合成氨生产技术:第28讲热碳酸钾法.docx
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1、热碳酸钾法1、发展过程早期的热碳酸钾法或称热钾碱法实在20世纪50年代由美国 H.E.本森和J.H.菲尔特开发。由于所添加的活化剂种类不同,因面出现了多种改良的热碳酸 钾法,而设备上与流程上的改进,也形成了多种适应于不同要求的 组合与工艺。突出的是低热或低能耗本-菲尔工艺(Loheat Process), 其特点在于再生过程中使溶液在较低的压力下进行闪蒸,面将闪蒸 出来的蒸汽用蒸汽喷射泵或压缩机压缩,再送回再生塔作为再生热 源的一部分,这就节省了外供蒸汽,减少了再沸器的传热面积, 而且贫液的冷却负荷减轻,总体上取得了显著的节能效果。近年来,本-菲尔工艺还采用了新的活化剂ACT-1以取代原来 的
2、二乙醇胺(DEA),也可以与DEA共用。ACT-1的主要特点:(1 )催化速度比DEA快,特别是C02的分压比较低的部位, 即吸收塔的顶部与再生塔的底部。因此,净化气中的C02含量可 降低 28% 85%。(2 )可以改善溶液的气液平衡性能,特别是在C02的分压比 较高的部位,即吸收塔的底部。这就可提高溶液的吸收能力。据介 绍,溶液的循环量可降低5% -25% ,再生能耗可降低5%15% ,通气能力可提高5% 25%。(3 )ACT-1活化剂比较稳定,它不降解,生产中消耗量很少。2、基本原理C02在苯菲尔溶液中的吸收过程,其传质机理属于化学吸收范 围,即速度较慢的化学反应是整个吸收过程的控制步
3、骤。C02吸收 及其再生的过程可用如下可逆反应式表示:co2(g)K2CO3+CO2(1) +h2o 2KHCO3由于受反应速度的限制,气体中C02与溶液中K2CO3的反应 速度较慢。为了加快C02在K2CO3溶液中的吸收速度,通常在 K2CO3溶液中又添加了一种催化剂二乙醇胺(di-ethanol-amine或 R1R2NH ,简称为 DEA )。5/CH2CH2OH CH2CH2OH( 1-1)式是一可逆反应。假定气相中二氧化碳在溶液中的溶 解度符合亨利定律,则由上述反应的化学平衡和气液相平衡关系式 可得:C2KHCOOCQ = X 孔 cKp一气相中二氧化碳的平篌可压,MPaco2K 化
4、学反应的平衡常数W一 分别为碳酉委氢钾、碳酉套钾、水的活度系数;%皿3由一分别为碳酸氢钾、碳酸钾的物质的量浓度,kmol H 溶解度系数,kmol /(m3 - MPa)以x表示溶液的转化度,并定义为溶液中转化为碳酸氢钾的碳酸钾的摩尔分数。以N表示溶液中碳酸钾的原始浓度,并令K=KwH ,将各参数代入得:_ 4Nx2 a2Py约兀)仞表示某浓度碳酸钾水溶液上方的二氧化碳平均分压与温度和转化度之间的 关系。F图为本菲尔特脱碳溶液平衡数据的测定结果。由图可知,出塔溶液转化度越高;若降低温度或增加二氧化碳分压,则出塔溶液的转化度增加;若降低温度 或进塔溶液的转化度,出塔气体中二氧化碳的平衡分压降低,
5、净化度高。/2厂A/7/、rrJrr-r:frfnr/T7/, awIF MV410510410330%碳酸钾溶液的二氧化碳平衡分压20406080100转化率/%殴、02、出白魅净检涅Mn单纯的热碳酸钾溶液吸收二氧化碳的速度很慢、净化度不佳、腐蚀性很大, 尤其是吸收了二氧化碳后的富液对碳钢的腐蚀性更大。添加活化剂以加快吸收反应、加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。本菲尔 特法的活化剂为DEAO DEA的化学名称为2 , 2二羟基二乙胺,简写为R2NH。 其氨基与液相中的C02进行反应,当碳酸钾溶液中含有少量DEA时,其吸收反 应过程如下:(1) 碳酸钾溶液对气体中二氧化碳的吸收:加入活化剂DE
6、A ( 2,2-羟 基二乙胺)加入DEA改变机理,反应速度提高10-100倍。K2CO3=2K+CO3-2R2NH+CO2=R2NCOOHR2NCOOH= R2NCOO+H+R2NCOO-+H2O=R2NH+COO-H+ +CO3-2= HCO3-k+hco3-=k2hco3碳酸钾溶液对气体中其他组分的吸收:吸收硫化氢硫化氢是酸性气体,和碳酸钾产生下列反应:K2CO3 +HT =KHCO3 +KHS吸收硫氧化碳和二硫化碳溶液与硫氧化碳和二硫化碳的反应是:第一步硫化物在热的碳酸钾水溶液 中水解生成硫化氢;第二步水解生成的硫化氢与碳酸钾反应。COS+H2。CO+HzSCS?+2 瓦 0 COS+H
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