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1、120kt/a合成氨脱碳工艺设计与优化 The Design and Optimization of Decarburization Section in the Production of the 120 kt/a Synthetic Ammonia per year目 录摘要IAbstractII第1章 合成氨工艺介绍11.1合成氨工业概况11.1.1我国合成氨工业发展概况11.1.2发展趋势21.1.3合成氨生产工艺简述21.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用31.1.5脱碳方法概述41.2净化工序中脱碳方法41.2.1化学吸收法41.2.2物理吸收法61.2.3物理化学吸收法81.2.
2、4固体吸附8第2章 脱碳方法介绍与选择92.1 脱碳方法的比较92.2 脱碳方法的确定102.3 脱碳工艺流程的分类及比较162.4 本设计工艺流程的确定18第3章 工艺操作条件的选择193.1 压力193.2 温度193.3 溶液的浓度203.4 系统的腐蚀和缓冲203.4.1 缓蚀剂203.4.2 消泡剂21第4章 脱碳工艺物料衡算和热量衡算224.1 工艺计算条件224.2二氧化碳吸收塔物料衡算及热量衡算224.2.1二氧化碳吸收塔物料衡算224.2.2二氧化碳吸收塔热量衡算254.3 二氧化碳再生塔的物料衡算及热量衡算27第5章 吸收塔的设计及选型305.1 吸收塔设计数据305.1.
3、1液相物性数据305.1.2气相物性数据305.1.3气液相平衡数据305.2 二氧化碳吸收塔315.3 塔内件的选择325.3.1填料支承装置325.3.2压紧装置345.3.3液体分布器345.3.4再分布器34结 论35致 谢36参考文献37120kt/a合成氨脱碳工艺设计与优化摘要:本设计是年产十二万吨合成氨脱碳工艺的初步设计，采用二乙醇胺热钾碱法脱碳技术，此种方法主要原理是利用两段吸收两段再生的工艺流程来脱除合成气中的二氧化碳，以得到合格的净化气，并控制适当的条件对吸收液进行再生。本设计中上段塔径D1 =2600mm，下段塔径D2=3000mm，支撑装置选择分块式栅板，压紧装置选择网
4、纹孔板压板。分布器选择槽盘式液体分布器再分布器选择盘式液体收集器，设计出来的塔对原料气中二氧化碳的脱除效果很好,对以后的合成工段意义重大。二氧化碳含量过高会影响合成氨催化剂的活性，同时回收来的二氧化碳可以用于尿素等化合物的合成。设计内容主要包括物料衡算和热量衡算，生产工艺的确定和比较、设备的选型与设计。附带有工艺流程图。关键词：热钾碱法 二氧化碳 工艺设计The Design and Optimization of Decarburization Section in the Production of the 120 kt/a Synthetic Ammonia per yearAbstra
5、ct: This design is a preliminary design of decarburization technique in an annual output of 120,000 t alcohol ammonia process. 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 developed
6、 way of hot solution of aqueous potassium carbonate and the two absorption and two recovery processes to remove the carbon dioxide in the syngas, and then recover the carbon dioxide from the solution in proper condition. The upper diameter of the tower is D1 = 2600 mm, the tower diameter of the lowe
7、r part is D2 = 3000 mm. We choose the sub-block grid plate as the supporting device, textured orifice plate as the clamping device. Selecting trough-type liquid distributor as the distribution improvement device, and the disc-type liquid collector as the liquid re-distributor. The designed tower has
8、 a good effect on the removal of carbon dioxide in the raw material gas .This is significant for the following section of synthesis. The content of the design mainly includes the choice of the making technology, mass and energy balance, the design of the equipments and tubes. Besides these, it inclu
9、des the drawing of controllable technological process, the drawing of equipments, and the equipment drawing of the absorbing tower .Keywords: The hot solution of aqueous; Carbon dioxide; technological design37第1章 合成氨工艺介绍1.1合成氨工业概况1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的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应即可获得氨： CaCN23H2
10、O（g）2NH3（g）CaCO3在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模（以合成塔单塔能力为依据）随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600t/d和1000t/d的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部
11、有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。1.1.1我国合成氨工业发展概况我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。 我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，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，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。但是，由
12、于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。我国的合成氨原料主要集中在重油，天然气和煤，到目前为止，中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的47%，而人口在本世纪中叶将达到约16亿，粮食始终是至关重要的问题。化肥对农作物的增产作用己为大家所公认，中国施肥水平还有很大的提高空间，尤其是中西部市场。与国外比较，我国氮肥行
13、业主要存在一些比较严重的问题，集中表现为装置规模小，因而有效生产能力不足，致使行业整体竟争能力差。进入WTO后，氮肥行业这种结构性矛盾日趋显著，成为影响行业发展的一个主要因素。对原有合成氨装置进行改扩建，利用国家对农业的倾斜政策，节能技术改造见效快、可很快提高企业生产规模，改扩建改造会给企业带来了巨大的经济和社会效益。1.1.2发展趋势原料路线的变化方向。从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70年代中东石油涨价后，从煤制氨路线重新受到重视，但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故，预计到20世纪末，世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。节能和降
14、耗。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。与其他产品联合生产。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。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，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气
15、气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。1.1.3合成氨生产工艺简述合成氨是一个传统的化学工业，诞生于二十世纪初。就世界范围来说，氨是最基本的化工产品之一，其主要用于制造硝酸和化学肥料等。合成氨的生产过程一般包括三个主要步骤: 造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；净化，对合成气进行净化处理，以除去其中氢和氮之外的杂质；压缩和合成，将净化后的氢、氮混合气体压缩到高压，并在催化剂和高温条件下反应合成为氨。其生产工艺流程包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及输人氨库和氨吸收八个工序1。在合成氨生产过程中，脱除CO2是一个比较重要的工序之一，其能耗约占氨厂总能耗的10%左右。因此，脱除CO2，工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大，国外一些较为先进的合成氨工艺流程，均选用了低能耗脱碳工艺。我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也显得比较落后，因此，结合具体情况，推广应用低能耗的脱除CO2工艺，非常有必要。1.1.4脱碳单元在合成氨工业中的作用在最终产品为尿素的合成氨中，脱碳单元处于承前启后的关键位置，其作用既是净化合成气，又是回收高纯度的尿素原料CO2。以沪天
