首页 >> 行业知识 >> 空气中CO2的净除对制氮机(制氮设备)的影响
空气中CO2的净除对制氮机(制氮设备)的影响
 
 
空气中C02的制氮机
大气,co2的含量为0.O3~O.O4% , 即一立方米空气中含有300~400 ppm或600~800毫克CO 。
CO 的三相点特征温度一56.6℃ ,蒸汽压力5.28大气压。低于此点,CO 由气体直接转变为固体,温度低于三相点,固体C 上C 饱和蒸汽压力如表3— 8所示。卜mmH T-往.1mmHI ts .3表3— 8 j氧化碗饱和蒸汽压深冷技术低压流程中, 空气压力为6大气压,其内CO2分压是1.32毫米汞柱,相应转为固态的温度近似一l33℃。压力由l~2O0大气压,空气中开始的CO 含量为0.03 ,压缩空气中COz的露点如图3—34所示,空气的压力对CO:露点有影响。
固体CO 在液氧, 液氮中的溶解度几乎相等, 溶解度随温度的高低不同。CO。在液氧中溶解度:当温度为98K时,溶解度为4.9 cIT~. /h 90K 时,为3.69 cm。/i。进下塔空气中COz含量应小于2 ppm, 否则会导致COz在塔内沉积, 造成阻塞空分设备内采用下列方法清除空气中CO
(1)化学法: 用苛性钠水溶液吸收CO,j
(2)吸附法: 低温下用硅胶和常温下用5A 13X分子筛
吸附COz;
图3—34 压缩空气中
CO2的露点
(3)冻结法:蓄冷器或切换式换热器内低温下冻结制氮机COz。
一、化学洼制氮机CO:
制氮机空气,co 是在洗涤塔内进行,环境温度下空气压力为O.3~O.6 MI ,空气与苛性钠溶液接触,其内所台CO。被碱液吸收,其化学反应如下:2NaOH +CO2=Na±CO。+H2O理论上吸收1 kg COz需要1.82kg纯苛性钠。
鼓泡式洗涤塔组由I、Ⅱ塔串联而成,示于图3-35上。压缩空气由I塔顶端中心管向下流动,并在塔底碱液中鼓泡,造成良好的气液接触,空气
穿过碱液层从塔上端侧面逸出后再进入Ⅱ塔塔顶,工作情况同I塔, 由Ⅱ塔出来的空气, 经碱液分离器分离所夹带的碱液后导入空压帆。
辟辅中雎的利用率.
图3—36 空气中CO 净化程度与碱
液利用率的关系图3—36为冼涤塔中制氮机COz的试验曲线。曲线A和B表示空气的净 程度(以空气中CO 含量ppm表示)与碱液利用率的关系。当使用一个洗涤塔操作(曲线A)碱液利用率1 9 9 0年第2期 深冷技术 ·49·为65~70 时,净化后空气中COz的含量达20~24 ppm。当使用两个串联连接的洗涤塔操作(曲线B), 碱液利用率为90~92 时,净化后空气中COz的含量达20 ppm。显然采用两个串联连接的洗涤塔操作能提高碱液的利用率
净化后空气中COz含量应低于20 ppm。
吸附法制氮机CO
吸附法制氮机空气中CO:,能达到很高的制氮机程度,前面已有叙述。特别是常温下用活性氧化铝和13X分子筛两层床共吸附净脒空气中H=O,C 和C:H ,碳氧化台物等杂质,净化后空气中COz含量可小于1 ppm,吸附工艺日趋完美,同时大大的简化了空分设备的工艺流程,它已成为空分设备中空气净化的主要方法。目前广泛应用于大、中,小型空分设备上。本节仅叙述在低温下用硅胶吸附C 净化空气的方法。
1.低压流程中的应用
如图3—37所示。压力为0.5 MPa的空气从蓄冷器中部抽出, 温度为183~138K,接近CO:露点,进入COz吸附器,净化后空气去透平膨胀机。细孔硅胶在低温下具有较大的吸附容量,具有良好的净脒效果,CO。吸附器出口空气中CO:含量可达2~ 4 ppm,同时能制氮机空气中所含的C H:。0 空气机
图3—37 低压流程中CO2吸附嚣
配置示意图
面_9_丽] 了-s l7一口22一 , m几1H s
图3-38 低温和高压空气中块状硅胶
吸附CO:等温线
硅胶吸附CO:的等温线如图3—38所示。
二氧化碳吸附器设计时,推荐空气流速为0.O8~O.13 m/8,在一ll0~ 一120℃时动吸附值28毫升COz/克硅胶,备用系数1.2~1.3。吸附剂层高度大于1000 mm 再生气流速为0.15~0.3m/s,再生气进口温度为60~80℃,出口温度为+5℃。
图3—39为6000 m。/h空分设备上的COz吸附器。2. 中压流程中的应用如图3—4O所示。空气经过干燥并压缩到10~13大气压,经热交换器冷却到接近CO:露点温度(一125"C)后,通过一对交替使用吸附器清除CO:,净化的空气再进一步冷却和膨胀,进入空分塔。COz吸附器的设计交换周期为一天。净化后空气中CO 含量< 1 ppm,同时能清除C H:、丙烯,丙烷及其它重烃。上述烃类吸附亲和力比COz大。
3. 高压流程中的应甩
图3— 39 低温: 氧化破吸附嚣
图3—4O 具有低温CO2吸附器的中压空分设备流程图
如图3-41所示。200大气压 图3-41 具有低温c02过滤吸附器的高压空气经硅胶干燥器后分两路。 高压空分设备流程图一路进入换热器,H;来后经节流阀 1·空压机2·冷却器3-千燥器4、10·电炉5·接热器进另二 蒜 油13 。入膨胀机,膨胀后压力为6大气压,也进入CO:过滤吸附器上部,混合后温度为一168~ 一172℃ , 此时混合气中CO。从空气中析出并被过滤网过滤除去,液空中残留的c0z和乙炔在通过下部的硅胶层时被吸附除去。
净化后空气中c0z含量可达5 ppm 以下。COJ过滤吸附器中过滤芯是 5O×1.5 mm黄铜管,上面布满0.5 mm 小孔,外扎5层磷铜丝网, 第一层为0.1号, 第二,三,四层为0.071号, 第五层为0.1号。两个CO:过滤吸附筒使用周期为一年,每星期切换一次,加温至5℃结束,冷吹到出口温度为一100~C停止。
三, 过毒法净赊CO2
如图3—42所示。虽然对空气中CO 含量采取了净化措施,但仍有少量COz随空气进入下塔,这些c0:主要积聚在下塔的液空中,其量为l升液空中CO:含量在2~4Ocm (折算为气态)范围内变动, 下塔l升液空能溶解5~ 6 cm。的COz, 余下的CO 以固体微粒状态悬浮于液空中。如果入下塔空气中CO 为20~25 ppm,CO:在空分塔内分布如图3—42所示。如果进入空分塔的空气中CO:含量下降,塔内CO。分布则相应变化。
许多空分设备采用过滤器制氮机液空中圆体℃O。,过滤器安装在液空去上塔的管道上,过滤器能去除太部分固体Co2。如进入下塔的空气COz小于2ppm,则在空分塔内无C l沉积。
图3—42 精馏塔内CO:的分布。
图3—43 各种烧结金属过滤器对液空内CO 结晶的截阻能力
过滤元件采用多孔陶瓷管,外形圆柱形,过滤元件厚度15~30 1~iri'l,孔径为50~70微米。过滤元件的阻力不超过0.2~0.3大气压,液空流过过滤元件表面上流速为0.5~O.8F升/时·厘米 ]。在少油和液空中CO 较少的情况下, 可采用较高的过滤表面流速 由于多孔陶瓷管在温度波动时有开裂的倾向,产生了烧结金属多孔滤管,各种烧结金属过滤器对CO:结晶截阻能力的研究结果如图3—43所示。过滤元件不宜采用滤网。原因是可用面积较小且有堵塞危险,从而引起不希望的压力损失。
四、冻结洼制氮机COg
太、中型空分设备上采用蓄冷器或可逆式换热器,空气中所含的C 随着空气的冷却,从空气中逐渐析出,以固态沉积在传热表面上。切换后,返流污氮气流通过传热表面,沉积的C0 蒸发,升华进入污氨气流,被带出蓄冷器或可逆式换热器。空气通过蓄冷器或可逆式换热器冷却到101K左右,其内的CO:含量可低于2 ppm。