1、答辯人： 指導(dǎo)導(dǎo)師：,18萬噸/年合成氨脫碳工段工藝設(shè)計(jì),1.課題來源及意義 2.國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景 3.研究目標(biāo)和內(nèi)容 4.研究方法 5.心得體會(huì) 6.參考文獻(xiàn),課題來源,原料中的二氧化碳如果不能在合成氨工序前及時(shí)除凈，就會(huì)使合成氨催化劑中毒，而且稀釋了原料氣降低了氫氮分壓，致使生產(chǎn)無法進(jìn)行下去。 根據(jù)晉城二化合成氨生產(chǎn)進(jìn)行分析所進(jìn)行的優(yōu)化和改良方案。,課題意義及目的,選題意義：氨是重要的化工產(chǎn)品之一，用途很廣泛。在農(nóng)業(yè)方面，一氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等，以及含氮復(fù)合肥料。液氨本事就是一種高效單數(shù)肥料，可以直接施用。 合成氨生產(chǎn)中的脫碳既可制取尿

2、素原料，又除去使合成催化劑中毒的CO2氣體。,課題意義及目的,隨著合成氨工業(yè)的飛速發(fā)展與國際經(jīng)濟(jì)的迅速變化，合成氨工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性急需要提高，來降低成本，抵御風(fēng)險(xiǎn)。就碳酸丙烯酯法脫碳工藝進(jìn)行深入研究，以達(dá)到成本最低化，資源有效化。因此，在國際經(jīng)濟(jì)與國家政策的前提下，將合成氨的風(fēng)險(xiǎn)和利潤投入到中間工序脫碳工段，對(duì)陷入困境的化工行業(yè)是一個(gè)很好的出路，對(duì)內(nèi)外交困的合成氨行業(yè)來說，可以選擇與鎳鐵行業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略聯(lián)盟，以避免風(fēng)險(xiǎn)，降低成本。此工藝能有效縮短流程，降低能源消耗，減少污染排放，在提高產(chǎn)品附加值的同時(shí)也填補(bǔ)了脫碳工藝的國內(nèi)空白，并且為合成氨領(lǐng)域的進(jìn)步積累了難得經(jīng)驗(yàn)。,國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景,我國是一

3、個(gè)人口大國，農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，而農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開化肥。氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要量最大的化肥之一，合成氨則是氮肥的主要來源，因而合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的位置。 我國合成氨工業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一位，已掌握了以焦炭、無煙煤、褐煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴等氣固液多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，形成中國大陸特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。,國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景,與國外比較，我國氮肥行業(yè)主要存在一些比較嚴(yán)重的問題，集中表現(xiàn)為裝置規(guī)模小，因而有效生產(chǎn)能力不足，致使行業(yè)整體竟?fàn)幠芰Σ?。又由于我國合成氨一直是化工產(chǎn)

4、業(yè)的耗能大戶，中小型裝置多，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，國產(chǎn)化水平低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的迫切需要，因此，開發(fā)新技術(shù)的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型來提高設(shè)汁、生產(chǎn)、操作和管理等的核算能力，促進(jìn)設(shè)計(jì)、管理和生產(chǎn)操作的優(yōu)化，從而推動(dòng)合成氨工業(yè)發(fā)展，提升整體技術(shù)水平，己成為國內(nèi)當(dāng)前化學(xué)工程科研、工程設(shè)計(jì)的重要課題。,國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及研究背景,世界上85%的合成氨用做生產(chǎn)化肥，世界上99%的氮肥生產(chǎn)是以合成氨為原料。雖然全球一體化的發(fā)展減少了用戶的選擇范圍，但市場的穩(wěn)定性卻相應(yīng)地增加了，世界化肥生產(chǎn)的發(fā)展趨勢是越來越集中到那些原料豐富且價(jià)格便宜的地區(qū)，呂梁是資源富區(qū)，資源十分豐富，已探明礦藏有40多種，含礦面積占

5、全市國土面積的90%以上，其中含煤面積11460平方公里，占全市國土面積的54.3%，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量1101億噸，探明儲(chǔ)量404億噸。對(duì)于合成氨工業(yè)的發(fā)展有相當(dāng)強(qiáng)力的第一資源優(yōu)勢。,研究目標(biāo)和內(nèi)容,為了尋找出一套合理的脫碳工藝，以獲得較高純度的凈化氣，提高二氧化碳的回收率，簡化合成氨脫碳流程，降低生產(chǎn)能耗，達(dá)到生產(chǎn)的的較高的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。 （1）合成氨工業(yè)的發(fā)展以及脫碳單元在合成氨工業(yè)的作用 （2）凈化工序中的脫碳方法 （3）生產(chǎn)工藝的比較與確定 （4）吸收塔與解析塔的物料衡算和能量衡算 （5）設(shè)備的選型與設(shè)計(jì) （6）管道尺寸設(shè)計(jì)以及繪制點(diǎn)的工藝流程圖 （7）主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖,合成氨的原料及原則流程,

6、合成氨的原料是氫氣和氮?dú)?。氮?dú)鈦碓从诳諝?，可以在制氫過程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得；氫氣來源于水或含有烴的各種燃料。工業(yè)上普遍采用的是以焦炭、煤、天然氣等燃料與水蒸氣作用的氣化方法。 合成氨生產(chǎn)的原則流程如圖示。,合成氨生產(chǎn)工藝簡述,合成氨的生產(chǎn)過程一般包括三個(gè)主要步驟: (l)造氣，即制造含有氫和氮的合成氨原料氣，也稱合成氣； (2)凈化，對(duì)合成氣進(jìn)行凈化處理，以除去其中氫和氮之外的雜質(zhì)； (3)壓縮和合成，將凈化后的氫、氮混合氣體壓縮到高壓，并在催化劑和高溫條件下反應(yīng)合成為氨。其生產(chǎn)工藝流程包括：脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、甲烷化、氨的合成、吸收制冷及輸入氨庫和氨吸收八個(gè)工

7、序。 在合成氨生產(chǎn)過程中，脫除CO2是一個(gè)比較重要的工序之一，其能耗約占氨廠總能耗的10%左右。因此，脫除CO2，工藝的能耗高低，對(duì)氨廠總能耗的影響很大。,脫碳方法概述,由變換工序來的低變氣進(jìn)脫碳系統(tǒng)的吸收塔，經(jīng)物理吸收或者化學(xué)吸收法吸收二氧化碳。出塔氣中二氧化碳含量要求小于0.1%。為了防止氣體夾帶出脫碳液，脫碳后的液體進(jìn)人洗滌塔，用軟水洗去液沫后再進(jìn)入甲烷化換熱器。脫碳塔出來的富液經(jīng)換熱器后，減壓送至二氧化碳再生塔，用蒸汽加熱再沸器，再脫去二氧化碳。為了提高脫碳效率和凈化反應(yīng)，主要進(jìn)行脫碳液組分分析和脫碳塔脫出凈化氣中二氧化碳的分析。由再生塔頂出來的二氧化碳，經(jīng)空冷器和水冷器，氣體溫度降至

8、40，再經(jīng)二氧化碳分離器除去冷凝水，送到尿素車間作原料。再生后的脫碳液(貧液)，先進(jìn)溶液空冷器，冷卻至65左右，由溶液循環(huán)泵加壓，再經(jīng)溶液水冷器冷卻至40后，送入二氧化碳吸收塔循環(huán)使用。,脫碳工藝,在合成氨的整個(gè)系統(tǒng)中，脫碳單元將為系統(tǒng)關(guān)鍵主項(xiàng)，脫碳工序運(yùn)行的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定與否。脫碳系統(tǒng)的能力將影響合成氨裝置和尿素裝置的能力。CO2是一種酸性氣體，對(duì)合成氨合成氣中CO2的脫除，一般采用溶劑吸收的方法。 根據(jù)CO2與溶劑結(jié)合的方式，脫除CO2的方法有化學(xué)吸收法、物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三大類。,脫碳工藝的比較與選擇,由于PC脫碳法，CO2的回收率較高，能耗較低，適用于吸收壓

9、力較高、CO2凈化度不很高的流程。用碳丙液作為溶劑來脫除合成氨變換氣中CO2工藝是一項(xiàng)比較適合我國國情的技術(shù)，與水洗工藝比較，除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外，在現(xiàn)有的脫碳方法中，由于它能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物，加上再生無需熱能，能耗較低等優(yōu)勢，因此選擇PC脫碳法。,脫碳方法,碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，CO2、H2S等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮?dú)庠谔妓岜ブ械娜芙舛却蟮枚鄟砻摮趸己土蚧瘹涠叶趸荚谔妓岜ブ腥芙舛仁请S壓力升高和溫度的降低而增加的，CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來表達(dá)，

10、因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復(fù)吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。,碳酸丙烯酯法的優(yōu)缺點(diǎn),碳酸丙烯酯法具有溶解熱低、粘度小、蒸汽壓低、無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕、流程操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。該法CO2的回收率較高，能耗較低，但投資費(fèi)用較高。適用于吸收壓力較高、CO2凈化度不很高的流程，國內(nèi)主要是小型廠使用。與水洗工藝比較,除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外,在現(xiàn)有的脫碳方法中,它能同時(shí)脫除二氧化碳、硫化氫及有機(jī)硫化物,再生無需熱能,能耗較低等優(yōu)勢。,脫碳流程圖,實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題及解決方法

11、,在PC法脫碳的實(shí)際應(yīng)用中，主要存在以下問題： (1) 溶劑損耗高； (2) 凈化氣中CO2含量容易跑高，噸氨電耗高。,針對(duì)生產(chǎn)中的問題有如下解決方法,(1)塔器的優(yōu)化 包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術(shù)改造，改造后往往可提高20%-50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進(jìn)行:一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造；二是再生塔的改造。,針對(duì)生產(chǎn)中的問題有如下解決方法,(2)系統(tǒng)工藝優(yōu)化 包括： 調(diào)整溶劑泵的揚(yáng)程，串聯(lián)1臺(tái)增壓泵； 氣提流程由原正壓氣提改為負(fù)壓氣提，有利于提高貧度； 降低變換氣和循環(huán)溶劑的溫度，以提高碳丙吸收能力； 采取碳丙溶劑半過濾或全過濾方法，杜絕系統(tǒng)堵塞隱患； 提高變換

12、氣脫硫效果； 碳丙稀液回收改造。,設(shè)計(jì)中完成的任務(wù),1、繪制脫碳塔氨冷氣、脫水塔設(shè)備裝配圖、PC脫碳系統(tǒng)帶控制點(diǎn)流程圖 2、對(duì)主要設(shè)備作物料衡算和熱量衡算,實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件,（1）通過對(duì)合成氨脫碳工段的設(shè)計(jì)研究，鞏固了我們已有專業(yè)知識(shí)，豐富和拓展業(yè)務(wù)知識(shí)，把理論知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐上。 （2）對(duì)脫碳工段的詳細(xì)設(shè)計(jì)，使自身更加深刻認(rèn)識(shí)現(xiàn)代合成氨脫碳過程中的各個(gè)重要環(huán)節(jié)與指標(biāo)。能夠設(shè)計(jì)出一道能夠簡化生產(chǎn)工序，降低生產(chǎn)能耗，獲得較高純度的凈化氣，提高二氧化碳的回收率，減少污染排放。達(dá)到高效生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的雙重效果。 （3）設(shè)計(jì)出完整的脫碳流程后，希望經(jīng)過導(dǎo)師的修改和完善后，可以向

13、市場推廣，按照此設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)檢驗(yàn)。,實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件,由于本課題屬于設(shè)計(jì)類，只需要進(jìn)行信息檢驗(yàn)以及相應(yīng)文獻(xiàn)的輔助查找，必要時(shí)候需要實(shí)驗(yàn)室部分輔助設(shè)備，如吸收塔、解吸塔等設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。,設(shè)計(jì)過程,2013.10-2013.12 工廠實(shí)習(xí)，采集數(shù)據(jù) 2014.2.23-2014.3.08 查閱文獻(xiàn)，選定脫碳工藝方案，準(zhǔn)備開題 2014.3.10-2014.4.10 脫碳工段主要裝置工藝計(jì)算 2014.4.10-2014.5.10 繪制脫碳塔、脫水塔、氨冷器設(shè)備圖，脫碳工段工藝流程圖 2014.5.10-2014.5.20 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2014.5.29-2014.

14、5.30 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯,設(shè)計(jì)心得,通過對(duì)本課題的研究，對(duì)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的各種脫碳方法的研究和比較，對(duì)脫碳工段各個(gè)單元生產(chǎn)指標(biāo)的計(jì)算和對(duì)比，可以對(duì)以往所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行全方位的鞏固和梳理，將所學(xué)到的理論知識(shí)完全應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐上。本課題的目的是為了尋找出一套合理的脫碳工藝，以獲得較高純度的凈化氣，提高二氧化碳的回收率，簡化合成氨脫碳流程，降低生產(chǎn)能耗，達(dá)到生產(chǎn)的較高經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。,參考文獻(xiàn),1 孟巖.合成氨的生產(chǎn)方法以及工藝流程研究J科教文匯,2008(上旬刊):279. 2 王紹貴.二氧化碳脫除工藝及發(fā)展趨勢J.瀘天化科技,2000,2:100-104. 3 王之德,值得推廣的節(jié)能型MDEA脫碳

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