第二章合成氨原料气的净化.docx
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第二章合成氨原料气的净化
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年月日第周
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10
授课章节
第二章合成氨原料气的净化
目
的
要
求
知识目标
1、掌握原料气脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳脱除和原料气精制的基本原理、工艺条件的选择及工艺流程的分析。
2、理解一氧化碳变换催化剂的分类、特点、组成及使用;气固相催化反应、气固相非催化反应、气液相反应的特点;不同情况下净化方法的选择。
3、了解原料气净化的反应机理及动力学方程;冷法净化与热法净化的工艺组合;甲醇洗及液氮洗。
能力目标
1、具有编制催化剂升温还原方案的初步能力;
2、具有识读和绘制生产工艺流程图的初步能力;
3、具有分析选择工艺条件的初步能力;
4、具有节能减排、降低能耗的意识;
5、具有安全生产及环境保护的意识;
素质拓展
目标
具有科学的思维方法和实事求是的工作作风;具有开拓创新的精神;
教学重点
原料气脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳脱除和原料气精制的基本原理、
工艺条件的选择及工艺流程的分析。
教学难点
原料气净化各工艺条件的选择
教学方法与手段
多媒体讲授
课后分析
合成氨原料气净化单元
氨合成反应需要高纯度的H2和N2。
无论以固体(煤或焦炭)还是用烃类(天然气、石脑油等)为原料获得的原料气中,都含有一氧化碳、二氧化碳、硫化物等不利于合成反应的成分,需要在进入合成塔之前除去。
以天然气为原料的蒸汽转化法,需在转化之前进行脱硫,以重油和煤为原料的部分氧化法根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。
本单元原料气净化按以下顺序进行介绍:
原料气脱硫
合成氨原料气中的硫是以各种形态的含硫化合物形式存在的,如硫化氢、硫氧化碳、二硫化碳、硫醇、硫醚、环状硫化物等。
其中几种主要硫化物的性质如下。
1.硫化氢(H2S)
无色气体,有毒,溶于水呈酸性,与碱作用生成盐,可被碱性溶液脱除,能与某些金属氧化物作用,氧化锌脱硫就是利用这一性质。
2.硫氧化碳(COS)
无色无味气体,微溶于水,与碱作用缓慢生成不稳定盐,高温下与水蒸气作用转化为硫化氢与二氧化碳。
3.二硫化碳(CS2)
常温常压下为无色液体,易挥发,难溶于水,可与碱溶液作用,可与氢作用,高温下与水蒸气作用转化为硫化氢与二氧化碳。
4.硫醇(RSH)
其中R为烷基,甲醇原料气中的硫醇主要是甲硫醇CH3SH与乙硫醇C2H5SH,不溶于水,其酸性比相应的醇类强,能与碱作用,可被碱吸收。
5.硫醚(RSR)
最典型的是二甲硫醚(CH3)2S,是无气味的中性气体,性质较稳定,400℃以上才分解为烯烃与硫化氢。
6.噻吩(C4H4S)
物理性质与苯相似,有苯的气味,不溶于水,性质稳定,加热至500℃也难分解,是最难脱除的硫化物。
硫化物是各种催化剂的毒物,对甲烷转化和甲烷催化剂、中温变换催化剂、低温变换催化剂、氨合成催化剂等的活性都有显著的影响。
硫化物还会腐蚀设备和管道,给后续工段的生产带来许多危害。
因此对硫化物的清除是很必要的,同时,在脱硫过程中还可得到副产品硫磺。
气体脱硫方法可分为两类,一类是干法脱硫,一类是湿法脱硫。
一、干法脱硫
采用固体吸收剂或吸附剂来脱除硫化物的方法称为干法脱硫。
硫容量:
单位质量或体积脱硫剂所能脱除硫的最大数量。
优点:
脱硫效率高、操作简便、设备简单、维修方便。
缺点:
硫容量有限、再生较困难,需定期更换脱硫剂、劳动强度大。
适用场合:
硫含量较低,净化度要求较高的场合。
常用方法:
钴钼加氢-氧化锌法,活性炭法,氧化铁法,分子筛法等。
1.钴钼加氢-氧化锌法
经湿法脱硫后的原料气中含有CS2、C4H4S、RSH等有机硫,在钴钼催化剂的作用下,能绝大部分加氢转化成容易脱除的H2S,然后再氧化锌或氧化锰脱除之,所以钴钼加氢转化法是脱除有机硫很有效的预处理方法。
(1)钴钼加氢转化
基本原理:
在钴钼催化剂的作用下,有机硫加氢转化为H2S的反应如下
(2-1)
COS(硫氧化碳)+H2=CO+H2S(2-2)
(2-3)
(2-4)
(2-5)
上述反应平衡常数都很大,在350~430℃的操作温度范围内,有机硫转化率是很高的,其转化反应速率对不同种类的硫化物而言差别很大,其中噻吩加氢反应速率最慢,故有机硫加氢反应速率取决于噻吩的加氢反应速率。
加氢反应速率与温度和氢气分压也有关,温度升高,氢气分压增大,加氢反应速率加快。
在转化有机硫的过程中,也有副反应发生,其反应式为
转化反应和副反应均为放热反应,所以生产当中要很好的控制催化剂层的温升。
钴钼催化剂:
铁钼催化剂以氧化铝为载体,由氧化钴和氧化钼组成。
须经硫化后才具有相当的活性。
硫化后的活性组分MoS2和Co9S8,
工艺操作条件:
钴钼催化剂操作温度为350~430℃;压力MPa~,气态烃空速500~2000h-1,液态烃空速~6h-1。
事故处理:
钴钼转化器最容易出现的事故就是催化剂超温与结炭。
超温的原因一般是因为前工序送来的原料气中氧含量增高所致,如遇此情况,一方面可以打开转化器入口的冷激阀门,向槽内通入蒸汽或低温的煤气来压温,另一方面应立即通知前部工序降低原料气中的氧含量。
结炭的原因,是在生产中有时会产生副反应,如
(2-8)
(2-9)
(2-10)
若出现结炭现象,则催化剂活性便会降低。
处理的方法是将转化器与生产系统隔离。
把槽内可燃气体用氮气或蒸汽置换干净,然后缓慢向槽内通入空气进行再生,在严格控制催化剂温升(最高不超过450℃)的情况下,通入空气后床层温度不继续上升,且有下降趋势时,分析出入口氧含量相等时,即可认为再生结束。
另外气体成分变化,负荷过大也易造成超温。
(2)氧化锌脱硫
氧化锌是内表面积较大,硫容量较高的一种固体脱硫剂,在脱除气体中的硫化氢及部分有机硫的过程中,速度极快。
净化后的气体中总硫含量一般在3×10-6(质量百分率)以下,最低可达10-7(质量百分率)以下,广泛用于精细脱硫。
基本原理:
氧化锌脱硫剂可直接吸收硫化氢和硫醇生成硫化锌,反应式
C2H5SH+ZnO=ZnS+C2H4+H2O
对有机硫,如硫氧化碳,二硫化碳等则先转化成硫化氢,然后再被氧化锌吸收。
氧化锌脱硫剂对噻吩的转化能力很小,又不能直接吸收,因此,单独用氧化锌是不能把有机硫完全脱除的。
氧化锌脱硫剂:
氧化锌脱硫剂是以氧化锌为主体(约占95%左右),并添加少量氧化锰,氧化铜或氧化镁为助剂,常用型号:
T302,T304,T305。
脱硫剂装入设备后,用氮气置换至O2<%以下,再用氮气或原料气进行升温,升温速度:
常温~120℃,为30~50℃/h,120℃恒温2h;120~220℃(或220℃以上)为50℃/h;220℃(或220℃以上)恒温1h。
恒温过程中即可逐步升压,每10min升,直到操作压力。
在温度、压力达到要求后先维持4h的轻负荷生产,然后再逐步随系统一起加大负荷,转入正常生产。
工艺流程:
工业上为了能提高和充分利用硫容,采用了双床串联倒换法。
如图所示,一般单床操作质量硫容仅为13%~18%。
而采用双床操作第一床质量硫容可达25%或更高。
当第一床更换新ZnO脱硫剂后,则应将原第二床改为第一床操作。
2.活性炭法
活性炭脱硫法分吸附法、催化法和氧化法三种方式。
活性炭法对吸附有机硫中的噻吩很有效,对挥发性大的硫氧化碳的吸附很差,对原料气中二氧化碳和氨的吸附性较强,对挥发性大的氧和氢较差。
活性炭使用一段时间后需再生,再生可用过热蒸汽或热惰性气体(热氮气或煤气燃烧气)再生法,由于这些气体不与硫反应,可用燃烧炉或电炉加热,调节温度至350~450℃,通入活性炭脱硫器内,活性炭上硫磺便发生升华,硫蒸汽被热气体带走,使得活性炭得以再生。
二、湿法脱硫
湿法脱硫的优点:
脱硫剂为液体,便于输送;脱硫剂较易再生并能回收富有价值的化工原料硫磺,从而构成一个脱硫循环系统实现连续操作。
因此,湿法脱硫广泛应用于以煤为原料及以含硫较高的重油、天然气为原料的生产流程中。
当气体净化度要求很高时,可在湿法脱硫之后串连干法脱硫,通过多次脱硫,多次转化,使脱硫在工艺上和经济上都更合理。
1.湿式氧化法脱硫的基本原理
湿法氧化法脱硫包含三个过程。
一是脱硫剂中的吸收剂将将原料气中的硫化氢吸收;二是吸收到溶液中的硫化氢的氧化以及吸收剂的再生;三是单质硫的浮选和净化凝固。
(1)吸收的基本原理及吸收剂的选择
硫化氢是酸性气体,其水溶液呈酸性,吸收过程可表示为:
H2S(g)==H++HS-
H++OH-(碱性吸收剂)==H2O
故吸收剂应为碱性物质,使硫化氢的吸收平衡向右移动。
工业中一般用碳酸钠水溶液或氨水等作吸收剂。
(2)再生的基本原理与催化剂的选择
碱性吸收剂只能将原料气中的硫化氢吸收到溶液中,不能使硫化氢氧化为单质硫。
因此,需借助其他物质来实现。
通常是在溶液中添加催化剂作为载氧体,氧化态的催化剂将硫化氢氧化为单质硫,其自身呈还原态。
还原态催化剂在再生时被空气中的氧氧化后恢复氧化能力,如此循环使用。
此过程可示意为:
载氧体(氧化态)+H2S=S+载氧体(还原态)
载氧体(还原态)+
O2=H2O+载氧体(氧化态)
总反应式:
硫化氢在载氧体和空气的作用下发生日下反应
H2S+
O2(空气)=S↓+H2O
显然,选择适宜的载氧催化剂是湿法氧化法的关键,这个载氧催化剂必须既能氧化硫化氢又能被空气中的氧氧化。
2.典型方法----改良ADA法
ADA法是蒽醌二磺酸钠法的简称,通常借用它代表该法所用的氧化催化剂2,6-或2,7-蒽醌二磺酸钠。
现在工业所用的ADA法,实为改良ADA法,早期的ADA法所用的溶液是由少量的2,6-或2,7-蒽醌二磺酸钠及碳酸氢钠的水溶液配制而成的。
后在工业实践中又逐步加进了偏钒酸钠和酒石酸钾钠等物质。
使该法脱硫更趋于完善。
(1)脱硫塔中的反应
以PH为~的稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物
硫氢化物与偏钒酸盐反应转化成还原性的焦钒酸钠及单质硫
氧化态ADA反复氧化焦钒酸纳
(2)氧化槽中(吸收液再生设备)的反应
还原态的ADA被空气中的氧氧化恢复氧化态,其后溶液循环使用;
(3)副反应
气体中若有氧则要发生过氧化反应:
与气体中的二氧化碳和氰化氢,尚有下列副反应:
以上副反应,除第二个副反应所产生的NaHCO3对脱硫无害外,其余均对脱硫过程有害,应设法除去。
3.其他湿式氧化法脱硫方法
栲胶脱硫法、MSQ法、螯合铁法、PDS法。
一氧化碳变换
一、合成氨原料气除一氧化碳的必要性:
一氧化碳变换工序的主要作用:
原料气的净化,原料气制造的继续。
二、一氧化碳去除的方法:
采用一氧化碳变换,并分两步去除,即在催化剂存在的条件下,一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳,最后残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤等方法加以去除。
三、基本原理
1、化学平衡
一氧化碳变换反应是放热反应:
衡量一氧化碳变换程度的参数为一氧化碳变换率,用x表示。
定义:
已变换的一氧化碳量与变换前的一氧化碳量之比。
反应达平衡时的变换率称为平衡变换率。
注:
工业生产中实际变换率一般小于平衡变换率。
影响平衡变换率的因素
Ø温度:
温度降低,平衡变换率提高。
Ø压力:
反应为等体积反应,压力对平衡变换率无影响。
Ø
水蒸气与一氧化碳体积比
在温度一定的情况下,一氧化碳平衡变换率随提高而增加,其趋势是先快后慢。
Ø二氧化碳量:
降低二氧化碳量,有利于提高一氧化碳的变换率。
2、反应速率
(1)机理与动力学方程
该反应属于气固相催化反应,共分为七大宏观步骤。
其中内扩散及本征动力学步骤为主要控制步骤。
本征动力学步骤:
本征速率不仅与变换系统的压力、温度及各组分的浓度因素有关,还与催化剂性质有关,因此,本征动力学方程可表示如下:
国产中变催化剂的本征动力学方程
B110-2
国产低变催化剂的本征动力学方程
B-205
(2)影响本征反应速率的因素
Ø温度:
可逆放热反应,存在最佳温度,且最佳温度与气体的原始
组成、转化率及催化剂有关。
经分析,在原始组成和催化剂一定时,变换率增大、最佳温度下降。
实际操作中应尽量使操作温度接近于最佳温度。
Ø压力:
当气体组成和温度一定时,反应速率随压力的增大而增大。
Ø水蒸气与一氧化碳体积比:
当H2O/CO比值低于4时,提高其比值,反应速率增长较快;当大于4后,反应速率增长不明显。
(3)内扩散的影响因素
在工业条件下,表征内扩散的影响以中变催化剂的内表面利用率来表征。
内表面利用率大,则表明内扩散影响较小。
内表面利用率影响因素:
Ø温度其他条件一定,温度升高内表面利用率降低;
Ø压力其他条件一定,压力增大内表面利用率降低;
Ø催化剂粒度小颗粒的催化剂具有较高的内表面利用率。
二、变换催化剂
(一)铁铬系中温变换催化剂
铁铬系催化剂主要组分为三氧化二铁和助催化剂三氧化二铬。
另外还含有少量氧化钾,氧化镁和氧化钙等物质。
三氧化二铁还原成四氧化三铁后,能加速变换反应;三氧化二铬能抑制四氧化三铁再结晶,阻止催化剂形成更多的微孔结构,提高催化剂的耐热性能和机械强度,延长催化剂的使用寿命;氧化镁能增强催化剂的耐热和抗硫性能;氧化钾与氧化钙均能提高催化剂的活性。
铁铬系催化剂是一种棕褐色圆柱体或片状固体颗粒,在空气中易受潮,使活性下降。
还原后催化剂遇空气则迅速燃烧,失去活性。
硫、氯、硼、磷、砷的化合物及油类物质,都能使催化剂暂时或永久性中毒,各类铁铬催化剂都有一定的活性温度和使用条件。
铁铬系催化剂中,氧化铁需还原为四氧化三铁才具有活性,生产上一般利用煤气中的氢和一氧化碳进行还原,其反应式如下
氧能使还原后的催化剂氧化生成三氧化二铁,反应式如下
此反应热效应很大,生产中必须严防煤气中因氧含量高造成催化剂超温,在停车检修或更换催化剂时,必须进行钝化。
其方法是用蒸汽或氮气以30~50℃/h的速度将催化剂的温度降至150~200℃,然后配入少量空气进行钝化。
在温升不大于50℃/h的情况下,逐渐提高氧的浓度,直到炉温不再上升,进出口氧含量相等时,钝化工作即告结束。
(二)铜系低温变换催化剂
目前工业上采用的低温变换催化剂均以氧化铜为主体,经还原后具有活性组分的是细小的铜结晶。
但耐温性能差,易烧结,寿命短。
为了克服这一弱点,向催化剂中加入氧化锌、氧化铝和氧化铬的方法,将铜微晶有效地分隔开来,防止铜微晶长大,提高了催化剂的活性和热稳定性,按组成不同,低变催化剂分为铜锌,铜锌铝和铜锌铬三种。
其中铜锌铝型性能好,生产成本低,对人无毒。
氧化铜对变换反应无催化活性,使用前要用氢或CO还原具有活性的单质铜,其反应式如下
在还原过程中,催化剂中的氧化锌、氧化铝、氧化铬不会被还原。
氧化铜的还原是强烈的放热反应,且低变催化剂对热比较敏感,因此,必须严格控制还原条件,将床层温度控制在230℃以下。
还原后的催化剂与空气接触产生下列反应
若与大量空气接触,其反应热会将催化剂烧结。
因此,要停车换新催化剂时还原态的催化剂应通少量空气进行慢慢氧化,在其表面形成一层氧化铜保护膜这就是催化剂的钝化。
钝化的方法是用氮气或蒸汽将催化剂层的温度降至150℃左右,然后在氮气或蒸汽中配入%的氧,在升温不大于50℃的情况下,逐渐提高氧的浓度,直到全部切换为空气时,钝化即告结束。
(三)宽温耐硫变换催化剂
由于Fe-Cr系中(高)变催化剂的活性温度高,抗硫性能差,Cu-Zn系低变催化剂低温活性虽然好,但活性温度范围窄,而对硫又十分敏感。
为了满足重油,煤气化制氨流程中可以将含硫气体直接进行一氧化碳变换,再脱硫,脱碳的需要,50年代末期开发了耐硫性能好、活性温度较宽的变换催化剂。
耐硫变换催化剂
通常是将活性组分Co-Mo,Ni-Mo等负载在载体上组成的,载体多为Al2O3,Al2O3+Re2O3(Re代表稀土元素)。
目前主要是Co-Mo-Al2O3系,并加入碱金属助催化剂以改善低温活性。
这一类变换催化剂的特点为:
(1)有很好的低温活性,使用温度比Fe-Cr系催化剂低130℃以上,而且有较宽的活性温度范围(180~500℃),因此被称为宽温变换催化剂。
(2)有突出的耐硫和抗毒性,因硫化物为这一类催化剂的活性组分,可耐总硫到几十g/Nm3,其他有害物如少量的NH3,HCN,C6H6等对催化剂的活性均无影响。
(3)强度高,尤以选用γ-Al2O3作载体,强度更好,遇水不粉化,催化剂硫化后的强度还可提高50%以上,(Fe-Cr系催化剂还原态的强度通常比氧化态要低些),而使用寿命一般可用五年左右,也有使用十年仍在继续运行的。
(4)可再硫化,不含钾的Co-Mo系催化剂部分失活后,可通过再硫化使活性获得恢复。
Co-Mo系变换催化剂在使用前需硫化,一般都用CS2作硫化剂,也可以直接用H2S或用含硫化物的工艺气,目前已有采用泡沫硫来代替CS2的。
硫化为放热过程:
CS2+H2=2H2S+CH4ΔH.。
298=-
MoO3+2H2S+H2=MoS2+3H2OΔH。
298=-
CoO+H2S=CoS+H2OΔH。
298=-
三、工艺条件
1.操作温度
(1)操作温度必须控制在催化剂活性温度范围内。
(2)要使变换反应全过程尽可能在接近最适宜温度的条件下进行。
2.操作压力
(1)可以加快反应速率和提高催化剂的生产能力,因此可用较大空速增加生产负荷。
(2)由于干原料气体积小于干变换气的体积,因此,先压缩原料气后,再进行变换的动力消耗,比常压变换后再压缩变换气的动力消耗低很多。
(3)需用的设备体积小,布置紧凑,投资较少。
(4)湿变换气中蒸汽的冷凝温度高,利于热能的回收利用。
但压力提高后,设备腐蚀加重,且必须使用中压蒸汽。
加压变换有其缺点,但优点占主要地位,因此得到广泛采用。
目前中型甲醇厂变换操作压力一般为~。
3.汽气比
增加水蒸气用量,既有利于提高一氧化碳的变换率,又有利于提高变换反应的速率,为此,生产上均采用过量的水蒸气。
四、工艺流程简介
1、中变-低变串联流程:
见流程图2-8。
2、多段中变流程:
见流程图2-9。
3、全低变流程:
见流程图2-10。
4、中低低流程:
略。
五、变换反应器
第三节原料气中二氧化碳的脱除
工业上脱除二氧化碳的方法一类是循环吸收法,一类是联合吸收法。
循环吸收法根据吸收原理的不同,可分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。
一、化学吸收法
1.本菲尔特法(改良热钾碱法)脱碳
(1)基本原理:
化学平衡:
碳酸钾水溶液吸收CO2的过程为:
气相中CO2扩散到溶液界面;CO2溶解于界面的溶液中;溶解的CO2在界面液层中与碳酸钾溶液发生化学反应;反应产物向液相主体扩散。
据研究,在碳酸钾水溶液吸收CO2的过程中,化学反应速率最慢,起了控制作用。
吸收CO2的化学反应式为:
此反应是可逆反应。
碳酸钾溶液吸收CO2愈多,转变为碳酸氢钾的碳酸钾量愈多;通常用转化度表示溶液中碳酸钾转变为碳酸氢钾的程度。
转化度Fc的定义:
反应速率:
脱碳后气体的净化度与碳酸钾水溶液的CO2平衡分压有关。
CO2平衡分压愈低,达到平衡后溶液中残存的CO2愈少,气体中的净化度也愈高;反之,平衡后气体中CO2含量愈高,气体的净化度愈低。
碳酸钾水溶液的CO2平衡分压与碳酸钾浓度,溶液的转化率(表示溶液中碳酸钾转化成碳酸氢钾的摩尔分数)、吸收温度等有关。
当碳酸钾浓度一定时,随着转化率,温度升高,CO2的平衡分压增大。
活化剂的加入也提高了反应速率。
本菲尔特法采用的活化剂为DEA,其化学名称为:
2,2-二羟基二乙胺,简写:
R2NH。
碳酸钾溶液对原料气中其他组分的吸收:
含有机胺的碳酸钾溶液在吸收CO2的同时,也可除去原料气中的硫化氢、氰化氢,硫酸等酸性组分,吸收反应为:
H2S+K2CO3=KHCO3+KHS
HCN+K2CO3=KCN+KHCO3
R-SH+K2CO3=RSH+KHCO3
硫氧化碳,二硫化碳首先在热钾碱溶液中水解生成H2S,然后再被溶液吸收。
COS+H2O=CO2+H2S
CS2+H2O=COS+H2S
二硫化碳需经两步水解生成H2S后才能全部被吸收,因此吸收效率较低。
吸收溶液的再生:
碳酸钾溶液吸收CO2后,碳酸钾为碳酸氢钾,溶液PH值减小,活性下降,故需要将溶液再生,逐出CO2,使溶液恢复吸收能力,循环使用,再生反应为:
2KHCO3=K2CO3+CO2+H2O
压力愈低,温度愈高,愈有利于碳酸氢钾的分解。
为使CO2能完全的从溶液中解析出来,可向溶液中加入惰性气体进行气提,使溶液湍动并降低解析出来的CO2在气相中的分压。
在生产中一般是再生塔下设置再沸器,采用间接加热的方法将溶液加热到沸点,使大量的水蒸气从溶液中蒸发出来。
水蒸气再沿塔向上流动,与溶液逆流接触,这样不仅降低了气相中的CO2分压,增加了解析的推动力,同时增加了液相中湍动程度和解析面积,从而使溶液得到更好的再生。
溶液再生愈完全,溶液中残留的碳酸氢钾愈少。
通常用再生度表示溶液中碳酸钾再生的程度。
再生度ic的定义为:
转化度与再生度的关系见表。
设原始溶液中只有碳酸钾,浓度为N摩尔,当转化度为Fc则:
项目
摩尔数
CO2摩尔数
K2O摩尔数
K2CO3
N(1-Fc)
N(1-Fc)
N(1-Fc)
KHCO3
2NFc
2NFc
NFc
根据再生度的定义,
即ic比Fc大1。
对纯碳酸钾而言,Fc=0,ic=1;对纯碳酸氢钾而言,Fc=1,
ic=2.再生后溶液的再生度愈接近于0,或再生度愈接近于1,表示溶液中碳酸氢钾含量愈少,溶液再生的愈完全。
(2)二段吸收二段再生典型流程
图2-17为以天然气为原料、蒸汽转化制气的本菲尔特脱碳工艺流程。
本菲尔特脱碳工艺流程
1一吸收塔;2一再生塔;3一变换气再沸器;4一蒸汽再沸器;5一锅炉给水预热器;
6一贫液泵;7一淬冷水泵;8一半贫液泵;9一水力透平;10一机械过滤器;
11一冷凝液泵;12一二氧化碳冷却器;13一分离器
(3)操作条件的选择
溶液的组成:
①碳酸钾浓度。
增加碳酸钾浓度,可提高溶液吸收CO2的能力,从而可以减少溶液循环量与提高气体的净化度、但是碳酸钾的浓度愈高,高温下溶液对设备的腐蚀越严重,在低温时容易析出碳酸氢钾结晶,堵塞设备,给操作带来困难。
通常维持碳酸钾的浓度为25%~30%(重)。
②活化剂的浓度。
二乙醇胺在溶液中的浓度增加,可加快吸收CO2的速度和降低净化后气体中CO2含量,但当二乙醇胺的浓度超过5%时。
活化作用就不明显了,且二乙醇胺损失增高。
因此,生产中二乙醇胺的浓度一般维持在%~5%。
氨基乙酸浓度增加,吸收CO2速度和溶液再生速度均增加,且气体净化度随之提高。
但当氨基乙酸浓度增加到50g~60g/L时,再增加氨基乙酸的浓度,吸收速度和气体的净化度就不再增加,因此,生产中氨基乙酸的浓度一般为30g~50g/L。
向溶液中加入硼酸,可以加快吸收CO2的速度,从而减少氨基乙酸的用量,向溶液中加入15g~20g/L的硼酸,可以使氨基乙酸的添加量由50g/L降至20g/L左右,并可保持同样的净化效果。
缓蚀剂,热
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