第五章 脱碳,甲醇生产技术,干法脱碳,2,湿法吸收法脱碳,1,第五章 脱碳,第一节 湿法吸收法脱碳,1,2,物理吸收法,化学吸收法,一、物理吸收法,1.物理吸收剂 （1）碳酸丙烯酯 物理性质。,表4-1 各种气体在碳酸丙烯酯中的溶解度 m3气体/m3(0.1MPa ，25),一、物理吸收法,化学性质 溶解计算,一、物理吸收法,（2）聚乙二醇二甲醚（简称NHD） 此法是美国ALLied化学公司，在1965年开发成功的物理吸收法，此法主要优点：对H2S、CS2、C4H4S、CH3SH、COS等硫化物有较高的吸收能力，能选择吸收H2S，也能脱除CO2，并能同时脱除水；溶剂本身稳定，不分解，不起化学反应，损耗少，对普通碳钢腐蚀性小，无毒性，也不污染环境。,一、物理吸收法,（3）N甲基吡咯烷酮（简称Purisol） Lurgi法重油气化制得的甲醇原料气采用N甲基吡咯烷酮法脱除CO2。因这种变换气中CO2高达30%，要降到3%6%，以满足甲醇合成的需要。考虑这种溶剂对二氧化碳的吸收能力比水高6倍，而H2和CO的损失却很小，故选用这种溶剂作物理吸收剂。,一、物理吸收法,（4）甲醇 甲醇在-70-30的低温条件下，能同时脱除气体中的H2S、COS、CS2、RSH、C4H4S、CO2、HCN以及石蜡烃、粗汽油等杂质，还可同时吸收水份。加上甲醇在低温下选择性强，有效CO、H2等损失小；热稳定性和化学稳定性好等许多优点，被好多厂家广泛使用。但低温甲醇洗也有缺点：甲醇毒性大，再生流程复杂。,一、物理吸收法,2.吸收的基本原理 碳酸丙烯酯吸收二氧化碳气体是一个物理吸收过程，二氧化碳气体在碳酸丙烯酯溶液中的浓度很低时,其平衡溶解度可用亨利定律来表示。 如果液相中二氧化碳的浓度用kmol/m3表示，则亨利定律可用下式表示。,一、物理吸收法,由表中数据经归纳的纯二氧化碳气体在碳酸丙烯酯中的溶解度关系式,一、物理吸收法,从表41可以看出，在实际生产中，碳酸丙烯酯脱除变换气中二氧化碳的同时，又吸收了硫化氢，在一定程度上起到了脱硫作用，而对一氧化碳、氢气等气体的吸收能力很小。 （1）吸收速率,一、物理吸收法,（2）二氧化碳的吸收饱和度 在脱碳塔底部的碳酸丙烯酯富液中二氧化碳的浓度（ ）与达到相平衡时的浓度（ ）之比称为二氧化碳的吸收饱和度（ ）,一、物理吸收法,假设脱碳塔底部的碳酸丙烯酯与原料气中二氧化碳达到相平衡时，按亨利定律溶剂中的二氧化碳浓度为： 对溶剂循环量的影响还可以近似的用下式表达。,一、物理吸收法,（3）溶剂贫度 溶剂贫度（ ）是指再生溶剂（贫液）中二氧化碳的含量，他主要对气体的净化度影响。 （4）吸收气液比的选择 吸收气液比时指单位时间内进脱碳塔的原料气体积与进塔的贫液体积之比m3/m3。,一、物理吸收法,（5）碳酸丙烯酯的解吸 在碳酸丙烯酯脱除二氧化碳的生产工艺中，解吸过程就是碳酸丙烯酯的再生过程，它包括闪蒸解吸、常解真空解吸和汽提解吸三部分。,一、物理吸收法,3.脱碳工段工艺流程 （1）碳酸丙烯酯脱碳流程叙述,一、物理吸收法,（2）聚乙二醇二甲醚工艺流程叙述,一、物理吸收法,4.吸收与再生系统岗位常见事故处理 （1）贫液泵跳闸 （2）富液泵跳闸无法启动备泵 （3）断电 （4）断仪表空气 （5）自控系统故障 （6）着火、爆炸 （7）系统发生重大泄漏 （8）系统严重超压,一、物理吸收法,5.脱水系统岗位操作 （1）脱水开车要点 （2）脱水停车要点,二、化学吸收法,1.热的钾碱法吸收反应原理 （1）纯碳酸钾水溶液和二氧化碳的反应 纯碳酸钾水溶液吸收CO2的化学反应式为,二、化学吸收法,（2）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：,二、化学吸收法,2.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 转化度Fc的定义为: 再生度ic的定义为：,二、化学吸收法,表42 设原始溶液中只有碳酸钾，浓度为N摩尔，当转化度为Fc则：,根据再生度的定义，,二、化学吸收法,3.操作条件的选择 （1）溶液的组成 （2）吸收压力 （3）吸收温度 （4）再生工艺条件,二、化学吸收法,4.二段吸收二段再生典型流程,图43 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,第二节 干法脱碳,1,2,吸附的基本概念和吸附剂,变压吸附原理,3,4,工艺流程简介和操作条件,正常操作,5,6,故障与处理方法,安全生产基本注意事项,一、吸附的基本概念和吸附剂,1.吸附的定义 当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面原子剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。,一、吸附的基本概念和吸附剂,2.吸附剂 （1）吸附剂的种类 工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。 沸石分子筛又称合成沸石或分子筛，其化学组成通式为：,一、吸附的基本概念和吸附剂,（2）吸附剂的物理性质 孔容（VP） 比表面积 孔径与孔径分布 表观密度（dl）： Vl= Vg+ Vk （4-22）,一、吸附的基本概念和吸附剂,真实密度（dg） 假设吸附颗粒重量以一克为基准，根据表观密度和真实重度的定义则： dl=l/Vl ; dg=l/Vg 于是吸附剂的孔体积为： Vk=l/dl l/dg （4-23 ）,一、吸附的基本概念和吸附剂,堆积密度（db） 孔隙率（k）： k=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/ dg=1-dl/dg （4-24） 空隙率（） =(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl （4-25）,一、吸附的基本概念和吸附剂,表4-3 吸附剂的物理性质,二、变压吸附原理,变压吸附（英文Pressure Swing Adsorption），简称PSA。“P”表示系统内要有一定压力；“S”表示系统内压力升降波动情况发生；“A”表示该装置必须有吸附床层存在。,三、工艺流程简介和操作条件,1.流程框图,图4-4 两段法变压吸附脱碳工艺框图,三、工艺流程简介和操作条件,2.流程叙述,三、工艺流程简介和操作条件,3.工艺条件 (以2.1MPa 50000Nm3/h两段法变压吸附、副产CO2装置为例) 原料气（变换气）,四、正常操作,1.操作运行步骤 PSA-I工序：主要设备有1台水分离器、8台吸附器T0101（AH）、台均压罐、1台中间产品缓冲罐、3台真空泵机组P0101（AC）。,四、正常操作,2.操作运行参数 (1)PSA-I工序 PSA-I工序运行参数 各步骤压力及时间分配参数 操作时间设定.在实际操作过程中，每个步骤均设置了时间操作窗口。,四、正常操作,表4-4 PSA-I工序各步骤压力及时间分配表,四、正常操作,(2)PSA-II工序 PSA-II工序运行参数 各步骤压力及时间分配参数表 操作时间设定。,四、正常操作,表4-5 PSA-工序各步骤压力及时间分配表,四、正常操作,3.调节方法 吸附步骤。 均压步骤。 PSA-工序顺放压差须控制在0.0.MPa之间,既要保证该工序吸附床层再生,又要满足工序吸附附床层充压气。 一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力。,五、故障与处理方法,1.界外条件供给失常 (1）停电 (2）仪表空气压力下降 2.操作失调 （1）原料气处理量增大而未及时缩短周期时间 （2）吸附器解吸真空度达不到要求,五、故障与处理方法,3.装置故障 （1）电磁阀故障 （2）程序控制系统故障 （3）程序控制阀故障 （4）阀门内漏 （5）半开半关或阀门不开 （6）阀门外漏、阀杆处螺姆松动,六、安全生产基本注意事项,操作人员必须按操作手册操作。凡新来人员，必须经过生产安全教育和操作法学习，实习操作技术，未经安全技术和操作法考试合格者，不准进行独立操作。 操作人员在上班时必须穿着整齐，不准携带易燃易爆物质进入现场，严格遵守劳动纪律，严格进行交接班，严格进行巡回检查，严格控制工艺指标，严格执行操作标准，严格执行有关安全规定。,六、安全生产基本注意事项,本装置界区内应随时保持清洁，不应堆有易然易爆物质，尤其在交通要道上更不得堆放物品，以保证交通要道畅通。 本装置界区内应设有消防器材，操作人员都知道消防器材的放置地点和使用方法，平时严禁乱动。消防器材每年定期检查。,六、安全生产基本注意事项,设备在未卸去压力时，绝对禁止任何修理工作及焊接，拧紧螺丝，并禁止使用铁器敲击设备。 设备使用的压力表必须是检验合格并打上铅封的，如压力表指针不回零或误差大于级数时，不得继续使用。 严禁在本装置界区内吸烟和动火。 ,Thank you,