年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计.docx

年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计.docx

《年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计.docx（83页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

[摘要]脱碳工段是合成氨工程中必不可少的工段之一，二氧化碳吸收塔和溶液再生塔是脱碳过程中不可缺少的塔设备。

本文权衡众多合成氨脱碳方法之利弊，最终选择碳酸丙烯酯脱碳法。

首先进行工艺流程分析并根据工艺参数及有关标准进行二氧化碳吸收塔和解析塔内的物、热量衡算；其次就二氧化碳吸收塔、溶液再生塔等设备利用物理吸收机理、传质传热方程、溶液物性数据等方面的知识进行塔体的总体结构设计和计算，设计出二氧化碳吸收塔的塔径为2.1m，塔高为27m，二氧化碳解吸塔塔径2.4m，塔高29m；然后对二氧化碳吸收和解吸塔进行了必要的强度校核；最后对脱碳工段车间结构布置进行合理的设计。

本设计作为理论上的准备工作，为分析工艺流程、设备设计上存在的问题、确定问题的根源、提出解决问题的合理方案准备了充分的理论依据。

[关键词]碳酸丙烯酯法；脱碳工艺；工程设计

TheDesignoftheDecarbonizationSectionintheProductionofthe40thousandtonsSyntheticAmmoniaperyear

Abstract:

DecarbonizingsectionisoneoftheabsolutelynecessarysectionsintheSyntheticAmmonia,andtheCarbondioxideabsorptiontowerandthesolutionregenerationtowerareindispensabletowerequipmentintheSyntheticAmmonia.

Thispapertradeoffadvantagesanddisadvantagesofmuchapproachtodecarbonization,propylenecarbonate（PC）decarboniza-tionareselectedfinally.Thetechnologicalprocesswasanalyzed,andthematerialandheatwasbalancedaccordingtoparametersandrelevantstandardsfirstly.ThetowerbodygeneralstructurewasdesignedcalculationbyusingphysicalabsorptionMechanism,masstransferandheattransferequation,solution-physicaldatastcsecondly.Thediameterofabsorptiontoweris2.1m,theheightoftoweris27m,diameterofdesorptiontoweris2.4m,theheightoftoweris29m,whichweredesigned.,AndthenthestrengthoftheCarbondioxideabsorptiontowerandthesolutionregenerationtowerarechecked.Thedecarbonizingsectionstructuralarrangementwasreasonabledesignfinally.Asthetheoreticalpreparationwork,thisdesigningpreparesufficienttheoreticalbasisforpeopletoanalysistheproblemsoftechnologicalprocess,equipmentdesign,determinedrootofproblems,posingreasonableplantosolveproblems.

Keywords:

Decarbonizationprocess;CarbondioxideremovalwithPCmethod;Proeessdesign

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

1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：

CaCN2＋3H2O（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:

（l）造气，即制造含有氢和氮的合成氨原料气，也称合成气；

（2）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；

（3）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。

以沪天化1000t/d合成氨装置脱碳单元为例，其需要将低变出口的CO2含量经吸收后降到0.1%以下，以避免甲烷化系统超温并产生增加能耗的的合成惰气，同时将吸收的CO2再生为99%纯度的产品CO2。

在此过程中吸收塔压降还应维持在合理范围内以降低合成气压缩机的