[发明专利]一种变换气中二氧化碳的分离装置及分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及到化工工艺，具体指一种变换气中二氧化碳的分离装置及分离方法。

背景技术

CO变换反应的工业应用已有九十多年的历史，广泛应用于以煤、石油和工业天然气为原料的的制氢工业和合成氨工业。在合成气变换制氢气过程中，反应方程式为CO+H₂O←→H₂+CO₂，此反应为等摩尔可逆放热反应，需要在催化剂催化条件下进行。

变换反应一般分两步进行，即高温变换和低温变换。高温变换的催化剂采用铁系催化剂。合成气在压力3MPa，温度为370℃时进入高变炉，经高温变换后气体中一氧化碳浓度由原来的13％降低到3％，温度从370℃升高到高温变换反应条件是：温度范围：压力3MPa，CO浓度可高达60％，空速出口气中CO干基含量为低温变换催化剂一般采用铜锌铬系和铜锌铝系催化剂，合成气在压力3MPa，温度为220℃时进入低变炉，经低温变换后气体中一氧化碳浓度由原来的2％降低到0.5％，温度从220℃升高到低温变换反应条件是：温度范围：压力3MPa，水气比空速出口气中CO干基含量为

一氧化碳变换反应目的是生产尽可能多的氢气，从反应体系中脱除产物二氧化碳或氢气能促进平衡反应向生成氢气方向移动。脱除氢气或二氧化碳的方法很多，如膜分离法、胺吸收法、基于零排放的煤制氢技术、化学环技术、稀土金属氧化物吸收法、固体吸收剂吸收法等，在这些方法中利用价廉的氧化钙作为吸收剂，结合煅烧/碳酸化反应循环吸收分离反应体系中的二氧化碳不仅能促进氢气的生产，而且能降低变换催化剂的消耗量和二氧化碳排放量，对合成气中的硫也有一定的脱除作用。

专利号为WO 2008/039783A2的《用于高纯氢生产的钙环工艺》的专利公开了一种通过向变换反应器中注入CaO和H₂O，氧化钙与体系中的二氧化碳反应除去体系中的二氧化碳，打破体系中CO+H₂O＝CO₂+H₂的平衡，使得水蒸气与一氧化碳进一步反应生成氢气，促进氢的生成。但是专利中对于环之间的密封、碳酸钙粉末移动、氧化钙使用一定时间反应速率减慢等技术问题的解决，尚未给出可行的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能快速剥离氧化钙固体外生成的碳酸钙并使之分离出来，以促进变换气合成反应向氢气方向进行的变换气中二氧化碳的分离装置。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种能快速剥离氧化钙固体外生成的碳酸钙并使之分离出来以促进变换气合成反应向氢气方向进行的变换气中二氧化碳的分离方法，从而解决分离过程中氧化钙与二氧化碳的化学反应速率越来越小和反应生成的碳酸钙粉末难以移动的问题，促进变换反应向生成氢气方向进行。

本发明的技术方案是针对合成气变换过程中分离产物中的二氧化碳，促使反应向生成氢气方向移动而发明的二氧化碳脱除方法。

氧化钙吸收脱除变换气中的二氧化碳的反应又叫氧化钙的碳酸化反应，又称CCR反应，反应式为：CaO+CO₂←→CaCO₃，Q_298K＝-178.1KJ/mol。反应条件：CaO/CO₂＝3∶1。反应总压力P_T增高，对应CO₂的分压力大于平衡压力，CaO吸收CO₂的能力急剧的提高。但当P_T增高超过一定值时，吸收CO₂的能力变化减缓。在10％CO₂中，CaO-CO₂体系平衡温度是760℃，即碳化反应器需要保持在低于760℃，以防影响氧化钙的碳化。热力学研究表明：在600℃，CaO能与CO₂反应直到CO₂分压降到100ppm。