3.3 合成氨-CO2脱除

3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
(b) 碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收 ① 吸收硫化氢 吸收硫化氢 ② 吸收硫氧化碳和二硫化碳 吸收硫氧化碳和二硫化碳 ③ 吸收硫醇和氰化氢 吸收硫 ④ 对烃类的吸收 烃类的吸收
热钾碱法− 热钾碱法 基本原理
烃类不与碳酸钾溶液进行反应，但某些烃类可使溶液中的 烃类不与碳酸钾溶液进行反应， 不与碳酸钾溶液进行反应 有机胺类降解， 有机胺类降解，而有些低级烃类在吸收过程中可被溶液冷 凝，进入液相后将导致溶液起泡。 进入液相后将导致溶液起泡。 溶液起泡
脱 碳
吸 收 与 生 产 产 品
3.3 二氧化碳的脱碳—物理方法
低温甲醇洗涤法
1、甲醇性质 、
无色透明易挥发的液体，有毒，沸点 无色透明易挥发的液体，有毒，沸点64.7 oC。 。
2、脱碳原理 、
各种气体在甲醇溶液中的溶解度不同，甲醇对二氧化碳， 各种气体在甲醇溶液中的溶解度不同，甲醇对二氧化碳，硫化 溶解度不同 酸性气体有较大的 硫氧化碳等酸性气体有较大 溶解能力， 氢，硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氮、一氧 化碳等气体在其中的溶解度甚微， 等气体在其中的溶解度甚微 化碳等气体在其中的溶解度甚微，因而甲醇能从原料气中选择 吸收二氧化碳、硫化氢等酸性气体，而氢氮损失很小。 吸收二氧化碳、硫化氢等酸性气体，而氢氮损失很小。
3.3 二氧化碳的脱碳—方法
加压水洗法（ 加压水洗法（水） 物 理 吸 收 法 循 环 吸 收 Selexol法（聚乙二醇二甲醚NHD） 法 聚乙二醇二甲醚 ） Purisol法(N-甲基吡咯烷酮 法 甲基吡咯烷酮 甲基吡咯烷酮) 变压吸附法 苯菲尔法DEA 苯菲尔法 吸 收 法 有机胺 浓氨水 MDEA 低温甲醇洗涤法（甲醇） 低温甲醇洗涤法（甲醇） Fluor法（碳酸丙烯酯） 法 碳酸丙烯酯）
软水
主 塔
变换气
备 塔
副 塔
回 清 塔
稀氨水
离心岗位
吸收岗位
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
热钾碱法−基本原理 热钾碱法
CO2 (g) = CO2 (l) + K2CO3 + H2O = 2KHCO3
常温下反应速率较慢 常温下反应速率较慢 反应速率较 将温度升至120 130℃ 将温度升至120~130℃ 120
再生反应为： 再生反应为：
2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2 加热有利于碳酸氢钾的分解，较低的压力对再生有利。 加热有利于碳酸氢钾的分解，较低的压力对再生有利。 有利于碳酸氢钾的分解 对再生有利 再生温度为该压力下溶液的沸点。 再生温度为该压力下溶液的沸点。
热钾碱法−基本原理 热钾碱法
热钾碱法 CO2 (g) = CO2 (l) + K2CO3 + H2O = 2KHCO3
(a) 加入活化剂 加入活化剂DEA (2,2−二羟基二乙胺 二羟基二乙胺) 活化剂 二羟基二乙胺 加入DEA改变机理，反应速度提高10−100倍。 改变机理，反应速度提高 加入 改变机理 倍 K2CO3 = 2K+ + CO32− R2NH + CO2 (l) = R2NCOOH R2NCOOH = R2NCOO− + H+ R2NCOO− + H2O = R2NH + COO− H+ + CO32− = HCO3− K+ + HCO3− = K2HCO3
(2) 吸收压力
吸收压力增加吸收的推动力 提高吸收压力增加吸收的推动力，减少吸收设备尺寸、提高气体净化度， 提高吸收压力增加吸收的推动力，减少吸收设备尺寸、提高气体净化度， 也增加溶液吸收能力，减少溶液循环量。 也增加溶液吸收能力，减少溶液循环量。
以天然气为原料流程，压力为 以天然气为原料流程，压力为2.7~2.8MPa；以煤为原料，吸收压力多为 ~ 2.0MPa ；以煤为原料，吸收压力多为1.8
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
(1) 溶液的组成 (2) 吸收压力
热钾碱法− 热钾碱法 工艺条件
(3) 吸收温度 温度对碳酸钾溶液上方的二氧化碳的分压有影响，T高， 吸收温度: 温度对碳酸钾溶液上方的二氧化碳的分压有影响， 高
K加大，但吸收推动力减小 加大， 加大
(4) 溶液的转化度 (5) 再生温度和再生压力 (6) 再生塔顶的水气比
消泡剂
3.3 二氧化碳的脱碳—脱碳基本流程
碳化气 再生气 吸收液制备
吸 收 系 统
溶液 再生
热源
原料气
脱碳基本流程
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
(a) 加入活化剂 加入活化剂DEA (2,2−二羟基二乙胺 ，提高反应速率 二羟基二乙胺)， 二羟基二乙胺 (b) 碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收 (c) 溶液的再生
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
热钾碱法− 热钾碱法 基本原理 + 工艺条件 → 工艺流程 → 主要设备 吸收塔和再生塔
吸收塔和再生塔型式： 吸收塔和再生塔型式：
填充塔和筛板塔 填充塔生产强度较低，填料体积庞大，操作稳定、可靠，尤其 填充塔生产强度较低，填料体积庞大，操作稳定、可靠， 在用碳酸钾溶液吸收二氧化碳的操作中， 在用碳酸钾溶液吸收二氧化碳的操作中，对填充塔有成熟的设 计和操作经验。大多数厂的吸收塔和再生塔都用填充塔， 计和操作经验。大多数厂的吸收塔和再生塔都用填充塔，只有 少数厂采用筛板塔。 少数厂采用筛板塔。
提高碳酸钾溶液的浓度 可以得到较快的反应速率 可以得到较快的反应速率
温度下， 极强的腐蚀性。 在120~130oC温度下，碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性。 温度下 碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性
既提高反应速率，又不会腐蚀碳钢设备？ 既提高反应速率，又不会腐蚀碳钢设备？
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
3.3 二氧化碳的脱碳—物理方法
低温甲醇洗涤法
1、低温对气体的吸收有利,且 、低温对气体的吸收有利 且 CO2\H2S随温度的降低增加 2\N2 随温度的降低增加,H 随温度的降低增加 随温度的降低溶解能力变化小。 随温度的降低溶解能力变化小。
热钾碱法− 热钾碱法 工艺条件
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
(1) 溶液的组成
热钾碱法− 热钾碱法 工艺条件
(A) 碳酸钾的浓度 提高浓度有利吸收 碳酸钾的浓度: 上线浓度为结晶的溶解度 结晶的溶解度， 上线浓度为结晶的溶解度，27-30% (B) 活化剂的含量 在改良热钾碱法中，活化剂DEA的含量约为 活化剂的含量: 在改良热钾碱法中，活化剂 的含量约为2.5~5％ 的含量约为 ％ (C) 缓蚀剂含量：偏钒酸盐，总钒含量 缓蚀剂含量：偏钒酸盐，总钒含量0.8% (D) 消泡剂：硅酮、硅醚类 消泡剂：硅酮、
第三章 合成氨
第三章 合成氨
3.1 原料气的制取 3.1.1 烃类蒸气转化法 3.1.2 重油部分氧化法 3.1.3 固体燃料气化法 3.2 原料气的净化
3.2.1 脱硫 3.2.2 CO变换 变换 3.2.3 CO2的脱碳
3.2.3 二氧化碳的脱碳
要求：脱碳方法及其原理 重点：热钾碱法和NHD法 难点：工艺条件和流程布置
脱 碳
吸 收 与 生 产 产 品
3.3 二氧化碳的脱碳—选择脱碳剂或吸收剂的原则
首先，氨加工的品种是选择脱碳方法最重要的限制条件。
当加工成碳铵时，采用联产碳铵法 纯碱 联产纯碱法 当加工成尿素时，可视气化所用原料和方法的不同，选择不同的物理和 化学吸收分离法。
选择性要好: 若吸收CO，则造成CO2纯度低，不利于加工利用；若吸收
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
氨水中和联产碳铵法碳化生产物料流向图
回收氨 氨气
软水
变换气 供CO2
稀氨水
浓氨水 碳化塔
热量 移出
冷却水
原料气 带走少量CO2、NH3 带走少量 、 碳酸氢 铵结晶
离心 产品NH4HCO3 产品
氨水中和联产碳铵法— 氨水中和联产碳铵法—工艺流程
气氨 气氨Βιβλιοθήκη 浓氨水稀氨水 碳化气
加压水洗法（ 加压水洗法（水） 物 理 吸 收 法 循 环 吸 收 Selexol法（聚乙二醇二甲醚NHD） 法 聚乙二醇二甲醚 ） 物理吸收和化学吸收的根本不同点： 物理吸收和化学吸收的根本不同点： 根本不同点 Purisol法(N-甲基吡咯烷酮 甲基吡咯烷酮) 法 甲基吡咯烷酮 吸收剂与气体溶质的分子间的力不同 物理吸收： 物理吸收：范德华引力 变压吸附法 化学吸收： 化学吸收：化学键力 苯菲尔法DEA 苯菲尔法 吸 收 法 有机胺 浓氨水 MDEA 低温甲醇洗涤法（甲醇） 低温甲醇洗涤法（甲醇） Fluor法（碳酸丙烯酯） 法 碳酸丙烯酯）
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
热钾碱法− 热钾碱法 基本原理 + 工艺条件 → 工艺流程
用用碳酸钾溶液脱除二氧化碳的流程可有几种组合 其中最简单的是一段吸收 一段再生流程。 一段吸收、 其中最简单的是一段吸收、一段再生流程。
一段吸收、 一段吸收、一段再生流程
两段吸收、 两段吸收、两段再生流程
3.3 二氧化碳的脱碳—脱碳基本流程
碳化气 再生气 吸收液制备
吸 收 系 统
溶液 再生
热源
原料气
脱碳基本流程
3.3 二氧化碳的脱碳—化学吸收法
氨水中和联产碳铵法 1 吸氨过程 NH3(气) + H2O(液) = NH3·H2O(溶液 气 液 溶液) 溶液 2 碳化过程 二氧化碳从气相溶解于液相 CO2(气) = CO2(液) 气 液 游离氨的碳化 2NH3 + CO2 = NH2COONH4 3 氨基甲酸铵水解形成碳酸氢铵或碳酸铵 NH2COONH4 + H2O = NH4HCO3 + NH3
胺基与二氧化碳反应