二氧化碳的脱碳讲解学习.ppt
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1、二氧化碳的脱碳不同原料和制气方法需脱除的不同原料和制气方法需脱除的CO2 的量的量脱碳目的脱碳目的三、脱碳方法的选择三、脱碳方法的选择n以氨加工的品种n二氧化碳的需求选择n以碳化气的最终净化方法选择n以全厂能耗选择四、脱碳原则流程四、脱碳原则流程吸收液制备吸收液制备吸吸收收系系统统溶液溶液再生再生原料气原料气碳化气碳化气热源热源再生气再生气第二节第二节 化学吸收法化学吸收法2碳化过程碳化过程n首先,二氧化碳从气相溶解于液相:首先,二氧化碳从气相溶解于液相:CO2(气气)=CO2(液液)n游离氨的碳化游离氨的碳化1吸氨过程吸氨过程 NH3(气气)十十H2O(液液)NH3.H2O(溶液溶液)一、氨
2、水中和联产碳铵法一、氨水中和联产碳铵法3、氨基甲酸铵水解形成碳酸氢铵或碳酸铵氨基甲酸铵水解形成碳酸氢铵或碳酸铵原理:原理:CO2+NH3+H2O=NH4HCO3结论:反应速率受液相总容积水解反应所限制,结论:反应速率受液相总容积水解反应所限制,反应器选择储液量较大的鼓泡塔,反应器选择储液量较大的鼓泡塔,且用冷却水箱将反应热及时移出。且用冷却水箱将反应热及时移出。碳化生产物料流向图:碳化生产物料流向图:碳酸氢碳酸氢铵结晶铵结晶回收氨回收氨软水软水碳化塔碳化塔产品产品NH4HCO3变换气变换气供供CO2原料气原料气 带走少量带走少量CO2 NH3稀氨水稀氨水浓氨水浓氨水气氨气氨离心离心冷却水冷却水
3、热量热量移出移出n碳化生产过程中的传质和传热碳化生产过程中的传质和传热n碳化塔内二氧化碳的吸收碳化塔内二氧化碳的吸收n碳化塔内碳酸氢铵的结晶碳化塔内碳酸氢铵的结晶吸氨与碳化过程均会放出大量的反应热,应及时移走,吸氨与碳化过程均会放出大量的反应热,应及时移走,否则不利于氨与二氧化碳的吸收,且有碍于碳酸氢铵否则不利于氨与二氧化碳的吸收,且有碍于碳酸氢铵的结晶。的结晶。工艺条件的确定工艺条件的确定n温度n氨水浓度n出口二氧化碳含量n液位稀氨水稀氨水浓氨水浓氨水主主塔塔备备塔塔副副塔塔回回清清塔塔软水软水气氨气氨离心岗位离心岗位变换气变换气吸收岗位吸收岗位工艺流程工艺流程稀氨水稀氨水碳化气碳化气气氨气
4、氨二、热碳酸钾法脱碳二、热碳酸钾法脱碳 p1441、发展:、发展:吸收速度慢吸收速度慢加速吸收加速吸收提温提温腐蚀腐蚀加入防加入防腐剂腐剂减少腐蚀减少腐蚀活化剂活化剂 各种改良热钾碱法脱碳各种改良热钾碱法脱碳 (1)化学反应化学反应 碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下:碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下:常温下反应速率较慢,提温度到常温下反应速率较慢,提温度到120130,即可,即可提高碳酸钾溶液的浓度,又可以得到较快的反应速提高碳酸钾溶液的浓度,又可以得到较快的反应速率。但在该温度下碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的率。但在该温度下碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性。腐蚀性。2基本原理基本原理 (a)
5、加入活化剂加入活化剂DEA(2,2二羟基二乙胺二羟基二乙胺)加入加入DEA改变机理,反应速度提高改变机理,反应速度提高10-100倍。倍。K2CO3=2K+CO3-2 R2NH+CO2=R2NCOOH R2NCOOH=R2NCOO-+H+R2NCOO-+H2O=R2NH+COO-H+CO3-2=HCO3-K+HCO3-=K2HCO3吸收硫化氢吸收硫化氢 硫化氢是酸性气体,和碳酸钾产生下列反应:硫化氢是酸性气体,和碳酸钾产生下列反应:吸收硫氧化碳和二硫化碳吸收硫氧化碳和二硫化碳 溶液与硫氧化碳和二硫化碳的反应是:第一步溶液与硫氧化碳和二硫化碳的反应是:第一步硫化物在热的碳酸钾水溶液中水解生成硫化
6、氢;硫化物在热的碳酸钾水溶液中水解生成硫化氢;第二步水解生成的硫化氢与碳酸钾反应。第二步水解生成的硫化氢与碳酸钾反应。(b)碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收 吸收硫醇和氰化氢吸收硫醇和氰化氢 对烃类的吸收对烃类的吸收 烃类不与碳酸钾溶液烃类不与碳酸钾溶液进行反应,但某些烃类可使溶液中的有进行反应,但某些烃类可使溶液中的有机胺类降解,而有些低级烃类在吸收过机胺类降解,而有些低级烃类在吸收过程中可被溶液冷凝,进入液相后将导致程中可被溶液冷凝,进入液相后将导致溶液起泡。溶液起泡。(c)溶液的再生溶液的再生再生反应为:再生反应为:加热加热有利于碳酸氢钾的分解,再生压力越
7、低有利于碳酸氢钾的分解,再生压力越低对再生越有利。对再生越有利。再生温度为该压力下溶液的沸点。再生温度为该压力下溶液的沸点。3 工艺条件工艺条件(1).溶液的组成溶液的组成 (A)碳酸钾的浓度碳酸钾的浓度:提高浓度有利吸收,上线温度提高浓度有利吸收,上线温度为结晶的溶解度。为结晶的溶解度。27-30%(B)活化剂的含量)活化剂的含量:在改良热钾碱法中,活化剂在改良热钾碱法中,活化剂DEA的含量约为的含量约为2.55。(C)缓蚀剂含量:偏钒酸盐,总钒含量)缓蚀剂含量:偏钒酸盐,总钒含量0.8%(D)消泡剂:硅酮、硅醚类)消泡剂:硅酮、硅醚类(2)吸收压力吸收压力提高吸收压力增加吸收的推动力,减少
8、吸收提高吸收压力增加吸收的推动力,减少吸收设备尺寸、提高气体净化度,也增加溶液吸收设备尺寸、提高气体净化度,也增加溶液吸收能力,减少溶液循环量。能力,减少溶液循环量。以天然气为原料流程,压力为以天然气为原料流程,压力为2.72.8MPa以煤为原料,吸收压力多为以煤为原料,吸收压力多为1.8 2.0MPa。(3)(3)吸收温度:温度对碳酸钾溶液上方的二吸收温度:温度对碳酸钾溶液上方的二氧化碳的分压有影响,氧化碳的分压有影响,T T高,高,K K加大,但吸收加大,但吸收推动力减小。推动力减小。(4)(4)溶液的转化度:再生好坏的标志溶液的转化度:再生好坏的标志(5 5)再生温度和再生压力)再生温度
9、和再生压力(6 6)再生塔顶水气比)再生塔顶水气比4工艺流程工艺流程 (1)流程的选择流程的选择 用碳酸钾溶液脱除二用碳酸钾溶液脱除二氧化碳的流程可有氧化碳的流程可有几种组合,其中最几种组合,其中最简单的是一段吸收、简单的是一段吸收、一段再生流程。一段再生流程。一段吸收、一段再生流程一段吸收、一段再生流程低低变变气气CO2气气脱碳气脱碳气吸吸收收塔塔吸吸收收塔塔再再生生塔塔水水力力透透平平冷凝器冷凝器冷凝器冷凝器再再沸沸器器二段吸收、二段再生流程二段吸收、二段再生流程流程特点流程特点:节省蒸汽节省蒸汽 净化度高净化度高热钾碱法脱碳流程热钾碱法脱碳流程 吸收塔和再生塔型式:填充塔和筛板塔。吸收塔
10、和再生塔型式:填充塔和筛板塔。特点:填充塔生产强度较低,填料体积庞大,操特点:填充塔生产强度较低,填料体积庞大,操作稳定、可靠,尤其在用碳酸钾溶液吸收二氧作稳定、可靠,尤其在用碳酸钾溶液吸收二氧化碳的操作中,对填充塔有成熟的设计和操作化碳的操作中,对填充塔有成熟的设计和操作经验。大多数厂的吸收塔和再生塔都用填充塔,经验。大多数厂的吸收塔和再生塔都用填充塔,只有少数厂采用筛板塔。只有少数厂采用筛板塔。主要设备:吸收塔和再生塔主要设备:吸收塔和再生塔 (1)吸收塔吸收塔 吸收塔是加压设备。吸收塔是加压设备。采用两段吸收,进入采用两段吸收,进入上塔的溶液量仅为整上塔的溶液量仅为整个溶液量的四分之一个
11、溶液量的四分之一到五分之一,同时气到五分之一,同时气体中大部分二氧化碳体中大部分二氧化碳又都在塔下部被吸收,又都在塔下部被吸收,因此全塔分成上下两因此全塔分成上下两段:上塔直径较小而段:上塔直径较小而下塔直径较大。下塔直径较大。2)再生塔再生塔 再生塔分为再生塔分为上、下两段。上、下两段。上下塔可以上下塔可以是异径的,是异径的,是一个常压是一个常压设备,为了设备,为了安装和制作安装和制作方便,也可方便,也可以制成上下以制成上下塔同一直径塔同一直径.一、低温甲醇洗涤法低温甲醇洗涤法1、甲醇性质、甲醇性质 无色透明易挥发的液体,有毒,沸点无色透明易挥发的液体,有毒,沸点64.7。2、脱碳原理、脱碳
12、原理各种气体在甲醇溶液中的溶解度不同,各种气体在甲醇溶液中的溶解度不同,-40时时是氢气的是氢气的2540倍、二氧化碳的倍、二氧化碳的5.9倍;且随倍;且随着温度的降低,溶解度升高。着温度的降低,溶解度升高。P164表表1-3-281-3-32第三节第三节 物理吸收法物理吸收法 0.010.0010.110.01.0-60-40-2002040H2N2COCH4C2H6CO2H2S各种气体在水中溶解度系数各种气体在水中溶解度系数1、低温对气体的吸收、低温对气体的吸收有利有利,且且CO2H2S随温随温度的降低增加大度的降低增加大,H2N2随温度的降低溶解能力随温度的降低溶解能力变化小。变化小。2
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