【正文】 M i=。由手冊查得， 100℃時 30%K2CO3的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度為 ρL=1248kg/m3 粘度為 μL=℃ ) 105℃ 水蒸汽熱焓： 2700kJ/kg 40℃ 水液體熱焓： ○2帶入熱 富液帶入熱 Q1=WρCpT1 =6601250108 =106kJ/h 蒸汽再沸器帶入熱（待定）： Q2 故總帶入熱 Q=106kJ/h＋ Q2 ○3帶出熱 半貧液帶出熱 Q1ˊ=WρCpT =4201250110 =106kJ/h 貧液帶出熱 Q2ˊ=WρCpT =1401250120 =106kJ/h 再生氣帶出熱 Q3ˊ=WH2OH＋ W CO2Cp△ T =(103/)182700＋ [（ 103/） ]4496 =106kJ/h 則總帶出熱 Q3 =∑Qiˊ=Q1ˊ＋ Q2ˊ＋ Q3ˊ 27 =(＋ ＋ )106 =106kJ/h 則 Q2 = Q3－ Q1 =(－ )106 =106kJ/h 小結：由以上計算結果可以看到氣體凈化 CO2含量小于１％，而且其再生熱耗也比較合理，在吸收下部用溫度較高的再生溶液吸收，既加快了吸收二氧化碳的反應速度，又因為是等溫吸收等溫再生 ，節(jié)省再生過程的熱耗，在吸收塔的上部用溫度較低的溶液吸收，降低了溶液表面的二氧化碳平衡分壓，提高了氣體的凈化度?！?) 物料衡算： ○1由反應式 2KHCO3=K2CO3＋ CO2＋ H2O 知 2mol KHCO3可以解吸 1molCO2,則每立方米溶液完全解吸的 CO2量為 1/2=○2溶液的平均再生度： △ Ic =(Ic3－ Ic1)＋ (Ic3－ Ic2)= 則平均每立方米溶液解吸的 CO2量為： VCO2==○3再生氣中 CO2的流量 ： VCO2=660=水蒸汽流量 :由 CO2/H2O = 得 ： VH2O=2VCO2==則再生氣流量為 ： V=VCO2＋ VH2O=＋ =○4溶液中殘留的 CO2量為 : V 吸收 CO2－ V 再生 CO2=－ =即以 KHCO3存在的 CO2量為： NCO2= 26 則 KHCO3摩爾濃度為： 2=貧液中 KHCO3摩爾濃度為： (＋ )=半貧液中 KHCO3摩爾濃度為： － =熱量衡算： ○1工藝條件 理論可解吸 CO2量為： m3CO2/m3溶液 CO2的比熱： (kg 表 凈化氣干氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計 組成 (%) 1 100 體積流量m3/h 32230 摩爾流量kmol/h ○5吸收塔溶液流量的計算 溶液的吸收能力為 V 吸 CO2=則 溶液的流量為 L= V 吸 CO2/=103/=560m3/h 富液的流量為 560m3/h 貧液的流量為 5601/4=140m3/h 半貧液的流量為 560－ 140=420m3/h 組成由轉化度 Fc3= 得 轉化為 KHCO3的 K2CO3量為 =則富液中 23 KHCO3量 2=K2CO3量 － = 二氧化碳吸收塔熱量衡算 變換器再沸器熱量衡算 ○1進口變換氣：溫度： 170℃ 壓力： 干氣流量： ○2出口變換氣：溫度： 125℃ 壓力： 干氣流量： ○3 170℃ 飽和水蒸汽壓： ； 125℃ 飽和水蒸汽壓： 。 表 各組分比熱 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 比熱 [kJ/(kg℃ ) ○6變換氣中各組分的比熱 [kJ/(kg消泡劑在溶液中的濃度一般為幾個到幾十個大氣壓。消泡劑是一種表面活性大、表面張力很小的一類物質，能迅速擴散到泡沫表面并造成泡沫表面張力的不均，而使泡沫迅速破滅或不易形成。從而影響溶液的吸收與再生效率，嚴重時會造成氣體帶液，被迫減負荷生產(chǎn)，以至停產(chǎn)。生產(chǎn)中保持溶液中五價釩的含量為總釩含量的20％以上即可。以偏釩酸鉀表示的濃度乘以 。在二乙醇胺催化熱鉀堿法中一般以偏釩酸鉀 ( 3KVO )或五氧化二釩 ( 52OV )為緩蝕劑，則在碳酸鉀溶液中按下式轉變?yōu)槠C酸鉀： 52OV ＋ 32COK → 32KVO ＋ 2CO 偏釩酸鉀是一種強氧化物質，能與鐵作用，在設備表面形成一層氧化鐵保護膜 (或成鈍化膜 )，從而保護設備免受腐蝕。 表 DEA對碳酸鉀溶液的平衡分壓和吸收影響值 DEA含量 %(質量 ) 0 1 2 3 相對吸收系數(shù) — 相對 CO2分壓 — 系統(tǒng)的腐蝕和緩沖 緩蝕劑 熱的碳酸鉀溶液和潮濕的二氧化碳對碳鋼有較強的腐蝕作用。 活化劑的濃度 活化劑采用 DEA，乙二醇胺。 溶液的濃度 碳酸鉀溶液的濃度：增加碳酸鉀溶液的濃度可以提高吸收二氧化碳的能力，可減少溶液循環(huán)量，提高氣體凈化度，但是隨著溶液濃度的升高，設備和管道也腐蝕嚴重；低溫操作，溶液會析出碳酸鉀結晶堵塞設備管道。 由于二氧化碳的析出反應要在不吸收條件下進行，再生塔部溫度一般控制在溶液沸點附近約 105℃ ~110℃ 。但是溫度不是可以任意提高的，我們必須考慮溶液蒸發(fā)損失，設備的承受能力等不利因素。再生壓力 CO2降低可以減少再生時的熱量消耗，但是再生壓力也不能任意降低，要能夠解吸出來的二氧化碳送到下一工序，一般控制在 18~40kPa。 再生壓力 :其是影響再生度和再生蒸汽的重要因素。但是對于合成氨廠的脫碳工序來說，氣體的壓力是由前后各工序來決定的。提高吸收壓力，同時提高了二氧化碳的平衡分壓，這樣就加快了吸收反應速度，提高了溶液吸收能力的同時也提高了溶液凈化度，降低了再生熱的消耗，生產(chǎn)裝置中吸收壓力的凈化度和吸收能力的影響如表 所示。吸收溫度的高低主要通過改變半貧液和貧液的流量比來控制，在保證氣體凈化度的前提下盡可能的降低貧液的流量，這樣可以減少熱量消耗，通常貧液與半貧液的流量比為 1:3。溫度升高， K2CO3 是溶解度加大，這樣就提高了吸收速度率；但同時高溫下溶液表面 CO2的平衡分壓增大，導致氣體凈化 程度低，不利于對 CO2的吸收。富液從吸收塔底 引出，經(jīng)能量回收后進再生塔頂部，在塔內(nèi)溶液閃蒸出部分水蒸汽和二氧化碳后，與由再沸器加熱產(chǎn)生的逆流蒸氣接觸，同時被加熱并放出二氧化碳，又塔中部引出半貧液，溫度約 110℃ ，經(jīng)半貧液泵送入吸收塔中部，剩下的溶液在再生塔下部繼續(xù)與逆流的蒸汽接觸進行再生，再生后的貧液溫度約 120℃ ，用貧液泵加壓經(jīng)冷卻到 80℃ 左右送入吸收塔頂部。 含 CO228％左右的變換合成氣通過與再生塔下部的堿液換熱后溫度降低到 125℃ 流到吸收塔底部經(jīng)氣體分布管道進入吸收塔，此時該合成起的壓力是 。 17 本設計工藝流程的確定 通過以上的比較，目前適于選用的是 ―兩段吸收兩段再生 ‖流程，所以本設計選用此流程。 ○4兩段吸收兩段再生流程：目前較為常用的是該流程，這種工藝流程的氣體凈化一般CO2含量不大于１％，而且其再生熱耗也比較合理，流程圖如圖 ： 吸收塔再生塔 圖 兩段吸收兩段再生流程 其優(yōu)點是：在吸收下部用溫度較高的再生溶液吸收，既加快了吸收二氧化碳的反應速度，又因為是等溫吸收等溫再生，節(jié)省再生過程的熱耗，在吸收塔的上部用溫度較低的溶液吸收，降低了溶液表面的二氧化碳平衡分壓，提高了氣體的凈化度。流程圖如圖 吸收塔再生塔 圖 一段吸收一段再生流程 ○2二段吸收一段再生流程： 該過程由于有少部分溶液經(jīng)冷卻后進入吸收塔頂部，凈化度可達到 CO2含量 1％左右，比起前者凈化度上有一定的提高，但仍然不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求，再生熱耗較高，僅在一些較低的小規(guī)模裝置上使用。 脫碳工藝流程的分類及比較 熱鉀堿法脫除 CO2的工藝流程一般有：一段吸收一段再生、二段吸收一段再生、兩段吸收兩段再生、多段吸收多段再生四種。 ○2 MEDA脫碳工藝操作費用較熱鉀堿法脫碳工藝低但是 MDEA法的溶劑費用較高，因此兩者的選用應根據(jù)具體情況進行取舍。通過比較可知： ○1三種脫碳工藝以 NHD脫碳工藝操作費用最低，熱鉀堿法最高，但是該比較只是對以煤為原料的合成氨廠而言的。 ○5常用的三種脫碳工藝的比較 NHD、 MDEA以及熱鉀堿法脫碳是常用的三種脫碳工藝，下面就三種脫碳工藝作一下對比。費托合成循環(huán)混合氣體當中含有大量有機物，氣體成分復雜，在活化熱碳酸鉀脫碳溶液中必須選用相適宜的活化劑。其中，甲醛迅速與 Benfield 脫碳溶液的活化劑二乙醇胺反應生成烷基氨甲醇 ? ? OHN C HCHH O C H 2222 ，烷基氨甲醇在加熱或堿性條件下與二乙醇胺縮合生成取代亞甲基胺。 結果表明：在齊魯二化脫碳溶液中添加新型催化劑 CatH? ，比原有的 Benfiled溶液吸收能力提高 %，再生熱耗 降低 %，達到了美國 UOP公司 1?ACT 和 Exxon公司Flexsord HP的技術水平。由于新型活化劑在熱鉀堿溶液脫碳過程中同時對吸收速率和再生速率起著促進作用，屬于均相催化，故簡稱 ― CatH? ‖。 13 新型催化劑的研究南化集團研究院從 1982年起進行了空間位阻胺活化劑的研究開發(fā)，并篩選出一種穩(wěn)定的位阻胺 AMP活化劑，經(jīng) 多家工廠應用取得較好的節(jié)能效果。再生的反應式為： OHCOKCOK H C O 232232 ??? （ 213） （該反應適于高溫低壓下進行） 從上反應式可以看出：壓力越低，溫度越高，越有利于碳酸氫鉀的分解，故再生反應應在高溫低壓的條件下進行。 結構式為： H OHCH 2CH 2—N—CH2CH 2OH 當碳酸鉀溶液中含有少量 DEA 時，與 CO2反應里程如下： ?? ?? 2332 2 COKCOK （ 27） N C O O HRK O HCONHR 222 ??? （ 28） ?? ?? HN C O ORN C O O HR 22 （ 29） ?? ??? 3222 H C ONHROHN C O OR— （ 210） ??? ?? 323 H C OCOH （ 211） 33 KH COH COK ?? ?? （ 212） 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該過程中反應最慢的是式（ 28）這一步，因此這一步就是該過程的控制步驟。整個過程中化學反應速度最慢，是整個吸收過程的控制步驟。 反應產(chǎn)物向液相主體擴散，而反應從液相主體向液面擴 散。 CO2溶解于界面的溶液層中。 ○2純碳酸鉀反應機理及催化熱鉀堿法反應機理 純碳酸鉀反應機理： 反應式： 32322 2 K H C OOHCOKCO ??? （ 21） 這一反應可以分為下列幾步完成： ?? ?? OHHOH 2 （ 22） ?? ?? 2332 2 COKCOK （ 23） ?? ?? 32 HCOOHCO （ 24） ??? ?? 323 H COCOH （ 25） 33 KH COH COK ?? ?? （ 26） 碳酸鉀水溶液吸收 CO2是一個復雜的過程，可以大致分為以下四個步驟。 高吸收能力的 DEA法使用 25%－ 27％的 DEA溶液，其對酸性氣體的吸收能力為 30~32立方米 CO2/立方米溶液。 添加活化劑 DEA 不僅可以提高反應速度（如前述），而且還會改變的 CO2平衡分壓，如表 。而減慢反應速度， K2CO3對設備和管道的腐蝕作用會加快。因為在高溫條件下 K2CO3 11 溶解度增大，可以加大單位時間內(nèi)的 CO2吸收量， CO2吸收速度較快；此外這個溫度與 CO2再生溫度相近，正好可以節(jié)約能量，降低生產(chǎn)成本。 ○1概述：該方法是利用碳酸鉀溶液吸收在高溫下吸收二氧化碳，反應式為 CO2＋ K2CO3＋ H2O=2KHCO3。由于本方法達到了一定的經(jīng)濟性和脫碳要求，所以本設計采用此方法。 二是氨基乙酸催化熱鉀堿法：以氨基乙酸為活性劑，五氧化二釩為緩蝕劑 其中 DEA 改良熱鉀堿法（又稱二乙醇胺法）是世界上廣泛應用的胺類處理酸性物質或氣體的方法。該工藝成熟 ,操作簡便 ,對工人的素質要求相對較低 ,近年來在國內(nèi)得到廣泛的應用 ,是優(yōu)先選取的化學吸收工藝 脫碳方法的確定 熱鉀堿吸收法是合成氨工業(yè)上一種典型的化學吸收脫碳方法，目前國內(nèi)外都