【正文】 圖 27 整塊式格柵板 進(jìn)。規(guī)整填料的支撐板，推薦采用整塊式格柵板 。一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： 1. 有足夠的強(qiáng)度和剛度 ，以支持填料及其所持液體的重量（持液量）； 2. 有足夠的開(kāi)孔率（一般要大于填料的孔隙率），以防首先在支承處發(fā)生液泛； 3. 結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不大于 20pa）； 4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工制造和安裝。 結(jié)構(gòu)尺寸及參數(shù) 如下： 蓮蓬頭直徑： d=（ ～ ） DN =20mm CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 27 球面半徑： r=（ ～ ） d=16mm 噴灑角： 080?? 蓮蓬頭板厚（碳鋼）： 3s mm? 小孔直徑： 3 ~10mm?? 液體壓力： p=1～ 6mH2O 噴灑圓外圓距塔壁距離： x=70～ 100mm 其結(jié)構(gòu)如圖 26所示 。 2. 重力型液體分布器，有單管式液體分布器、多孔型直列排管式液體分布器、盤(pán)式升氣管堰型液體分布器、帶升氣管盤(pán)式篩孔液體分布器、堰 槽式液體分布器。填料塔液體分布器的種類(lèi)較多，工業(yè)上常用的適于各種塔徑的液體分布器種類(lèi)有下 列兩類(lèi) [22]。 絲網(wǎng)除沫器如圖25所示 。尤其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器。在分離要求不嚴(yán)格的操作場(chǎng)合，還將干填料層作除沫器用。 填料層用于吸收（脫吸）操作的等板高度 HETP按 ， 則填料層高： h N H E T P 1 0 0 .1 1 m? ? ? ? ? （ 217） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 26 吸收塔附件的設(shè)計(jì)與選用 除沫裝置 氣體在塔頂離開(kāi)填料層時(shí)，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液體，常需在塔頂設(shè)置除沫器，工業(yè)上常用的除沫裝置有折板除沫 器、旋流板除沫器以及絲網(wǎng)除沫器。 圖 24 規(guī)整填料的等壓降曲線(xiàn) [20] 又因?yàn)椋? 0. 50. 5 0. 0 5 G pLGuYF? ???????????? （ 214） 式中 ： u—— 載點(diǎn)氣速 ， m/s； pF —— 實(shí)驗(yàn)填料因子 ， m1； ? —— 液體運(yùn)動(dòng)粘度， m2/s； ρ G—— 氣體密 度 ， kg/m3； ρ L—— 液體密度 ， kg/m3； 0. 50. 5 0. 0 5 G pLGu F? ????? ?????? （ 213） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 25 0 . 5 0 . 5 6 0 . 0 51 . 1 5 2 3 0 (0 . 8 2 1 0 ) 1 . 1 50 . 2 7 7 9 9 6 1 . 1 5u ??? ??????? 0 . 0 3 4 1 5 . 1 7 0 . 4 9 6 1 . 1 50 . 2 7 7u ? ? ? ? = /ms? 1 .2 5 0 .6 0 .7 5 /ms? ? ? ? ? 氣體體積流量： ? ?213336002 7 3 4 06 .2 52 7 3 6 0 3 6 0 01 .6 3 1 0TQVTms????????? （ 215） 所以 ： 344 1. 63 100. 750. 05 3 53VDum mm???????????? （ 216） 取 D=100mm。 圖 23 CY型金屬絲網(wǎng) 具體參 數(shù)見(jiàn) 表 23。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，但可通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥?lái)改善其表面潤(rùn)濕性能。 塑料填料質(zhì)輕、價(jià)廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。其耐溫性良 好，可長(zhǎng)期在 100176。 （ 3） 塑料填料 塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（ PP）、聚乙烯（ PE）及聚氯乙烯（ PVC）等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除 Cl– 以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高，且表面潤(rùn)濕 性能較差，在某些特殊場(chǎng)合（如極低噴淋密度下的減壓精餾過(guò)程），需對(duì)其表面進(jìn)行處理，才能取得良好的使用效果；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)很高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)程中應(yīng)用較為普遍。 3． 填料材質(zhì)的選擇 填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類(lèi)。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類(lèi)型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類(lèi)型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類(lèi)型的填料，也可以選用不同類(lèi)型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。 （ 2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí) 慣用比表面積表示，主要有 12 150、 250、 350、 500、 700等幾種規(guī)格，同種類(lèi)型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。 （ 211） （ 212） CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 22 （ 1）散裝填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2 DN3DN50、 DN76等幾種規(guī)格。 （ 4）填料抗污堵性能強(qiáng)， 拆裝、檢修方便。 （ 2） 通量要大在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。所選填料既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。規(guī)整填料種類(lèi)很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。MGx ( Y Y ) xL ? ? ?? ? ??－（ － ） 填料 填料的種類(lèi) 填料的種類(lèi)很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料。L 7 7 .2 5 6 10= 0 .1 5 3 1 .4 7 k g / hMLMx?????? 39。39。39。M 1 2G x x()L Y Y 56 5 99 045 4 .3 0???－－－－ 式中： x1*—— 與氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)成平衡的液相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù) 液體最小流量： 39。 最小氣液比為： 39。 CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 19 吸收塔溫度： 313K 15%MEA溶液的比重： =? 運(yùn)動(dòng)粘度： =? MEA分子量： M=， MEA溶液的粘度： LL? ? ?????? 質(zhì)量濃度： 39 9 6 1 5 % 1 4 k g / m?? 摩爾濃度： 1 4 9 .4 / 6 2 .4 4 m o l / L? 煙氣的摩爾質(zhì)量： 入塔煙氣密度： 1G 33332 2 .4 1 02732 9 .5 5 1 04 0 2 7 32 2 .4 1 01 .1 5 k g / mTMT????????????? 煙氣摩爾流量： （ 24） （ 25） 2 2 22 2 2% % %2 8 0 .8 8 3 4 4 0 .0 9 3 2 0 .0 2 72 9 .5 5N C O OM N m C O m O m? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 20 G3273n6 .2 5 2 7 32 2 .4 10 4 0 2 7 32 4 3 .3 6 m o l / hmQVT???????? 煙氣質(zhì)量流量： 3G3G=n 10 24 3. 36 29 .5 5 10 7. 19 kg / hM ????? ? ?? 惰性氣體流量： ? ?39。 圖 22 平衡曲線(xiàn) 吸收量的確定 1y %? 21y y ( 1 ) 9 .0 % ( 1 95 % ) 0. 45 %?? ? ? ?－ － （ 21） 1 1 1Y y / ( 1 y ) 0. 09 / ( 1 0. 09 ) 0. 09 9? ? ?－ － （ 22） 2 2 2Y y / ( 1 y ) 0 .0 0 4 5 / ( 1 0 .0 0 4 5 ) 0 .0 0 4 5? ? ?－ － （ 23） 式中： Y1— 進(jìn)口混合氣體中吸收質(zhì)與惰性氣體的摩爾比； Y2— 出口混合氣體中吸收質(zhì)與惰性氣體的摩爾比； y1— 進(jìn)口氣相溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)； y2— 出口氣相溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)； x1— 出口液相溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)； x2— 進(jìn)口液相溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。 確定吸收塔操作條件為： 溫度： 40℃ 壓力： 1atm 平衡線(xiàn) 缺少 CO2在 15%MEA 溶液、 40℃ 時(shí)的溶解度數(shù)據(jù)，現(xiàn)近似取 40℃ 下 CO2在 15 %濃度的 MEA 溶液中的溶解度，并把分壓轉(zhuǎn)化為操作壓力下的氣相摩爾分?jǐn)?shù) y，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 22[19]。 填料塔結(jié)構(gòu)如 圖 21 所示 。在某些場(chǎng)合，還代替了傳統(tǒng)的板式塔。過(guò)去由于填料本體及塔內(nèi)構(gòu)件的不夠完善，填料塔大多局限于處理腐蝕性介質(zhì)或不適宜安裝塔板的小直徑塔。 填料塔 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小，且可用 各種材料制造等優(yōu)點(diǎn)。 CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 16 第二章 吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定塔設(shè)備的選型 處理量： 150m3/d =（ 60℃ 時(shí)） CO2回收率： ≥95% 吸收塔操作溫度： 38～ 45℃ 再生塔操作溫度： 110～ 120℃ 吸收液（ MEA 溶液）濃度： 15%～ 20% 煙氣組分見(jiàn)表 21。 另一個(gè)項(xiàng)目是 中電投重慶合川雙槐電廠，在一期兩臺(tái) 30 萬(wàn)千瓦的機(jī)組上建造碳捕集裝置，由中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，年處理煙氣量為5000 萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米，年生產(chǎn)工業(yè)級(jí) CO21 萬(wàn)噸。 該項(xiàng)目的實(shí)施表明了，化學(xué)吸收法捕獲火電廠煙氣中 CO2具有極大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。解吸出的 CO2氣，經(jīng)處理后送入精 處理系統(tǒng)。 脫硫后的煙道氣由引風(fēng)機(jī)送入吸收塔，其中 CO2被胺溶液吸收，尾氣由塔頂排入大氣。 工藝流程圖如圖 19 所示 。該電廠 每年約排放 400 萬(wàn) t 的 CO2， 項(xiàng)目使用醇胺吸收法， 系統(tǒng)能夠捕捉其中的 %， CO2回收率大于 85%， 約 3000t，而捕捉能耗占電廠能耗比例則在 30%以上。 圖 18 電 廠煙氣處理的工藝流程 [17] 國(guó)內(nèi)火電廠化學(xué)吸收法應(yīng)用現(xiàn)狀 化學(xué)吸收法因其工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)較為成熟，近幾十年在國(guó)外得到了廣泛的研究和應(yīng)用，目前，國(guó)內(nèi)火電廠對(duì) CO2捕獲技術(shù)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段。 CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 14 化學(xué)吸收法在電廠中的運(yùn)用 工藝簡(jiǎn)介 燃煤電廠的廢氣中含有二氧化硫、氮氧化物、粉塵和 CO2等，脫除這些污染物需要多種技術(shù)組合 ，如圖 18所示 。通過(guò)對(duì)吸收器模塊和其他主要零部件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)，有可能降低成本 [16]。改進(jìn)的吸收劑能減少能量損失，并能降低化學(xué)吸收過(guò)程的成本。 化學(xué)吸收法有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：它能產(chǎn)生相對(duì)純凈的 CO2氣流；它的技術(shù)已經(jīng)成熟，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。富液中結(jié)合的 CO2在熱的作用下被釋放，釋放的 CO2氣流經(jīng)過(guò)冷凝和干燥后進(jìn)行壓縮，以便于輸送和儲(chǔ)存。煙氣中的 CO2與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成弱聯(lián)結(jié)化合物，脫除了 CO2的煙氣從吸收塔上部被排出吸收塔。 圖 16 相同條件下 TETA、 MEA、 DEA、 TEA對(duì) CO2吸收 [14] CO2 吸收凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及三維模擬 13 下面介紹一種典型的化學(xué)吸收法分離脫除煙氣 CO2的工藝流程，其流程圖如圖 17所示。 近十幾年來(lái)，醇胺法吸收 CO2發(fā)展迅速，出現(xiàn)了用多原子氮有機(jī)胺 （ 如：二乙烯三胺、三乙烯四胺等 ） 吸收 CO2的研究，選用三乙烯四胺 （ 簡(jiǎn)稱(chēng) TETA） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 叔胺與 CO2之間的反應(yīng)按下式進(jìn)行： 此法吸收負(fù)荷有所提高 ,但吸收速度較伯胺、仲胺慢。此法吸收速度快，但反應(yīng)過(guò)程中易生成較穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，使吸收量減小。 胺法工藝中使用的醇胺，包括