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CO2脱除

3.1.5.2 二氧化碳的脱除 一 化学法 1 苯菲尔法脱碳 二乙醇胺催化热碳酸钾吸收法 1. 基本原理 CO2(g) CO2(aq)+K2CO3(aq)+H2O(aq)=2KHCO3(aq) 3 空间位阻胺促进法:在碳酸钾溶液中添加空间位阻胺,它们在溶液中可以促进吸收和再生速率,吸收能力和净化度提高,再生能力强。 4 氨基乙酸法:在碳酸钾溶液中添加氨基乙酸,价格便宜但是吸收能力差,净化度不高。 二 物理吸收法 国内外使用的物理吸收法主要有冷甲醇法,聚乙二醇二甲醚法,碳酸丙烯酯法。 物理吸收法在加压和较低温度条件下吸收二氧化碳,溶液的再生主要靠减压解吸而不是加热分解,属于冷法 ,能耗低。 1. 冷甲醇法 ① 能适应各种气体负荷和不同原料气,特别适合脱除大量杂质。 ② 低温高压(温度越低,溶解度越大)。 ③ 一次洗涤可同时脱除CO2、H2S、HCN及有机硫杂质,还可回收CO2、H2S 。 2. 聚乙二醇二甲醚法(selexol 法) 三 生成产品法 1 联产碳铵法:将合成气氨气制成浓氨水,然后吸收原料气中的二氧化碳,生成产品碳酸氢铵,即在合成氨原料气脱出二氧化碳过程中直接制得碳酸氢铵肥料产品。 2NH3+CO2=NH2COONH4 NH2COONH4 + 2H2O+CO2 2NH4HCO3 联产纯碱法: NaCl +NH3 +CO2+ H2O NaHCO3+ NH4Cl NaHCO3 Na2CO3 +H2O +CO2 四 脱碳方法选择 (1)氨加工产品的种类。当加工碳铵时,采用联产碳铵法;加工成氯化铵或纯碱时,用联产纯碱法;加工成液氨或者其他氮肥(没有碳)时,由于不必回收二氧化碳,因此可以采用耗能小的物理法。 (2)根据气化原料。用天然气为原料,由于二氧化碳量不够,并且低温变换后温度高,采用热碳酸钾法;用煤为原料,二氧化碳量多,分压大,容易吸收,并且气体温度不高,采用常温物理吸收法。 (3)与最终净化有关。如果采用常温物理吸收,吸收不干净,后面往往串联最终净化效果好的铜洗法。如果采用冷甲醇法脱除,后面往往串联冷法最终净化(深冷液氮洗涤法)。如果采用热碳酸钾法,后面串联热法(甲烷化法) 深冷液氮洗涤法(液氮洗涤法) 因CO的冷凝温度比氮高6℃,当用液氮洗涤时,原料气中的CO就冷凝液化,好像“溶解”在液体氮中一样;原料气中的少量二氧化碳、氧和甲烷冷凝温度比CO还高。故用液体氮作洗涤剂来脱除少量CO及少量CO2氧和甲烷。 3.1.6 氨的合成 获得H2/N2约为3:1的原料气后,就要进行合成氨的最后一步关键反应:氨的合成反应。但要获得工业效益,合成条件必须高温高压。 3.1.6.1 氨合成反应的基本原理 化学平衡 1.5H2(g) + 0.5 N2(g) ? NH3(g) △H﹤0 综上所述:提高平衡氨分数的途径为降低温度,提高压力,保持氢氮比为3左右,并减少惰性气体含量。 3.1.6.2 催化剂 氨合成反应必须用催化剂,没有催化剂,即使在很高压力下反应速度也很小,生成的氨浓度很低。 催化剂 活性组分:Fe3O4(Fe2+/Fe3+?0.5 FeO· Fe2O3) Al2O3的加入可生成合金FeO· Al2O3,其结构与 FeO· Fe2O3相似,使分布均匀,催化剂还原后, Al2O3 不被还原,起到骨架作用,铁晶粒间出现空隙,形成海绵状的孔道结构,增大催化剂表面积,提高活性。 MgO作用:与Al2O3类似,它还有增强催化剂抗毒能力、保护催化剂、延长催化剂寿命等作用。 CaO的作用是降低熔融物的熔点和粘度,有助于Al2O3 和Fe3O4形成固熔体。 K2O有助于氮的活性吸附,形成偶极子,促成氮气易于反应,催化剂活性提高。 SiO2:杂质,具有中和K2O CaO等碱性组分的作用。 还原: Fe3O4(s) + 4H2(g) = 3Fe(s) + 4H2O(g) kJ/kmol 温度:达到一定温度反应才开始 温度越高,反应速度越快,平衡右移 还原过程也是铁晶体形成过程。 PH2O/PH2 水蒸汽的存在,会使已还原的催化 剂反复氧化,造成晶粒变粗,活性下降。 还原可以在合成塔内或外进行。还原前后 表观体积无明显变化,去氧后的催化剂成多孔海 绵状结构

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