【正文】 溶液在不同濃度下對二氧化碳的吸收 情況 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(shí) ,吸收系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)所需醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) 4 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(gè)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 [5]。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]。根據(jù) EIA (Energy Information Administration)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) , 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。 8)水循環(huán)的影響 全球降雨量可能會(huì)增加。全球變暖 39。因此，二氧化碳也被稱為溫室 氣體。 第一周 科技方法訓(xùn)練，查閱校內(nèi)、外資料 第二周 科技方法訓(xùn)練， 翻譯外文資料， 第 三周 撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告 第四周 進(jìn)行開題報(bào)告，進(jìn)行總體設(shè)計(jì) 第五周 吸收塔系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 第六周 吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 第七周 解析塔系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第八周 解析塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 第九周 其他設(shè)計(jì)及整個(gè)工程的概預(yù)算 第十周 按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪圖 第十一周 按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪圖 第十二周 按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪圖 第十三周 按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪圖 第十四周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，并輸入計(jì)算機(jī) 第十五周 修改設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯 第十六周 答辯 ——— ————————————————————————————— 任務(wù)書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教學(xué)院（部、系）院長（簽字） 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計(jì)劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽字） 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) I 摘 要 電廠燃煤煙氣所排放的二氧化碳會(huì)造成溫室效應(yīng)和全球氣候變化，引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題。而二氧化碳的吸收主要在吸收塔內(nèi)進(jìn)行，吸收塔的性能直接影響著二氧化碳的吸收效果。 2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ① 吸收塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核。胺回收反應(yīng)釜的投運(yùn)頻率將視運(yùn)行過程中溶液的降解程度而定 [10]。在進(jìn)入吸收塔的貧液管路上旁路 設(shè)置活性炭過濾器 ,根據(jù)溶液分析得到 的污染程度 ,調(diào)整溶液通過活性碳過濾 器的比例 ,來保持溶液的清潔。 三 解析塔設(shè)計(jì) 解析塔是大型浸出車間尾氣回收系統(tǒng)工藝中的關(guān)鍵設(shè)備之一，與吸收塔、富油泵、冷卻器、熱交換器、加熱器、貧油泵等設(shè)備配合使用。具有很好的潤濕性能和自分布能力 ,氣液分布比較均勻 ,幾乎無放大效應(yīng) 。為了維持溶液清潔 ,約 10% ~15%的貧液經(jīng)過活性炭過濾器等過濾 。由于 MEA 具有較 高的蒸汽壓 ,為減少 MEA蒸汽隨煙氣帶出而造成吸收液損失 ,通常將吸收塔分成兩段 ,下段進(jìn)行酸氣吸收 ,上段通過水洗 ,降低煙氣中的 MEA 蒸汽含量。 3 CO2 吸收塔示范裝置系統(tǒng)工藝 CO2捕集示范裝置系統(tǒng)工藝流程簡化圖如圖 12 所示。 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(jì)時(shí)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。同時(shí)氨基甲酸鹽對設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)，又 易形成水垢。 AEE+MDEA 體系在一定的摩爾吸收比的條件下存在交互作用 ,且交互系數(shù)隨體系的摩爾吸收比的增加而降低 [5]。由圖 10 可知 ,3 種體系分別在不同的摩爾吸收比時(shí)表現(xiàn)出交互作用。筆者考察了 AEE 與 MDEA 的混合溶液對 CO2的吸收性能。 2 單組分和多組分醇胺溶液吸收 CO2的影響 單組分有機(jī)醇胺溶液吸收 CO2 的研究 MDEA 由于其吸收容量大 ,解吸再生溫度低等優(yōu)點(diǎn) ,是近年來工業(yè)上常用的CO2 吸收劑 ,而采用 AEE 作為 CO2 吸收劑的研究卻鮮有報(bào)道。因此 ,本實(shí)驗(yàn)條件下 ,180min。由表 1 可以看出 ,吸收劑的 pH 隨 溶液濃度增加略有增加 ,但相差不大。在相同的吸收時(shí)間內(nèi) ,3種有機(jī)胺溶液吸收容量大小依次是 DEA≥TEAMDEA。 醇胺溶液濃度對吸收速率的影響 5mL 不同濃度 DEA、 TEA 的吸收速率隨時(shí)間變化如圖 3。對于 DEA 和 TEA,在溶液還遠(yuǎn)未接近飽和狀態(tài)時(shí) ,醇胺溶液吸收速率基本按吸收量線性地變化 ,這是因?yàn)榇藭r(shí)液相主體中 CO2含量較小 ,而液膜處 CO2濃度足夠大 (p=105Pa),傳質(zhì)阻力對吸收速度 N 的影響相對就比較小 ,吸收速度主要取決于反應(yīng)速度 r(N≈r)。 盡管發(fā)展新型煤電技術(shù)、可再生能源、核電與節(jié)能降耗等是可行的 CO2 減排手段 ,但是我國能源結(jié)構(gòu)長期以燃煤發(fā)電為主的現(xiàn)狀 ,決定了只有進(jìn)行 CO2的捕集與永久封存才是減少溫室氣體排放的根本手段 ,也是進(jìn)一步大量減少 CO2 排放醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) 的唯 一手段。全球應(yīng)對氣候變化的核心是減少溫室氣體排放 ,其中主要是減少能源消費(fèi)的 CO2排放。至于整體海洋生態(tài)所受的影響仍未能清楚知道。但是， 39。它在大氣中增多的結(jié)果是形成一種無形的玻璃罩，使太陽輻射到地球上的熱量無法向外層空間發(fā)散，其結(jié)果是地球表面變熱起來。 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。由于未能清楚了解 39。某些地區(qū)可有更多雨量，但有些地區(qū)的雨量可能會(huì)減少。我國 CO2排放量較快增長的態(tài)勢 ,將越來越受到國際社會(huì)的關(guān)注和壓力。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。但是 ,對于 MDEA,因其與 CO2的反應(yīng)為液膜反應(yīng) ,其過程要受 CO2與 H2O反應(yīng)步驟的控制 ,吸收速率變慢。 圖 2 不同濃 度 DEA 吸收速率與時(shí)間的關(guān)系 圖 3 不同濃度 TEA 吸收速率與時(shí)間的關(guān)系 CO2可以和 DEA 反應(yīng)生成氨基甲酸鹽 : CO2+2(HOC2H4)2NH→(HOC 2H4)2NH2++(HOC2H4)2NCOO 然而 ,TEA 氮原子上無氫質(zhì)子 ,TEA 與 CO2 之間不能進(jìn)行生成氨基甲酸鹽的反應(yīng) ,其和 CO2的反應(yīng)機(jī)理與 DEA 有明顯不同。反應(yīng)初期 ,不同濃度的醇胺溶液吸收容量曲線接近 ,50min 后吸收容量曲線差距逐漸拉大 ,摩爾濃度越大的醇胺溶液其吸收容量越大。吸收液pH大致下降至 7時(shí) ,吸收達(dá)到飽和 ,這一特性可作為判斷溶液吸收 CO2進(jìn)行程度的指標(biāo) ,當(dāng) pH 下降到 7 左右 ,溶液基本飽和 ,無法繼續(xù)吸收 CO2,可進(jìn)行再生。兩種醇胺溶液比較 ,TEA 再生效率較 DEA 高 17%,這可能是由于 DEA溶液再生過程中產(chǎn)生少量絮凝物 ,使溶液的吸收能力受到了部分破壞。由圖 8 可知 ,吸收 60 min后 MDEA溶液的摩爾吸收比可達(dá) ,AEE 溶液的摩爾吸收比可達(dá)。反應(yīng)開始階段以 AEE 單組分吸收為主 ,隨著 AEE 的消耗 ,溶液的堿性降低 ,一部分AEE吸收的 CO2轉(zhuǎn)換成氨基甲酸根離子 ,MDEA開始參與吸收反應(yīng) ,而氨基甲酸根離子并不穩(wěn)定 ,在一定的 pH 值條件 下可以與水進(jìn)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)換成碳酸氫根與AEE 分子 ,使溶液中 AEE 濃度相對緩慢降低 ,加速 MDEA參與吸收反應(yīng) ,使體系能夠快速地達(dá)到吸收飽和。隨著 MDEA 大量參與吸收過程 ,溶液的堿性已經(jīng)不足以削弱 AEE 與 CO2之間的作用 ,交互作用逐漸消失 ,此時(shí)溶液的 E 主要由MDEA 貢獻(xiàn) ,因此隨著摩爾吸收比的增加 ,交互系數(shù)逐漸降低。 溶劑種類、傳質(zhì)設(shè)備類型和工藝流程設(shè)置等因素 [8，9]會(huì)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 [10]。 在胺溶液流量 120 m3/h、吸收溫度 40℃ 、常壓吸收條件下，分別對 MEA、DEA、 MDEA、 TEA、 DIPA、 DGA 六種溶液在不同濃度下對二氧化碳的吸收情況進(jìn)行模擬。通常采用逆流操作，吸收劑以塔頂加入自上而下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng)的氣體接觸，吸收了吸收質(zhì)的液體從塔底排出，凈化后的氣體從塔頂排出。 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。提高了吸收效率。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(dòng)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。氣體從斜孔水平噴出，相鄰兩孔的孔口方向相反，交錯(cuò)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(dòng)，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(shí)可以處理含塵氣體，不易堵塞，每層篩板阻力約為 400～ 600Pa。鼓風(fēng)機(jī)增壓用來克服在氣體通過吸收塔時(shí)所產(chǎn)生的壓降。為減少富液再生時(shí)蒸汽的消耗量 ,利用再生后的吸收溶液 (貧液 )的余熱對富液進(jìn)行加熱 ,同時(shí)也達(dá)到冷卻再生溶液的目的。 吸收塔是捕集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備 ,屬于氣液傳質(zhì)設(shè)備。此外 ,為了提高分離效率、改善塔后設(shè)備的操作狀況、回收昂貴的反應(yīng)溶劑以及減少對環(huán)境的污染 ,在兩個(gè)塔器的頂端均設(shè)置了高效絲網(wǎng)除沫器。在國外 CO2捕集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,再沸器有 2 種主要形式 :立式熱虹吸再沸器與臥式釜式再沸器。 MEA 降解問題 一直是 MEA 法回收二氧化碳存在的 難以解決的技術(shù)難題。并利用 Auto CAD 作圖軟件畫出吸收塔的三視圖及零 件圖。 ④ 按照國家標(biāo)準(zhǔn)畫圖，繪制的圖量至少需要達(dá)到三張零號圖，其中手繪的圖量需要相當(dāng)于一張零號圖。 （ 2）原始數(shù)據(jù) 煙氣量： 3000m3/h , 進(jìn)二氧化碳吸收塔煙氣溫度： 4050℃ (3)應(yīng)提交的成果 ①至少提供與設(shè)計(jì)及其相關(guān)的紙質(zhì)版中文文獻(xiàn) 10 篇以上，外文復(fù)印文獻(xiàn) 2篇以上，需要翻譯至少一篇外文文獻(xiàn)。 本論文主要對二氧化碳化學(xué)吸收法的基本原理、反應(yīng)機(jī)理、工藝流程、應(yīng)用設(shè)備、存在的問題及解決措施作簡要的介紹；對二氧化碳化 吸收塔 設(shè)備作詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要包括填料、筒體、塔內(nèi)件（液體分布裝置、填料支承裝置、 床層定位器 、除沫器）；對填料塔附件作詳 細(xì)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行強(qiáng)度校核、工程概預(yù)算。 它會(huì)帶來以下列幾種嚴(yán)重惡果： 1) 地球上的病蟲害和傳染疾病增加； 2) 海平面上升； 3) 氣候反常，海洋風(fēng)暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面積增大。全球變暖 39。此外 ，溫度的提高會(huì)增加水份的蒸發(fā)，這對地面上水源的運(yùn)用帶來壓力。燃煤電廠 CO2 排放是我國溫室氣體的最主要排放源 ,約占我國 CO2排放總量的 50%。 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) 3 吸收溶液的選擇 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 [3， 4]。 MEA 具有很好的吸收能力并且工藝簡單，是較理想的吸收劑。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(dòng)醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) 5 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。 圖 13 填料塔 (2)湍球塔 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔設(shè)計(jì) 7 它是填料塔的一種特殊形式，運(yùn)行時(shí)塔內(nèi)填料處于運(yùn)動(dòng)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(gè)塔板上進(jìn)行。斜孔寬 10～ 20m，長 10～ 15mm，高6mm