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1、新疆大学2010届本科毕业论文 新疆大学毕业论文(设计)题 目: 奎屯锦疆煤化工制氢工艺脱碳工序核算及二氧化碳 吸收塔的设计指导老师: 陆江银学生姓名： 方 旭 所属院系： 化学与化工学院 专 业： 过程装备与控制工程班 级： 化机06-1完成日期： 2010-06新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书班 级： 化机06-1班 姓 名： 方旭 论文（设计）题目： 奎屯锦疆脱碳工艺核算及二氧化碳吸收的设计专 题： 论文（设计）来源： 教师自选 要求完成的内容 1当前合成氨概况 2 二氧化碳的利弊及脱除方法 3 合成氨工艺简介 4 脱碳工序核算 5 二氧化碳吸收塔设计 6 进行数据分析，得出相关结论
2、 7 撰写论文 发题日期：2010年11月25日 完成日期：2010年5月31日 实习实训单位： 地点：化学化工学院论文页数： 33 页； 图纸张数： 指导教师： 陆江银 教研室主任： 李惠萍 院 长： 王吉德 声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在陆江银老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本人对本论文有自主知识产权，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 摘要近几年来，我国以煤为原料的化
3、工企业逐渐增多，以煤为原料的合成氨的工艺过程也不断得到改进。文章简要论述了奎屯锦疆煤化工的合成氨工艺过程，对它的脱碳工序进行了核算。并进行了在该条件下的二氧化碳吸收塔的设计。 关键词：合成氨；吸收塔；脱碳AbstractIn recent years, chinas coal chemical industry as raw material gradually increased, with coal as a raw material of synthetic ammonia process has also been improved.This paper briefly discuss
4、es the ammonia process of Kuitun Jinjiang Coal Chemical Co. Its decarburization processes are evaluated and conducted under the conditions of the carbon dioxide absorption tower design.Key words： Ammonia; Absorber; Decarburization目 录前言1第一章 文献综述31.1 引言31.2二氧化碳的危害和应用价值31.2.1二氧化碳的危害31.2.2二氧化碳的应用价值41.3二
5、氧化碳吸收方法概述51.3.1物理吸收法51.3.2膜吸收法61.3.3空气分离/排气循环法61.3.4化学吸收法71.4奎屯锦疆煤化工制气工艺介绍71.4.1煤气化71.4.2一氧化碳变换71.4.3低温甲醇洗工艺流程概述71.4.4低温甲醇洗的特点91.5影响水煤浆气化反应的因素101.5.1煤质101.5.2助熔剂101.5.3氧碳比的影响101.5.4煤浆浓度的影响101.5.5反应温度影响111.5.6气化压力的影响111.6本论文研究的目的11第二章 奎屯锦疆煤化工二氧化碳脱除的工艺核算122.1奎屯锦疆煤化工工艺条件122.2奎屯锦疆煤化工二氧化碳吸收塔和解吸塔的核算122.2.
6、1物料衡算122.2.2热量衡算142.2.3泡罩塔传质能力计算162.2.4解吸塔的解吸气量的核算16第三章 吸收塔的设计183.1板式塔与填料塔的比较183.2填料塔的工艺设计183.2.1泛点气速计算193.2.2空塔气速和塔径193.2.3填料层高度的计算193.2.4压降计算223.2.5持液量计算233.2.6填料塔内构件设计233.3填料塔的设备设计243.3.1塔设备厚度计算243.3.2塔设备质量载荷计算253.3.3风载荷和风弯矩的计算253.3.4塔体的强度和稳定性校核273.3.5裙座强度和稳定性校核273.3.6水压实验时塔体截面的强度校核29第四章 结论30参考文献
7、31致谢32前言气体中二氧化碳的脱除(下面简称“脱碳”)，是以天然气、轻重油为原料的合成氨工业、合成燃料工业、有机合成工业、钢铁工业的重要生产过程。在合成氨生产过程中，脱碳具有净化工艺合成气和回收二氧化碳作为生产尿素的原料的双重目的。工艺合成气中二氧化碳的净化度的高低直接关系到合成氨生产的正常进行和能耗的大小。氨是普里斯特利在1754年将砧砂(氯化氨)和石灰加热时发现的。1913年9月9日第一个合成氨厂在德国路德维希港的BASF联合工厂投产，产量很快就达到日产30吨的设计水平。第一次世界大战结束后，德国战败而被迫公开合成氨技术2。目前，工业生产合成氨的原料有三种：煤、天然气和重油或轻油。不管采
8、用哪一种原料，合成氨生产的工序都必须经过原料气的制取(H2的制取)、原料气的净化(包括CO变换、S、CO2等脱除)、原料气精制(少量CO、CO2的脱除)、原料气压缩及合成工段，只不过是不同的生产装置、不同的生产工艺在具体的细节选择上有所不同。以煤为原料的合成氨厂的工艺流程大体依次经过造气、除尘、脱硫、变换、二次脱硫、脱碳、精炼，最后在合成工段生产出氨。以天然气为原料的合成氨厂的工艺流程大体依次经过脱硫、一段转化、二段转化、高温变换、低温变换、脱碳、甲烷化，最后在合成工段生产出氨。以重油或轻油为原料的合成氨厂的工艺流程大体依次经过重油部分氧化、炭黑清除、变换、低温甲醇洗、低温液氮洗，最后在合成工
9、段生产出氨。目前，我国已经引进了三十多套大型合成氨装置，都在减少能耗和二氧化碳的排放上进行研究。本文研究的是奎屯锦疆煤化工四十万吨合成氦装置的脱碳部分的吸收。该厂采用大连理工大学设计的低温甲醇洗脱碳流程。以煤为原料的大型合成氨厂的脱碳工艺。它是利用低温下甲醇的优良特性脱除原料气中的二氧化碳、硫化氢、硫氧化碳等的物理吸收法。低温甲醇洗是在以渣油和煤为原料的大型氨厂中普遍应用的一种流程。利用甲醇在低温高压下对硫化氢，二氧化碳的高溶解度进行二氧化碳的脱除和回收高纯度的二氧化碳作为制取尿素的原料。但随着石油和煤资源的大量使用和紧缺，其价格的增长，以天然气为原料的工艺流程开始逐步取代以煤和石油为原料的流
10、程。因此，适用于以天然气为原料的本菲尔的流程开始逐步在大型合成氨中占主要地位。本菲尔法采用添加活化剂的热钾碱法脱碳，是70年代引进的以天然气和石脑油为原料，在蒸汽转化法制合成氨的工厂中广泛采用。由于吸收液的价格低，吸收容量大，便于操作和容易再生，特别在中压下吸收及有地位能的废蒸汽可利用的情况下，其经济效益尤佳7。本文简单介绍了奎屯锦疆煤化工气体净化阶段二氧化碳的脱除及回收工艺流程，对其进行了工艺核算并对吸收塔重新进行了设计。旨在熟悉和了解二氧化碳的脱除方法和专业知识的应用。第一章 文献综述1.1 引言 目前，人类正面临着日益紧迫的能源及基本原料短缺问题。己探明的石油储量按目前的消耗速度仅能保证
11、43年的供应，煤炭尚可维持174年。另一方面，二氧化碳的排放造成全球变暖，这种温室效应己经严重地困扰经济的发展。二氧化碳几乎是取之不尽、用之不完的碳源，它在绿色植物内的光合作用是地球上发生的最大的化学反应。为了更好地利用二氧化碳就必须选择一种良好的吸收方法，近年来，西欧和日本等许多国家投入了大量资金及人力研究限制排放二氧化碳及其再利用技术。从1991年起，国际能源局(International Energy Ageney)启动了耗资220万美圆的研究与开发温室气体的计划，研究电厂烟道气中二氧化碳和处理应用技术;而日本政府的基金研究机构的地球革新技术，在二氧化碳控制方面投入了更多的资金以减少二氧
12、化碳向大气中的排放，1995年他们计划在10年内，投资230亿日圆，建立以太阳能为能源、H2为储气形式、二氧化碳为化工原料的工业体系等等。(中国在此方面投入的资金还较少)。因此寻找经济的原料、设备和工艺流程是极其需要的8。1.2二氧化碳的危害和应用价值1.2.1二氧化碳的危害各种含碳物质的燃烧、氧化、人和动物的呼吸活动，都是二氧化碳的来源。近年来，随着国民经济的快速发展，天然的碳资源不断地被消耗，使大气中的二氧化碳含量迅速增加，这主要是由于：(1)合成氨、制氢、炼焦等装置的副产气及发电厂、水泥厂、酿造厂的废气大量排入空气中；(2)天然碳资源的燃烧和有机物、垃圾、腐蚀物质的氧化所产生的二氧化碳也
13、不断的逸散于大气。根据设在伦敦的世界能源委员会近期统计的数据:1996年全球二氧化碳的排放量达到65亿吨，比1990年的排放量高出6.4%，比1995年高出2.7%，依据世界经济发展的进程计算，由燃烧石化燃料排放的二氧化碳量到下一世纪将从1990年的60亿吨增加到200亿吨，其结果将使大气中二氧化碳的浓度水平比工业化前提高三倍。已有报道：1980年大气中的二氧化碳336 ppm，比工业革命以前(1860年)290 ppm增加12%，预计2000年大气中的二氧化碳浓度将达到373 ppm, 2045年将达到600 ppm。而大气中二氧化碳的浓度增加会导致“温室效应”，温室效应是全球性的环境污染问
14、题，它的产生是由于每年矿物燃烧、森林被伐等一系列人与自然的不协调活动所释放出的大约80亿吨90亿吨的碳，以二氧化碳的形式进入大气层，所形成的二氧化碳气层很像温室的玻璃，能使太阳辐射到地球表面，但会拦截一部分地球表面辐射到太空中的热量，从而使地表和低层大气温度升高。我国气象局的一项权威研究表明：在过去的一百多年中，全球的平均地表气温己升高0.50.8，如果不加以有效控制，未来30年间温室效应可能造成地表气温增加约2.5。全球气温变暖会给社会和经济带来严重影响，地球是一个整体，生态与环境相互牵连，地表温度过高很可能导致整个碳循环的化学组成和化学性质发生重大变化，从而引起冰山融化、海平面剧烈升高、四
15、季混沌，使人类陷入一片灾难之中。同时，在一些有人参加的系统中，二氧化碳的浓度大于0.5%会对人的健康不利(人在二氧化碳含量为1%环境中1小时，会休克)，因此诸多因素，二氧化碳的危害性引起了入们的极大警觉8。 1.2.2二氧化碳的应用价值二氧化碳的直接应用：a. 利用CO2作为水处理的离子交换剂，制备出的二氧化碳作为再生液，可用来代替常规的酸碱再生离子交换。b. 利用二氧化碳作为气体保护气，自动焊接，可高效节能。此项技术发达国家推广较多，我国尚少。c. 油田驱油。在己开发的油田区，将二氧化碳压于地下，可使岩石缝内剩余的石油开采出来，提高采油率约15%并将CO2深埋于地下，减少污染。d. 二氧化碳
16、气肥。将二氧化碳制成固体物料，它能缓放气体;利用人工光合作用吸收二氧化碳可促进农作物的生长发育，提高产量，尤其在大棚栽培中，二氧化碳含量不足的场合更能发挥作用。e. 利用CO2超临界萃取。可实现下列过程:(1 )从各种植物中提取香料；(2 )从咖啡豆中提取咖啡因；(3 )从烟叶中萃取尼古丁；(4 )从大豆、菜籽、向日葵等植物中提取高级食用油，它有希望发展成为一项全新的油脂制造技术。超临界萃取是利用流体在超临界状态下对物质具有选择性溶解能力的特性，进行无毒、无味地分离，分离效率较高。但是目前研究最多、最广泛的还是二氧化碳的转化、固定。二氧化碳作为资源可在农业、轻工、机械、化工等行业有广泛的应用：
17、 表1.1 二氧化碳的用途及应用领域8领域用途工业化工原料，碳资源，气体保护焊，铸造成型，石油开采，超临界萃取，半导体生产和CO2激光器农业光合作用，粮食储存食品食品及果蔬气调储存，饮料医药工业医疗器械灭菌，低温贮运药品，血浆，低温手术其他消防器材，快速冷却，冷冻干燥，吹塑成型冷却，废塑料冷脆回收，爆破，地基加固，碱性废液中和1.3二氧化碳吸收方法概述为了更好的利用二氧化碳，减少环境污染、减缓能源不足，就必须找到一种有效的吸收方法，伴随着能源危机，世界各国科学家更加致力于碳科学的开发和研究，提出了物理吸收法、膜吸收法、O2/CO2燃烧(空气分离/排气循环法)等方法，下面简单加以介绍2：1.3.
18、1物理吸收法利用吸收量随压力变化而使二氧化碳分离的变压吸附法(简称PSA法，其中有脱除二氧化碳的古老方法一加压水洗法)、利用吸收量随温度变化而使气体分离的变温吸附法(简称TS法)，二者又合称PTSA法。如图1.1图1.1变压吸附法和变温吸附法碳酸丙稀酯脱碳工艺：又称Fluor法，由Fluor公司开发，1964年工业化。丙稀酯对二氧化碳、H2S等酸性气体有较大的溶解能力，并且具有溶解热小、粘度低、蒸气压极低等特点，在通常的操作压力下有良好的化学稳定性，无毒害，对碳钢及其它大多数结构材料无腐蚀作用，是吸收二氧化碳的一种较好溶剂。但具有腐蚀性，能耗较高。低温甲醇洗法：称Rectisol法，为冷甲醇工
19、艺，由林德和鲁奇(Linde&Lurgi) 50年代联合开发的，1954年于南非工业化。利用低温下甲醇的优良特性脱除二氧化碳、硫化物以及氰化物、轻烃物质，1964年林德公司又设计了低温甲醇洗串液氮洗的联合装置，用以脱除变换气中的二氧化碳和H2S及微量的CO，CH4，以制取合成氨所需的高纯度氢气，净化气中CO210 ppm，几乎不含硫化物。70年代以煤碳和渣油为原料的大型氨厂，大部分采用此方法。目前运行或在建的Rectisol装置超过70套。由于原料气操作压力不同，对分离产品的需要也不同，因而低温甲醇洗有各种不同的流程。低温甲醉洗串液氮洗的净化流程具有很大的优越性，但对设备管道低温材质要求高、流
20、程复杂、投资费用大及有毒性，给操作和维修带来困难。Selexol是一种聚乙醇二甲醚的同系化合物的混合物，Selexol工艺被认为是目前能耗最低的脱碳工艺，由Alied Chemical公司开发，现归属Norton公司。这种溶液具有稳定性好、无毒、无腐蚀、不降解、不挥发等优点。该工艺尤其适用于处理气化和转化装置来的合成气。其吸收率为97%，回收率为80%左右。Selexol工艺流程描述如下:吸收塔底的富液经水力透平回收能量后进入循环闪蒸罐，释放出具有较小溶解度的气体H2、N2、CO2、CH4这些气体经压缩后返回吸收塔底部.来自循环闪蒸罐的溶液经过常压闪蒸罐释放出约70%的二氧化碳溶液进入空气汽提
21、塔前需进行真空闪蒸，以排出缓后可回收的少量二氧化碳，同时也释放出杂质气体。脱除并回收二氧化碳后在汽提塔中溶液与塔底进入的空气逆流接触进行汽提再生，空气与汽提出的CO2一起排入大气，汽提塔底部的再生溶液冷却后返回吸收塔顶部循环使用2。1.3.2膜吸收法包括气体分离膜技术和气体吸收膜技术。气体分离膜技术是基于气体在膜中溶解和扩散而实现的，分离过程的动力是两侧气体分压的差别，但效果不佳，耗能过大。气体吸收膜技术是综合了膜分离技术(设备紧凑)和胺液吸收技术(高选择技术)的膜分离技术。混合气体沿膜的一侧流入，待分离组分(如二氧化碳)通过充满在膜的微孔中的气体向另一侧扩散时，被吸收液吸收，效果较好，但成本
22、较高。1.3.3空气分离/排气循环法又称O2/CO2燃烧法：美国ANL开发的一种从锅炉排气中回收二氧化碳的新方法，该法用空气分离获得的O2和一部分锅炉排气循环气构成的混合天然气体代替空气作燃料燃烧时的氧化剂，以提高燃料排气时二氧化碳浓度。此法节约能耗，但效果一般2。1.3.4化学吸收法化学吸收法是利用二氧化碳和吸收液之间的化学反应将二氧化碳从排气中分离出来的方法。最初，一些学者在用氨水、热钾碱溶液吸收二氧化碳方面作了许多工作，对于纯氨水吸收二氧化碳的速度、低碳化度热碱和有机胺催化热碱吸收二氧化碳的速度的近似解和胺类活化热钾碱脱碳溶液气一液平衡都作了深入研究。在上述研究的基础上，大家发现利用有机
23、胺作二氧化碳的吸收剂，是较好的方法。热钾碱法：此法包括一个在加压下的吸收阶段和一个常压下再生阶段，吸收温度等于或接近再生温度。采用冷的支路，特别具有支路的两段再生流程可以得到高的再生效率，从而使净化尾气中二氧化碳的分压很低。本菲尔法:是在热钾碱法的基础上发展起来的，用此法可以有效地把二氧化碳脱除到1%-2%。“改良本菲尔法”是在碳酸钾溶液中加入活化剂，以提高二氧化碳的吸收速率并降低溶液表面二氧化碳平衡能力。胺吸收法：以胺类化合物吸收二氧化碳方法，与其它方法相比具有吸收量大、吸收效果好、成本低、洗涤剂可循环再使用并能回收到高纯产品的特点而得到广泛应用2。1.4奎屯锦疆煤化工制气工艺介绍1.4.1
24、煤气化煤的气流床气化即煤（通常为粉煤或水煤浆）与空气、富氧或纯氧（视不同情况加或不加蒸汽）进行部分氧化反应，制备以CO、H2为主要成份的气态产物。1.4.2一氧化碳变换工艺气离开燃烧室进入激冷室，穿过激冷水层洗去气体中绝大部分炭黑。并经洗涤水和工艺冷凝液洗涤去夹带的炭黑送入一氧化碳变换炉。一氧化碳在高温及催化剂的作用下与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气(CO+H2OCO2+H2)。在适宜的温度和催化剂的条件下使变换炉出口气体中CO1.29% 1.4.3低温甲醇洗工艺流程概述整个流程有6座塔、20个换热器、13台泵和1台压缩机。 来自一氧化碳变换装置的变换气，在-40、5.52 MPa的状态下进入
25、低温甲醇洗装置，流量为223655 Nm3/h（222211 Kg/h），与来自循环气压缩机C1601经E1602冷却后的循环气进行混合。由于低温甲醇洗装置是在-62的低温条件下操作的，为了防止变换气中的饱和水份在冷却过程中结冰，在混合气体进入原料气冷却器E1601之前，向其中喷入1047 Kg/h贫甲醇，然后再进入E1601与本装置及来自液氮洗装置的三种低温成品物料-气提尾气、CO2产品气和合成气进行换热而被冷却至-13.1。冷凝下来的水与甲醇形成混合物，冰点降低，从而不会出现冻结现象。甲醇水混合物与气体一起进入甲醇水混合物分离器V1601进行气液分离，气体进入甲醇洗涤塔T1601底部，而分
26、离下来的甲醇水混合物送往甲醇/水分离塔T1605进行甲醇水分离。在E1601处CO2产品气进出口之间均设有旁路，通过调整旁路阀的开度，可以根据需要控制进入T1601的气体的温度。甲醇洗涤塔T1601分为上塔和下塔两部分，共四段，上塔三段，下塔一段。下塔主要是用来脱除H2S和COS等硫化物的，来自V1601的原料气首先进入T1601的下塔，被自上而下的甲醇溶液进行洗涤，H2S和COS等硫化物被吸收降低至0.1 ppm以下，然后气体进入上塔进一步脱除CO2。由于H2S和COS等硫化物在甲醇中的溶解度比CO2高，而且在原料气中H2S和COS等硫化物的含量比CO2低得多，为了使出下塔的甲醇溶液由于吸收
27、热而造成的温升减小至最低，仅用出上塔底部吸收了CO2的甲醇溶液总量的50%来作为吸收剂，此部分甲醇溶液（228244 Kg/h）吸收了硫化物后从塔底排出，依次经过CO2/富甲醇换热器E1619、洗涤塔底富甲醇换热器E1607、含硫甲醇氨冷器E1603，分别与来自CO2解吸塔T1602的CO2产品气、来自闪蒸甲醇槽V1607经2#甲醇富液泵P1602A/B送出的甲醇、液氨进行换热，温度由出塔底的-7.72依次降低至-11.54、-24.32、-32.95，然后经LV16004减压至1.65MPa进入含硫甲醇闪蒸罐V1602进行闪蒸分离。上塔主要是用来脱除原料气中的CO2的。经下塔脱除硫化物后的原
28、料气通过升气管进入T1601上塔。由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S和COS等硫化物小，且原料气中的CO2含量很高，所以上塔的洗涤甲醇流量比下塔的洗涤甲醇流量大。吸收CO2后放出的溶解热会导致甲醇溶液的温度上升，为了充分利用甲醇溶液的吸收能力，减少吸收甲醇流量，在设计上采取了分段取出冷却的方法。甲醇吸收CO2所产生的溶解热一部分转化为下游甲醇溶液的温升，另一部分在洗涤塔段间冷却器E1606中与来自硫化氢浓缩塔T1603的低温甲醇溶液换热和在洗涤塔段间氨冷器E1605中利用-38.0的液氨蒸发制冷而移出。来自热再生部分的贫甲醇经冷却后在-62.6下进入T1601的顶部，其流量为254071Kg/
29、h（甲醇含量为99.84%,水含量0.16%），进上塔顶段的甲醇溶液吸收CO2后温度由-62.6上升至-21.0，经过E1606被冷却至-42.8后进入上塔中段继续吸收CO2；出中段的甲醇溶液温度上升至-14.4，依次经过E1605和E1606被冷却至-42.8后进入上塔的第三段进一步吸收CO2，温度上升至-8.64后出上塔；出上塔的甲醇溶液总量的50%进入下塔作为洗涤剂，剩余部分（228244 Kg/h）依次经过合成气/富甲醇换热器E1617、洗涤塔底富甲醇换热器E1607、无硫甲醇氨冷器E1604，分别与来自液氮洗冷的合成气、来自闪蒸甲醇槽V1607经2#甲醇富液泵P1602A/B送出的甲
30、醇、液氨进行换热，温度由出塔底的-8.64依次降低至-19.8、-28.0、-32.95，然后经LV16006减压至1.65 MPa进入无硫甲醇闪蒸罐V1603进行闪蒸分离。出洗涤塔顶的净化气流量为118263.71 Nm3/h（15590 Kg/h），在温度为-62.58、压力为5.37 MPa的状态下送往液氮洗装置作进一步精制处理。1.4.4低温甲醇洗的特点 (1) 采取多项措施保证系统甲醇中更低水含量 a.对换热网络的合理匹配，使得近吸收塔之前的甲醇水分离罐温度更合理，减少原料气带入主系统水量。b.合理设计甲醇水分离罐的几何尺寸，同样减少原料气带入主系统水量。c.合理确定甲醇水分离塔的设
31、备参数，如塔板数、塔径、再沸器传热面积，换热器传热面积等，保证甲醇和水的分离效果。d.合理设计甲醇水分离塔的工艺条件，特别是塔顶甲醇的加入量。e.增加必要的设备和措施，减少甲醇水分离罐带入甲醇水分离塔的气体量，减轻塔的操作负荷。f.增加必要的甲醇水含量不正常的操作手段，使得装置在不停车和不损失甲醇的情况下逐步降低水含量。(2) 对系统的换热网络进行合理匹配系统的能耗更加合理，系统补冷更加合理，冷耗更少。(3) 选择合适的工艺操作条件，减少气提氮用量(4) 减少换热器结垢，提高换热器的传热效果采用多种类型换热设备相结合的方法，同时选择适宜的部位设置不同规格和型式的过滤器，减少换热器结垢，提高换热
32、器的传热效果。同时结垢在各塔塔板上也减少了，提高了传质效果。(5) 选材合理，减少投资在装置不同设备用材选择上结合国内外市场及工程进度要求情况，选择更为合理，减少装置总投资。(6) 运行经济性好低温甲醇洗装置与液氮洗装置联合使用，不仅可以回收利用液氮洗装置的冷量，还可以作为液氮洗装置的预冷阶段，显得更为经济合理。1.5影响水煤浆气化反应的因素 1.5.1煤质 煤的性质对气化过程有很大影响。如煤的热稳定性和粘结性。但影响较大的还是煤的变质程度和煤灰粘温特性。煤的变质程度影响着煤的反应活性，变质程度低的反应活性较高，变质程度高的反应活性较低。在水煤浆气化这种气流床的流动方式中，煤与气体的接触时间很
33、短。所以要求煤有较高的反应性能。当然，如果某种煤的反应性较差，可以由粒度来弥补，粒度越小，反应速度越快，但过细的粒度会影响煤浆的浓度。煤浆的粘温特性是指熔融态的煤灰，在不同温度下的流动特性，一般用熔融态煤灰的粘度来表示。在水煤浆加压气化中，为了保证煤灰以液态形式排出，煤灰的粘温特性是确定气化操作温度的主要依据，为使煤灰从气化炉中顺利排出，熔融态煤灰粘度以不超过250厘泊尔为宜。 1.5.2助熔剂水煤浆气化工艺的一个特点是高于煤灰熔点之上进行气化，煤灰熔点高，气化炉操作温度就要提高，气化温度提高，对耐火材料的要求就更加严格。而对于现有的耐火材料来说，气化温度过高，炉内介质对耐火材料的腐蚀就会加剧
34、。从而使耐火材料的寿命大大缩短。所以为使气化炉在一个合适的温度下进行气化，就要想办法降低煤的灰熔点。现有的方法就是添加助熔剂。在水煤浆中加入石灰石能改善灰渣的粘温特性，使液态灰渣粘度降低。但是当石灰石的添加量超过一定量时，熔渣顺利流动的范围反而缩小，熔渣粘度将随添加量的增加而增加，所以，石灰石的添加量也不宜过多，应根据不同煤种经实验后确定其添加量。 1.5.3氧碳比的影响随着氧碳比的增加，将有较多的煤与氧发生燃烧反应，放出较多的热量，气化炉温度随着升高，所以气化温度随氧碳比的加而增加，同时，碳转化率也随着氧碳比的增加而增加，直至达到最大值（接近100）。而随着氧碳比的增加，气化效率先是增加到一
35、定数值，然后却开始降低，这是由于过量的氧气进入气化炉，导致CO2含量的增加，使有效气体成份下降，从而使得气化效率降低。 1.5.4煤浆浓度的影响对于给定的氧碳比，气化炉温度随着煤浆浓度的降低而降低。煤浆浓度过高时，粘度急剧增加，流动性变差，不利输送和雾化，同时由于煤浆为粗分散的悬浮体系，存在着分散固体重力作用，而引起沉降的问题，因此水煤浆浓度过高时，易发生分层现象。故煤浆浓度也不能太高，原则是保证不沉降，流动性能好，粘度小的条件下尽可能提高水煤浆浓度。 1.5.5反应温度影响提高气化炉的温度，有利于反应的进行，降低CH4的含量，改善出口气中有效气体的组成，提高碳转化率。但会导致CO2含量升高。
36、另外，气化温度过高，将对耐火材料腐蚀加剧，影响或缩短了耐火材料的寿命，甚至烧坏耐火衬里。气化温度的选择原则是在保证液态排渣的前提下，尽可能维持较低的操作温度。由于煤种不同，操作温度也不同，工业生产中，一般为13001500。 1.5.6气化压力的影响气化反应是体积增大的反应，提高压力对化学平衡不利，但生产中普遍采用加压操作，这是因为： 气化加压增加了反应物的浓度，加快了反应的速度，提高了气化效率；加压气化有利于提高水煤浆的雾化质量。加压下气体体积缩小，可降低动力消耗，在产气量不变的条件下，可减少设备体积，缩小占地面积，使单炉发气量增大，便于实现大型化。1.6本论文研究的目的本论文着重了解二氧化
37、碳脱除的各种方法其中包括物理吸收，化学吸收，物理化学吸收等。并通过对奎屯锦疆煤化工制氢工艺的概述，重点介绍该厂低温甲醇洗串液氮洗吸收二氧化碳的工艺流程。并对二氧化碳的脱除和再生工段进行工艺核算。通过已知的工艺流程设计一填料吸收塔，与实际生产过程中的泡罩塔进行优劣对比，并概述填料塔与板式塔的实用条件。对吸收塔进行工艺设计和设备设计后，用CAD做出设备图。第二章 奎屯锦疆煤化工二氧化碳脱除的工艺核算2.1奎屯锦疆煤化工工艺条件来自变换工号的变换气，主要成分为（vol%）：表2.1变换气主要成分成 分H2N2COArCH4CO2H2SCOSmol%/干50.910.241.500.100.0746.
38、70.210.0004变换气以223655 Nm3/h的气量在40和5.52 MPa的条件下进入低温甲醇洗装置，与来自循环气压缩机C1601经E1602冷却后的循环气进行混合。由于低温甲醇洗装置是在-62的低温条件下操作的，为了防止变换气中的饱和水份在冷却过程中结冰，在混合气体进入原料气冷却器E1601之前，向其中喷入1047 Kg/h贫甲醇，然后再进入E1601与本装置及来自液氮洗装置的三种低温成品物料-气提尾气、CO2产品气和合成气进行换热而被冷却至-13.1。变换气出E1601后经V1601分离出甲醇水溶液，然后原料气进入T1601塔（甲醇洗涤塔）脱除H2S，COS和二氧化碳，净化气中二
39、氧化碳10 mg/m3，H2S1 mg/m3送氮洗工段。2.2奎屯锦疆煤化工二氧化碳吸收塔和解吸塔的核算奎屯锦疆煤化工吸收塔是将脱硫塔和二氧化碳吸收塔叠为一体。总塔高度六十余米。分为上下两部分：上塔直径2800 mm，高出15m，主要脱除二氧化碳及微量的硫化氢，下塔塔径3600 mm，主要脱除硫化氢，硫氧化碳及少量的二氧化碳。因此在验算二氧化碳吸收工艺中，我们只考虑上塔的计算。已知吸收塔为泡罩塔，上塔泡罩塔板数为26块。在压力为5.37 MPa下，用-62.6的贫甲醇吸收进气温度为-7.77的混合气，纯甲醇的质量流量Lm=254071 Kg/h。 2.2.1物料衡算图2.1表示逆流操作的吸收塔
40、内气液流量与组分变化情况。按图虚线的范围可写出吸收塔低与任一截面之间二氧化碳的物料衡算式3GBY2+LSX= GB Y1+LSX2移项后得到Y1=（X-X2）+Y2 （2-1） Ls，X2 L02，x2Gs，Y2 GN2，y2Ls，X L0，xGs，Y GN，yLs，X1 L01，x1Gs，Y1 GN1，y1图2.1 吸收塔物料流量和浓度示意图 式中 GN-单位时间通过塔内任一截面的混合气量，kmol/h; L0-单位时间通过塔任一截面的溶剂量，kmol/h，含溶质基； y-任一截面的混合气体中溶质的摩尔分率，kmol溶质/kmol混合气体； x-任一截面的溶液中溶质的摩尔分率， kmol溶质
41、/kmol溶液；GB-单位时间通过塔任一截面的惰性气体气量，kmol/h； LS -单位时间通过塔任一截面的溶剂量，kmol/h，无溶质基； Y-任一截面的混合气体中溶质与惰性气体的摩尔比,kmol溶质/kmol惰性气体； X-任一截面的溶液中溶质与惰性气体的摩尔比， kmol溶质/kmol溶剂在稳定操作条件下，LS， GB ， Y2 ，X2都是恒定的。将式（2-1）中X和Y用X1和Y1代替，便成为全塔二氧化碳操作线方程。 Y1=（X1-X2）+Y2 （2-2）已知混合气摩尔流量=8169.68 kmol/h , 体积流量G=183000.908Nm3/h GB=*（1-y2）=8169.68
42、*（1-46.7%）=4354.44 kmol/h纯甲醇质量流量Lm=254071 Kg/h则摩尔流量L0=Ls= kmol/h进口气体中二氧化碳的含量 y2=46.7%=0.467Y2=进口溶液为纯甲醇，故x1=0，X1=0出口气中要求二氧化碳的含量小于2 ppm，工厂出口气中二氧化碳的含量y1=0.0002,所以Y1=由式（2-2），全塔物料衡算可求出X2，净化气量G1=22.4GB（1+Y2）=22.4*4354.44*（1+0.876）=182984.02 Nm3/h2.2.2热量衡算假设塔内吸收过程为绝热35则全塔的热平衡式为：Qg2+QL1+Qs+Qc =Qg1+QL2 (2-3)
43、式中 Qg2-单位时间内原料气带入的热量，kJ/h； QL1-单位时间内溶剂带入热量，kJ/h；Qs -单位时间内气体的溶解热，kJ/h；Qg1-单位时间内净化气带出的热量，kJ/h；QL2-单位时间内富液带出的热量，kJ/h；Qc-单位时间内溶剂带入塔内的冷量，kJ/h；Qg2=*Cp2(Tg2-T0) (2-4)Cp2=式中 G2-单位时间内的原料气量，Nm3/h ；Qg2-混合气体的比热容，kJ/（kmolK）；-i气体的比热容，kJ/（kmolK）；-混合气体中i组分的浓度，mol/mol；Tg2-进塔混合气体温度，K；T0-热力学温度，273.15K。由大型合成氨厂工艺过程分析中可查的混合气可取平均比热Cp2=32kJ/（kmolK）则由式（2-4）可得：Qg2=-2.03*106 kJ/hQL1=L0Cpc1(TL1- T0) （2-5）式中 L0-溶剂流量，kmol/hCpc1-进塔溶剂比热容，kJ/（kmolK）； TL1-进塔溶剂温度，K。-62.6时，甲醇的比热为2.253 kJ/（kmolK）。由式（2-5）得QL1=7939