處理,要求工人的操作水平較高。活性MEDA法一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)吸收CO2后生成穩(wěn)定的胺基甲酸鹽，反應(yīng)熱大,加熱再生較困難,蒸汽消耗較高;N-甲基二乙醇胺(MDEA)與CO2反應(yīng)生成不穩(wěn)定的碳酸氫鹽,反應(yīng)熱小,加熱后較易再生,蒸汽消耗較低。MDEA水溶液與CO2反應(yīng)受液膜控制,反應(yīng)速度較慢。為加快反應(yīng)速度,德國BASF公司開發(fā)了改良MDAE脫碳工藝過程,其吸收液是由MD

22、EA水溶液和少量活化劑組成,一般使用的活化劑有:哌嗪、甲基乙醇胺、咪唑或甲基取代咪唑。CO2先與活化劑快速反應(yīng),其生成物再與MDEA反應(yīng),提高了MDEA溶液吸收CO2的速度。因此，化學(xué)吸收法相對(duì)來說較好，如催化熱鉀堿液法能夠滿足脫碳凈化的要求，裝置和操作不太復(fù)雜，安裝成本也比較適合各種規(guī)模的生產(chǎn)，以在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。其工藝的先進(jìn)度主要取決于活化劑的選擇。目前此法的工藝日益完善、成熟，設(shè)備也較為先進(jìn)?？偟膩碚f，化學(xué)吸收法明顯的特點(diǎn)是選擇性好、收率高。物理-化學(xué)吸收法其既有物理法的優(yōu)點(diǎn)又有化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)，如德國的BASF公司開發(fā)的活化MDEA法采用的N-甲基二乙醇胺脫碳，其既有物理法的優(yōu)點(diǎn)又有化

23、學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)，而加入活化劑，可以調(diào)節(jié)吸收性能。所以說此方法具有很大的發(fā)展?jié)摿?。另外，MDEA工藝同時(shí)具有物理吸收和化學(xué)吸收的特點(diǎn),酸氣負(fù)荷高,溶解度大,閃蒸放出的CO2量多,CO2回收率高,溶液循環(huán)量相對(duì)較小,能耗較低。MDEA熱穩(wěn)定性好,不易降解,溶劑揮發(fā)性小,溶液對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕性弱。該工藝成熟,操作簡(jiǎn)便,對(duì)工人的素質(zhì)要求相對(duì)較低,近年來在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用,是優(yōu)先選取的化學(xué)吸收工藝3.1.3 工藝比較：1溶液吸收二氧化碳的能力低溫甲醇法 環(huán)丁砜法N.2-甲基吡咯烷酮法聚乙二醇二甲醚法=含砷熱鉀堿法乙醇胺法有機(jī)胺硼酸鹽催化熱鉀堿法=二乙醇胺催化熱鉀堿法.2消耗能源比較蒸汽:乙醇胺法環(huán)丁砜法含砷

24、熱鉀堿法有機(jī)胺硼酸鹽催化熱鉀堿法二乙醇胺催化熱鉀堿法低溫甲醇法.電:含砷熱鉀堿法有機(jī)胺硼酸鹽催化熱鉀堿法二乙醇胺催人熱鉀堿法 -乙醇胺法 環(huán)丁砜法聚乙二醇二甲醚法 低溫甲醇法N.2-甲基吡咯烷酮法.水: 水洗法 含砷熱鉀堿法 有機(jī)胺硼酸鹽催化熱鉀堿法 - 乙醇胺法 環(huán)丁砜法 二乙醇胺催化熱鉀堿法 低溫甲醇法N.2-甲基吡咯烷酮法。3.1.4 脫碳方法的確定熱鉀堿吸收法是合成氨工業(yè)上一種典型的化學(xué)吸收脫碳方法，目前國內(nèi)外都廣泛的采用此工藝裝置，比較起其他的吸收方法，該工藝能夠滿足脫碳凈化的要求，裝置和操作不太復(fù)雜，安裝成本也比較適合各種規(guī)模的生產(chǎn)。由于添加的活化劑不同，熱鉀堿吸收法有可以分為多種

25、方法，目前合成氨廠主要采用：一是苯菲爾法（又稱二乙醇胺改良熱鉀堿法）：以二乙醇胺為活性劑，五氧化二釩為緩蝕劑。二是氨基乙酸催化熱鉀堿法：以氨基乙酸為活性劑，五氧化二釩為緩蝕劑其中DEA改良熱鉀堿法（又稱二乙醇胺法）是世界上廣泛應(yīng)用的胺類處理酸性物質(zhì)或氣體的方法。由于DEA不易被CO2或CS2降解，其氣相損失少，反應(yīng)速度快，循環(huán)率高。由于本方法達(dá)到了一定的經(jīng)濟(jì)性和脫碳要求，所以本設(shè)計(jì)采用此方法。下面詳細(xì)介紹此方法。（1）概述：該方法是利用碳酸鉀溶液吸收在高溫下吸收二氧化碳，反應(yīng)式為CO2K2CO3H2O=2KHCO3。從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用110的高溫。因?yàn)樵诟邷貤l件下K2CO3溶解度增大，

26、可以加大單位時(shí)間內(nèi)的CO2吸收量，CO2吸收速度較快；此外這個(gè)溫度與CO2再生溫度相近，正好可以節(jié)約能量，降低生產(chǎn)成本。此外還給溶液中加入活性劑DEA和緩蝕劑，因?yàn)楦邷叵碌腃O2溶解度降低，反應(yīng)速度減慢。而減慢反應(yīng)速度，K2CO3對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕作用會(huì)加快。因此加入活性劑加快反應(yīng)速度，增大CO2溶解量，加入緩蝕劑則可以減緩其對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕。添加活化劑DEA不僅可以提高反應(yīng)速度（如前述），而且還會(huì)改變的CO2平衡分壓，如表3.1。表3.1 DEA含量對(duì)溶液吸收能力的影響DEA含量(%)0123相對(duì)吸收系數(shù)0.4131.000.6291.00相對(duì)CO2分壓(MPa)1.941.611.001

27、.00DEA含量不同，其溶液的吸收能力不同，如不同含量的DEA法的溶液吸收能力如下：普通的DEA法：使用20%25%的DEA溶液,其對(duì)酸性氣體的吸收能力為1219立方米CO2/立方米溶液。高吸收能力的DEA法使用25%27的DEA溶液，其對(duì)酸性氣體的吸收能力為3032立方米CO2/立方米溶液。SNPA法，使用2530的DEA溶液，其對(duì)酸性氣體的吸收能力3238.4立方米CO2/立方米溶液。（2）純碳酸鉀反應(yīng)機(jī)理及催化熱鉀堿法反應(yīng)機(jī)理純碳酸鉀反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)式： （2-1）這一反應(yīng)可以分為下列幾步完成： （2-2） （2-3） （2-4） （2-5） （2-6）碳酸鉀水溶液吸收CO2是一個(gè)復(fù)雜的過

28、程，可以大致分為以下四個(gè)步驟。氣相中CO2擴(kuò)散到溶液界面。CO2溶解于界面的溶液層中。溶液中的CO2在界面液層中與碳酸鉀溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物向液相主體擴(kuò)散，而反應(yīng)從液相主體向液面擴(kuò)散。上述各步中除第三步式（2-4）是化學(xué)過程外，其余均為物質(zhì)傳質(zhì)過程。整個(gè)過程中化學(xué)反應(yīng)速度最慢，是整個(gè)吸收過程的控制步驟。含有二乙醇胺（DEA）的純碳酸鉀水溶液與CO2的反應(yīng)二乙醇胺（DEA）的分子式：（CH2CH2OH）2NH，簡(jiǎn)寫為R2NH。結(jié)構(gòu)式為： H OHCH 2CH 2NCH2CH 2OH 當(dāng)碳酸鉀溶液中含有少量DEA時(shí)，與CO2反應(yīng)里程如下： （2-7） （2-8） （2-9） （2-10） （

29、2-11） （2-12）經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該過程中反應(yīng)最慢的是式（2-8）這一步，因此這一步就是該過程的控制步驟。（3）K2CO3溶液的再生：K2CO3溶液吸收CO2后轉(zhuǎn)變?yōu)镵HCO3溶液pH值降低，活性下降不能再吸收CO2，于是要將溶液再生以恢復(fù)其活性.再生就是驅(qū)逐出CO2使溶液恢復(fù)吸收能力，以循環(huán)使用。再生的反應(yīng)式為： （2-1）（該反應(yīng)適于高溫低壓下進(jìn)行）從上反應(yīng)式可以看出：壓力越低，溫度越高，越有利于碳酸氫鉀的分解，故再生反應(yīng)應(yīng)在高溫低壓的條件下進(jìn)行。3.2 脫碳工藝的選擇33.2.1 脫碳工藝流程的分類及比較熱鉀堿法脫除CO2的工藝流程一般有：一段吸收一段再生、二段吸收一段再生、兩段吸收兩

30、段再生、多段吸收多段再生四種。各種工藝流程比較：（1）一段吸收一段再生流程：該流程的特點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，成本低廉，但是使用該流程凈化度差，凈化氣中在1.5左右，可以用于凈化度要求不高的情況。流程圖如圖3.1圖3.1 一段吸收一段再生流程（2）二段吸收一段再生流程：該過程由于有少部分溶液經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔頂部，凈化度可達(dá)到CO2含量1左右，比起前者凈化度上有一定的提高，但仍然不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求，再生熱耗較高，僅在一些較低的小規(guī)模裝置上使用。流程圖如圖3.2圖3.2 二段吸收一段再生流程（3）多段吸收多段再生流程：這種工藝凈化度最高，能耗最低，但是其裝置系統(tǒng)極其復(fù)雜，設(shè)備繁多，操作要

31、求也很高，這樣就導(dǎo)致該工藝的投資很大，因此從經(jīng)濟(jì)合理的角度來考慮，此種工藝還不適合工業(yè)生產(chǎn)。（4）兩段吸收兩段再生流程：目前較為常用的是該流程，這種工藝流程的氣體凈化地一般CO2含量不大于，而且其再生熱耗也比較合理，流程圖如圖3.3圖3.3 兩段吸收兩段再生流程其優(yōu)點(diǎn)是：在吸收下部用溫度較高的再生溶液吸收，既加快了吸收二氧化碳的反應(yīng)速度，又因?yàn)槭堑葴匚盏葴卦偕?，?jié)省再生過程的熱耗，在吸收塔的上部用溫度較低的溶液吸收，降低了溶液表面的二氧化碳平衡分壓，提高了氣體的凈化度。對(duì)于能量的綜合利用也比較充分；而它的設(shè)備裝置和操作系統(tǒng)在目前也可以被廣泛的接受，所以目前他能流行。3.2.2 本設(shè)計(jì)工藝流程

32、的確定通過以上的比較，目前適于選用的是“兩段吸收兩段再生”流程，所以本設(shè)計(jì)選用此流程。下面簡(jiǎn)單介紹一下本設(shè)計(jì)脫碳工段中的二段吸收二段再生流程。 含CO228左右的變換合成氣通過與再生塔下部的堿液換熱后溫度降低到125流到吸收塔底部經(jīng)氣體分布管道進(jìn)入吸收塔，此時(shí)該合成起的壓力是1.8MPa。在吸收塔頂部和中部分別用80貧液和104半貧液進(jìn)行洗滌，出塔凈化氣溫度約80CO2含量低于1。富液從吸收塔底引出，經(jīng)能量回收后進(jìn)再生塔頂部，在塔內(nèi)溶液閃蒸出部分水蒸汽和二氧化碳后，與由再沸器加熱產(chǎn)生的逆流蒸氣接觸，同時(shí)被加熱并放出二氧化碳，又塔中部引出半貧液，溫度約110，經(jīng)半貧液泵送入吸收塔中部，剩下的溶液

33、在再生塔下部繼續(xù)與逆流的蒸汽接觸進(jìn)行再生，再生后的貧液溫度約120，用貧液泵加壓經(jīng)冷卻到80左右送入吸收塔頂部。吸收CO2的過程中，溫度的控制非常關(guān)鍵，它直接影響到CO2吸收的平衡和速度。溫度升高， K2CO3是溶解度加大，這樣就提高了吸收速度率；但同時(shí)高溫下溶液表面CO2的平衡分壓增大，導(dǎo)致氣體凈化程度低，不利于對(duì)CO2的吸收。而“二段吸收一段再生”流程，吸收塔下段的CO2分壓較高，平衡溶解度較大，采用部分再生的半貧液在較高的溫度下進(jìn)行初步吸收，而吸收塔上部氣相中的CO2分壓較低，平衡溶解度也相對(duì)較少，故采用再生貧液來吸收，這樣就可以提高凈化度。吸收溫度的高低主要通過改變半貧液和貧液的流量比

34、來控制，在保證氣體凈化度的前提下盡可能的降低貧液的流量，這樣可以減少熱量消耗，通常貧液與半貧液的流量比為1:3。3.2.3 本設(shè)計(jì)工藝流程簡(jiǎn)述變換氣、凈化氣流程（1）流程圖如圖3.4：熱水塔來的變換氣圖3.4 變換氣凈化流程（2）流程概述進(jìn)入吸收塔的變換氣來自170的變換工段的熱水塔進(jìn)入變換氣煮沸器殼程，與從再生塔下來的溶液進(jìn)行熱交換升溫后進(jìn)入變換氣分離器，分離其中冷凝水，同時(shí)，1.8Pa，125左右的變換氣進(jìn)入CO2吸收塔下部。由下而上有中部，上部噴淋下來的半貧液和貧液逆流接觸，CO2被溶液吸收。得到凈化的氣體從頂塔出來，經(jīng)凈化氣冷卻器和分離器，被循環(huán)水冷卻至40以下并分類出冷凝水，凈化氣中

35、CO2含量控制在不大于1.0，送往壓縮工段。再生氣流程（1）流程圖如圖3.5圖3.5 再生氣流程（2）流程簡(jiǎn)單概述在吸收CO2后的富液，進(jìn)入再生塔再生，由反應(yīng)（2-12），CO2從流體中解吸需要吸收熱量。解吸出來的CO2進(jìn)過再生塔頂部除沫層后，進(jìn)過除沫層與三層罩板上噴淋而下的流體接觸，使CO2得到進(jìn)一步凈化。CO2出塔的溫度為98，經(jīng)過再生氣冷卻系統(tǒng)后為40左右，再經(jīng)載CO2分離器分離出冷凝液，送往尿素車間，而冷凝水去回流泵。富液、半貧液、貧液流程（1）流程圖如圖3.6圖3.6 富液、半貧液、貧液流程（2）簡(jiǎn)單流程簡(jiǎn)述富液流程：收二氧化碳的富液從吸收塔底部引出，經(jīng)水力透平后送入再生塔上部；后直

36、接經(jīng)大副線送入吸收塔。半貧液流程：再生塔中部引出的經(jīng)過部分再生的半貧液經(jīng)自調(diào)閥組后經(jīng)過濾閥組進(jìn)入半貧液泵，加壓至2.0MPa左右，經(jīng)過自調(diào)閥組進(jìn)入吸收塔中部。貧液流程：再生塔下部引出的溶液，被加熱到120進(jìn)入再生塔底部。被再生為貧液，由塔底引入貧液冷卻器管內(nèi)，被從冷凝水冷卻到8090進(jìn)入貧液泵，加壓到2.0MPa左右，再經(jīng)過過濾后進(jìn)入吸收塔上部。循環(huán)水流程（1）流程圖如圖3.7圖3.7 循環(huán)水流程（2）流程簡(jiǎn)單概述循環(huán)水來自總管，從凈化氣冷卻器的下部進(jìn)入，上部出來進(jìn)入循環(huán)水總管。軟水系統(tǒng)（1）軟水系統(tǒng)流程圖如圖3.8圖3.8 軟水系統(tǒng)流程（2）流程簡(jiǎn)單概述從熱電站來的軟水，經(jīng)過CO2脫鹽水換熱

37、器后，回?zé)犭娬緶u爐給水使用。冷凝水系統(tǒng)（1）冷凝水系統(tǒng)流程圖如圖3.9圖3.9 冷凝水系統(tǒng)流程（2）流程簡(jiǎn)單概述從蒸汽煮沸水出來的蒸汽冷凝后進(jìn)入冷凝水閃蒸槽，經(jīng)閃蒸回收蒸汽，降溫后，閃蒸槽經(jīng)自調(diào)閥進(jìn)入冷凝水槽，在此匯合來自銅洗的冷凝水并一起進(jìn)入冷凝水泵進(jìn)口總管，又熱電站來的脫鹽水來調(diào)節(jié)和補(bǔ)充，經(jīng)泵加壓的大部分冷凝水經(jīng)自調(diào)閥組送往冷凝水槽。另外在泵出口總管設(shè)有排放管，必要是經(jīng)自調(diào)閥組進(jìn)行排放。蒸汽系統(tǒng)（1）蒸汽系統(tǒng)流程圖如圖3.10圖3.10 蒸汽系統(tǒng)流程（2）流程簡(jiǎn)單概述電站來的低壓蒸汽經(jīng)濕器以后分成三條線。一條進(jìn)入再沸器；另外一條進(jìn)入閃蒸器的第一，第二，第三級(jí)噴射器，噴射后的蒸汽直接進(jìn)入再生

38、塔作汽提氣；最后一條同往地下槽，用與貯槽加熱，過濾活性碳再生作用。3.3 脫碳工段主要設(shè)備的選擇3.3.1 主要設(shè)備種類的選擇 脫碳工段的主要設(shè)備是吸收塔和再生塔，他們的結(jié)構(gòu)可以分為篩板塔和填料塔兩種。由于篩板塔體積龐大，加之生產(chǎn)強(qiáng)度較低；而填料塔就體現(xiàn)出了它的優(yōu)點(diǎn)，所以大多數(shù)工廠采用填料塔。本設(shè)計(jì)也選用填料塔。常用的填料有不銹鋼、碳鋼、聚丙烯制成的鮑爾環(huán)和陶瓷制的馬鞍形填料。由于熱鉀堿溶液能將陶瓷中的SiO2侵蝕出來因而一定要選擇優(yōu)質(zhì)的陶瓷做填料。目前還有塑料做的填料，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕耐腐蝕，缺點(diǎn)是不適于高溫操作，所以要用玻璃纖維來加強(qiáng)，而且使用溫度不能超過120。綜合考慮采用金屬鮑爾環(huán)填料。3

39、.3.2 主要設(shè)備裝置的選擇吸收塔 由于采用兩段吸收，進(jìn)入上塔的溶液量?jī)H為全塔溶液量的1/4到1/3，同時(shí)氣體中大部分的CO2又都在塔的下部吸收。因此在形狀上，吸收塔呈現(xiàn)上小下大。上下塔內(nèi)均裝有填料，為了使溶液能均勻的潤濕填料表面，除了在填料上層裝有液體分布器外，上下塔的填料又分為兩層，兩層填料見也安裝有液體分布器。每層填料都置于波紋狀態(tài)多孔支板上。氣體由上面和側(cè)面進(jìn)入填料而液體由波紋的下孔流出，這樣的氣體分布均勻。填料采用金屬鮑爾環(huán)，大部分用碳鋼制作，只在每層填料的上層和最下層用不銹鋼制作的。下部設(shè)有消泡劑。為了防止液體產(chǎn)生旋渦將氣體帶入再生塔內(nèi)，在吸收塔富液出口管上裝有防渦流擋板。再生塔

40、再生塔也分為上下兩段，上下同樣大小。上塔裝有兩層填料，下塔也裝有兩層。上塔的填料為金屬鮑爾環(huán)。在上塔和下塔之間裝有導(dǎo)液盤，由下塔蒸發(fā)出來的水蒸汽和CO2經(jīng)盤上的氣窗進(jìn)入上塔，而上塔經(jīng)過再生的溶液大部分由導(dǎo)流盤引出來。在上填料層布有三個(gè)泡罩式塔板組成的洗滌板，用再生塔分離器出來的冷水洗滌再生氣，除去所夾帶的液滴的洗滌水回下塔，塔內(nèi)設(shè)有防渦流擋板，防止溶液夾帶氣泡。再生的另一個(gè)要點(diǎn)就是加熱，由于簡(jiǎn)單的減壓過程不能使用熱鉀堿溶液完全再生，所以必須將溶液加熱，使反應(yīng)（2-1）有利于反應(yīng)向右邊進(jìn)行，促進(jìn)溶液再生。溶液再生的熱耗主要在以下三方面：（1）從溶液中解吸和CO2所需要的解吸熱；（2）將吸收后的溶

41、液加熱到再生溫度所需要的熱；（3）再生塔頂部放出的CO2和水蒸汽帶走的熱。為了供給再生所需要的熱量，實(shí)現(xiàn)氣提解吸，在再生塔頂設(shè)置煮沸器將溶液加熱至沸騰。一方面出塔頂溶液中的CO2滿足再生度的要求；另一方面產(chǎn)生汽提蒸汽CO2與K2CO3的反應(yīng)熱較小，再生蒸汽的熱量大部分用于汽提。3.4 工藝操作條件的選擇3.4.1 壓力 吸收壓力：根據(jù)吸收反應(yīng)式（2-1），可以知道加壓有利于二氧化碳的吸收。提高吸收壓力，同時(shí)提高了二氧化碳的平衡分壓，這樣就加快了吸收反應(yīng)速度，提高了溶液吸收能力的同時(shí)也提高了溶液凈化度，降低了再生熱的消耗，生產(chǎn)裝置中吸收壓力的凈化度和吸收能力的影響如表3.2所示。表3.2 吸收壓

42、力的凈化度和吸收能力的影響氣量m3/h壓力kg/cm2凈化度CO2%吸收能力m3/m31006.00.30.510.01006.30.30.511.010012.50.20.315.510012.20.20.316.510015.50.10.317.010015.10.10.217.0實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)CO2分壓低于12kg/cm2（絕壓）時(shí)，采用熱鉀堿法來吸收實(shí)CO2是不經(jīng)濟(jì)的，此時(shí)再生所消耗的熱量大大增加，所以壓力越高越有利于吸收。但是對(duì)于合成氨廠的脫碳工序來說，氣體的壓力是由前后各工序來決定的。系統(tǒng)吸收的壓力一般為1420kg/cm2。再生壓力:其是影響再生度和再生蒸汽的重要因素。再生壓力低，

43、再生蒸汽中CO2的分壓也低，而液體中二氧化碳的濃度隨著液面上二氧化碳的減小而迅速降低，這樣有利于二氧化碳解吸。再生壓力CO2降低可以減少再生時(shí)的熱量消耗，但是再生壓力也不能任意降低，要能夠解吸出來的二氧化碳送到下一工序，一般控制在1840kPa。3.4.2 溫度碳酸鉀溶液在較高的溫度吸收二氧化碳有許多優(yōu)點(diǎn)：一是提高碳酸鉀在溶液中的溶解度，增加溶液吸收二氧化碳的能力；二是較高的溫度可加快吸收二氧化碳的速度；三是吸收和再生在相近的溫度下進(jìn)行，可以充分利用熱量，減少能量損失。但是溫度不是可以任意提高的，我們必須考慮溶液蒸發(fā)損失，設(shè)備的承受能力等不利因素。實(shí)際操作中一般控制在100130。由于二氧化碳

44、的析出反應(yīng)要在不吸收條件下進(jìn)行，再生塔部溫度一般控制在溶液沸點(diǎn)附近約105110。受沸點(diǎn)的影響，煮沸器出口溶液為115左右，蒸汽溫度在150，壓力0.4MPa。3.4.3 溶液的濃度 碳酸鉀溶液的濃度：增加碳酸鉀溶液的濃度可以提高吸收二氧化碳的能力，可減少溶液循環(huán)量，提高氣體凈化度，但是隨著溶液濃度的升高，設(shè)備和管道也腐蝕嚴(yán)重；低溫操作，溶液會(huì)析出碳酸鉀結(jié)晶堵塞設(shè)備管道。通常把它的濃度定在25%30%（質(zhì)量百分比）?；罨瘎┑臐舛然罨瘎┎捎肈EA，乙二醇胺。表3.3列出了加入DEA后碳酸鉀溶液的平衡分壓和吸收影響值。表3.3 DEA對(duì)碳酸鉀溶液的平衡分壓和吸收影響值DEA含量%(質(zhì)量)0123相

45、對(duì)吸收系數(shù)0.4130.6921.00相對(duì)CO2分壓1.941.611.00第四章 工藝計(jì)算4.1 工藝計(jì)算條件（1）年合成氨產(chǎn)量：9萬噸（2）干變換氣組成和噸氨耗氣量：表4.1 干氣變換氣組成成分組分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì)組成（%） 28.43 1.20 52.38 16.98 1.01 100體積流量m3 1216.30 51.34 2240.94 726.44 43.21 4278.23摩爾流量kmol 54.30 2.29 100.04 32.43 1.43 190.99（3）進(jìn)工段變換氣壓力為：1.8MPa（4）計(jì)算基準(zhǔn)：90000/（36024）=10.42tNH

46、3/h（5）鉀堿液比熱：3.3kJ/(kg)（6）變換氣中各組分的比熱kJ/(kg) 4。表4.2 各組分比熱組分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O比熱kJ/(kg) 0.653 0.754 10.13 0.745 1.7 4.24.2 物料衡算及熱量衡算4.2.1 變換氣再沸器（1）物料衡算進(jìn)口變換氣：溫度：170 壓力：1.8MPa 干氣流量：44.58km3/h出口變換氣：溫度：125 壓力：1.8MPa 干氣流量：44.58km3/h170飽和水蒸汽壓：0.792MPa；125飽和水蒸汽壓：0.232MPa。4取變換氣中水蒸汽飽和系數(shù)為：a=0.8170時(shí)變換氣含濕量：aP水/

47、(P0aP水)M/22.4=0.80.792/(1.80.80.792)18/22.4=0.437蒸汽/ m3干氣125時(shí)變換氣含濕量：aP水/(P0aP水)M/22.4=0.80.232/(1.80.80.232)18/22.4=0.092蒸汽/m3干氣冷凝水流量：0.4370.092=0.345蒸汽/m3干氣則流量為：0.345蒸汽/ m3干氣44.58 km3/h=15.38103/h（2）熱量衡算170水：液體熱焓：719.29kJ/kg 125水：液體熱焓：525.02kJ/kg蒸汽熱焓：2773.3kJ/kg 蒸汽熱焓：2716.4kJ/kg汽化熱：2054.0kJ/kg 汽化熱：

48、2191.8kJ/kg帶入熱變換氣再沸器帶入熱 Q1=WCpT1=(44.58103/22.4)170(0.2843440.6530.012280.7540.5238210.130.1698280.7450.0101161.7)=338.3310322.8508=7.73106kJ/h飽和水蒸汽帶入熱 Q2=WH=0.43744.581032773.3=54.03106kJ/h故總帶入熱 Q11=Qi= Q1 Q2=(7.7354.03)106=61.76106kJ/h帶出熱變換氣再沸器帶出熱 Q1=WCpT1=(44.58103/22.4)125(0.2843440.6530.012280.

49、7540.5238210.130.1698280.7450.0101161.7)=5.68106kJ/h飽和水蒸汽帶出熱 Q2=WH=0.09244.581032716.4=11.14106kJ/h冷凝水帶出熱 Q3=WH=15.38103525.02=8.07106kJ/h則總帶出熱 Q12=Qi= Q1Q2Q3=(5.6811.148.07)106=24.89106kJ/h所以變換氣再沸器熱量為Q=Q11Q12=(61.7624.89) 106=36.87106kJ/h4.2.2 變換氣分離器（1）進(jìn)口變換氣：干氣流量44.58km3/h 含濕量0.437kg蒸汽/m3干氣（2）出口變換氣

50、：干氣流量44.58km3/h 含濕量0.092kg蒸汽/m3干氣（3）分離冷水量：44.58(0.4370.092)=15.38103kg/h4.2.3 二氧化碳吸收塔（1）操作條件3進(jìn)塔氣溫度：125 出塔氣溫度：80出塔溶液(富液)溫度：120下段進(jìn)塔溶液(半貧液)溫度：104 上段進(jìn)塔溶液(貧液)溫度：80（2）出塔濕氣流量干原料氣量：44.58km3/h125飽和蒸汽壓：0.23MPa水蒸汽流量V水 =V干aP水/(P0aP水)=44.581030.80.23/(1.80.80.23)=5.06km3/h進(jìn)塔濕氣含量V濕 =V干V水=44.585.06=49.64km3/h（3）溶液

51、組分3貧液轉(zhuǎn)化度 Fc1=0.25半貧液轉(zhuǎn)化度 Fc2=0.43富液轉(zhuǎn)化度 Fc3=0.83貧液與半貧液的流量比 0.250.75=13溶液中碳酸鉀含量為 398.4g/L則溶液的摩爾濃度為398.4/138=2.89mol/L由反應(yīng)K2CO3CO2H2O=2KHCO3Q知1molK2CO3可以吸收1molCO2,則每立方米溶液完全吸收的CO2量為: 2.8922.4=64.74m3CO2/m3溶液溶液的平均轉(zhuǎn)化度Fc=0.25(Fc3Fc1)0.75(Fc3Fc2)=0.445則平均每立方米溶液吸收的CO2量為64.740.445=28.81m3CO2/m3溶液（4）CO2量由于熱鉀堿溶液是

52、堿性化學(xué)藥劑,吸收選擇性高,對(duì)變換氣中CO2以外的氣體吸收率很低,故可以認(rèn)為除CO2以外的氣體均為惰性氣體,切管道壓強(qiáng)不變,則其體積流量在吸收前后不變,取氣體凈化度為CO2含量的1%,則由CO2平衡和總的物料平衡計(jì)算得出出塔凈化氣流量和被溶液所吸收的CO2量為:出塔凈化氣量為V1=44.58103(10.2843)/(10.01)=32.23km3/h進(jìn)塔變換氣量為V2=44.58km3/h被溶液吸收的CO2量為VCO2=V2V1=44.5832.23=12.35km3/h凈化氣干氣組成如表4.3。表4.3 凈化氣干氣組成組分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì)組成(%) 1 1.66 7

53、2.45 23.49 1.4 100體積流量m3/h 322.28 534.98 23387.86 7583.25 451.19 32228 摩爾流量kmol/h 14.39 23.88 1044.10 338.54 20.14 1438.75（5）吸收塔溶液流量的計(jì)算溶液的吸收能力為V吸CO2=28.81m3CO2/m3溶液則溶液的流量為L(zhǎng)= V吸CO2/28.81=12.35103/28.81=428.67m3/h富液的流量為428.67m3/h貧液的流量為428.671/4=107.17m3/h半貧液的流量為428.67107.17=321.5m3/h組成由轉(zhuǎn)化度 Fc3=0.83得轉(zhuǎn)化

54、為KHCO3的K2CO3量為2.890.83=2.4mol/L則富液中KHCO3量2.42=4.8mol/LK2CO3量2.892.4=0.49mol/L4.2.4 凈化氣冷卻器（1）已知條件進(jìn)冷卻器氣體：溫度：80 壓力：1.8MPa 干氣流量：32.23 km3/h出冷卻器氣體：溫度：40 壓力：1.8MPa 干氣流量：32.23 km3/h80飽和水：液體熱焓：334.94kJ/kg蒸汽熱焓：2642.3kJ/kg蒸汽壓：0.047MPa40飽和水：液體熱焓:167.47kJ/kg蒸汽熱焓:2568.6kJ/kg蒸汽壓:0.0074MPa80時(shí)氣體含濕量：aP水/(P0aP水)M/22.

55、4=0.047/(1.80.047)18/22.4=0.022蒸汽/m3干氣40時(shí)氣體含濕量：aP水/(P0aP水)M/22.4=0.0074/(1.80.0074)18/22.4=0.00332蒸汽/m3干氣（2）帶入熱凈化氣帶入熱 Q1=WCpT1=(32.23103/22.4)80(0.01440.6530.0166280.7540.7257210.130.2353280.7450.014161.7)=115.1110320.63=2.37106kJ/h飽和水蒸汽帶入熱 Q2=WH=0.02232.231032642.3=1.87106kJ/h故總帶入熱 Q11=Qi= Q1 Q2=(2

56、.371.87)106=4.24106kJ/h（3）帶出熱凈化氣帶出熱 Q1=WCpT1=(32.23103/22.4)40(0.01440.6530.0166280.7540.7257210.130.2353280.7450.014161.7)=1.19106kJ/h飽和水蒸汽帶出熱Q2=WH=0.0033232.231032568.6=0.275106kJ/h冷凝水帶出熱 Q3=WH=(0.0220.00332)32.23103167.47=0.10106kJ/h則總帶出熱 Q12=Qi= Q1Q2Q3=(1.190.2750.10)106=1.565106kJ/h所以變換氣再沸器熱量為：

57、Q=Q11Q12=(4.241.565)106=2.675106kJ/h4.2.5 凈化氣分離器（1）進(jìn)口凈化氣：干氣流量：32.23km3/h，含濕量：0.022蒸汽/m3干氣（2）出口凈化氣：干氣流量：32.23km3/h，含濕量：0.00332蒸汽/m3干氣（3）分離冷水量：0.60106kg/h4.2.6 二氧化碳再生塔（1）已知條件3再生塔上段溶液進(jìn)口溫度：108再生塔半貧液出口溫度：110溶液處理量：428.67m3/h上段排出液(半貧液)：321.5m3/h 再生度：Ic1=Fc11=0.431=1.43下段排出液(貧液)：107.17m3/h 再生度：Ic2=Fc21=0.25

58、1=1.25再生壓力：0.12MPa再生塔水汽比：CO2/H2O =2.0密度：1250kg/m3熱鉀堿溶液比熱：3.3kJ/(kg)（2）物料衡算由反應(yīng)式2KHCO3=K2CO3CO2H2O知2mol KHCO3可以解吸1molCO2,則每立方米溶液完全解吸的CO2量為4.822.41/2=53.76m3CO2/m3溶液溶液的平均再生度：Ic =0.25(Ic3Ic1)0.75(Ic3Ic2)=0.445則平均每立方米溶液解吸的CO2量為：V再生CO2=53.760.445=23.92m3CO2/m3溶液再生氣中CO2的流量：VCO2=23.92428.67=10.25km3/h水蒸汽流量:

59、由CO2/H2O =2.0得：VH2O=2VCO2=2.010.25=20.50km3/h則再生氣流量為：V=VCO2VH2O=20.5010.25=30.75km3/h溶液中殘留的CO2量為:V吸收CO2V再生CO2=28.8123.92=4.89m3CO2/m3溶液即以KHCO3存在的CO2量為：NCO2=4.89/22.4=0.218kmol/L則KHCO3摩爾濃度為：0.2182=0.436kmol/L貧液中KHCO3摩爾濃度為：0.4360.25/(0.250.43)=0.16kmol/L半貧液中KHCO3摩爾濃度為：0.4360.16 =0.276kmol/L（3）熱量衡算工藝條件

60、3理論可解吸CO2量為：23.92 m3CO2/m3溶液CO2的比熱：0.653kJ/(kg)水的比熱：4.2kJ/(kg)105水蒸汽熱焓：2700kJ/kg40水液體熱焓：167.47kJ/kg帶入熱富液帶入熱 Q1=WCpT1=428.6712503.3108=190.79106kJ/h回流水帶入熱 Q2= WCpT=16.391034.240=2.75106kJ/h變換氣帶入熱（已計(jì)算）：Q3=36.87106kJ/h蒸汽再沸器帶入熱（待定）：Q4故總帶入熱 Q11=Qi=Q1Q2Q3Q4=(190.972.7536.87)106Q4=230.49106kJ/hQ4帶出熱半貧液帶出熱