[实用新型]一种从合成氨变换气中脱除CO2的装置

说明书

技术领域

     本实用新型属于合成氨变换气中脱除CO₂的技术领域，具体涉及一种以超重机为吸收设备，以NHD溶剂为吸收剂脱除合成氨变换气中CO₂的装置，适用于煤制合成氨变换气的净化以及天然气、油田气、炼厂气和城市煤气中CO₂的脱除。

背景技术

随着工业的快速发展，全球对化石燃料的依赖性越来越大，人类大规模地使用煤、石油、天然气等含碳化合物燃料，这类燃料燃烧排入大气中的二氧化碳浓度逐年增加，二氧化碳的无限制排放必定会对全球生态系统、农业、水资源和海洋等产生深远影响。如果将排放的二氧化碳脱除并进行回收，即可利用碳资源，又可治理工业废气排放带来的环境污染。

在合成氨生产过程中，无论采用何种原料（煤、油、天然气），何种工艺流程，其粗合成气中都含有大量的CO₂。CO₂对氨合成催化剂有很强的毒性，还会生成易结晶的碳酸氢铵堵塞管道和设备。此外，CO₂又是制造尿素、干冰、碳酸氢铵等产品的原料。因此，在合成气进入氨合成塔之前，需将CO₂脱除，称为脱碳工艺。如何高效脱除合成氨变换气中的CO₂，变废为宝，实现其分离回收与综合利用显得至关重要。

合成氨生产过程是一种高能耗工艺，通常吨氨总能耗为27.2~54.3GJ，而脱碳工序的能耗占总能耗的10%~15%。因此，开发和推广应用低能耗脱碳新工艺对节约能源和降低生产成本具有十分重要的意义。

目前工业上广泛采用的脱碳方法主要分为化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法3类。各种吸收方法都是以吸收塔为传质设备，气体从塔底进入与塔顶喷淋下来的吸收剂在填料层内逆流接触，达到脱除二氧化碳的目的。无论采用何种方法脱碳，脱碳装置的传质效率和脱碳溶剂的吸收能力都直接影响着脱碳溶剂的循环量和净化气中CO₂含量，从而影响着脱碳的成本。吸收塔的传质效率低，脱碳溶剂的吸收能力弱，致使脱碳溶剂的循环量大，脱碳工艺的再生负荷高。若脱碳装置的吸收效率高，脱碳溶剂的吸收能力强，可以减少脱碳溶剂的循环量，降低脱碳工艺的再生负荷，进而降低能耗。因此，选用吸收能力强的脱碳溶剂和提高脱碳装置的传质效率是降低脱碳成本，提高经济效益的最强有力的途径。

NHD溶剂无毒、无味、无臭，不毒害人畜，不污染环境；具有良好的化学稳定性和热稳定性，在使用条件下不发生降解、聚合，与空气接触不发生氧化。NHD溶剂本身可被其它生物所降解，一旦发生大量漏液事故，不致造成严重的环境污染；NHD溶剂的凝固点低，适于在较低的温度下运行；NHD 溶剂是一种高分子溶剂，本身无腐蚀性，具有一定的润滑性，可使运转泵和配件所受磨损显著减轻，用于工业生产中时，不必考虑因溶剂的腐蚀性而额外增加设备投资，工艺装置可采用碳钢制作，投资省；NHD溶剂不起泡，不需要消泡剂；NHD溶剂的蒸气压极低，挥发损失很少，流程中不需设置洗涤回收装置；NHD法脱碳工艺不需添加活化剂，流程短。NHD溶剂价格昂贵，24000元/吨。

NHD法脱碳过程具有典型的物理吸收特征。CO₂在NHD溶剂中的溶解度较好地服从亨利定律，随着压力升高、温度降低而增大。因此，宜在高压、低温下进行CO₂的吸收过程。当系统压力降低、温度升高时，溶液中溶解的CO₂释放出来，实现溶剂的再生过程。NHD溶剂对CO₂的吸收能力强，可以减少溶剂循环量，降低能耗。同时，NHD溶剂解吸条件简单，NHD溶剂吸收CO₂后，仅需进行两级闪蒸及一次惰性气气提即可达到彻底解吸条件，降低了再生负荷。

NHD溶剂吸收CO₂属于液膜控制过程。因此，在传质设备的选择和设计上，应采取提高液相湍动、气液逆流接触、减薄液膜厚度及增加相际接触面积等措施，以提高传质速率。

超重机利用转子旋转产生的离心力来模拟超重力，是一种能强化传递反应过程的新型设备。通过高速旋转的填料产生巨大的离心力，将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，流体在液膜很薄、高分散、高湍动、强混合以及界面快速更新的情况下与气体以极大的相对速度接触，使相间传质速率比传统的塔器提高1～3个数量级。使气液的传质比表面积大大提高，微观混合和传质过程得到极大的强化。因此，采用超重机作为脱碳设备可以降低NHD溶剂的循环量和脱碳工艺的再生负荷，进而降低脱碳成本和能耗。