醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔设计毕业设计论文

1、密 级学 号 毕 业 设 计（论 文） 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔设计 院（系、部）：机械工程学院姓 名：李金玮年 级：06级专 业：环境工程指导教师：王建宏教师职称：工程师 2010年 6月 25日北京北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文）任 务 书学院（系） 机械工程学院 专业 环境工程 班级 06-1 学生姓名 李金玮 指导教师/职称 王建宏/工程师 1.毕业设计（论文）题目 醇胺法吸收二氧化碳的吸收塔设计2.任务起止日期： 2010 年 3 月 1 日 至2010年 6 月 20 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果） （1）题目简介与主要

2、内容二氧化碳所造成的温室效应引起了全球的广泛关注。燃煤电厂所产生的二氧化碳占了总排放量的60%以上，因此，对燃煤电厂排放的二氧化碳进行脱除是控制温室效应的关键手段之一。对于二氧化碳的脱除，目前最广泛应用的方法是醇胺法。而二氧化碳的吸收主要在吸收塔内进行，吸收塔的性能直接影响着二氧化碳的吸收效果。本设计主要对经过脱氮、除尘、脱硫后的烟气进行脱除二氧化碳的吸收塔设计。其主要包括二氧化碳的吸收塔和解析塔的系统和结构设计以及强度校核和工程概预算。（2）原始数据烟气组成CO2 N2O2H2OSO2 NOX飞灰含量14.60%71.90%4.80%8.15%50mg/m350mg/m310mg/m3烟气量

3、：3000m3/h , 进二氧化碳吸收塔烟气温度：40-50(3)应提交的成果至少提供与设计及其相关的纸质版中文文献10篇以上，外文复印文献2篇以上，需要翻译至少一篇外文文献。绘制的图量至少需要达到三张零号图，其中手绘的图量需要相当于一张零号图。需要提供符合要求的开题报告与文献综述、英文翻译、论文和图。4.主要参考文献刘练波,黄斌,郜时旺,许世森. 燃煤电站3 0005 000 t/a CO2 捕集示范装置工艺及关键设备J.电力设备，2008，9（5）：21-24黄斌, 许世森, 郜时旺等。燃煤电厂CO2捕集系统的技术与经济分析J.动力工程，2009，29（9）:864-874有关二氧化碳方面

4、的书籍其他吸收塔方面的书籍AutoCAD等方面的书籍。5.进度计划及指导安排第一周 科技方法训练，查阅校内、外资料第二周 科技方法训练， 翻译外文资料， 第三周 撰写文献综述和开题报告第四周 进行开题报告，进行总体设计第五周 吸收塔系统设计第六周 吸收塔结构设计及强度校核第七周 解析塔系统设计 第八周 解析塔结构设计及强度校核第九周 其他设计及整个工程的概预算第十周 按照国家标准绘图第十一周 按照国家标准绘图第十二周 按照国家标准绘图第十三周 按照国家标准绘图第十四周 撰写设计说明书，并输入计算机第十五周 修改设计说明书，准备答辩第十六周 答辩任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字

5、） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 摘 要 电厂燃煤烟气所排放的二氧化碳会造成温室效应和全球气候变化，引发严重的环境问题。因此控制二氧化碳的排放已经刻不容缓了，也是应对气候变暖的最重要的技术之一。控制二氧化碳的排放有多种方式，本文着重介绍了MEA吸收二氧化碳的工艺技术。 本论文主要对二氧化碳化学吸收法的基本原理、反应机理、工艺流程、应用设备、存在的问题及解决措施作简要的介绍；对二氧化碳化吸收塔设备作详细的设计，主要包括填料、筒体、塔内件（液体分布装置、填料支承装置、床层定位器、除

6、沫器）；对填料塔附件作详细的设计，进行强度校核、工程概预算。 通过本设计，尽量解决二氧化碳吸收过程中存在的问题，并对二氧化碳化学吸收工艺的发展前景予以展望。 关键词：二氧化碳吸收，填料塔，解析塔 Abstract Carbon dioxide emission from coal-fired power plant flue would cause the greenhouse effect and global climate change and serious environmental problems. Therefore controling the emissions of ca

7、rbon dioxide has become the most important technical routes of response to climate warming .There are many technologies to control emissions of carbon dioxide. This paper emphasizes to introduce the chemical absorption process technology of Carbon dioxide which is applied extensively. The article in

8、troduced the basic principles of the chemical absorption process technology of carbon dioxide, reaction mechanism, process, application and the problems presented and solutions to them. A detailed design to the chemical absorption of the carbon dioxide was made，mainly including packing, shell and in

9、ternals(liquid distribution device, packing supporting device, bed locator, gas distribution installations, mist eliminator) ; Annex to the packed tower and checking for strength were also designed in detail, at last making the budget. Through this design, the existed problems are solved as possible

10、 as we can and the future development of the chemical absorption process technology of carbon dioxide was introduced. Key words：Carbon dioxide absorption，Packed tower，Anaytical column目 录第一章 前 言11.1引言11.2研究二氧化碳吸收的意义21.3 吸收溶液的选择31.4 吸收塔系统及结构41.5解析塔概述12第二章 吸收塔的设计计算142.1 确定塔设备的选型142.2 吸收剂的确定142.3填料的选择18

11、2.4塔径的计算182.5填料层高度的计算192.6 吸收塔附件的设计与选用212.7 塔高26第三章 吸收塔的强度校核273.1 选择材料273.2裙座，筒体和封头的壁厚273.3塔的质量载荷计算273.4塔的自振周期计算293.5地震载荷计算293.6风载荷计算303.7 地脚螺栓计算34第四章 解吸塔的设计计算364.1平衡线364.2解吸所需蒸汽量364.3填料的选择384.4塔径的计算384.5填料层高度的计算394.6解析塔附件的设计与选用394.7 塔高42第五章 解吸塔的强度校核435.1选择材料435.2裙座，筒体和封头的壁厚435.3塔的质量载荷计算435.4塔的自振周期计

12、算455.5地震载荷计算455.6风载荷计算465.7地脚螺栓计算49第六章 辅助设备的设计选型516.1热交换器516.2风机的选型526.3泵的选择52第七章 经济分析与工程概算547.1经济分析与评价的意义和基本原理547.2工程概算547.3 技术经济分析55第八章 结论57参考文献58致 谢60声 明61第一章 前 言1.1引言二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大

13、量的二氧化碳气体进入大气造成的。由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。 它会带来以下列几种严重恶果： 1) 地球上的病虫害和传染疾病增加； 2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。5)经济的影响全球有超过一半人口居住在沿海100公里的范围以内，其中大部份住在海港附近的城市区域。所以，海平面的显著上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害，例如：加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。6)农业的影响实验证明在CO2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。但是，全球变暖的结果可会影响大气环流，继而改变全球的雨量分布

14、与及各大洲表面土壤的含水量。由于未能清楚了解全球变暖对各地区性气候的影响，以致对植物生态所产生的转变亦未能确定。7)海洋生态的影响沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。河口水质变咸可会减少淡水鱼的品种数目，相反该地区海洋鱼类的 品种也可能相对增多。至于整体海洋生态所受的影响仍未能清楚知道。8)水循环的影响全球降雨量可能会增加。但是，地区性降雨量的改变则仍未知道。某些地区可有更多雨量，但有些地区的雨量可能会减少。此外 ，温度的提高会增加水份的蒸发，这对地面上水源的运用带来压力。科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升24摄氏度，南北极地冰

15、山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。1.2研究二氧化碳吸收的意义二氧化碳造成的温室效应引起了全球的广泛关注。已成为国际能源领域研发的热点。全球应对气候变化的核心是减少温室气体排放,其中主要是减少能源消费的CO2排放。根据EIA (Energy Information Administration)的数据统计, 2004年我国CO2排放总量为47亿,t约占世界总量的17%,居世界第二,仅次于美国。20002004年,我国CO2排放的增长量占世界同期CO2排放增长量的50%以上,预计2010年前我国CO2排放量

16、就有可能超过美国成为世界第一排放大国(部分外媒宣称2007年我国CO2排放量已经跃居世界第一)。我国CO2排放量较快增长的态势,将越来越受到国际社会的关注和压力。燃煤电厂CO2排放是我国温室气体的最主要排放源,约占我国CO2排放总量的50%。近年来,随着火电装机容量的迅速增多,燃煤电厂CO2排放的绝对数量和相对比例还将进一步增加。因此, CO2的减排将是我国燃煤发电未来可持续发展的瓶颈之一。由于我国能源结构以燃煤发电为主,以及今后对燃煤发电的长期投入,从燃煤烟气中有效的脱除CO2将刻不容缓。尽管发展新型煤电技术、可再生能源、核电与节能降耗等是可行的CO2减排手段,但是我国能源结构长期以燃煤发电

17、为主的现状,决定了只有进行CO2的捕集与永久封存才是减少温室气体排放的根本手段,也是进一步大量减少CO2排放的唯一手段。目前,国际上CO2捕集与封存技术正处于研究开发和示范阶段,尚未达到商业化,我国在此领域的研发也刚刚起步1。现阶段CO2回收方法主要有吸收法和吸附法两种方法，而化学吸收法在工业上的应用尤为广泛。在传统的化学脱碳过程中，应用一乙醇胺(MEA)法脱除CO2已进行了广泛的研究，并成功地用于化工厂的CO2回收，但其成本高达34美元/吨2二氧化碳的吸收主要是在吸收塔内进行，吸收塔的性能直接影响着二氧化碳的吸收效果。1.3 吸收溶液的选择目前,普遍认为燃烧后捕获技术最为可行,因该技术最适合

18、于对传统燃烧设备进行以捕获CO2为目的的改进,且其具有节省设备投资和技术成熟程度更接近商业化的优势.燃烧后捕获主要通过采用物理溶剂、化学溶剂以及两者的混合溶剂脱除发电厂燃放气中的CO2.因该燃放气中CO2的分压低,且含有大量不溶性气体,故采用胺盐溶液等化学溶剂通过化学反应吸收以分离其中的CO2是最有效的手段3，4。在胺溶液流量120 m3/h、吸收温度40、常压吸收条件下，分别对MEA、DEA、MDEA、TEA、DIPA、DGA六种溶液在不同浓度下对二氧化碳的吸收情况进行模拟。在吸收过程中，吸收速率是受到溶解度系数、液相的分子扩散系数以及溶液的浓度共同影响的。溶液浓度增大可增强CO2的水解，即

19、增强溶液对CO2的吸收，但同时溶液的溶解度系数和分子扩散系数将随着溶液的浓度增加而降低，所以每种溶液都有一个相对理想的吸收浓度范围，而不是浓度越高越好。如图1所示，MEA溶液相对来说吸收能力较强，且所需浓度较低，具有一定经济性，是较为理想的吸收溶液2。图1-1各种溶液在不同浓度下对二氧化碳的吸收情况基本的MEA CO2溶液吸收-解吸流程被广泛用于天然气处理工厂和制氨工厂的CO2去除.该流程用于捕获电站废气中的CO2时,吸收系统的作用是实现所需的CO2脱除效率,并为解吸系统提供高浓度CO2的富胺盐溶液.解吸系统必须解吸出一定量的CO2,以提供合理的CO2浓度的贫胺盐溶液返回吸收系统循环使用.贫-

20、富胺盐溶液的热交换可有效利用贫胺盐溶液的热能,以减少解吸能耗.但是,该流程能耗仍然较高,而解吸过程热负荷Qreb的大小直接影响到蒸汽消耗量,其费用接近整个捕获流程运行费用的80%,使得基本MEA流程处理发电厂燃放气中CO2的商业应用受到严重制约5。溶剂种类、传质设备类型和工艺流程设置等因素5，6会影响到溶液吸收-解吸流程的效率和热消耗.因此,在开展新的流程研究之前,综合优化基本的MEA CO2捕获流程以进一步减少胺盐溶液解吸过程中的热能消耗是非常必要的7。 化学吸收法主要采用碱性溶液等能同CO2进行快速反应的物质溶解吸收CO2，然后通过改变条件分解释放CO2气体，同时再生吸收剂。MEA具有很好

21、的吸收能力并且工艺简单，是较理想的吸收剂。目前，世界上大多数从电厂烟气中捕集CO2的方法都是以MEA溶剂为基础的化学吸收法8。根据理论分析，MEA与CO2反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强，又易形成水垢。MEA与CO2的反应式9如下：CO2+HOCH2CH2NH2=HOCH2CH2HNCOO+H+（1）HOCH2CH2HNCOO+H2O=HOCH2CH2NH2+HCO3（2）HOCH2CH2NH2+H+=HOCH2CH2NH3+（3）反应为放热反应，在加热作用下，反应将会逆向进行，可对醇胺溶液进行再生。因为MEA

22、与CO2反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，反应式（2）比反应式（1）要快得多，所以总反应式可以写为：CO2+2HOCH2CH2NH2+H2O=HOCH2CH2HNCOO+HOCH2CH2NH3+由总反应式可看出，乙醇胺吸收CO2时将会受到热力学的限制，即1 mol醇胺最大的吸收能力为0.5 mol的CO2。1.4 吸收塔系统及结构1.4.1 吸收塔的定义吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。塔

23、内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作，吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。图1-2 吸收塔工业吸收塔应具备以下基本要求：(1)塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。(2)气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。(3)操作范围宽，运行稳定。(4)设备阻力小，能耗低。(5)具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。(6)结构简单、便于制造和检修。1.4.2 几种常用的吸收塔(1)填料塔 它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也

24、可用塑料制造。填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔

25、气速通常为0.51.2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度68m3 /(m2，h)以保证填料润湿，液气比控制在210L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。图1-3 填料塔(2)湍球塔它是填料塔的一种特殊形式，运行时塔内填料处于运动状态，以强化吸收过程。在塔内栅板间放置一定数量的轻质小球填料(直径2938mm)，吸收剂自塔顶喷下，湿润小球表面，气体从塔底进入，小球被吹起湍动旋转，由于气、液、固三相充分接触，小球表面液膜不断更新，增加了吸收推动力。提高了吸收效率。该塔制造、安装、维修较方便，可以用大小、质量不同的小球改变操作范围。该塔处理风量较大，空塔气速1

26、.56.0m/s，喷淋密度20110 m3/(m2h)，压力损失15003800Pa，而且还可处理含尘气体。其缺点是塑料小球不能承受高温，小球易裂(一般0.51年)，需经常更换，成本高。(3)板式塔板式塔是在塔内装有一层层的塔板，液体从塔顶进入。气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔(淋降板塔)、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿流板塔等。筛孔板塔筛孔直径一般取510mm，筛孔总面积占筛板面积的1018。为使筛板上液层厚度保持均

27、匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1.03.5m/s，筛板小孔气速613m/s，每层筛板阻力300600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平；操作弹性较小。图1-4筛板精馏塔斜孔板塔斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽1020m，长1015mm，高6mm。空塔气流速度一般取13.5m/s，筛孔气流速度取1015m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，液体经溢流堰供至塔板(堰高30mm)，与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充

28、分接触，传质效果较好，净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。文氏管吸收器文氏管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60100m/s，处理100m3/min的废气需液体雾化喷人量为40L/min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大(8009000h)，能耗高。塔设备的构件，除了种

29、类繁多的各种内件外，其余构件则是大致相同的。它们有 塔体塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是出等直径、等壁厚的圆筒和作为头盖和底盖的椭圆形村头所组成。随着化工纹置的大型化渐有采用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体院满足工艺条件(如温度、压力、塔径和塔高等)下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心所引起的强度、刚度问题以及运输、检验、开停工等对于板式塔来说塔体的不垂直度和弯曲度，将直接影响塔盘的水乎度(这指标对板式塔效率的影响是非常明显的)，为此，在塔体的设计、制造、检验、运输等各个环节中，都应严格保证达到有关要求不使其趟差。 塔体支座塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分。它必需保证塔休座落在确定购位

30、置上进行正常的工作。为此它应瑚只仑足够的强度和刚队能承受保作情况的全塔重氮以及风力、地震等引起的或荷。最常用的塔体文座是裙式支座(简称为“柑座”)。 除沫器除沫器用于捕集夹带在气流中的液滴。使用高救刨除沈器，对于回收贵重物料、提高分离效率、改营塔后设备的操作状况，以及减少对环境的污染氓部是非常必要的。 接瞥塔设备的接管是用以连接工艺管跃把塔设备与相关设备连成系统。按接管的用途分为进液管、出液管、进气管、出气管、回沥管、侧线抽出管和仪表接管等。 人孔和手孔 人孔和手孔一般都是为了安装、检修和检查的需要而设置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。 吊耳塔设备的运输和安装，特别是在设备大型化厄

31、往往是化工厂基建工地上一项举足轻重的任务。为起吊方便，可在塔设备上焊以吊耳。 吊柱 在塔顶设议吊柱是为了在安装和检修时，方便塔内件的运送。1.4.3 填料塔的设计程序1.4.3.1 选择填料填料的正确选择对塔的经济效果有着重要影响。对于给定的设计条件，常有多种填料可供选用。绝对各类的筏料作一综合比较，以便选样比较理想的埃料是很为必要的。1.4.3.2 计算塔径根据填料特性数据、系统物性答数及液气比等计算液泛气威乘以适华的系数作为设计的生塔气边，用以计算塔径；或者直接采用由经验得出热气体动能因子设计值计算塔径10。1.4.3.3 计算填抖层总高度应用传质都元法或等板高度法计算坡料层的总高度。至于

32、传质单元高度、等板高度的数值，设计时多以经验数据为难。1.4.3.4 计算压力降如果压力降超过限定值，需调整埃料的类型、尺寸或降低操作气速后重复计算，直至满足条件为止。1.4.3.5 结构设汁正确的结构是保证坡料塔达到顶如性能的必要条件。例如，因填料支撑板的不良设计，导致全塔液泛的提前到来。结构设计包括塔体设计及塔的内件设讨项部分。填料塔的内件包括；液体分布装置、液体再分布装置、填料支承装置、填料压板或床层限制板等。1.4.4 塔设备约强度设计和稳定枝核塔设备多放置于室外，衰地脚媒栓固定在混凝土基础上，通常称为自支承式塔。塔设备通常在压力下操作，且塔内介质多数为易燃性物料，一旦失效将会造成严重

33、灾害。塔体除承受塔内介质的压力外，还承受着各种重量（塔体，介质，保温层，悬挂物，塔盘，平台，扶梯等内外附件的重量），管道推力，偏心载荷和地震载荷等多重载荷的联合作用。因此，根据单独设计压力确定的塔体壁厚，不足以保证塔设备的安全运行，尚需按各种工况下，对多重载荷的连续作用进行验算，以确保他设备有足够的强度和稳定性。塔设备的强度设调和稳定校核通常包括下列内容：按设计压力确定塔体整厚。根据塔设备仍设置地区，并按照文教、正常保柞、停工、水压试巡警内外工况状态，计算塔体在多种载荷联合作用下的组合轴向应力。通过调整塔体壁厚，是组合轴向应力 满足强度和稳定条件。按上述工况下的载荷，计算基础环，地脚螺栓座，地

34、脚螺栓。按上述同样条件，计算设备法兰的当量设计压力。计算由管道或悬挂重物引起的塔体局部应力。塔设备内外附件的强度计算。1.4.5 CO2吸收塔示范装置系统工艺CO2捕集示范装置系统工艺流程简化图如图1-5所示。图1-5 CO2捕集示范装置系统工艺流程简化图从除尘、脱硫后引来的烟气温度为4050,正好处于MEA理想吸收温度。在一般情况下,经过除尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸收塔进行CO2的吸收。鼓风机增压用来克服在气体通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动下出现烟气温度超温时,启动设置在吸收塔前的喷水减温装置,将其温度降到50以下。为了防止烟气中带入的水分进入捕集装置破坏系统水平衡,

35、在吸收塔前还增设了旋流分离器,将前段烟气脱硫后夹杂的水分与固体颗粒物脱除。在吸收塔中,烟气自下向上流动,与从上部入塔的吸收液形成逆流接触,使CO2得到脱除。净化后的脱碳烟气从塔顶排出。由于MEA具有较高的蒸汽压,为减少MEA蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失,通常将吸收塔分成两段,下段进行酸气吸收,上段通过水洗,降低烟气中的MEA蒸汽含量。洗涤水循环利用,随着洗涤水中MEA的不断富集,需要将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生,由此损失的洗涤水通过再生气冷凝水来保持,同时保证了两套回路的水平衡。吸收了酸气的吸收液(富液)通过富液泵加压送至再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量,利用再生后的吸收溶

36、液(贫液)的余热对富液进行加热,同时也达到冷却再生溶液的目的。富液从再生塔上部进入,通过汽提解吸部分CO2,然后进入煮沸器,使其中的CO2进一步解吸。解吸CO2后的贫液由再生塔底流出,经贫富液换热器换热后,用泵送至水冷器,冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。从再生塔顶出来的CO2及蒸汽混合物通过冷却器冷却冷凝,经由分离器汽水分离,冷凝水通过回流补液返回系统,分离出CO2气体进入后续的压缩处理程序。为了维持溶液清洁,约10% 15%的贫液经过活性炭过滤器等过滤;为处理系统的降解产物,设置胺回收加热器,需要时,将部分贫液送入胺回收加热器中,加入碱溶液,通过蒸汽加热再生

37、回收。为维持吸收液的清洁,在贫液冷却器后设立旁路过滤器,脱除吸收液中的铁锈等固体杂质。吸收塔是捕集系统的关键设备,属于气液传质设备。结合电厂的应用情况,在本捕集系统的设计中,采用了压降小、不易起泡的填料塔。再生塔也采用类似的设计。在填料的选择上,在吸收塔与再生塔内均安装了孔板波纹填料,具有以下特点:填料空隙率大(98% ),气液两相能均匀通过,压降低,流通量高;溶液能在孔板表面形成稳定液膜,润湿率高,具有较高的传质效率;具有很好的润湿性能和自分布能力,气液分布比较均匀,几乎无放大效应;填料规则排列,无死角,液膜薄,持液量小;造价较低。此外,为了提高分离效率、改善塔后设备的操作状况、回收昂贵的反

38、应溶剂以及减少对环境的污染,在两个塔器的顶端均设置了高效丝网除沫器。此外,为了使再生塔内的溶液完全再生,在再生塔底部增设一升气帽,使从再生塔顶部流下的溶液经升气帽阻隔,溶液首先全部进入再沸器充分再生。这样既可降低再生温度,同时缩短了溶液在再沸器内的停留时间,降低复合胺溶液的降解。烟气在吸收塔内与胺溶液充分接触后，约90%的CO2被溶液吸收,余下的烟气则从塔顶排空，同时不可避免的会有部分胺溶液会随排空烟气带出系统排入大气，既污染了环境也增大了胺溶液的消耗量。为了回收排空烟气中携带的胺溶液，吸收塔顶部布置了一套洗涤液系统，建立除盐水循环，对脱除CO2后的烟气进行洗涤7。1.5解析塔概述解析塔是大型

39、浸出车间尾气回收系统工艺中的关键设备之一，与吸收塔、富油泵、冷却器、热交换器、加热器、贫油泵等设备配合使用。再沸器是捕集工艺中溶液再生的关键设备,具有供热、产生蒸汽(以降低CO2分压)和使残余CO2进一步从溶液中解吸等多项功能。在国外CO2捕集系统设计中,再沸器有2种主要形式:立式热虹吸再沸器与卧式釜式再沸器。在本套装置再沸器的设计中,采用了立式自然差压再沸器,结合再生塔内升气帽的设计,使溶液从再生塔内较高的高位进入再沸器底部,加热上升后的气态混合物进入再生塔底,再生溶液(气)从再生塔的高位流出、低位进塔,其高度差是促使溶液在再沸器内自然流动的动力。这种流程布置既保留了立式再沸器结构紧凑、传热

40、系数高的特点,又避免了热虹吸的不稳定问题。为了使设备长期、高效率地无故障运行,国外的首要经验是保持吸收溶液的清洁。在长时间的运行后,装置内不可避免会有杂质的产生,从而引起溶液的发泡及腐蚀问题,因此,溶液过滤器虽然只是配套设备,却应给予应有的重视。在进入吸收塔的贫液管路上旁路设置活性炭过滤器,根据溶液分析得到的污染程度,调整溶液通过活性碳过滤器的比例,来保持溶液的清洁。回收CO2的过程中,吸收剂的主要成分MEA易与氧气、二氧化碳、硫化物等发生化学降解,也易发生热降解,而引起MEA降解损耗增大的主要原因是氧气与MEA的氧化降解反应。MEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物,最终产物为氨基乙酸等,与

41、二氧化碳的降解产物主要有恶唑烷酮类等。MEA降解问题一直是MEA法回收二氧化碳存在的难以解决的技术难题。在本套装置内加入了抗氧化剂后,降解反应链被部分中断,溶液的降解问题能得到很大改善,但是仍然难以完全抑制过氧化物的生成。溶液生产循环一段时间后,仍然会生成一定数量的热稳定性盐,影响溶液的吸收能力。为了提高溶液的清洁度,保持溶液的CO2吸收能力,在捕集系统内布置了胺回收反应釜,间歇性投运,将热稳定盐加热分解生成乙醇胺溶液,回收利用,不可再生的降解产物则从反应釜排放,并进行无害化处理。胺回收反应釜是一个换热反应设备,通过引入蒸汽作为加热热源,将系统内部分贫液导入反应釜,同时加入一定浓度的碱溶液,使

42、溶液再生回收。胺回收反应釜的投运频率将视运行过程中溶液的降解程度而定7。图1-6 解析塔第二章 吸收塔的设计计算2.1 确定塔设备的选型 烟气量： 3000m3/hCO2回收率：90%吸收塔操作温度：40-50再生塔操作温度：110-120吸收液（MEA溶液）浓度：15%20%表2-1 烟气成分及其含量成分 CO2 N2 O2 H2O含量 14.60 71.90 4.8 8.15 根据以上参数及吸收液的性质，将吸收塔和再生塔均设计为填料塔。 填料塔是化工分离过程的主体设备之一，与板式塔相比，具有生产能力大，分离效率高、压降小、操作弹性大塔内持液量小等突出特点，因而在化工生产中得到广泛应用。填料

43、塔结构如下图2-1所示：2.2 吸收剂的确定 确定吸收塔操作条件为： 温度： 40 压力： 1atm2.2.1 平衡线缺少CO2在15%MEA溶液、40时的溶解度数据，现近似取40下CO2在15.3%重量的MEA溶液中的溶解度，并把分压转化为操作压力下的气相摩尔分数y13：表2-2 不同压力下CO2气相、液相摩尔分数的变化P,mmHg 1 5 10 30 50 70 100 200y 0.00132 0.00662 0.0133 0.0411 0.0704 0.101 0.152 0.357x 0.383 0.438 0.471 0.518 0.542 0.558 0.576 0.614图2-

44、1填料塔结构2.2.2 吸收量的确定 (2-1) (2-2) (2-3) 式中：Y1进口混合气体中吸收质CO2与惰性气体的摩尔比；Y2出口混合气体中吸收质CO2与惰性气体的摩尔比； y1进口气相溶质CO2的摩尔分数； y2出口气相溶质CO2的摩尔分数； x1出口液相溶质CO2的摩尔分数； x2进口液相溶质CO2的摩尔分数15 。MEA贫液含有0.050.2molCO2 /mol MEA，使用低压解吸塔，则来自解吸塔的MEA贫液一般由0.15 molCO2/mol MEA，故可取：X2=0.15吸收塔温度: 40+273 =313K15%MEA溶液的比重： L=0.996g/ml运动粘度： =0

45、.82 cStMEA分子量：M=61.1，MEA溶液的粘度： (2-4)质量浓度： 996 15%=149.4 kg/m3摩尔浓度：149.461.1=2.44mol/L入塔烟气密度： (2-5)=1.16kg/m3烟气摩尔流量： （2-6） = =1.17105mol/L质量流量： G= （2-7） =1.17105mol/L(0.71928+0.14644+ 0.04836+0.081518)10-3=3.418kg/h惰性气体流量： （2-8） =1.17105mol/L(1-14.6%) =9.99104mol/h最小气液比为： （2-9） =(0.146-0.0146)/(0.2-0

46、.15) =2.63式中：与气相溶质摩尔分数成平衡的液相溶质摩尔分数液体最小流量： （2-10）取实际气液比为最小气液比的1.5倍，则 =1.5 =4.65105mol/hMEA溶液量： （2-11） =4.65105mol/h61.110-3 =2.8104kg/h2.3填料的选择 本设计采用塑料板波纹填料16。填料性质见下表2-3 在吸收塔与再生塔内均安装了孔板波纹填料,具有以下特点:填料空隙率大(98% ),气液两相能均匀通过,压降低,流通量高;溶液能在孔板表面形成稳定液膜,润湿率高,具有较高的传质效率;具有很好的润湿性能和自分布能力,气液分布比较均匀,几乎无放大效应;填料规则排列,无死

47、角,液膜薄,持液量小;造价较低。表2-3 塑料板波纹填料特性名称 峰高/mm 倾角度 比表面积/（m2/m3） 空隙率/% 干填料因子/m-1塑料板 12 45 240 95 270波纹填料 10 30 270 91.8 3492.4塔径的计算空塔气速u的计算可以根据单乙醇胺MEA捕获二氧化碳过程解析能耗的模拟一文中的数据算出来。文中给定的数据是吸收塔的直径5m，尾气流量为11.8m3/s,所以空塔气速 u= （2-12） = =0.6m/s烟气流量： （2-13） =吸收塔直径： （2-14）2.5填料层高度的计算 （2-15）式中：kGa以体积分数差为推动力的传质系数。 F系数 XeCO2

48、在溶液中的平衡浓度，molCO2/molMEA t气象平衡温度 p操作压力，MPa 溶液粘度， M溶液浓度，kmol/m3 l溶液喷淋密度,kg/(m2s)溶液喷淋密度 l= （2-16） = =18198 kg/(m2s)F值见下表：表2-4 各种填料的F值填料 5-6mm玻璃环 Dg10环 Dg19与Dg50聚丙烯 Dg25瓷环 Dg38与Dg50瓷环 F 3.910-2 1.610-2 1.610-2 1.210-2 2.2-3.310-2所以=3.06填料层高度： Z=HOGNOG （2-17） （2-18） =2.633.06 =0.859m吸收因子A： A= =29.98 2.63=11.4 （2-19） m平衡系数 （2-20）=4.6 填料层高度： Z=0.8594.6=3.95m取圆整： Z=4m2.6 吸收塔附件的设计与选用2.6.1 液体分布装置填料塔操作时，在任一横截面上，保证气液的均匀分布都是十分重要的。对于任一装填完毕的的填料塔，气速的分布是否均匀，主要取决于液体分布的均匀程度。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布器的