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碳酸丙烯酯(PC)脱碳填料塔的工艺设计

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1 碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔的工艺设计 学 校 上海工程技术大学 专 业 姓 名 学 号

上海工程技术大学 2

48000t/a合成氨碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计 目 录 碳酸丙烯酯（PC）脱碳填料塔设计工艺设计任务书 3 一、设计题目 3 二、操作条件 3 三、设计内容 3 四、基础数据 4 设计依据： ....................................................................................................................................... 5 一、计算前的准备 ........................................................................................................................... 6 1.CO2在PC中的溶解度关系 ................................................................................................. 6 2.PC密度与温度的关系 .......................................................................................................... 7 3.PC蒸汽压的影响 .................................................................................................................. 8 4.PC的粘度 .............................................................................................................................. 8 二、物料衡算 ................................................................................................................................... 8 1.各组分在PC中的溶解量 ..................................................................................................... 8 2.溶剂夹带量Nm3/m3PC ......................................................................................................... 9 3.溶液带出的气量Nm3/m3PC ................................................................................................. 9 4.出脱碳塔净化气量 .............................................................................................................. 10 5.计算PC循环量 ................................................................................................................... 10 6.验算吸收液中CO2残量为0.15 Nm3/m3PC时净化气中CO2的含量 ............................. 10 7.出塔气体的组成 .................................................................................................................. 11 三、热量衡算 ................................................................................................................................. 12

1.混合气体的定压比热容pVC ............................................................................................. 12

2.液体的比热容pLC .............................................................................................................. 13 3.CO2的溶解热sQ ................................................................................................................ 13 4.出塔溶液的温度1LT ........................................................................................................... 14 5.最终的衡算结果汇总 .......................................................................................................... 15 四、设备的工艺与结构尺寸的设计计算 ..................................................................................... 16 （一）确定塔径及相关参数 ................................................................................................. 16 五、填料层高度的计算 ................................................................................................................. 18 六、填料层的压降 ......................................................................................................................... 25 七、附属设备及主要附件的选型 ................................................................................................. 26 1.塔壁厚 .................................................................................................................................. 26 2．液体分布器 ....................................................................................................................... 26 3．除沫器 ............................................................................................................................... 26 4．液体再分布器 ................................................................................................................... 26 5．填料支撑板 ....................................................................................................................... 27 6．塔的顶部空间高度 ........................................................................................................... 27 3

八、设计概要表 27 九、对本设计的评价 28 参考文献 ......................................................................................................................................... 28

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填料塔中碳酸丙烯酯脱除沼气中的CO2

填料塔中碳酸丙烯酯脱除沼气中的CO2

可再生能源Renewable Energy Resources第31卷第3期2013年3月Vol.31No.3Mar.2013引言沼气是生物质在微生物的厌氧消化作用下生成的一种可燃性气体，主要成分是CH 4和CO 2，其中CH 4的含量（体积分数，下同）为40%~70%，CO 2含量为15%~60%。

填料塔中碳酸丙烯酯脱除沼气中的CO 2聂红1，江皓1，种道文1，吴全贵2，徐春明1，周红军1（1.中国石油大学（北京）新能源研究院，北京102249；2.中国石油大学（北京）非常规油气技术有限公司，北京102200）摘要：以木薯渣发酵产生的沼气为原料气，采用10m 3/d 脱碳工艺试验装置，以碳酸丙烯酯为吸收剂脱除沼气中的CO 2，分别考察了吸收气液比、吸收压力、吸收温度、空气气提气液比、原料沼气中硫化氢浓度对脱碳效果的影响。

试验结果表明，吸收气液比为55、吸收压力为800kPa 、吸收温度15℃、空气气提气液比为10时，净化气中CO 2浓度为（6.44±0.34）%，CO 2脱除率为（92.48±0.39）%。

原料沼气中H 2S 浓度对碳酸丙烯酯的脱碳效果影响显著，当H 2S 浓度增加到0.4%时，与以脱硫后沼气为原料气时的脱碳情况相比，净化气中CO 2浓度增加了1.66%。

关键词：沼气；碳酸丙烯酯；CO 2；H 2S 中图分类号：TK6；S216.4文献标志码：A文章编号：1671-5292（2013）03-0086-05The removal of carbon dioxide in biogas by propylene carbonatein packed columnNIE Hong 1，JIANG Hao 1，CHONG Dao-wen 1，WU Quan-gui 2，XU Chun-ming 1，ZHOU Hong-jun 1（1.New Energy Research Institute ，China University of Petroleum ，Beijing 102249，China ；2.Unconventional Oil andGas Technology Corporation Limited ，Beijing 102200，China ）Abstract ：Utilizing biogas from fermentation of cassava residues as raw gas,the effects of remov -ing carbon dioxide by propylene carbonate was studied on a decarburization test device with pro -cessing capacity of 10m 3/d.The influence factors of absorption gas liquid ratio,absorption pres -sure,absorption temperature,air stripping gas liquid ratio and concentration of hydrogen sulfide on the carbon dioxide removal process were investigated respectively.Results showed that when ab -sorption gas liquid ratio was 55,absorption pressure was 800kPa,absorption temperature was 15℃and air stripping gas liquid ratio was 10,the concentration of carbon dioxide in product gas reached （6.44±0.34）%and the removal rate of carbon dioxide attained （92.48±0.39）%.Existence of hydrogen sulfide in biogas had a significant impact on the carbon dioxide removal.When the con -centration of hydrogen sulfide increased to 0.4%in raw gas,carbon dioxide content in product gas increased by 1.66%comparing with the experiment using desulfurized biogas.Key words ：biogas ；propylene carbonate ；carbon dioxide ；hydrogen sulfide收稿日期：2012-11-12。

脱碳方法介绍

脱碳方法介绍

工业上采用的气体吸收方法，主要包括物理吸收法、化学吸收法、物理吸附法及膜分离法等。

物理吸收物理吸收是利用原料气中的溶质(CO2)在吸收剂中的溶解度较大而除去的方法。

一般吸收采用高压及低温，解吸时采用减压或升温，减压解吸所需再生能量相当少。

该法的关键是选择优良的吸收剂。

所选的吸收剂必须对CO2的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、无毒性、性能稳定。

典型的物理吸收法有加压水洗法、N-甲基吡咯烷酮法、Selexol法、低温甲醇法(Rectisol法)、碳酸丙烯酯法(Flour法)等。

早期的合成氨厂中的脱碳多采用加压水洗法。

加压水洗脱碳常在填料塔或筛板塔中进行,此法设备简单，但CO2的净化度差，且水洗的喷淋密度大，动力消耗高，因此近年来合成氨厂的新建脱碳工艺已为其他方法所取代。

以N-甲基吡咯烷酮为吸收剂的方法称为吡咯烷酮法。

吡咯烷酮具有对CO2溶解度高、粘度较小、沸点较高、蒸汽压较低等优点。

该法特别适应气体压力大于7MPa的场合，但由于N-甲基吡咯烷酮较贵，因此应用受到限制。

以聚乙二醇二甲醚为吸收剂的脱碳过程称为Selexol法。

聚乙二醇二甲醚是一种淡黄色透明的有机液体,无毒、无特殊气味、冰点低、沸点高、化学性质稳定、腐蚀性低，是一理想的物理溶剂。

但由于聚乙二醇二甲醚价格昂贵，投资及操作费用均较高，因此该法在国内实际应用较少。

低温甲醇法是由德国林德和鲁奇公司联合开发的，吸收剂是甲醇，在1～2MPa，温度为-75～0℃范围内可同时脱除CO2和H2S。

CO2可脱至1～2E-5，H2S可脱至0.1E-6。

该法的特点是不会加湿原料气，并且再生能耗低。

此法在国内外均有较广泛的应用。

碳酸丙烯酯法是碳酸丙烯酯为吸收剂的脱碳方法。

碳酸丙烯酯对CO2、H2S的溶解度较大,具有溶解热低、粘度小、蒸汽压低、无毒、化学性质稳定、无腐蚀等优点。

该法CO2的回收率较高,能耗较低,但投资费用较高。

此法在国内也有一定的应用。

化学吸收法化学吸收法主要有热钾碱法(苯菲尔法、砷碱法及空间位阻法等)和烷基醇胺法(MEA法、DEA法、MDEA法等)，其中苯菲尔法和活性MDEA 法应用最多。

脱碳装置碳酸丙烯酯的回收与改进

脱碳装置碳酸丙烯酯的回收与改进

（ １ ０ ｍ ×１ ０ ０ｍ ４ １２ ０ｍｍ） 。
（） １ 没有 回收 净化 气 、 闪蒸 气 中 的 Ｐ Ｐ Ｃ， Ｃ消
１２ Ｐ ． Ｃ二级 回收 工艺
耗仍较 高 。要将 吨 氨 Ｐ ｃ消 耗 降 到 ０ ５ｋ 下 ， ． ｇ以
不 回收净化 气 、 闪蒸气 中的 Ｐ Ｃ是 难 以实现 的 。
１ 几种 Ｐ Ｃ回收 工艺的分析与 比较
１１ Ｐ ． Ｃ一级 回收工 艺
常解气夹带的稀液使去二氧化碳压缩机的管道腐
蚀严 重 。
（ ） 入洗 涤塔 的 常解 气 体 积 流量 约 占气 提 ７进 气体 积流 量 的 ５ ％ ～ ５ ， 洗 涤塔 上 下段 的直 ０ ５％ 而
通 用设 计 的 是 Ｐ Ｃ一 级 回 收 工 艺 ， １台 常 用 压洗 涤塔 回收气 提气 、 常解 气 中的 Ｐ 。通用 设 计 Ｃ
降低 了 Ｐ Ｃ回收率 。
（） ６ 出洗 涤 塔 的气 提 气 、 解 气 中夹 带 有 较 常 多 的稀液 。气 提气 夹带 的稀 液 排 到 大气 后 ， 致 导
管道 的腐蚀 ， 当前 合 成 氨 生 产 的 节 能 降耗 具 有 对
十分 重要 的意义 。
脱碳 系统 室外设 备 的表 面和 平 台 、 梯子 腐蚀严 重 ；
（） ３ 由于仅 是 Ｐ Ｃ一级 回收 ， 了保 证 相对 高 为 些 的 Ｐ 回收 率 ， ｃ 回收 的稀 Ｐ Ｃ液 质 量 分 数 仅 为 ８ ～１％ ， ％ ２ 由稀 液 带 人脱 碳 系 统 的水 量 多 ， 脱 对
碳 的吸收 和运行 产 生不利 影 响 。
（） ４ 当循 环 的稀 Ｐ ｃ液质 量分 数提 高到 ８ 一 ％
１ ％ 时 ， 取 出一部 分稀 液补人 脱碳 系 统 ， 补人 ２ 要 再
脱碳塔泛点气速计算

脱碳塔泛点气速计算



操作的液气比 操作的液气比愈大，则在一定气速下液体喷淋量愈大，填料 层的持液量增加而空隙率减小，故泛点气速愈小。
2、贝恩-霍根关联式
W a G 0.2 L 0.25 G 0.125 lg[ ( 3 ) L ] A 1.75( ) ( ) g L G L
2 F
WF =?
＝－0.882 ＋ 185.5/154.9




＝－0.882 ＋ 1.1975
＝ 0.3155

μL＝ 2.07(mPa﹒s)

液体的流量L
设脱碳塔出口净化气中CO2含量为1.0％，且变换气中其它气体 未被吸收，量不变，则有 17540.743 m3/h * （1 - 1.0%）= 净化气量 * （1- 28.43% ）




液体的流量L (LV ﹒γL ) = 538.8343 m3/h * 1.1872 kg/m3 = 639.7041 kg/h


将以上数值带入贝恩-霍根公式：
g—9.8m/s2 a/ε^3 －143.3m-1 γG /γL ＝0.8396kg/m3（标)/1187.2 kg/m3 ＝7.072*10^(-4) μL ＝ 2.07(mPa﹒s) A = 0.022 L/G ＝ 639.7041 kg/h / 14727.2078 kg/h＝ 0.04344 lg[WF^2/9.8 * 143.3 * 7.072*10^(-4) * 2.07 ^0.2] = 0.022 – 1.75 * 0.04344^0.25 * 7.072*10^-4 ^0.125
则x
CO2 =
0.0434 kmol/kmol碳酸丙烯酯
= 9.722 * 10-4 m3 （标） / 8.5992 * 10-5 m3碳丙 = 11.3057 m3 （标） / m3 碳丙