【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工原料处理，具体为一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统及其方法。
技术介绍
1、在化工生产过程中，合成氨装置往往会产生大量的副产气态二氧化碳，这些二氧化碳如果不加以利用，不仅会造成资源浪费，还可能对环境造成负面影响。
2、传统技术在处理合成氨副产的多余气态二氧化碳时，往往存在诸多不足，一方面，传统技术对于二氧化碳的收集和预处理过程较为简单，缺乏高效的预冷和缓冲装置，导致二氧化碳的温度和压力波动较大，影响了后续的转化效果，另一方面，传统技术的净化过程通常不够彻底，难以有效去除二氧化碳中的硫化物杂质，导致转化后的产品质量不高，无法满足市场需求。
3、综上所述，传统技术在处理合成氨副产的多余气态二氧化碳时存在诸多不足，因此，开发了一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统及其方法显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统及其方法，它能够通过多个模块的协同工作，实现了对二氧化碳的高效转化和净化，不仅提高了产品的质量和纯度，还保障了下游生产的稳定运行，具有重要的应用价值。
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统及其方法，该系统包括以下组成部分：气态二氧化碳收集与预处理模块、压缩与深度净化模块、冷箱净化与液化模块和储存与外售模块；
3、所述气态二氧化碳收集与预处理模块：由进气管道、预冷换热器和缓冲罐依次
4、所述压缩与深度净化模块：包含压缩机、脱硫塔、冷却器和回冷器，压缩机采用智能自适应压缩算法，公式为pout＝pin×(1+α×ln(vin/vout)+β×(tin-tref))，其中pout为输出压力，pin为输入压力，α和β为与压缩机性能相关的系数，vin为进气流量，vout为排气流量，tin为进气温度，tref为参考温度，将气体增压至2.5mpa，脱硫塔内脱硫剂采用复合金属氧化物脱硫剂，其活性成分比例根据合成氨工艺中硫含量分布确定，通过大量实验优化得出，冷却器和回冷器采用串联的多级冷却结构，各级冷却温度根据气体成分和后续工艺要求通过热平衡计算确定，利用循环水和冷冻盐水进行冷却，将气体温度降至10℃左右；
5、所述冷箱净化与液化模块：由冷箱、一次精馏塔、一级冷凝器和二级冷凝器组成，冷箱内部采用低温精馏算法，公式为其中yi为i组分在气相中的摩尔分数，xi为i组分在液相中的摩尔分数，γi为i组分的活度系数，δhvap,i为i组分的蒸发焓，r为通用气体常数，t为温度，g(psys,xi)为系统压力和组成影响函数，在一次精馏塔中将重组分排出，一级冷凝器和二级冷凝器采用分级冷凝策略，冷凝温度根据二氧化碳液化曲线和杂质分离要求确定，通过制冷剂间接换热将二氧化碳液化；
6、所述储存与外售模块：包括二次精馏塔、再冷器和储槽，二次精馏塔在特定温度和压力条件下运行，其操作参数根据液态二氧化碳纯度要求和杂质成分通过相平衡计算确定，进一步去除残留轻组分杂质，再冷器采用优化的制冷循环算法，公式为其中cop为制冷系数，qe为制冷量，w为压缩机功耗，te为蒸发温度，tc为冷凝温度，pe为蒸发压力，pc为冷凝压力，h(te,tc,pe,pc)为考虑压力和温度耦合影响的修正函数，对液态二氧化碳进行再冷后送入储槽贮存，在满足生产需求时可外售部分食品级二氧化碳；
7、所述应急气化与供应模块：包含汽化器、减压装置、蒸汽流量调节阀和一键启动控制系统，汽化器采用高效热专导气化算法，公式为其中mg为气化产生的气态二氧化碳质量流量，qh为加热热量，由蒸汽提供，lv为二氧化碳的汽化潜热，k(pg,tg)为压力和温度影响系数，将液态二氧化碳气化为气态二氧化碳，减压装置采用两级减压结构，一级减压比根据汽化器出口压力和目标供应压力通过流体力学计算确定，二级减压采用高精度压力调节阀，将压力设定为0.4mpa，蒸汽流量调节阀根据预设的出口流量范围15000-20000m3/小时，通过反馈控制算法自动调节蒸汽流量该算法基于流量偏差和温度变化进行动态调整，公式为其中fv为蒸汽流量调节阀开度fset为预设流量对应的开度，kp、ki、kd为比例、积分、微分系数，kt为温度影响系数，δf为实际流量与预设流量偏差，δt为温度变化，一键启动控制系统与合成氨装置停车信号硬连接，实现无缝启动应急气化与供应流程，保障联碱生产，同时，设置有外购液体二氧化碳槽车卸车充装装置，包括卸车管道、充装泵和安全联锁系统，卸车管道采用耐低温高压材料，充装泵流量根据储槽容量和补充需求确定，安全联锁系统根据压力、液位参数确保卸车充装过程安全可靠。
8、进一步地，所述预冷换热器中的低温介质为来自制冷系统的低温乙二醇水溶液，具初始温度根据气态二氧化碳进气温度和预冷目标温度通过热交换计算确定，范围为-15℃至-5℃，且制冷系统采用变频控制技术，根据预冷换热器的热负荷需求自动调整制冷功率，其控制算法基于热负荷反馈，公式为：其中pr为制冷系统实际功率，pmax为制冷系统最大功率，ql为预冷换热器实时热负荷，qmax为预冷换热器最大设计热负荷，fc(teg,tset)为乙二醇水溶液温度和设定温度影响函数，通过实验数据拟合得出，用于优化制冷系统功率调节。
9、更进一步地，所述压缩机的各级叶轮采用三维流场优化设计，根据气体动力学原理和实际运行工况，通过计算流体力学模拟分析确定叶轮的叶片形状、进出口角度和流道结构，以提高压缩效率和降低能耗，并且压缩机配备有在线监测系统，实时监测振动、温度、压力参数，其监测数据传输至中控系统，当参数超出预设阈值时，中控系统自动调整压缩机运行参数或发出预警信号，预设阈值根据压缩机的安全运行规范和性能特性确定。
10、更进一步地，所述脱硫塔内的复合金属氧化物脱硫剂由氧化铜、氧化锌和氧化锰按特定摩尔比组成，摩尔比范围为3：2：1至5：3：2，该比例是通过对合成氨副产气态二氧化碳中硫含量及形态的长期监测分析，并结合不同金属氧化物对各种硫化物的吸附和反应特性确定，脱硫剂的装填方式采用分层装填，每层装填高度根据塔径和气体流速通过流体力学计算确定，以保证气体在脱硫剂床层中的均匀分布和充分接触，提高脱硫效率。
11、更进一步地，所述冷箱内部的一次精馏塔采用高效规整填料，填料材质为不锈钢丝网波纹填料，其比表面积根据二氧化碳和杂质组分的分离要求通过传质计算确定，范围为500-1000m2/m3，精馏塔的塔板数根据进料组成、产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，该系统包括气态二氧化碳收集与预处理模块、压缩与深度净化模块、冷箱净化与液化模块和储存与外售模块：
2.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述预冷换热器中的低温介质为来自制冷系统的低温乙二醇水溶液，具初始温度根据气态二氧化碳进气温度和预冷目标温度通过热交换计算确定，范围为-15℃至-5℃，且制冷系统采用变频控制技术，根据预冷换热器的热负荷需求自动调整制冷功率，其控制算法基于热负荷反馈，公式为：其中Pr为制冷系统实际功率，Pmax为制冷系统最大功率，Ql为预冷换热器实时热负荷，Qmax为预冷换热器最大设计热负荷，fc(Teg,Tset)为乙二醇水溶液温度和设定温度影响函数。
3.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述压缩机的各级叶轮采用三维流场优化设计，根据气体动力学原理和实际运行工况，通过计算流体力学模拟分析确定叶轮的叶片形状、进出口角度和流道结构，并且压缩机配备有在线监测系统，实时监测振动、温度、压力参数，其监测数据传输至中控
4.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述脱硫塔内的复合金属氧化物脱硫剂由氧化铜、氧化锌和氧化锰按特定摩尔比组成，摩尔比范围为3：2：1至5：3：2，该比例是通过对合成氨副产气态二氧化碳中硫含量及形态的长期监测分析，并结合不同金属氧化物对各种硫化物的吸附和反应特性确定，脱硫剂的装填方式采用分层装填，每层装填高度根据塔径和气体流速通过流体力学计算确定。
5.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述冷箱内部的一次精馏塔采用高效规整填料，填料材质为不锈钢丝网波纹填料，其比表面积根据二氧化碳和杂质组分的分离要求通过传质计算确定，范围为500-1000m2/m3，精馏塔的塔板数根据进料组成、产品纯度要求和操作压力通过精馏计算确定，范围为20-50块，同时，冷箱内配备有低温制冷循环系统，采用混合制冷剂，其组成根据冷箱所需制冷温度和制冷量通过制冷循环模拟优化确定。
6.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述储槽采用双层真空绝热结构，内层为不锈钢材质，厚度根据储槽容量和压力要求确定，范围为8-15mm，外层为碳钢材质，厚度为6-10mm，真空层的真空度通过真空泵维持在0.1-1Pa范围内，且储槽配备有液位、压力和温度监测装置，监测数据实时传输至中控系统，中控系统根据数据自动控制储槽的进料、出料和制冷系统运行。
7.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述汽化器的燃烧器采用预混式燃烧技术，燃料与空气的混合比例根据燃烧效率和烟气温度要求通过燃烧实验确定，范围为1:10至1:15，燃烧器的火焰温度通过调节燃料流量和空气流量进行控制，其控制算法基于温度反馈，公式为Ff＝Ff0+kfb×(Tset-Tact)，其中Ff为燃料流量，Ff0为初始燃料流量，kfb为温度反馈系数，Tset为设定火焰温度，Tact为实际火焰温度。
8.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述外购液体二氧化碳槽车卸车充装装置中的充装泵采用多级离心泵，其扬程根据储槽高度和充装管道阻力通过流体力学计算确定，范围为30-50m，安全联锁系统包括压力传感器、液位开关和紧急切断阀，当储槽内压力超过设定上限或液位超过设定上限时，紧急切断阀自动关闭，停止充装作业，确保卸车充装过程的安全可靠，同时卸车充装装置还配备有接地保护装置，接地电阻小于10Ω，防止静电积聚引发安全事故。
9.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述一键启动控制系统采用冗余设计，包括主控制器和备用控制器，当主控制器出现故障时，备用控制器自动切换投入运行，确保应急气化与供应流程的可靠启动，且控制系统与联碱生产装置的控制系统进行数据交互，实时获取联碱生产装置的运行状态和二氧化碳需求信息，根据需求自动调整气态二氧化碳的供应参数，保证联碱生产的稳定运行。
10.一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化方法，其特征在于，该方法具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，该系统包括气态二氧化碳收集与预处理模块、压缩与深度净化模块、冷箱净化与液化模块和储存与外售模块：
2.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述预冷换热器中的低温介质为来自制冷系统的低温乙二醇水溶液，具初始温度根据气态二氧化碳进气温度和预冷目标温度通过热交换计算确定，范围为-15℃至-5℃，且制冷系统采用变频控制技术，根据预冷换热器的热负荷需求自动调整制冷功率，其控制算法基于热负荷反馈，公式为：其中pr为制冷系统实际功率，pmax为制冷系统最大功率，ql为预冷换热器实时热负荷，qmax为预冷换热器最大设计热负荷，fc(teg,tset)为乙二醇水溶液温度和设定温度影响函数。
3.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述压缩机的各级叶轮采用三维流场优化设计，根据气体动力学原理和实际运行工况，通过计算流体力学模拟分析确定叶轮的叶片形状、进出口角度和流道结构，并且压缩机配备有在线监测系统，实时监测振动、温度、压力参数，其监测数据传输至中控系统，当参数超出预设阈值时，中控系统自动调整压缩机运行参数或发出预警信号，预设阈值根据压缩机的安全运行规范和性能特性确定。
4.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述脱硫塔内的复合金属氧化物脱硫剂由氧化铜、氧化锌和氧化锰按特定摩尔比组成，摩尔比范围为3：2：1至5：3：2，该比例是通过对合成氨副产气态二氧化碳中硫含量及形态的长期监测分析，并结合不同金属氧化物对各种硫化物的吸附和反应特性确定，脱硫剂的装填方式采用分层装填，每层装填高度根据塔径和气体流速通过流体力学计算确定。
5.根据权利要求1所述的一种合成氨副产多余气态二氧化碳转化系统，其特征在于，所述冷箱内部的一次精馏塔采用高效规整填料，填料材质为不锈钢丝网波纹填料，其比表面积根据二氧化碳和杂质组分的分离要求通过传质计算确定，范围为500-1000m2/m3，精馏塔的塔板数根据进料组成、产品纯度要求和操作压力通过精馏计算确定，范围为20-50块，同时，冷箱内配备有低温制冷循环...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖小龙，李元海，陈刚应，李青，李屹，邱春涛，
申请(专利权)人：湖北双环科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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