论文摘要
合成氨厂不论用何种方法造气,经变换后总含有大量的CO2,烃类越重,CO2越多。天然气或石脑油转化法所得CO2量较少,浓度在15～20%左右,每吨氨副产CO21.1～1.6吨。这些CO2如不在合成工序前除净,不仅耗费气体压缩功,空占设备体积,而且对后续工序有害。此外,CO2还是重要的化工原料,如尿素和纯碱的生产都需要大量的CO2。合成氨生产中把脱除工艺气体中CO2的过程称为“脱碳”,它兼有气体净化和回收纯净CO2的两个目的。现代大型氨厂要求脱碳后气体CO2含量不大于0.1%,否则将加重甲烷化负荷并进而增加了合成系统的惰气含量。同时,回收CO2纯度要求不小于98.5%,以满足氨加工车间的需要。目前,大型合成氨厂的脱碳系统主要分布在净化岗位,脱除CO2的能耗约占整个氨生产能耗的10%左右,因此脱除CO2工艺的能耗高低,对氨厂总能耗的影响很大。国外一些较为先进的合成氨工艺流程,均选用了低能耗脱碳工艺。传统的脱碳工艺均是由吸收塔和再生塔组成一个溶液循环系统,然后再根据各工艺的特点添加一些辅助设备。由此可以形成各具特色的脱碳工艺。旋转填充床(rotating packed bed,简称RPB),又称超重力反应器,是用离心力强化传质、混合及分离的新型设备,目前已在化工、环保、超细材料的制备以及气、液、固三相分离等工业过程中应用。旋转填充床传质效果好,装置尺寸大大小于传统吸收塔,将其应用于变换气脱碳能取得强于传统脱碳工艺的效果。本工作用N2和CO2的混合气体模拟变换气,以RPB为脱碳设备,采用苯菲尔溶液为吸收液进行了超重力法脱除变换气中CO2的实验研究,考察了反应温度、系统压力、超重力水平和气液比对反应器出口CO2含量的影响,同时初步考察了采用旋转填充床取代再生塔解析脱碳富液的再生效果。实验结果表明：随着温度的升高和超重力水平的增强,反应器出口CO2含量先降后升；随着压力的升高,反应器出口CO2含量逐渐降低；液体流量一定时,随着气液比的增大,反应器出口CO2含量逐渐升高；脱碳富液再生实验表明,采用RPB为再生主体设备的再生效果要优于再生塔。由实验结果可知,超重力法脱碳吸收工艺可以控制旋转填充床出口气中CO2含量低于0.1%,满足工业生产要求；脱碳富液再生效果超过了现有装置的再生效果。现有的脱碳装置主要以塔式设备为主,并且其工艺也比较成熟,但其占地面积大,投资高,操作不便,拆装难度大等成为其主要缺点。然而旋转填充床以其占地面积小,投资少,便于安装,操作简单等优点,已经在很多领域得以应用。由实验结果可知,超重力法脱碳吸收工艺可以满足工业生产要求,有很好的工业应用前景。