传统煤化工技术（合成氨） 热碳酸钾法 第28讲 热碳酸钾法.docVIP

煤化工技术专业教学资源库 热碳酸钾法 发展过程 早期的热碳酸钾法或称热钾碱法实在20世纪50年代由美国H.E.本森和J.H.菲尔特开发。 由于所添加的活化剂种类不同，因面出现了多种改良的热碳酸钾法，而设备上与流程上的改进，也形成了多种适应于不同要求的组合与工艺。突出的是低热或低能耗本-菲尔工艺(Loheat Process),其特点在于再生过程中使溶液在较低的压力下进行闪蒸，面将闪蒸出来的蒸汽用蒸汽喷射泵或压缩机压缩，再送回再生塔作为再生热源的一部分， 这就节省了外供蒸汽，减少了再沸器的传热面积，而且贫液的冷却负荷减轻，总体上取得了显著的节能效果。 近年来，本-菲尔工艺还采用了新的活化剂ACT-1以取代原来的二乙醇胺(DEA),也可以与DEA共用。 ACT-1的主要特点： （1）催化速度比DEA快，特别是CO2的分压比较低的部位，即吸收塔的顶部与再生塔的底部。因此，净化气中的CO2含量可降低28% ~85%。 （2）可以改善溶液的气液平衡性能，特别是在CO2的分压比较高的部位，即吸收塔的底部。这就可提高溶液的吸收能力。据介绍，溶液的循环量可降低5% ~25%， 再生能耗可降低5%~15%，通气能力可提高5% ~25%。 （3）ACT-1活化剂比较稳定，它不降解，生产中消耗量很少。 基本原理 CO2在苯菲尔溶液中的吸收过程，其传质机理属于化学吸收范围，即速度较慢的化学反应是整个吸收过程的控制步骤。CO2吸收及其再生的过程可用如下可逆反应式表示： 由于受反应速度的限制，气体中CO2与溶液中K2CO3的反应速度较慢。为了加快CO2在K2CO3溶液中的吸收速度，通常在K2CO3溶液中又添加了一种催化剂二乙醇胺(di-ethanol-amine或R1R2NH，简称为DEA )。 上（1-1）式是一可逆反应。假定气相中二氧化碳在溶液中的溶解度符合亨利定律，则由上述反应的化学平衡和气液相平衡关系式可得： 以x表示溶液的转化度，并定义为溶液中转化为碳酸氢钾的碳酸钾的摩尔分数。以N表示溶液中碳酸钾的原始浓度，并令K=KwH，将各参数代入得： 表示某浓度碳酸钾水溶液上方的二氧化碳平均分压与温度和转化度之间的关系。 下图为本菲尔特脱碳溶液平衡数据的测定结果。由图可知，出塔溶液转化度越高；若降低温度或增加二氧化碳分压，则出塔溶液的转化度增加；若降低温度或进塔溶液的转化度，出塔气体中二氧化碳的平衡分压降低，净化度高。 单纯的热碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速度很慢、净化度不佳、腐蚀性很大，尤其是吸收了二氧化碳后的富液对碳钢的腐蚀性更大。 添加活化剂以加快吸收反应、加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。本菲尔特法的活化剂为DEA。DEA的化学名称为2，2二羟基二乙胺，简写为R2NH。其氨基与液相中的CO2进行反应，当碳酸钾溶液中含有少量DEA时，其吸收反应过程如下： （1）碳酸钾溶液对气体中二氧化碳的吸收：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。 K2CO3=2K++CO3-2 R2NH+CO2=R2NCOOH R2NCOOH= R2NCOO-+H+ R2NCOO-+H2O=R2NH+COO- H+ +CO3-2= HCO3- K++HCO3-=K2HCO3 （2）碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收： ①吸收硫化氢 硫化氢是酸性气体，和碳酸钾产生下列反应： ②吸收硫氧化碳和二硫化碳 溶液与硫氧化碳和二硫化碳的反应是：第一步硫化物在热的碳酸钾水溶液中水解生成硫化氢；第二步水解生成的硫化氢与碳酸钾反应。 （3）溶液的再生 再生反应为： 加热有利于碳酸氢钾的分解，再生压力越低对再生越有利。再生温度为该压力下溶液的沸点。 3、工艺流程 再生后的溶液从吸收塔顶部加入，吸收二氧化碳后的溶液（富液）由塔底引出进再生塔再生。为提高气体的净化度，再生后溶液（贫液）通常先经冷却后再进吸收塔，如此反复循环。 实际应用较多的是两段吸收、两段再生流程。在吸收塔中、下部，由于气相二氧化碳分压较高，用再生塔中部取出的具有中等转化度的溶液（半贫液）在较高温度下吸收。由于有足够的吸收推动力，又由于温度高，反应速率快，可以将气体中大部分的二氧化碳吸收。在塔的上部，则用再生较彻底并经冷却后的贫液洗涤，以保证气体的净化度。 含二氧化碳18％左右的变换气于2.7MP、127℃下经吸收塔底部气体分布管进入塔内。在塔内中部和顶部分别用110℃的半贫液和70℃左右的贫液进行洗涤。出塔的净化气温度约70℃、二氧化碳含量低于0.1％，经分离器将夹带的液滴及少量的冷凝液分离后，进入甲烷化系统。 富液从吸收塔底引出，经水力透平减压膨胀回收能量后，进入再生塔顶部。在塔内，溶液闪蒸出部分水蒸气和二氧化碳后