合成氨原料气脱碳及再生工艺设计--

河南城建学院毕业设计目录毕业设计题目5万吨/年合成氨原料气脱碳及再生工艺设计毕业设计(论文)任务书学生姓名丁锦专业班级化工1102指导教师姬乔娜工作单位化学与制药工程系设计(论文)题目年产5000万m3合成氨原料气净化脱碳工艺设计河南城建学院毕业设计总论2设计（论文）主要内容：在合成氨工业中不论用什么原料及方法造气，经变换后的合成气中都含有大量的CO2，这些CO2如果不在合成工序之前除净，不仅耗费气体压缩功，空占设备体积，而且对后续工序有害。此外，CO2还是重要的化工原料，因此合成氨中原料气净化脱碳很有必要和意义。本课题对合成氨原料气净化脱碳的生产车间进行设计，对设备选型、车间布置进行较全面的阐述，对我国化学工业的发展和国民的健康有着重要意义。要求完成的主要任务及其时间安排：目标：完成年产5000万m3合成氨原料气净化脱碳工艺设计，撰写设计说明书。要求：1.设计合成氨原料气净化脱碳的工艺流程框图，并对工艺过程作说明2.进行物料衡算、热量衡算3.设备选型与布置4.绘制工艺流程图(2#图纸)、车间平面布置图(1#图纸)、主体设备图(2#图纸)5.撰写设计说明书（要求请参考《本科毕业设计（论文）工作手册》）。时间安排：2013.12.23-2013.12.29(第17周)安排设计题目，明确设计内容。2013.12.30-2014.01.10(第18-19周)查阅有关资料，完成开题报告初稿并交老师审阅。2014.02.17-2014.02.21(第1周)提交正式开题报告，制定工艺流程。2014.02.24-2014.03.07(第2-3周)完成物料衡算、热量衡算。2014.03.10-2014.04.04(第4-7周)完成设备选型，撰写设计说明书。2014.04.07-2014.05.02(第8-11周)完成工艺流程图、车间布置图与主体设备图的绘制。2014.05.05-2014.05.23(第12-14周)完成论文初稿，指导老师审阅并交学生修订，装订成册。2014.05.26-2014.06.06(第15-16周)进行毕业答辩。必读参考资料：[1]孟岩.合成氨的生产方法以及工艺流程研究[J]科教文汇,2008(上旬刊):279.[2]王绍贵.二氧化碳脱除工艺及发展趋势[J].泸天化科技,2000,2:100-104.[3]王之德.值得推广的节能型MDEA脱碳新技术[J].四川化工,1995,2,51。[4]张宏伟.MDEA溶液脱碳工艺在合成氨中的应用[J].小氮肥设计技术,2005,26(6):31-32.[5]吴永由,覃富智.ACT-1在富岛合成氨装置脱碳系统的应用[J].大氮肥,2005,28(5):299-300.[6]姜淮,李正西.NHD脱硫脱碳工艺在合成氨装置的应用[J].化肥设计,2008,46(6):30-32.[7]周小宏.小型合成氨厂脱碳工艺的选择[J].山西化工,1995,3:38-41.[8]姜宏,谯中惠,郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气,2005,23(6):28-31.[9]SavageDW,GAstarita,SJoshi.Chemicalabsorptionanddesorptionofcarbondioxidefromhotcarbonatesolutions[J].ChemEngSci,1980,35:1513.[10]TsengPC,WSHo,DWSavage.Carbondioxideabsorptionintopromotedcarbonate河南城建学院毕业设计总论3solutions[J].AIChEJ,1988,34(6):922-931[11]徐世仁等，化工类毕业设计（论文）写作指导，化学工业出版社，2011[12]刘光启,马连湘等.化工物性算图手册[M].北京：化学工业出版社，2002[13]蒋作良.药厂反应设备及车间工艺设计[M].中国医药科技出版社，1994[14]王静康.化工设计第二版[M].北京：化学工业出版社，2006[15]匡国柱，史启才主编，化工单元过程及设备课程设计[M]，北京，化学工业出版社，2008指导教师签名：教研室主任签名：毕业设计(论文)开题报告河南城建学院毕业设计总论4题目年产5000万m3合成氨原料气净化脱碳工艺设计1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：合成氨工业的迅速发展促进了一系列的科学技术和化学合成工业的发展。随着科学技术的进步和生产能力的不断发展，合成氨工业在国民经济的基础作用会越来越重要，而脱碳工段又是合成氨必不可少的工段之一，其能耗约占合成氨厂的总能耗的10%左右。因此，脱碳的工艺能耗的高低，对氨厂总能耗的影响很大，国内一些较先进的合成氨工艺流程，基本都选用了低能耗脱碳工艺。我国合成氨工艺能耗较高，脱碳工艺技术也比较落后，因此，推广应用低能耗的脱碳工艺，非常有必要。如果原料中的二氧化碳不能在合成氨工艺前及时除净，就会使合成氨中的催化剂中毒，致使生产无法进行下去，导致巨大的损失。此外，二氧化碳是制造纯碱,碳酸氰胺，化肥等重要原料，二氧化碳的脱出和回收是脱碳过程的重要任务，在合成氨中有着比较重要的地位。随着合成氨工业的飞速发展与国际经济的迅速变化，合成氨工业的经济性急需要提高，来降低成本，抵御风险，就不同的脱碳工艺进行深入研究，以达到成本最低化，资源有效化。因此，在国际经济与国家政策的前提下，将合成氨的风险和利润投入到中间工序脱碳工段降低成本，此工艺能有效的缩短流程，降低能源的消耗，减少污染排放，在提高产品的附加值的同时也能填补国内脱碳工艺的空白，并且为合成氨的进步积累宝贵的经验。本课题的主要目的是为了寻找出一套合理的脱碳的工艺，以获得较高纯度的净化气。提高二氧化碳的回收率，简化合成氨脱碳的流程，降低生产能耗，达到生产的较高的经济效益指标.现在的合成氨脱碳的方法大致有这些：活化剂ACT1，本菲儿法脱碳系统aMDEA®,N一甲基二乙醇胺MDEA,聚乙二醇二甲醚的混合物NHD,(这里要标出其中文工艺名)等，下面大致的介绍一下各种脱碳的方法，ACT1具有愿优良的质量传递，提高了溶质在溶液中的质量传递速度，更有利于改进气一液相平衡，更好的化学稳定性[1]；aMDEAR利用操作温度上的不同，从而达到节能的目的[2]；MDEA具有极好的选择吸收能力，与酸性气体溶解热最低，稳定性好[3]，MDEA蒸气压低；NHD剂的丰要成分为聚乙二醇二甲醚的混合物，属于物理吸收溶剂[4]。NHD溶剂不仪对CO和CO2等酸性气体有较强的吸收能力，而且能选择性地脱除合成气中H2S。对脱碳工段的各个单元生产指标的计算和对比，对于这次的设计我觉得选择NHD相对来说比较好。2．基本内容和技术方案：在合成氨工业中不论用什么原料及方法造气，经变换后的合成气中都含有大量的CO2，这些CO2如果不在合成工序之前除净，不仅耗费气体压缩功，空占设备体积，而且对后续工序有害。此外，CO2还是重要的化工原料，因此合成氨中原料气净化脱碳很有必要和意义。本课题对合成氨原料气净化脱碳的生产车间进行设计，对设备选型、车间布置进行较全面的阐述，对我国化学工业的发展和国民的健康有着重要意义。NHD脱碳工艺流程见图1。河南城建学院毕业设计总论5图1NHD的脱碳工艺图1，12一换热器；2，9，IO，11，13一分离器；3一脱碳塔；4一高压闪蒸槽；5一低压闪蒸槽；6一鼓风机；7，14一溶液泵；8一汽提搭；15，16一水力透平来自NHD脱碳工序的原料气从塔顶喷淋而下在填料层内逆流接触，从而脱除其中的CO：，脱碳塔顶出来的净化气经过气液分离器后，进入板式气体换热器升温至34℃左右后去甲烷化装置。脱碳塔底排出的NHD富液经水力透平回收能量后去高压闪蒸槽，其操作压力为1．2MPa。从高压闪蒸槽排出的富液再经另1台水力透平回收能量后进人低压闪燕槽，其操作压力为0．18MPa。高压闪蒸气含氢高达23％左右，为了充分同收这部分氢气，通过l台闪蒸气压缩机增压后返回脱硫塔。该项技术措施可回收CO，体积分数为98．5％的低压闪蒸气送人尿素装置生产尿素。经过闪蒸的NHD富液由富液泵打至气提塔段上部，自上而下与从塔底上升的氮气在填料层内逆流接触进行气提再生，经气提再牛后的NHD贫液从气提塔底排出，经脱碳贫液泵升压后，再经氨冷器冷却到一5℃，然后去脱碳塔顶部循环使用。[4][1]吴永由,覃富智.ACT-1在富岛合成氨装置脱碳系统的应用[J].大氮肥,2005,28(5):299-300.[2]王绍贵.二氧化碳脱除工艺及发展趋势[J].泸天化科技,2000,2:100-104[3]张宏伟.MDEA溶液脱碳工艺在合成氨中的应用[J].小氮肥设计技术,2005,26(6):31-32.[4]姜淮,李正西.NHD脱硫脱碳工艺在合成氨装置的应用[J].化肥设计,2008,46(6):30-32.3．进度安排：2014.02.17-2014.02.21(第1周)提交正式开题报告，制定工艺流程。2014.02.24-2014.03.07(第2-3周)完成物料衡算、热量衡算。2014.03.10-2014.04.04(第4-7周)完成设备选型，撰写设计说明书。2014.04.07-2014.05.02(第8-11周)完成工艺流程图、车间布置图与主体设备图的绘制。2014.05.05-2014.05.23(第12-14周)完成论文初稿，指导老师审阅并交学生修订，装订成册。2014.05.26-2014.06.06(第15-16周)进行毕业答辩。河南城建学院毕业设计总论64．指导老师意见：指导教师签名：年月日河南城建学院毕业设计总论71.概述1.1原料气脱碳的目的和意义1.2原料气脱碳工艺概述1.3工艺的选择2.吸收塔的物料衡算和热量衡算3.吸收塔的机构设计4.辅助设备设计与选型附录致谢论文至少要包含上述四章内容，请补充1.1NHD的脱碳原理1.1.1NHD溶剂的物理性质NHD溶剂的主要成分是聚乙二醇二甲醚，分子式为3243nCHOCHOCH，式中n=2~8，平均分子量为250~270。其物理性质(25℃)见表1：表1NHD的物理性质河南城建学院毕业设计总论81.1.2计算的热力学基础NHD溶剂在脱碳过程具有典型的物理吸收特征。二氧化碳气体在工艺气体中分压不太高时，它在NHD溶剂中的平衡溶解度能较好地服从亨利定律：iiiCHP当气相压力不高时，气相中各组分的分压可按道尔顿分压定律来描述：iiPPy在iy一定时，提高气相总压P，可溶气体在NHD溶液中的浓度iC，将增大，此时实行气体吸收过程。若气体i为二氧化碳，即为脱碳过程。反之，对已经溶解了大量二氧化碳的NHD溶剂，在温度及iH不变的情况下，降低气相总压，气体i从溶液中释放出来，形成闪蒸过程。闪蒸后的NHD溶液中还有少量的气体i，此时可往溶液中鼓入不含气体i的空气等惰性气体，继续降低气相中i的浓度，可进一步降低溶液中i气体的浓度iC,达到溶液再生的目的，使之重复用于吸收。在二氧化碳气体与NHD溶剂之间进行传质过程的同时，氢气、氮气、甲烷、一氧化碳等气体与NHD溶剂吸收和解吸，但与二氧化碳气体的溶解度相比，这些气体在NHD溶剂中的溶解度要小得多(表2)表2各种气体在NHD溶剂中的溶解度由于硫化氢和有机硫在前面的脱硫工段已经脱除了大部分，剩下的含量很少，故可以可作NHD只吸收二氧化碳，其它气体则为惰性气体。1.1.3计算的动力学基础通过对NHD溶剂吸收2CO的传质研究，测得2CONHD系统的扩散系数26800.0723TDe2CONHD系统的液膜传质系数与温度的关系式：40.0182.2310TLke河南城建学院毕业设计总论9NHD溶剂吸收2CO的速率方程式可以写成：222COGCOCOGKPPNHD溶剂吸收2CO时的传质阻力主要是在液相，对此物理溶解过程有：111GGLKkHk在过程速率主要取决于2CO在NHD液相中的扩散速率情况下，则上式可简化为GLKHk提高气相压力对GK无明显影响，但提高了2COP，从而增大了吸收