CN101168115A - 一种脱除变换气中co2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种脱除变换气中CO2的方法，该方法采用超重力旋转床，使吸收剂和变换气在超重力旋转床中逆流或错流接触，在超重力条件下进行CO2的脱除，气液按体积流量比5～35∶1；超重力旋转床转子的转速为100～3000转/分钟；吸收剂为添加活化剂的热钾碱溶液、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；热钾碱溶液的质量百分比浓度为20～60％，活化剂的质量百分比浓度为1～5％；氢氧化钠或氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为1～40％；吸收反应时的压力为0.5～4.0MPa；温度为60～120℃；能够将原料气中CO2的含量脱除到0.1％(体积)以下，具有设备投资少，能耗低、所占空间小等优点。

Description

一种脱除变换气中CO2的方法
技术领域
本发明涉及一种利用超重力旋转床反应器脱除变换气中CO2的方法。
背景技术
在合成氨生产工艺过程中，天然气二段转化气，经高温转化后CO2含量高达18～19％，由于CO2会使催化剂中毒，因此变换气在进入合成回路之前必须彻底除去；此外CO2又是尿素装置的原料，CO2的脱除与回收直接关系到合成氨工艺系统的碳平衡，因此，CO2的脱除至关重要。脱除CO2的能耗约占整个氨生产能耗的10％左右，因此脱除CO2工艺的能耗高低，对氨厂总能耗的影响很大。
目前工业上吸收CO2的方法很多，包括苯菲尔溶液法、二乙醇胺法、活化MDEA法、低温甲醇洗工艺等。均是以吸收塔为传质设备，气体从塔的底部进入，吸收液从塔顶进入，气液在填料层内逆流接触，进而达到脱除CO2的目的。但是，无论采用任何方法脱碳，脱碳装置的传质效率直接影响着CO2吸收液的循环量和净化气中CO2含量，也就影响着脱碳的成本。脱碳装置的吸收效率高，吸收液的循环量就相应减少，同时再生负荷降低，从而节省了能源，降低了脱碳的成本。因此，提高CO2吸收设备的传质效率是降低成本、提高经济效益的最直接有效的途径。
传统设备中汽液之间逆向接触的动力来源是重力场。因重力加速度值有限(9.8m/s2)，造成液体下流速度较慢，为防止液泛和严重雾沫夹带，汽相上升速度亦不大，因此两相之间相对速度较小，传质效果不佳。
超重力技术是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质、传热过程和微观混合过程进行强化的新技术，在地球上通过旋转产生模拟的超重力环境而获得。它能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放。研究和分析表明，在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比在地球重力场下的要快得多，气一液、液一液、液一固两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中提高1～3个数量级，传质过程得到极大强化。关于超重力旋转床装置在本申请人(北京化工大学)以前的专利(ZL95215430.7)中已经公开。在此基础上，本申请人在超重力技术的应用研究方面也取得了重要的进展，把该技术从分离、解吸的物理过程扩展应用到化学反应过程。如：在“超微颗粒的制备方法”(申请号95105344.2)及“超细碳酸钙的制备方法”(专利号：95105343.4)等系列专利提出用超重力装置进行纳米颗粒的化学合成等。上述专利证明超重力技术改变了传统的化学反应工艺，在诸多的化学反应过程中具有广阔的开发应用前景。另外，在“一种连续法制备沉淀碳酸钙的方法”(CN1112320C)中提出通过吸收尾气中的CO2来生产沉淀碳酸钙，但该专利中是以可溶性的钙盐溶液作为吸收剂，且吸收在常压下进行。在“一种脱除气相中杂质的方法”(CN1274391C)中则提出了采用超重力技术脱除气相中硫化氢和固体粉尘的方法，并未涉及到CO2的脱除过程。可见，采用超重力技术，在较高的操作压力下脱除合成氨变换气中CO2的研究，国内外至今未见报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种以超重力反应器作为吸收设备从合成氨变换气中脱除CO2的方法，含CO2的变换气与吸收剂在超重力旋转床反应器内逆流或错流接触并进行反应，完成CO2的脱除过程。
本发明的主要技术方案：
(a)开启超重力旋转床反应器，并将转子转速调整到预定值；
(b)将吸收液和来自上一工段的变换气送入到超重力旋转床反应器中，吸收液在离心力的作用下由转子内缘流向转子外缘，与气体在超重力旋转床反应器内逆流或错流接触并进行反应，完成CO2的脱除过程。气液按体积流量比为(5～35)∶1，优选为(5～20)∶1，尤其优选(5～10)∶1。
在本发明提供的脱除变换气中CO2的方法中，所用的超重力旋转床包括但不局限于旋转填充床、折流式、螺旋通道、定-转子、旋转碟片等超重力旋转装置。超重力旋转床转子的转速为100～3000转/分钟，优选为300～2000转/分钟，最优选为450～1500转/分钟。
本发明所用的吸收剂，采用的是工业上常用的添加活化剂的热钾碱溶液、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。当采用热甲碱溶液为吸收剂时，所用的活化剂包括二乙醇胺或ACT-1。
采用添加活化剂的热钾碱溶液为吸收剂时热钾碱溶液的质量百分比浓度为20～60％，优选25～40％，尤其优选30～35％，活化剂的质量百分比浓度为1～5％，优选1.5～4％，尤其优选2～3.5％。采用氢氧化钠和氢氧化钾溶液为吸收剂时，氢氧化钠或氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为1～40％，优选为5～35％，最优为10～30％。
另外，当采用添加活化剂的热钾碱溶液为吸收剂时，所用的吸收剂经过超重力反应器后，进入废液贮罐，准备再生。
吸收时系统的压力为0.5～4.0MPa，优选为1.5～3.5MPa，最优选为1.8～2.7MPa。系统的温度在60～120℃，优选为70～110℃，最优选为75～90℃。
发明效果
本发明能够将原料气中CO2的含量脱除到0.1％(体积)以下，本发明相对于以塔器脱变换气中CO2的现有技术，具有设备投资少，能耗低、设备所占空间小等优点。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
其中：  1-液相进口   2-气相进口    3-超重力旋转床    4-转子    5-气相出口    6-液相出口
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明的实施方案进一步说明。所用设备为专利ZL 95215430.7。
本发明的一种实施方案的反应流程图如图1所示。开启超重力旋转床3，调节转速至预定转速。吸收剂经由液相进口管1由液体分布器喷淋到超重力旋转床转子4的内缘，来自上一工段的含有CO2的变换气经由气相进口管2进入到超重力旋转床反应器，与吸收液在超重力旋转床的转子中逆流或错流接触，在超重力条件下进行CO2的脱除，然后从气相出口5排出，进入后续工段。吸收剂从位于超重力旋转床反应器下部的液相出口6流出。采用红外线气体分析仪在线分析超重力旋转床反应器出口气体中CO2的浓度。
实施例1
原料气组成：氢气：60.9％氮气：19.69％ 二氧化碳：18.36％一氧化碳：0.3％和其余量为惰性气体。
吸收剂组成：碳酸钾：27％，二乙醇胺：2.5％，其余量为脱盐水。调节系统温度为75℃，压力调节为1.8Mpa，启动超重力旋转床反应器，调节转子转速为900r/m，然后打开反应器液体进口的控制阀门，吸收剂经由液相进口管1由液体分布器喷淋到超重力旋转床转子4的内缘，调节液体的流量为70升/小时，来自上一工段的含有CO2的变换气经由气相进口管2进入到超重力旋转床反应器，与吸收液在超重力旋转床的转子中逆流接触，在超重力条件下进行CO2的脱除，然后从气相出口5排出，进入后续工段。气体的流量为1.2m3/h。吸收液从位于超重力旋转床反应器下部的液相出口6流出。采用红外线气体分析仪在线分析超重力旋转床反应器出口气体中CO2的浓度。出口气体CO2的浓度为0.12％。
实施例2-12
工艺流程及步骤同实施例1，各实施例的温度、压力、气液的流量、转子转速及试验结果见表1.
吸收剂为添加活化剂的热钾碱溶液，质量百分比浓度分别为20～60％、25～40％，、30～35％，活化剂为二乙醇胺或ACT-1，质量百分比浓度分别为1～5％、1.5～4％、2～3.5％。吸收剂为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，质量百分比浓度分别为1～40％、5～35％、10～30％。
表1各实施例的工艺条件及试验结果
实施例 温度℃     压力Mpa   气体流量(实验压力下)M3/h   液体流量L/h   转子转速r/m    尾气中CO2含量
例2例3例4例5例6例7例8例9例10例11例12例12  7575757575757560110758575     1.81.81.82.74.00.51.81.81.81.81.81.8     1.21.21.21.21.01.21.21.21.21.21.21.2     7070707075505070701207070     900120030012001200120012001200120012006001500     0.12％0.08％0.40％0.07％0.06％0.15％0.10％0.13％0.16％0.07％0.09％0.10％

Claims (8)

1.一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：将吸收液和来自上一工段的变换气送入到超重力旋转床反应器中，吸收液在离心力的作用下由转子内缘流向转子外缘，与气体在超重力旋转床反应器内逆流或错流接触进行反应，完成CO2的脱除过程；气液按体积流量比5～35∶1；
超重力旋转床转子的转速为100～3000转/分钟；
吸收剂为添加活化剂的热钾碱溶液、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；
采用添加活化剂的热钾碱溶液为吸收剂时热钾碱溶液的质量百分比浓度为20～60％；活化剂的质量百分比浓度为1～5％；采用氢氧化钠和氢氧化钾溶液为吸收剂时，氢氧化钠或氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为1～40％；
吸收反应时的压力为0.5～4.0MPa；温度为60～120℃。
2.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：所使用的超重力旋转床反应器包括旋转填充床、折流式、螺旋通道、定-转子、旋转碟片超重力旋转床反应器。
3.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：超重力旋转床反应器转子的转速为300-2000转/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：采用热甲碱溶液为吸收剂时，所用的活化剂是二乙醇胺或ACT-1。
5.根据权利要求1所述的脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：所述的热钾碱溶液的质量百分比浓度为25～40％，活化剂的质量百分比浓度为1.5～4％。
6.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：所述的氢氧化钠或氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为5～35％。
7.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：吸收反应的压力为1.5～3.5MPa。
8.根据权利要求1所述的一种脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：进行吸收反应的温度为70～110℃。
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