工业化学课件第3章.ppt

* 脱硫塔达到脱硫的目的,再生塔使ADA由还原态氧化成氧化态,过程如图3-10所示。 3.2.2 一氧化碳变换 * 一氧化碳和水蒸气在催化剂上反应生成氢和二氧化碳,此反应称为变换反应。在合成氨、制氢、合成甲醇及合成汽油的生产中,用以调整一氧化碳和氢的比例,以满足工艺的要求。  一氧化碳变换反应式为: 这是可逆放热反应,反应前后无体积变化,降低温度和增大蒸汽比例有利于降低CO的浓度,而压力大小与平衡无关。 变换反应是在常压或不甚高的压力下进行的,其平衡常数可由下式表示: * 式中,pi为平衡时各组分的分压,MPa;Kp为平衡常数,可由表3-2查得,也可近似地按下式计算: * 在工业上,温度是控制一氧化碳变换过程最重要的工艺条件,其与所选用的催化剂有关。 为了提高平衡变换率,在操作中一般加入适量的水蒸气。但也不能过量太多,以免能耗增加,气体体积增加,一氧化碳浓度降低及接触时间减少。实际生产中所采用水蒸气与CO的比例为 H2O:CO 5~7 压力增加对反应平衡几乎没有影响,但压力增加可加快反应速度。反应速度与压力大致为0.5~0.6次方关系。所以工业上,如在加压下变换时,压力在0.8~3MPa范围内。 * 工业上采用催化剂以加快反应速度。 一氧化碳变换催化剂视活性温度和抗硫性不同分为铁铬系、铜锌系和钴钼系三种,如表3-3所示  * 铁铬系 由氧化铁、氧化铬组成,又称为高 中 温变换催化剂。活性组分为四氧化三铁,开工时需用氢气或CO将三氧化二铁还原成四氧化三铁,在此催化剂作用下,合成气中CO可降到3%左右。 2 铜锌系 由铜、锌、铝 或铬 的氧化物组成,又称低温变换催化剂。活性组分为铜,开工时先用氢气将氧化铜还原,还原时放出大量反应热,此时必须严格控制氢气浓度,以防催化剂烧结。采用此催化剂可以把气体中一氧化碳浓度降到0.3%以下。 * 以天然气或石脑油为原料,其变换工艺流程图如图3-11所示。 3.2.3 脱碳 * A. 吸收法合成气经一氧化碳变换后,就要进行脱除二氧化碳。 脱除二氧化碳的方法很多,概括起来有: 1 物理吸收法,如水洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法; 2 化学吸收法,如氨水法、乙醇胺法、热钾碱法; 3 物理化学吸收法,如环丁砜-乙醇胺法。 最早采用加压水洗法,此法设备简单,但二氧化碳的净化度差,出口二氧化碳一般在2% 体积 ,氢气损失较多,动力消耗也高,因此新建氨厂已不再采用此法。近20年来,开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等。与加压水脱碳法相比,它们具有净化度高,能耗低,回收二氧化碳纯度高等优点,而且还可以选择地脱除硫化氢,是工业上广泛采用的脱碳方法。 * 用碳酸钾水溶液吸收CO2 是目前应用最广泛的工业脱碳方法,碳酸钾在吸收时生成碳酸氢钾,在减压或受热时又放出 CO2,重新生成碳酸钾,因而可以循环使用。 目前应用最多的是以二乙醇胺为活化剂,五氧化二钒为缓蚀剂的苯菲尔热钾碱法。工业上应用的方法如表3-4所示。  * 各种改良热碳酸钾脱除CO2 流程大致相同,其流程主要有:①一段吸收、一段再生流程;② 二段吸 收、一段再生流 程;③ 二段吸收、二段再生流程等。  * B. 变压吸附法变压吸附法 PSA 是近年来发展起来的用于气体分离和提纯的一项新技术,应用PSA 技术从合成氨变换气中脱除 CO2,在制取合格的氢氮气的同时,还可制取纯度较高的CO2用于尿素生产,或进一步精制成食品级 CO2。 变压吸附是利用吸收剂对混合气中不同气体的吸附容量随压力的不同而有差异的特性,加压吸附混合气体中易吸附的组分,减压解吸这些组分使吸附剂再生,以此将吸附剂循环使用。 在脱碳中所用的吸附剂,对变换气各组分的吸附能力强弱依次为 CO2 CO CH4 N2 H2,因此吸附剂将优先吸附CO2。 3.2.4 少量一氧化碳和二氧化碳的脱除 * 工业方法有铜氨液吸收法,液氮洗涤法,甲烷化法等。 1 铜氨液吸收法这是早最应用的方法,在高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收一氧化碳并生成新的络合物,然后溶液在减压和加热条件下再生。以醋酸铜氨液为例,醋酸亚铜络二氨吸收收一氧化碳的反应如下: 铜洗中除吸收一氧化碳外,还由于吸收液中有游离氨,故可同时将气体中的二氧化碳脱除。 * 2 液氮洗涤法利用液态氮能溶解一氧化碳、甲烷等气体的物理性质,在深度冷冻 4.6~7.8MPa和-190℃左右 的条件下把合成气中残留的少量一氧化碳和甲烷等除去。此法的气体净化程度较高,适用于设有空气分离装置的重质油,煤加压部分氧化法制合成氨原料气的净化流程,也可用于焦炉气分离制氢的流程。 * 3 甲烷化法甲烷化法是20世纪60年代才开始在工业上广泛应用的一种新方法。此法