【正文】 ，篩孔氣流速度取 10～ 15m/s。 塔設(shè)備的構(gòu)件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外。 圖 14 篩板精餾塔 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 8 2斜孔板塔 斜孔板塔是篩孔板塔的另一形式。 (3)板式塔 板式塔是在塔內(nèi)裝有一層層的塔板，液體從塔頂進(jìn)入。填料塔不宜處理含塵量較大的煙氣，設(shè)計時應(yīng)克服塔內(nèi)氣液分布不均的問題。 (5)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。按氣液相接觸形態(tài)分為三類。 化學(xué)吸收法主要采用堿性溶液等能同 CO2 進(jìn)行快速反應(yīng)的物質(zhì)溶解吸收CO2，然后通過改變條件分解釋放 CO2 氣體，同時再生吸收劑。在傳統(tǒng)的化學(xué)脫碳過程中，應(yīng)用一乙醇胺 (MEA)法脫除CO2 已進(jìn)行了廣泛的研究，并成功地用于化工廠的 CO2 回收，但其成本高達(dá) 34美元 /噸 [2] 二氧化碳的吸收主要是在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，吸收塔的性能直接 影響著二氧化碳的吸收效果。我國 CO2排放量較快增長的態(tài)勢 ,將越來越受到國際社會的關(guān)注和壓力。某些地區(qū)可有更多雨量，但有些地區(qū)的雨量可能會減少。由于未能清楚了解 39。 由環(huán)境污染引起的溫室效應(yīng)是指地球表面變熱的現(xiàn)象。 控制二氧化碳的排放有多種方式 ，本文著重介紹了 MEA吸收 二氧化碳的 工藝技術(shù)。其主要包括二氧化碳的吸收塔和解析塔的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強(qiáng)度校核和工程概預(yù)算。 ③ 其他設(shè)計及整個工程的概預(yù)算。其主要包括二氧化碳的吸收塔和解析塔的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強(qiáng)度校核和工程概預(yù)算。MEA與氧氣的降解 中間產(chǎn)物主要為過氧化物 ,最終產(chǎn)物 為 氨基乙酸等 ,與二氧化碳的降解產(chǎn)物主 要 有 惡 唑烷 酮 類等。 再沸器是捕集工藝中溶液再生的關(guān)鍵設(shè)備 ,具有供熱、產(chǎn)生蒸汽 (以降低 CO2分壓 )和使殘余 CO2進(jìn)一步從溶液中解吸等多項(xiàng)功能。造價較低。為維持吸收液的 清潔 ,在貧液冷卻器后設(shè)立旁路過濾器 ,脫除吸收液中的鐵銹等固體雜質(zhì)。吸收了酸氣的吸收液 (富液 )通過富液泵加壓送至再生塔。在一般情況下 ,經(jīng)過除塵、脫硫處理的煙氣通過鼓風(fēng)機(jī)加壓后直接進(jìn)入吸收塔進(jìn)行 CO2 的吸收?？账饬魉俣纫话闳?1～ ／ s，篩孔氣流速度取 10～ 15m/s。板式塔種類很多。在塔內(nèi)柵板間放置一定數(shù)量的輕質(zhì)小球填料 (直徑 29～ 38mm)，吸收劑自塔頂噴下，濕潤小球表面，氣體從塔底進(jìn)入，小球被吹起湍動旋轉(zhuǎn)，由于氣、液、固三相充分接觸，小球表面液膜不斷更新，增加了吸收推動力。 2 幾種常用的吸收塔 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 (1)填料塔 它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。 塔內(nèi)氣液兩相的流動方式可以逆流也可并流。 因?yàn)?MEA 與 CO2 反應(yīng)生成比較穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，反應(yīng)式（ 2）比反應(yīng)式（ 1）要快得多，所以總反應(yīng)式可以寫為： CO2+2HOCH2CH2NH2+H2O=HOCH2CH2HNCOO－ +HOCH2CH2NH3+ 由總反應(yīng)式可看出，乙醇胺吸收 CO2 時將會受到熱力學(xué)的限制，即 1 mol醇胺最大的吸收能力為 mol 的 CO2。 基本的 MEA CO2 溶液吸收 解吸流程被廣泛用于天然氣處理工廠和制氨工廠的 CO2去除 .該流程用于捕獲電站廢氣中的 CO2時 ,吸收系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)所需的 CO2脫除效率 ,并為解吸系統(tǒng)提供 高濃度 CO2的富胺鹽溶液 .解吸系統(tǒng)必須解吸出一定量的 CO2,以提供合理的 CO2濃度的貧胺鹽溶液返回吸收系統(tǒng)循環(huán)使用 .貧 富胺鹽溶液的熱交換可有效利用貧胺鹽溶液的熱能 ,以減少解吸能耗 .但是 ,該流程能耗仍然較高 ,而解吸過程熱負(fù)荷 Qreb 的大小直接影響到蒸汽消耗量 ,其費(fèi)用接近整個捕獲流程運(yùn)行費(fèi)用的 80%,使得基本 MEA流程處理發(fā)電廠燃放氣中 CO2的商業(yè)應(yīng)用受到嚴(yán)重制約 [8]。隨著 CO2吸收量的增加 ,AEE 大量消耗 ,溶液的堿性逐漸降低 ,未被消耗的 MDEA 在溶液中提供的堿性可以明顯削弱 AEE 與 CO2之間的作用 ,交互作用出現(xiàn) ,MDEA 開始參與吸收反應(yīng)。其中 AEE 的摩爾濃度越高 ,溶液的初始吸收速率越快。 圖 7 吸收時間與吸收速率的關(guān)系 圖 8 摩爾吸收比與吸收速率的關(guān)系 由圖 7 可知兩種溶液的吸收速率均隨吸收時間的延長而逐漸降低。 表 2 DEA、 TEA 的再生情況 由表 2 可以看出 ,吸收時間、吸收容量和平均吸收速率都有所降低 ,DEA溶液的再生效率為 %,TEA溶液的再生效率為 %。由此說明 ,醇胺的水溶液吸收 CO2 能力不能單純依靠溶液堿性強(qiáng)弱判斷。 圖 4 不同醇胺溶液吸收容量與時間的關(guān)系 醇胺溶液濃度對吸收容量的影響 不同濃度的 DEA、 TEA 吸收容量與吸收時間的關(guān)系如圖 6 所示。對于含量相同的醇胺溶液 ,DEA 的吸收速率高于 TEA。在溫度不變時 ,反應(yīng)速率常數(shù) k2也保持恒定 ,所以 N僅隨溶液中有效胺的濃度發(fā)生線性變化 (有效胺的濃度又與溶液中吸收的 CO2 量成線性關(guān)系 ),圖中的曲線較好符合這一點(diǎn)。 現(xiàn)階段 CO2 回收方法主要有吸收法和分離法兩種方法，而化學(xué)吸收法在工業(yè)上的應(yīng)用尤為廣泛。2021— 2021 年 ,我國 CO2排放的增長量占世界同期 CO2 排放增長量的 50%以上 ,預(yù)計 2021年前我國 CO2排放量就有可能超過美國成為世界第一排放大國 (部分外媒宣稱 2021 年我國 CO2 排放量已經(jīng)躍居世界第一 )。但是，地區(qū)性降雨量的改變則仍未知 道。的結(jié)果可會影響大氣環(huán)流，繼而改變?nèi)虻挠炅糠植寂c及各大洲表面土壤的含水量。 溫室效應(yīng)主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧 化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。因此，二氧化碳也被稱為溫室氣體。全球變暖 39。 8)水循環(huán)的影響 全球降雨量可能會增加。根據(jù) EIA (Energy Information Administration)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計 , 2021 年我國 CO2 排放總量為 47 億 ,t 約占世界總量的 17%,居世界第二 ,僅次于美國。目前 ,國際上 CO2捕集與封存技術(shù)正處于研究開發(fā)和示范階段 ,尚未達(dá)到商業(yè)化 ,我國在此領(lǐng)域的研發(fā)也剛剛起步 [1]。 DEA、 TEA 吸收 CO2 的反應(yīng)速率方程可表示為r=k2uAuCO2(A 表示 DEA、 TEA),在液膜處 CO2濃度 uCO2不變的條件下 ,反應(yīng)速率 r僅與反應(yīng)速率常數(shù) k有機(jī)胺濃度 uA 有關(guān) [1]。從圖中可以看出 :對于 DEA 或 TEA,醇胺溶液的摩爾濃度影響吸收速率 ,醇胺溶液的摩爾濃度愈高 ,吸收速率就越大 ,隨著吸收時間的增加 ,吸收速率不斷降低 ,最后吸收飽和速率都趨于零 。對于 MDEA,其對 CO2的吸收相當(dāng)于一個物理吸收過程 ,吸收速率變化比較平緩 ,所以它的吸收容量變化曲線也非常平緩。醇胺溶液作為吸收劑 ,由于水解反應(yīng) ,生成 OH,使溶液呈堿性 ,醇胺溶液的濃度越高 ,pH 越大 ,但達(dá)到一定濃度后 ,pH維持在 11左右 ,此時 ,增加醇胺溶液的濃度 ,并不能明顯的增加溶液的 pH。將 ℃ 再生 3h后重新吸收 CO2,醇胺溶液再生前后效果如表 2。筆者考察了 AEE與 MDEA 兩種有機(jī)醇胺溶液對 CO2的吸收性能。由圖 9 可見 3 種體系的吸收速率均隨吸收時間的延長而逐漸降低 ,50 min后的吸收速率幾乎相同。反應(yīng)的開始階段 ,即溶液 的摩爾吸收醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 比較低時 ,E 值由 AEE 貢獻(xiàn) ,體系以單組分 AEE 吸收為主 ,AEE 與 MDEA 無明顯交互作用。 3 MEA 對吸收 CO2 的優(yōu)點(diǎn)及工作原理 目前 ,普遍認(rèn)為燃燒后捕獲技術(shù)最為可行 ,因該 技術(shù)最適合于對傳統(tǒng)燃燒設(shè)備進(jìn)行以捕獲 CO2 為目的的改進(jìn) ,且其具有節(jié)省設(shè)備投資和技術(shù)成熟程度更接近商業(yè)化的優(yōu)勢 .燃燒后捕獲主要通過采用物理溶劑、化學(xué)溶劑以及兩者的混合溶劑脫除發(fā)電廠燃放氣中的 CO2的分壓低 ,且含有大量不溶性氣體 ,故采用胺鹽溶液等化學(xué)溶劑通過化學(xué)反應(yīng)吸收以分離其中的 CO2 是最有效的手段 [6， 7]。 MEA 與 CO2的反應(yīng)式 [12]如下： CO2+HOCH2CH2NH2=HOCH2CH2HNCOO－ +H+（ 1） HOCH2CH2HNCOO－ +H2O=HOCH2CH2NH2+HCO3－ （ 2） HOCH2CH2NH2+H+=HOCH2CH2NH3+（ 3） 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在加熱作用下，反應(yīng)將會逆向進(jìn)行，可對醇胺溶液進(jìn)行再生。第一類是氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中的 板式塔 、鼓泡吸收塔、攪拌鼓泡吸收塔；第二類是液體以液滴狀分散在氣相中的噴射器、文氏管、噴霧塔；第三類為液體以膜狀運(yùn)動與氣相進(jìn)行接觸的填料吸收塔和降膜吸收塔。 (6)結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和檢修。 (2)湍球塔 它是填料塔的一種特殊形式，運(yùn)行時塔內(nèi)填料處于運(yùn)動狀態(tài)，以強(qiáng)化吸收過程。氣體從塔底進(jìn)入，氣液的傳質(zhì)、傳熱過程是在各個塔板上進(jìn)行。斜孔寬 10～ 20m，長 10～ 15mm，高6mm。 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 圖 12 CO2捕集示范裝置系統(tǒng)工藝流程簡化圖 從除塵、脫硫后引來的煙氣溫度為 40~50℃ ,正好處于 MEA 理想吸收溫度。洗滌水循環(huán)利用 ,隨著洗滌水中MEA 的不斷富集 ,需要將一部分 洗滌水并入富液中送去再生塔進(jìn)行再生 ,由此損失的洗滌水通過再生氣冷凝水來保持 ,同時保證了兩套回路的水平衡。為處理系統(tǒng)的降解產(chǎn)物 ,設(shè)置胺回收加熱醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 器 ,需要時 ,將部分貧液送入胺回收加熱器中 ,加入堿溶液 ,通過蒸汽加熱再生回收。填料規(guī)則排列 ,無死角 ,液膜薄 ,持液量小 。在溶劑氣體回收的過程中，首先通過吸收塔對尾氣中溶劑氣體進(jìn)行吸收、吸附，流出的混合油再通過該解析塔以汽提蒸餾的方式對混合油中的溶劑進(jìn)行分離，來達(dá)到有利于溶劑回收的目的。 在回收 CO2 的 過程中 ,吸收劑的主要成分 MEA 易與 氧氣、二氧化碳、硫化物等發(fā)生化學(xué) 降解 ,也易發(fā)生熱降解 ,而引起 MEA 降 解損耗增大的主要原因是氧氣與 MEA 的氧化降解反應(yīng)。 圖 13 解析塔 二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 研究的基本內(nèi)容 此設(shè)計主要對經(jīng)過脫氮，除塵，脫硫后的煙氣進(jìn)行脫除二氧化碳的吸收塔設(shè)醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計 計。 ② 解析塔系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度校核。 本設(shè)計主要對經(jīng)過脫氮、除塵、脫硫后的煙氣進(jìn)行脫除二氧化碳的吸收塔設(shè)計。因此控制二氧化碳的排放 已經(jīng)刻不容緩了，也是 應(yīng)對氣候變暖的最重要的技術(shù)之一。 溫室效應(yīng)主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。的結(jié)果可會影響大氣環(huán)流，繼而改變?nèi)虻挠炅糠植寂c及各大洲表面土壤的含水量。但是，地區(qū)性降雨量的改變則仍未知道。2021— 2021 年 ,我國 CO2 排放的增長量占世界同期 CO2 排放增長量的 50%以上 ,預(yù)計 2021年前我國 CO2排放量就有可能超過美國成為世界第一排放大國 (部分外媒宣稱 2021 年我國 CO2 排放量已經(jīng)躍居世界第 一 )。 現(xiàn)階段 CO2 回收方法主要有吸收法和 吸附 法兩種方法，而化學(xué)吸收法在工業(yè)上的應(yīng)用尤為廣泛。 溶劑種類、傳質(zhì)設(shè)備類型和工藝流程設(shè)置等因素 [5，6]會影響到溶液吸收 解吸流程的效率和熱消耗 .因此 ,在開展新的流程研究之前 ,綜合優(yōu)化基本的 MEA CO2捕獲流程以進(jìn)一步減少胺鹽溶液解吸過程中的熱能消耗是非常必要的 [7]。 吸收塔系統(tǒng)及結(jié)構(gòu) 吸收塔的定義 吸收塔是實(shí)現(xiàn)吸收操作的設(shè)備。 (4)設(shè)備阻力小，能耗低。該塔結(jié)構(gòu)簡單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時間長，氣量變化時塔的適應(yīng)性強(qiáng)，塔阻力小，壓力損失為 300～ 700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為 ～ ，氣速過大會形成液泛，噴淋密度 6～ 8m3 /(m2， h)以保證填料潤濕，液氣比控制在 2～ 10L/m3。其缺點(diǎn)是塑料小球不能承受高溫，小球易裂 (一般 ～ 1 年 )，需經(jīng)常更換，成本高。不足之處是篩孔堵塞清理較麻煩，塔的安裝要求嚴(yán)格，塔板應(yīng)保持水平；操作彈性較小 。但因氣液并流，氣液接觸時間短，不適合難溶或反應(yīng)速度慢的氣液吸收，而且壓力損失大 (800～ 9000h)，能耗高。氣體從斜孔水平噴出，相鄰兩孔的孔口方向相反，交錯排列，液體經(jīng)溢流堰供至塔板 (堰高 30mm)，與氣流方向垂直流動，造成氣液的高度湍流，使氣液表面不斷更新，氣液充分接觸，傳質(zhì)效果較好，凈化效率高，同時可以處理含塵氣體，不易堵塞，每層篩板阻力約為 400～ 600Pa。大致可分為二類：一類是降液管式，如泡罩塔、篩孔板塔、浮閥塔、 S 形單向流板塔 、舌形板塔、浮動噴射塔等；另一類是穿流式板塔，如穿流柵孔板塔 (淋降板塔 )、波紋穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。提高了吸收效率。 填料是填料塔的核心，它提供了塔內(nèi)氣液兩相的接觸面，填料與塔的結(jié)構(gòu)決定了塔的性能。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動，與從下向上流動的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的