【正文】 隨壓力變化而變化的特性，通過周期性的壓力變換過程實現氣體的分離或提純?；瘜W法分離處理二氧化碳主要包括化學吸收法及碳氫化合物轉化法等。1. 化學吸收法化學吸收法是利用CO2的酸性特點，采用堿性溶液進行酸堿化學反應吸收，然后借助逆反應實現溶劑的再生。一般使用有機胺類化合物作為吸收劑，利用吸收塔和再生塔組成系統(tǒng)對CO2進行捕集，吸收后的液體加熱到100℃左右，放出高濃度的CO2后重新再生利用[8]。反應式為：化學吸收法是使原料氣和化學溶劑在吸收塔內發(fā)生化學反應，二氧化碳進入溶劑形成富液，富液進入脫吸塔加熱分解出二氧化碳，吸收與脫吸交替進行，從而實現二氧化碳的分離回收。其關鍵是控制好吸收塔和脫吸塔的操作溫度和操作壓力?；瘜W吸收工藝的流程如下圖所示：圖11 化學吸收工藝的簡單流程[9]煙氣進入系統(tǒng)，化學吸收劑和CO2分別進入吸收器中，發(fā)生化學反應后形成松散的中間化合物。中間化合物的形態(tài)為液體，然后被單獨輸送至再生容器中，通過加熱分解成吸收劑和CO2。CO2然后被冷凝并經過脫水、壓縮、最后被儲存，用于商業(yè)應用或封存。影響化學吸收效率的參數包括廢氣流速，廢氣中CO2的含量，CO2的去除率，溶劑流速，所需的能量等?；瘜W吸收法有兩個顯著的優(yōu)點：它能產生相對純凈的CO2氣流；它的技術已經成熟，已實現商業(yè)化。采用化學吸收法進行燃燒后捕獲技術將增加70%的發(fā)電成本。吸收劑能減少能量損失，并能降低化學吸收過程的成本[10]。2. 碳氫化合物轉化法碳氫化合物轉化法是在催化劑作用下，將二氧化碳轉化為甲烷、丙烷、一氧化碳、甲醇及乙醇等基本化工原料的方法。日本東北電力公司以銠鎂為催化劑，可使二氧化碳與氫按1∶4 (體積比) 的比例，在一定的溫度與壓力下混合，生成甲烷。日本東芝公司采用一種工程上更為可行的原料配合，直接用燃放氣與以氫為基底的乙炔混合，利用電子束或激光束激勵，生產甲醇和一氧化碳，一氧化碳作為原料，可進一步合成甲醇。碳氫化合物轉化法還處于實驗室研究階段，距離工業(yè)大規(guī)模實用階段尚遠。 物理化學法目前，物理化學法主要是二氧化碳分解法。該法是借助高能射線或電子射線等放射線，對排出的含有大量二氧化碳的燃放氣進行輻射，使其中的二氧化碳分解為一氧化碳和氧氣，一氧化碳在經過高能輻射，轉而生成C3O2和O2[11]。這種方法，尚處于基礎研究階段，要實現工業(yè)化，還有大量技術問題需要解決。第二章 吸收塔的設計計算 確定塔設備的選型煙氣量： 40000 m3/h（160oC時）CO2回收率： ≥95%吸收塔操作溫度：38~45oC再生塔操作溫度：110~120oC吸收液（MEA溶液）濃度：15%~20%表21 煙氣成分及其含量成分N2CO2O2含量%%%根據以上參數及吸收液的性質，將吸收塔和再生塔均設計為填料塔。填料塔是化工分離過程的主體設備之一，與板式塔相比，具有生產能力大，分離效率高、壓降小、操作彈性大塔內持液量小等突出特點，因而在化工生產中得到廣泛應用。填料塔結構如下圖所示： 圖21 填料塔結構 吸收劑的確定確定吸收塔操作條件為：溫度： 40oC壓力： 1atm 平衡線 缺少CO2在15%MEA溶液、40oC時的溶解度數據，%重量的MEA溶液中的溶解度，并把分壓轉化為操作壓力下的氣相摩爾分數y：表22 不同壓力下CO2氣相、液相摩爾分數的變化p，mmHg1510305070100200yx由上表可得所需的平衡曲線。圖22 平衡曲線 吸收量的確定（21） （22）（23）式中：Y1——進口混合氣體中吸收質與惰性氣體的摩爾比； Y2——出口混合氣體中吸收質與惰性氣體的摩爾比；y1——進口氣相溶質的摩爾分數； y2——出口氣相溶質的摩爾分數；x1——出口液相溶質的摩爾分數；x2——進口液相溶質的摩爾分數。~ mol CO2/mol MEA，使用低壓解吸塔， mol CO2/mol MEA，故可取：吸收塔溫度：15%MEA溶液的比重：運動粘度： MEA分子量：M=，MEA溶液的粘度：（24）質量濃度：摩爾濃度：入塔煙氣密度：（25）煙氣摩爾流量：（26）質量流量：（27）惰性氣體流量：（28）查平衡曲線，y1=，x1*=，最小氣液比為：（29）式中：x1*——與氣相溶質摩爾分數成平衡的液相溶質摩爾分數液體最小流量：，則（210）MEA溶液量：（211） 填料的選擇本設計采用瓷拉西環(huán)。具體參數見下表[12]：表23 瓷拉西環(huán)結構特征參數（D=80mm）公稱直徑/mm80孔隙率/%個數/(1/m3)1910比表面積/(m2/m3)76堆積密度/(kg/m3)714填料因子/[(干)]m1]243 塔徑的計算液體濃度： 氣體濃度： 氣體密度： 液體密度： 液體運動粘度： （212）式中：ρV ——氣體密度ρL ——液體密度因此： 查泛點氣速關聯(lián)表[13]可知：圖23 Eckert 泛點氣速關聯(lián)表可得：Y= 又因為： （213）式中：uf——泛點氣速，m/s； Ф——實驗填料因子，m1； φ——水的密度與液體密度的之比； ρG——氣體密度，kg/m3； ρL——液體密度，kg/m3；可知： （214） 對于一般的空塔氣速u，?。?，（215）而MEA溶液容易起泡，：煙氣流量：（216）因此：（217）取圓整：D=4m。校核填料直徑與塔體直徑的比：符合要求。并且塔徑大于填料環(huán)徑的20~30倍，填料的預先選擇也是可取的。（218） 填料層高度的計算式中：kGa ——以體積分數差為推動力的傳質系數。由操作線及平衡線圖可知：y*≈0y*——與液相溶質摩爾分數成平衡的氣相溶質摩爾分數。故得：kGa隨液體中CO2的濃度而變，這里采用下式來計算kGa：（219）（220）式中： L —— 液相重量流速，kg/(m2h)， M—— 溶液中MEA摩爾濃度，mol MEA/L； F—— 根據填料類型和尺寸而定的系數，80mm瓷質拉西環(huán)的F= (~)103，這里取F= 103?！后w粘度，μL=；p——操作壓力，p=1atm；t——操作溫度，t=40 oC 而x*可由平衡曲線得到。（221）用辛普生法作數值積分[14]，計算如表24（n = 6）：表24 積分結果iYXXepKGa(1+Y)/(KGaPY)0123456（222）從而填料層高：取整到h=16m，分兩層填料。 吸收塔附件的設計與選用 液體分布裝置填料塔操作時，在任一橫截面上，保證氣液的均勻分布都是十分重要的。對于任一裝填完畢的填料塔，氣速的分布是否均勻，主要取決于液體分布的均勻程度。因此，液體在塔頂的初始均勻噴淋，是保證填料塔達到預期分離效果的重要條件。實際上，液體初始不良分布，相當于損失了一段填料高度。因此，正確設計液體分布裝置是十分重要的[15]。為了滿足不同塔徑、不同液流量以及不同均布程度的要求，液體分布裝置有多種結構型式。最簡單的液體分布裝置是單管噴淋器，有直管式、彎管式和缺口式等樣式。單管的噴灑面積小、均勻性很差，只適用于塔徑小于300mm且對噴淋均勻性要求不高的場合。目前常用的噴淋裝置主要是多孔型和溢流型兩類，以及沖擊式分布器。多空型分布裝置又分為多種型式：多孔直管式噴淋器、多管式噴淋器、排管式噴淋器、環(huán)管式噴淋器和篩孔盤式分布器等。這里選用環(huán)管式噴淋器中的多環(huán)管噴淋器。如圖24所示：圖24 多環(huán)管噴淋器工作原理是液體由垂直的中心管引入，經水平主管通過環(huán)管上的小孔噴淋。其小孔直徑為3~8mm，~.多環(huán)管噴淋器參數：根據塔徑是4000mm，查表可得：主管直徑：600mm；環(huán)管圈數：4圈；排管外緣直徑：3100mm；最大體積流量：300m3/h。 填料支承裝置填料支承裝置對保證填料塔的操作性能具有重大作用?？v使填料本身的通過能力很大，如果支承裝置設計不當，液泛仍將提前到來，使塔的生產能力降低。因此設計合理的支承結構是非常重要的。對填料支承裝置的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量；提供足夠大的自由截面，盡量減少氣液兩相的流動阻力；有利于液體的再分布；耐腐蝕性能好；便于用各種材料制造；以及安裝拆卸方便等。典型的填料支承是氣體噴射式支承板，如圖25所示：圖24 氣體噴射式支承板 氣體噴射式支承板的結構特點是：對氣體和液體提供了不同的通道，于是氣體容易進入填料層內，而液體也可自由排出，既避免了液體在板上的積聚，又有利于液體的均勻再分配。氣體噴射式支承板有兩種結構：鐘罩型和梁型。這里采用梁型氣體噴射式支承板。梁型氣體噴射式支承板可提供超過100%的自由截面，更重要的是由于支承板凹凸的幾何形狀，填料裝入后，僅有很小一部分開孔為填料所堵塞，從而保存了足夠大的有效自由截面。下圖為梁型氣體噴射式支承板外觀：圖25梁型氣體噴射式支承板 梁型氣體噴射式支承板的結構型式見圖26和27所示：圖26 支承板波形尺寸圖27 DN2600~4000mm 支承板結構示意圖 液體再分布裝置當液體沿填料層向下流動時，有流向器壁形成“壁流”的傾向。結果是液體分布不均勻，降低傳質效率，嚴重時使塔中心的填料不能被濕潤而形成“干錐”。為了提高塔的傳質效率，必須安裝液體再分布裝置，作用是收集上一填料層的液體，并使其在下一填料層均勻分布。液體再分布裝置的結構設計與液體分布裝置相同，但需配有是以的液體收集裝置。這里采用的是多孔盤式再分布器。如下圖所示：圖28 多孔盤式再分布器 氣體分布器，則需要性能更好地氣體分布裝置。采用大塔的氣體分布裝置。 除沫器 當空塔氣速較大，塔頂濺液現象嚴重，以及工藝過程不允許出塔氣體夾帶霧滴的情況下，設置除沫器可用于分離塔頂出口氣體中夾帶的液滴，以保證傳質效率、減少有價值物料的損失及改善下游設備的操作條件。工業(yè)上常用的除沫裝置有折板除沫器、絲網除沫器，以及旋流板除沫器。此外，還有鏈條型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纖維除沫器等。在分離要求不嚴格的操作場合，還將干填料層作除沫器用[16]。圖29 絲網除沫器絲網除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點。尤其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點，是最常用的