二氧化碳的脫碳ppt課件

1、第五章第五章 二氧化碳的脫碳二氧化碳的脫碳要求：脫碳方法及其原理重點(diǎn)：熱鉀堿法和NHD法難點(diǎn)：工藝條件和流程布置不同原料和制氣方法需脫除的不同原料和制氣方法需脫除的CO2 的量的量脫碳目的脫碳目的一、各種脫碳一、各種脫碳 方法方法脫脫碳碳化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法物理吸收法物理吸收法MDEA有機(jī)胺有機(jī)胺濃氨水濃氨水加壓水洗法水加壓水洗法水低溫甲醇洗滌法甲醇低溫甲醇洗滌法甲醇Fluor法碳酸丙烯酯法碳酸丙烯酯Selexol法聚乙二醇二甲醚法聚乙二醇二甲醚NHDPurisol法法(N甲基吡咯烷酮甲基吡咯烷酮)變壓吸附法變壓吸附法對(duì)設(shè)備要求高對(duì)設(shè)備要求高中型廠用的較多中型廠用的較多苯菲爾法苯菲爾法DEA不

2、起泡不起泡碳酸鉀碳酸鉀+二二乙醇胺乙醇胺N甲基二乙醇甲基二乙醇胺胺循循環(huán)環(huán)吸吸收收吸吸收收與與消消費(fèi)費(fèi)產(chǎn)產(chǎn)品品二、物理吸收和化學(xué)吸收脫碳的根本原理二、物理吸收和化學(xué)吸收脫碳的根本原理 物理吸收和化學(xué)吸收的根本不同點(diǎn)物理吸收和化學(xué)吸收的根本不同點(diǎn)在于吸收劑與氣體溶質(zhì)的分子間的在于吸收劑與氣體溶質(zhì)的分子間的力不同。物理吸收中的各分子間為力不同。物理吸收中的各分子間為范德華引力，而化學(xué)吸收中為化學(xué)范德華引力，而化學(xué)吸收中為化學(xué)鍵力，這二者的區(qū)別構(gòu)成它們?cè)谖I力，這二者的區(qū)別構(gòu)成它們?cè)谖掌胶饩€、熱效應(yīng)、溫度對(duì)吸收的收平衡線、熱效應(yīng)、溫度對(duì)吸收的影響以及吸收選擇性等方面的不同。影響以及吸收選擇性等方面

3、的不同。 三、脫碳方法的選擇三、脫碳方法的選擇n以氨加工的種類n二氧化碳的需求選擇n以碳化氣的最終凈化方法選擇n以全廠能耗選擇四、脫碳原那么流程四、脫碳原那么流程吸收液制備吸收液制備吸吸收收系系統(tǒng)統(tǒng)溶液溶液再生再生原料氣原料氣碳化氣碳化氣熱源熱源再生氣再生氣第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法2碳化過程碳化過程首先，二氧化碳從氣相溶解于液相：首先，二氧化碳從氣相溶解于液相： CO2(氣氣)=CO2(液液)游離氨的碳化游離氨的碳化1吸氨過程吸氨過程 NH3(氣氣)十十H2O(液液)NH3.H2O(溶液溶液) 一、氨水中和聯(lián)產(chǎn)碳銨法一、氨水中和聯(lián)產(chǎn)碳銨法42232COONHNHCONH 3、氨基甲酸

4、銨水解構(gòu)成碳酸氫銨或碳酸銨、氨基甲酸銨水解構(gòu)成碳酸氫銨或碳酸銨原理：原理：CO2+NH3+H2O=NH4HCO3334242NHHCONHOHCOONHNH 結(jié)論：反響速率受液相總?cè)莘e水解反響所限制，結(jié)論：反響速率受液相總?cè)莘e水解反響所限制，反響器選擇儲(chǔ)液量較大的鼓泡塔，反響器選擇儲(chǔ)液量較大的鼓泡塔，且用冷卻水箱將反響熱及時(shí)移出。且用冷卻水箱將反響熱及時(shí)移出。碳化消費(fèi)物料流向圖：碳化消費(fèi)物料流向圖：碳酸氫碳酸氫銨結(jié)晶銨結(jié)晶回收氨回收氨軟水軟水碳化塔碳化塔產(chǎn)品產(chǎn)品NH4HCO3變換氣變換氣供供CO2原料氣原料氣 帶走少量帶走少量CO2 NH3稀氨水稀氨水濃氨水濃氨水氣氨氣氨離心離心冷卻水冷卻水熱

5、量熱量移出移出n碳化消費(fèi)過程中的傳質(zhì)和傳熱碳化消費(fèi)過程中的傳質(zhì)和傳熱n碳化塔內(nèi)二氧化碳的吸收碳化塔內(nèi)二氧化碳的吸收n碳化塔內(nèi)碳酸氫銨的結(jié)晶碳化塔內(nèi)碳酸氫銨的結(jié)晶吸氨與碳化過程均會(huì)放出大量的反響熱，應(yīng)及時(shí)移吸氨與碳化過程均會(huì)放出大量的反響熱，應(yīng)及時(shí)移走，否那么不利于氨與二氧化碳的吸收，且有礙于走，否那么不利于氨與二氧化碳的吸收，且有礙于碳酸氫銨的結(jié)晶。碳酸氫銨的結(jié)晶。工藝條件確實(shí)定工藝條件確實(shí)定n溫度n氨水濃度n出口二氧化碳含量n液位稀氨水稀氨水濃氨水濃氨水主主塔塔備備塔塔副副塔塔回回清清塔塔軟水軟水氣氨氣氨離心崗位離心崗位變換氣變換氣吸收崗位吸收崗位工藝流程工藝流程稀氨水稀氨水碳化氣碳化氣氣氨

6、氣氨二、熱碳酸鉀法脫碳二、熱碳酸鉀法脫碳 p1441、開展：、開展： 吸收速度慢吸收速度慢加速吸收加速吸收提溫提溫腐蝕腐蝕參與防參與防腐劑腐劑減少腐蝕減少腐蝕活化劑活化劑323222KHCOOHCOKCO 各種改良熱鉀堿法脫碳各種改良熱鉀堿法脫碳 (1)化學(xué)反響化學(xué)反響 碳酸鉀水溶液與二氧化碳的反響如下：碳酸鉀水溶液與二氧化碳的反響如下：常溫下反響速率較慢，提溫度到常溫下反響速率較慢，提溫度到120130 ，即，即可提高碳酸鉀溶液的濃度，又可以得到較快的反響可提高碳酸鉀溶液的濃度，又可以得到較快的反響速率。但在該溫度下碳酸鉀溶液對(duì)碳鋼設(shè)備有極強(qiáng)速率。但在該溫度下碳酸鉀溶液對(duì)碳鋼設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕

7、性。的腐蝕性。 2根本原理 (a)參與活化劑參與活化劑DEA2,2二羥基二乙胺二羥基二乙胺) 參與參與DEA改動(dòng)機(jī)理，反響速度提高改動(dòng)機(jī)理，反響速度提高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吸收硫化氫吸收硫化氫 硫化氫是酸性氣體，和碳酸鉀產(chǎn)生以下反響：硫化氫是酸性氣體，和碳酸鉀產(chǎn)生以下反響： 吸收硫氧化碳和二硫化碳吸收硫氧化碳和二硫化碳 溶液與硫氧化碳和二硫化碳的反響是：第一步溶液與硫氧化碳和二硫化碳的

8、反響是：第一步硫化物在熱的碳酸鉀水溶液中水解生成硫化氫；硫化物在熱的碳酸鉀水溶液中水解生成硫化氫；第二步水解生成的硫化氫與碳酸鉀反響。第二步水解生成的硫化氫與碳酸鉀反響。(b)碳酸鉀溶液對(duì)氣體中其他組分的吸收碳酸鉀溶液對(duì)氣體中其他組分的吸收 吸收硫醇和氰化氫 對(duì)烴類的吸收 烴類不與碳酸鉀溶液進(jìn)展反響，但某些烴類可使溶液中的有機(jī)胺類降解，而有些低級(jí)烴類在吸收過程中可被溶液冷凝，進(jìn)入液相后將導(dǎo)致溶液起泡。 (c) 溶液的再生溶液的再生再生反響為：再生反響為：加熱有利于碳酸氫鉀的分解，再生壓力越低加熱有利于碳酸氫鉀的分解，再生壓力越低對(duì)再生越有利。對(duì)再生越有利。再生溫度為該壓力下溶液的沸點(diǎn)。再生溫度

9、為該壓力下溶液的沸點(diǎn)。3 工藝條件工藝條件 (1).溶液的組成溶液的組成 (A)碳酸鉀的濃度碳酸鉀的濃度: 提高濃度有利吸收，上線提高濃度有利吸收，上線溫度為結(jié)晶的溶解度。溫度為結(jié)晶的溶解度。27-30% B活化劑的含量活化劑的含量: 在改良熱鉀堿法中，活在改良熱鉀堿法中，活化劑化劑DEA的含量約為的含量約為2.55。 C緩蝕劑含量：偏釩酸鹽，總釩含量緩蝕劑含量：偏釩酸鹽，總釩含量0.8% D消泡劑：硅酮、硅醚類消泡劑：硅酮、硅醚類(2) 吸收壓力吸收壓力提高吸收壓力添加吸收的推進(jìn)力，減少吸收提高吸收壓力添加吸收的推進(jìn)力，減少吸收設(shè)備尺寸、提高氣體凈化度，也添加溶液吸收設(shè)備尺寸、提高氣體凈化度

10、，也添加溶液吸收才干，減少溶液循環(huán)量。才干，減少溶液循環(huán)量。以天然氣為原料流程，壓力為以天然氣為原料流程，壓力為2.72.8MPa以煤為原料，吸收壓力多為以煤為原料，吸收壓力多為1.8 2.0MPa。(3)(3)吸收溫度：溫度對(duì)碳酸鉀溶液吸收溫度：溫度對(duì)碳酸鉀溶液上方的二氧化碳的分壓有影響，上方的二氧化碳的分壓有影響，T T高，高，K K加大，但吸收推進(jìn)力減小。加大，但吸收推進(jìn)力減小。(4)(4)溶液的轉(zhuǎn)化度：再生好壞的標(biāo)溶液的轉(zhuǎn)化度：再生好壞的標(biāo)志志5 5再生溫度和再生壓力再生溫度和再生壓力6 6再生塔頂水氣比再生塔頂水氣比4工藝流程工藝流程 (1)流程的選擇 用碳酸鉀溶液脫除二氧化碳的流程

11、可有幾種組合，其中最簡(jiǎn)單的是一段吸收、一段再生流程。一段吸收、一段再生流程一段吸收、一段再生流程低低變變氣氣CO2氣氣脫碳?xì)饷撎細(xì)馕帐账帐账僭偕αν竿钙狡嚼淠骼淠骼淠骼淠髟僭俜蟹衅髌鞫挝铡⒍卧偕鞒潭挝?、二段再生流程流程特點(diǎn)：節(jié)省蒸汽流程特點(diǎn)：節(jié)省蒸汽 凈化度高凈化度高熱鉀堿法脫碳流程熱鉀堿法脫碳流程 吸收塔和再生塔型式：填充塔和篩板塔。特點(diǎn)：填充塔消費(fèi)強(qiáng)度較低，填料體積龐大，操作穩(wěn)定、可靠，尤其在用碳酸鉀溶液吸收二氧化碳的操作中，對(duì)填充塔有成熟的設(shè)計(jì)和操作閱歷。大多數(shù)廠的吸收塔和再生塔都用填充塔，只需少數(shù)廠采用篩板塔。 主要設(shè)備：吸收塔和再生塔主

12、要設(shè)備：吸收塔和再生塔 (1)吸收塔 吸收塔是加壓設(shè)備。 采用兩段吸收，進(jìn)入上塔的溶液量?jī)H為整個(gè)溶液量的四分之一到五分之一，同時(shí)氣體中大部分二氧化碳又都在塔下部被吸收，因此全塔分成上下兩段：上塔直徑較小而下塔直徑較大。2)再生塔再生塔 再生塔分為再生塔分為上、下兩段。上、下兩段。上下塔可以上下塔可以是異徑的，是異徑的，是一個(gè)常壓是一個(gè)常壓設(shè)備，為了設(shè)備，為了安裝和制造安裝和制造方便，也可方便，也可以制成上下以制成上下塔同不斷徑塔同不斷徑.一、低溫甲醇洗滌法1、甲醇性質(zhì) 無色透明易揮發(fā)的液體，有毒，沸點(diǎn)64.7。2、脫碳原理各種氣體在甲醇溶液中的溶解度不同，-40時(shí)是氫氣的2540倍、二氧化碳的

13、5.9倍；且隨著溫度的降低，溶解度升高。 P164表1-3-281-3-32第三節(jié)第三節(jié) 物理吸收法物理吸收法 0.010.0010.110.01.0-60-40-2002040H2N2COCH4C2H6CO2H2S各種氣體在水中溶解度系數(shù)各種氣體在水中溶解度系數(shù)1、低溫對(duì)氣體的吸收、低溫對(duì)氣體的吸收有利有利,且且CO2H2S隨溫隨溫度的降低添加大度的降低添加大,H2N2隨溫度的降低隨溫度的降低溶解才干變化小。溶解才干變化小。2、H2S在甲醇中的溶解在甲醇中的溶解度比大，吸收過程先吸收度比大，吸收過程先吸收H2S，后吸收，后吸收 CO2；再生；再生時(shí)先解析時(shí)先解析 CO2 。根據(jù)壓。根據(jù)壓力不

14、同可分別把兩種介質(zhì)力不同可分別把兩種介質(zhì)再生。再生。3、因、因H2N2溶解才干小溶解才干小，損失小。，損失小。n3、方法特點(diǎn)可脫除可脫除H2S、COS、CS2、RSH、CO2、HCN、NH3、NO、H2O等等凈化度高，凈化度高， H2S0.1cm3/m3 ，CO210cm3/m3可選擇性脫除可選擇性脫除 H2S，CO2甲醇熱穩(wěn)定性好，不降解，不起泡，損耗少甲醇熱穩(wěn)定性好，不降解，不起泡，損耗少和最終凈化的液氮洗滌匹配節(jié)省投資和動(dòng)力耗費(fèi)和最終凈化的液氮洗滌匹配節(jié)省投資和動(dòng)力耗費(fèi)流程長(zhǎng)、再生復(fù)雜，有毒。流程長(zhǎng)、再生復(fù)雜，有毒。 保證凈化氣目的：H2SCO2 吸收系統(tǒng) 降溫系統(tǒng) 保證溶液循環(huán)運(yùn)用：

15、再生系統(tǒng)吸吸收收塔塔熱量移出熱量移出保證低溫保證低溫原原料料氣氣凈凈化化氣氣減減壓壓再再生生氣氣提提再再生生空空氣氣熱熱源源再再生生蒸蒸氣氣4 流程配置原那么n保證回收二氧化碳的純度n保證硫化氫滿足后工序要求n合理用能n留意溶液中水分對(duì)吸收才干的影響n平安措施5 主要工藝條件吸收壓力吸收溫度溶液最小循環(huán)量和吸收塔液氣比凈化氣二氧化碳含量再生條件CO2氮?dú)獾獨(dú)庠俜衅髟俜衅鞲灰焊灰喊崩浒崩浒崩浒崩? 工藝流程工藝流程CO變換變換凈化氣凈化氣甲醇甲醇原料氣原料氣CO+H2半貧液半貧液H2S尾氣尾氣閃蒸閃蒸第一吸第一吸收塔收塔第二吸第二吸收塔收塔H2S再再生塔生塔氣提再氣提再生塔生塔甲醇甲醇二、 NH

16、D脫碳n一概述：一概述：n NHD-聚乙二醇二甲醚溶劑已被廣泛運(yùn)用于天然聚乙二醇二甲醚溶劑已被廣泛運(yùn)用于天然氣、燃料氣、合成氣等混合氣體中氣、燃料氣、合成氣等混合氣體中H2S、CO2、COS、烴、醇等的吸收。目前全世界已有、烴、醇等的吸收。目前全世界已有48套工業(yè)套工業(yè)安裝運(yùn)用安裝運(yùn)用Selexol凈化工藝凈化工藝,處置總氣量約處置總氣量約851063/(標(biāo)態(tài)標(biāo)態(tài))。采用。采用Selexol工藝的凱洛格型大型氨廠工藝的凱洛格型大型氨廠已成為國(guó)際上公認(rèn)的節(jié)能樣板。已成為國(guó)際上公認(rèn)的節(jié)能樣板。(二二)NHD溶劑脫硫、脫碳原理溶劑脫硫、脫碳原理n1NHD溶劑的物理性質(zhì)溶劑的物理性質(zhì)n NHD溶劑的主

17、要成份是聚乙二醇二甲醚溶劑的主要成份是聚乙二醇二甲醚的同系物的同系物,分子式為分子式為CH3-O-(C2H4O)-3,式中式中=28,平均分子量為平均分子量為250270。其物理性質(zhì)其物理性質(zhì)(25)如下：如下：密度密度(kg/3)1027 蒸氣壓蒸氣壓(Pa)0.093外表張力外表張力(N/)0.034 粘度粘度(PaS)4.3比熱比熱J/(kg.K)2100 冰點(diǎn)冰點(diǎn)()-22-29閃點(diǎn)閃點(diǎn)()151 燃點(diǎn)燃點(diǎn)()1572NHD溶劑脫硫、脫碳根本原理溶劑脫硫、脫碳根本原理 各種氣體在NHD溶劑中的相對(duì)溶解度組份 H2 CO CH4 CO2 COS H2S CH3SH CS2 H2O相對(duì)溶解

18、度 1. 2.2 5 70 179 687 2400 1846 73300NHD溶劑特征溶劑特征:既能大量脫除二氧化碳既能大量脫除二氧化碳,又能將硫化物脫除到微又能將硫化物脫除到微量量,同時(shí)氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、甲烷等有效氣體損失很少。同時(shí)氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、甲烷等有效氣體損失很少。 6填料高度填料高度5閃蒸壓力4富液飽和度1吸收壓力吸收壓力2 吸收溫度3貧液貧度三三)、工藝目的：、工藝目的：(四四)NHD脫碳工藝特點(diǎn)脫碳工藝特點(diǎn)(1)正常操作工況下正常操作工況下,脫碳?xì)庵械拿撎細(xì)庵械腃O2含量可穩(wěn)定在含量可穩(wěn)定在 0.1%(2)能選擇性吸收能選擇性吸收H2S、CO2和和COS,且吸收才干強(qiáng)

19、。且吸收才干強(qiáng)。(3)溶劑無腐蝕性溶劑無腐蝕性,即使在溶劑含水量高達(dá)即使在溶劑含水量高達(dá)10%、累積硫含、累積硫含量高達(dá)量高達(dá)300g/L的情況下的情況下,亦未發(fā)現(xiàn)設(shè)備有明顯腐蝕。亦未發(fā)現(xiàn)設(shè)備有明顯腐蝕。(4)溶劑的蒸氣壓極低溶劑的蒸氣壓極低,揮發(fā)損失很少揮發(fā)損失很少,流程中不需設(shè)置洗滌流程中不需設(shè)置洗滌回收安裝?；厥瞻惭b。(5)溶劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性溶劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,不氧化不氧化,不降解。不降解。(6)NHD溶液不起泡溶液不起泡,不需求消泡劑。不需求消泡劑。(7)溶劑無毒無味溶劑無毒無味(8)NHD脫碳的吸收和再生過程不耗蒸汽和冷卻水，脫碳的吸收和再生過程不耗蒸

20、汽和冷卻水，高壓閃蒸氣的回收及低壓閃蒸氣高壓閃蒸氣的回收及低壓閃蒸氣CO2的保送不需的保送不需外加動(dòng)力。雖然采用冰機(jī)制冷外加動(dòng)力。雖然采用冰機(jī)制冷,但因低溫吸收使溶但因低溫吸收使溶液循環(huán)量減少液循環(huán)量減少,故總能耗較低。故總能耗較低。 (五五) 工藝流程工藝流程變脫氣變脫氣二、碳酸丙烯酯法二、碳酸丙烯酯法 1 碳酸丙烯酯是具有一定極性的有機(jī)溶劑，對(duì)二氧化碳、硫化氫等酸性氣體有較大的溶解才干，而氫、氮、一氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微。一特點(diǎn)：一特點(diǎn)：2 碳酸丙烯酯吸收二氧化碳的動(dòng)力學(xué)研討闡明，在通常條件碳酸丙烯酯吸收二氧化碳的動(dòng)力學(xué)研討闡明，在通常條件下，其吸收速度以液膜分散阻力為主。下，其吸

21、收速度以液膜分散阻力為主。3 碳酸丙烯酯性質(zhì)穩(wěn)定、無毒，純的溶劑對(duì)碳鋼沒有腐蝕性，碳酸丙烯酯性質(zhì)穩(wěn)定、無毒，純的溶劑對(duì)碳鋼沒有腐蝕性，設(shè)備可用碳鋼材質(zhì)，設(shè)備造價(jià)低、投資省。設(shè)備可用碳鋼材質(zhì)，設(shè)備造價(jià)低、投資省。4 碳酸丙烯酯的吸水性較強(qiáng)，溶劑中的含水量對(duì)二氧化碳的碳酸丙烯酯的吸水性較強(qiáng)，溶劑中的含水量對(duì)二氧化碳的吸收才干有一定影響。但實(shí)踐消費(fèi)上靠再生氣等將水分帶吸收才干有一定影響。但實(shí)踐消費(fèi)上靠再生氣等將水分帶出即可以維持系統(tǒng)程度衡，而無需對(duì)溶液特殊處置。出即可以維持系統(tǒng)程度衡，而無需對(duì)溶液特殊處置。二、工藝條件二、工藝條件1 壓力：壓力： 碳酸丙烯酯是吸收二氧化碳的吸收才干與壓力成正比碳酸丙烯酯是吸收二氧化碳的吸收才干與壓力成正比n2 溫度：溫度升高溫度：溫度升高CO2、H2S等等 在溶在溶液中的溶解度下降，液中的溶解度下降，對(duì)吸收不利。低溫有對(duì)吸收不利。低溫有利。脫碳為非等溫吸利。脫碳為非等溫吸收。收。入吸收塔變換氣溫度:35;入吸收塔貧液溫度:383 溶劑貧度：溶劑貧度： 剩余CO2越低越有利于吸收 碳丙溶液經(jīng)常壓解吸、真空解吸、空氣氣提再生后，仍溶解有一定量的2，具有相應(yīng)的2平衡壓力