发布时间 : 星期六 文章化工工艺学教案 - 图文更新完毕开始阅读27af564c814d2b160b4e767f5acfa1c7aa0082ca
河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸
上次课复习： 变换反应的原理CO＋H2O=CO2+H2, 反应控制条件（温度、压力、蒸汽用量）, 节能途径 本次课题（或教材章节题目）： 第五章 二氧化碳的脱碳 教学要求：了解脱碳方法的选择原则、物理脱碳和化学法脱碳的特点；掌握氨水脱碳的原理，热钾碱法脱碳的原理和工艺流程、工艺指标。 重 点：碳酸丙烯酯和NHD脱碳 难 点：脱碳原理 教学手段及教具： 讲授内容及时间分配： 第一节 二氧化碳的脱除概述 一、各种脱碳方法 二、物理吸收和化学吸收的比较 三、选择脱碳剂或吸收剂的原则 第二节 化学吸收法 一、氨水中和 二、热碳酸钾法 第三节 物理吸收法 一、碳丙法 二、低温甲醇洗法 三、NHD法 1．物理吸收法脱除二氧化碳的基本原理是什么？ 2．碳酸丙烯脂脱除二氧化碳的常压解吸—空气气提的工艺存在什么问题?应 课后作业 如何改进? 3．低温甲醇法脱除二氧化碳的特点是什么? 4．如何正确选择脱碳方法。 参考资料 同上
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第五章 二氧化碳的脱碳 第一节 二氧化碳的脱除
脱碳目的：各种原料制取的粗原料气，经一氧化碳变换后，变换气中除含氢、氮外，还有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等杂质，其中以二氧化碳含量最高。二氧化碳既是氨合成催化剂的有害物，又是制造尿素、碳酸氢铵、纯碱等化工产品的重要原料，但由于用途不同，不同原料制氨需要脱除的二氧化碳量差别很大，脱碳方法很多。 一 、各种脱碳方法
二、物理吸收和化学吸收的比较
物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的力不同。物理吸收中的各分子间为范德华引力，而化学吸收中为化学键力，这二者的区别构成它们在吸收平衡线、热效应、温度对吸收的影响以及吸收选择性等方面的不同三、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；当加工成纯碱时，采用联产纯碱法；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H2、N2则造成气体的浪费。
无毒或毒性小：保护职工或保护环境。
吸收能力：物理溶解性能要好，吸收能力强，溶液循环量小，动力消耗低，设备投资省易再生： 强调：脱碳方法选择与后工序气体精制的方法有关：如果精制方法采用甲烷化法，宜采用使脱碳气中二氧化碳降至0.1％的脱碳方法，如本菲尔法和MDEA法；如果精制方法为铜洗法，由于铜洗法能洗涤少量二氧化碳，通常采用净化度不高的常温物理吸收法(例如，碳酸丙烯酯法，聚乙二醇二甲醚法等)。当采用以高碳氢比的重油、煤为原料，部分氧化法制取原料气时，对大型合成氨装置而言，可以选用低温甲醇洗等物理吸收法较为合适，即采用 “冷法净化”流程。这是因为高碳氢比的原料，需脱除的二氧化碳量较多，而低温甲醇洗涤法在低温加压的条件下，可以达到比其它任何热法都大的吸收能力，而且在系统能量利用上也比较经济。
第二节 化学吸收法
一、氨水中和
原理：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
条件：温度、碳化度、氨水浓度、添加剂含量 工艺流程：
主要设备：碳化塔二、热碳酸钾法：
碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下：可逆反应。
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此反应速率较慢，提高反应温度到120～130 ℃，可以得到较快的反应速率。但在该温度下碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性。(a)加入活化剂DEA（2,2—二羟基二乙胺)
加入DEA改变机理，反应速度提高10-100倍。(b)碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收 (c)溶液的再生 三、工艺条件 四．工艺流程
五．主要设备：吸收塔和再生塔
第三节 物理吸收法
一、碳酸丙烯酯法 (—)基本原理
碳酸丙烯酯，是具有一定极性的有机溶剂，对二氧化碳、硫化氢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，各种气体在碳酸丙烯酯中的溶解度如表5—2所示。由表可见，在25℃和o．1MPn下，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度为3．47m3·m-3，而在同样条件下氢气的溶解度仅为0.03 m3·m-3，因此．可用碳酸丙烯酯从气体混合物中选择吸收二氧化碳。同时也能吸收H2s和有机硫化物。研究表明，压力一定时，温度升高二氧化碳的溶解度降低，氢气、氮气等气体的溶解度提高；温度一定时，二氧化碳、硫化氢、氢气、氮气等气体纳溶解度均随压力升高而增大，但氢气、氯气的溶解度与二氧化碳、硫化氢相比要小得多。 (二)工艺条件 1．温度
由分析可知，温度升高，会使二氧化碳、硫化氢等气体在溶剂中的溶解废下降，对吸收过程不利，而氢氮等气体在碳酸丙烯酯中的溶解度则随温度升高而增加、增大了氢氮气体的损失。因此，降低温度有利于对二氧化碳的吸收，减少溶剂的循环量，降低贫液泵的电耗、减少氢氮气的损失；同时、还可以降低气体带出的溶剂蒸气量，减少溶剂损失。
但温度低，会增加冷员消耗。一般夏季温度高一些，冬季温度低一些。 2．压力
吸收压力越大，越有利于对二氧化碳、硫化氢等气体的吸收。使碳酸丙烯酯的吸收能力提高，在气体净化度和碳酸丙烯酯组成、温度一定的情况下，溶剂的循环量减小。压力过高，会增加设备投资，压缩机的功耗相应增加。实际生产中，应尽量选择较高压力。
另外脱碳操作压力的确定，还受到氢氮气压缩机型限制。氢氮气压缩机的参数限定了吸收压力。例如，采用H12A型氢氯气压缩机的脱碳吸收操作压力可定为2．7MPa，而M 20型氢氮气压缩机操作压力可定为4．3MPa。 3．溶剂贫度
溶剂贫度指贫液中残余的二氧化碳的量单位为m3co／m3溶剂。显然，贫液中残余二氧化碳量越小，气体净化度越高，但残余的二氧化碳的量，受再生方法的限制。同时，与后继气体的净化方法有关。小合成氨厂，如净化后工序为铜洗流程，净化气中二氧化碳含量控制在1％左右。此时，脱碳压力为1．6—4．4MPa情况下，溶剂贫度应控制在o．1一o．2m3CO 2·m-3溶剂以下。 4．吸收气液比
吸收气液比是指单位时间内进吸收塔的原料气体积与进塔贫液体积之比。
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吸收气液比影响工艺的经济性和气体的净化度。气液比增大，位体积溶剂可处理原料气量也大。所以，在处理一定原料气量时，需溶剂量就可减少，因而输送溶液的电耗和操作费用就可以降低。 要求达到一定的净化度时，吸收气液比大，则相应降低吸收推动力单位时间内吸收同样数量的二氧化碳就需加大脱碳塔的设计容量。对于—定的脱碳塔，吸收气液比增大后，净化气中二氧化碳含量增大．影响净化气的质量，所以在生产中应根据净化气对二氧化碳含量要求调节吸收气液比至适宜值。—般气液比控制在6—12。
(三)工艺流程
碳酸两烯酯的脱碳工艺流程，一般由吸收，闪蒸，气提和溶剂回收几部分组成。由于碳酸丙烯酯价格较高，净化气中饱和的溶剂蒸汽和夹带的溶剂雾沫的回收在经济上十分重要。因此，流程设置上脱碳吸收过程简单。而溶剂再生过程比较复杂。
二、低温甲醇洗法
低温甲醇洗是20世纪50年代初德国林德公司相鲁奇公司联合开发的一种脱碳方法。最早用于煤加压气化后的煤气净化。60年代，随着以重油和煤为原料大型合成氨装置的出现，低温甲醇技术在原料气的净化方面也得到了应用。 (一)基本原理
甲醇是一种无色透明的挥发性液体，有剧毒，沸点64．7c，熔点-97．08℃，自燃点在空气中473℃，在氧气中46l℃。甲醇对二氧化碳，硫化氢，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，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。图5—13为不同温度下，各种气体在甲醇中的溶解度。由图可见，低温对气体的吸收有利。当温度从20℃降至一40℃时，二氧化碳的溶解度约增加六倍，因
从图中还可以看出：低温下，例如一40一一50℃时，硫化氢的溶解度比二氧化碳高约六倍，这就有可能选择性地从原料气中先脱除硫化氢，而在甲醇再生时先解吸回收二氧化碳。另外，低温下，硫化氢、硫氧化碳及二氧化碳在甲醇中的溶解度与氢、氮气相比至少要大100倍，与甲烷相比大50倍。因此，吸收过程中，有效气体损失很少。 流程优点： 1．气体的净化度高
净化气中总硫含量体积分数在o．I×10-6。以下，二氧化碳的体积分数可达到10×10-6以下。低温甲醇洗适用于对硫含量有严格要求的化工生产过程。
2．甲醇的热稳定性和化学稳定性好 甲醇不会被有机硫，氰化物所降解。在生产操作中甲醇不起
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而，吸收剂用量可减少六倍。另一方面，氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等的溶解度随温度变化很小。