第四章 吸收设备的选择、运行与维护.ppt

第四章吸收设备的选择、运行与维护,学习要求：,掌握吸收的概念、分类,了解常见脱硫技术的工艺流程及原理,掌握各类吸收设备的选择原则、运行及维护方法,4.1.1吸收过程的基本应用,（2）应用：产品制备：如硝酸、盐酸的制备回收有用物质：尾气中NH3、CO2等的回收；净化气体：原料气净化；排放尾气净化；气体产品的精制。,（1）吸收:是将气体混合物中的各个组分予以分离的单元操作。,（3）典型的工业吸收过程:以洗油吸收煤气中的粗苯：,吸收工艺过程,吸收过程苯吸收塔,解吸过程苯解吸塔,（4）几个名词吸收剂：吸收过程中所用的溶剂；溶质：混合气体中能显著被吸收剂吸收的组分；惰性组分：不能被吸收剂吸收的组分；富液：含有较高溶质浓度的吸收剂；贫液：从富液中将溶质分离出来后得到的吸收剂。,4.1.2吸收过程的基本原理,依据：气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度的差异。,吸收过程：（1）溶质从气相主体传递到相界面；（2）在相界面上溶质溶解到液相表面；（3）溶质从相界面传递到液相主体。,实质：吸收过程溶质由气相到液相的质量传递过程；解吸过程溶质由液相到气相的质量传递过程。,解吸：其目的：（1）溶剂再生；（2）得到溶质。吸收和解吸构成了一个完整的流程。,4.1.3吸收操作实现气体混合物分离要求：（1）选择合适的溶剂；（2）提供适当的传质设备；（3）选择易再生的吸收溶剂。,4.1.4吸收剂的选择原则对溶质的溶解度要大；对溶质有较高的选择性；不易挥发；较低的粘度，不易起泡；解吸性能好，便于再生；良好的化学稳定性、热稳定性、无毒、无易燃易爆等；廉价、易得。,4.1.5吸收设备的选择原则两相接触面大；气体通过设备的阻力小。,4.1.5吸收过程的分类（1）物理吸收与化学吸收（化学反应，溶解度、反应平衡常数）；（2）单组分吸收与多组分吸收（吸收组分数目）；（3）等温吸收与非等温吸收（温度变化）；（4）低组成气体吸收与高组成气体吸收（依溶质浓度的高低）。,4.1.6吸收过程的基本流程,（1）一步吸收流程和两步吸收流程(选用吸收剂的数目)一步吸收流程：仅用一种吸收剂两步吸收流程：使用两种吸收剂,（2）单塔流程和多塔流程(所用的塔设备数),（3）逆流吸收流程和并流吸收流程(塔内气液流向),逆流和并流吸收过程,（4）部分溶剂循环流程,4.1.7吸收设备的主要类型（1）板式塔（2）填料塔。填料塔优点：结构简单、阻力小、加工容易、可用耐腐蚀材料制作、吸收效果好、装置灵活等。,4.2.1常用吸收设备1表面吸收器凡能使气液两相在固定的接触面上进行吸收操作的设备均称为表面吸收器。如填料塔、湍球塔等。废气由塔底进入，吸收剂由塔顶均匀地喷淋到填料层中并向下流动。废气与吸收剂在填料层中充分接触，吸收传质的平均推动力大，吸收效果好。2.填料式吸收器液相吸收剂由塔顶喷下，沿填料表面下降，气体混合物由塔底进入上升，两者表面接触，易溶气体（组分）被吸收而达到分离的目的。3.板式鼓泡式吸收器塔内装有多孔塔板，板上装满吸收剂，呈连续相；气体由板下进入，在塔板上与液体形成鼓泡层，在此有害组分被吸收。4.喷淋式吸收器用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增大气-液接触面，完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器（喷雾塔或称空塔）和文丘里吸收器。,4.2.1.1表面吸收器（1）列管式液膜吸收器。液膜沿垂直圆管的内壁流动。（2）板状填料吸收器。填料是一些薄板，液膜沿垂直薄板的两侧流动。（3）升膜式吸收器。液膜向上流动。,4.2.1.2填料式吸收器（1）填料塔填料塔组成：塔体、填料、液体分布器、液体再分布器、支撑装置。塔体金属或陶瓷塔体一般均为圆柱形，大型耐酸石或耐酸砖则以砌成方形或多角形。,填料塔结构图,4.2.1.1填料是填料塔中的传质元件。作用是为气、液两相提供充分的接触面，并为提高其湍动程度(主要是气相)创造条件，以利于传质(包括传热)。对填料的基本要求：1传质效率高，要求填料能提供大的气液接触面。即要求具有大的比表面积。2填料表面易于被液体润湿。只有润湿的表面才是气液接触表面。3生产能力大，气体压力降小。因此要求填料层的空隙率大。不移引起偏流和沟流。4经久耐用具有良好的耐腐蚀性，较高的机械强度和必要的耐热性。5取材容易，价格便宜。,填料的分类,4.2.1.2液体分布器液体在填料塔内分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因此，液体的初始分布十分重要。常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。,（1）莲蓬式喷淋器液体经半球形喷头的小孔喷出，这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm的塔中，且小孔容易堵塞,（2）盘式分布器指液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。盘式分布器常用于直径较大的塔中，基本可保证液体分布均匀，但其制造比较麻烦。,（3）齿槽式分布器液体先经过主干齿槽向其下层各条形齿槽作第一级分布，然后再向填料层上面分布。这种分布器自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料塔。,（4）多孔环管式分布器如下图所示，由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成，这种分布器气体阻力小，特别适用于液量小而气量大的填料吸收塔,（5）弹溅式液体分布器,4.2.1.3液体再分布器,4.2.1.4填料支撑装置支承装置是用来支承塔内填料及其所持有的液体重量，并使气液顺利通过的附件，故要有足够的机械强度和自由截面积。填料支撑装置应满足的条件：1使气液能顺利通过，对于普通的填料塔，支撑件上流体通过的自由截面应为塔截面的50%以上，且应小于填料的自由界面或填料的自由空间率。2有足够的强度承受填料重量，还需考虑填料孔隙的拦液重量。以及可能产生的系统压力波动，机械振动、温度变化等。3要有一定的耐腐蚀性能。,（1）栅板式支承装置它由竖立的扁钢条组成，为防止填料从栅板条间空隙漏下，在装填料时，先在栅板上铺上一层孔眼小于填料直径的粗金属丝网，或整砌一层大直径的带隔板的环形填料。（2）升气管式支承装置如右图所示，在开孔板上装有一定数量的升气管，气体由升气管上升，而液体则通过板上的小孔流下，即气、液分道而行，特别适合于高空隙率填料的支撑。,湍球塔湍球塔结构如图所示，在塔内筛板上装有空心或实心小球。气流高速通过筛板时，小球在塔内湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷淋，多为逆流吸收操作。湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制作，也有采用不锈钢的。小球直径有25mm、30mm、38mm等几种规格，当塔的直径大于200mm时，填料的静止床层高度控制到0.20.3m。,板式鼓泡式吸收器,泡罩塔,筛板塔,浮阀塔,用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增大气-液相的接触面积，完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。喷淋塔的结构见下图。在吸收器中，气体通常是自下而上流动，而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒。当塔体比较高时，可将喷洒器分层放置，也可以采用组合喷洒方式。空塔结构简单，造价低廉，阻力小，效率较高（90），因此在火电厂烟气湿法脱硫中得到了广泛的应用。,d.喷淋塔（空塔）,实训：吸收塔的日常运行与操作,一、工艺操作指标的调节1温度吸收温度对塔的吸收率影响很大。吸收剂的温度降低，气体的溶解度增大，溶解度系数增大。2压力提高操作压力，可以提高混合气体中溶质组分的分压，增大吸收的推动力，有利于气体吸收。但压力过高，操作难度和生产费用会增大，因此，吸收一般在常压下操作。若吸收后气体在高压下加工，则可采用高压吸收操作，既有利于吸收，又有利于增大吸收塔的处理能力。,3气体流量在稳定的操作情况下，当气速不大，液体作层流流动，流体阻力小，吸收速率很低；当气速增大为湍流流动时，气膜变薄，气膜阻力减小，吸收速率增大；当气速增大到液泛速度时，液体不能顺畅向下流动，造成雾沫夹带，甚至造成液泛现象。因此。稳定操作流速，是吸收高效、平稳操作的可靠保证。对于易溶气体吸收，传质阻力通常集中在气侧，气体流量的大小及其湍动情况对传质阻力影响很大。对于难溶气体，传质阻力通常集中在液侧。此时气体流量的大小及湍动情况虽可改变气侧阻力，但对总阻力影响很小。,4吸收剂用量改变吸收剂用量是吸收过程最常用的方法。当气体流量一定时，增大吸收剂流量，吸收速率增大，溶质吸收量增加，气体的出口浓度减小，回收率增大。当液相阻力较小时，增大液体的流量，传质总系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增大主要是由于传质推动力的增加而引起，此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。当液相阻力较大时，增大吸收剂流量，传质系数大幅增加，传质速率增大，溶质吸收量增大。,5吸收剂入塔浓度X2吸收剂入塔浓度升高，使塔内的吸收推动力减小，气体出口浓度Y2升高。吸收剂的再循环会使吸收剂入塔浓度提高，对吸收过程不利。但有时采用吸收剂再循环可能有利，例如当新鲜吸收剂量过小以致不能满足良好润湿填料的要求时，采用吸收剂再循环，推动力的降低可由有效比表面积和体积传质系数KY的增大得到补偿，吸收效果好；某些有显著热效应的吸收过程，吸收剂经塔外冷却后再循环可降低吸收剂的温度，相平衡常数减小，全塔吸收推动力有所提高，吸收效果好。,二、开停车操作总体上，吸收塔开车时应先进吸收剂，待其流量稳定后，再将混合气体送入塔中；停车时应先停混合气体，再停吸收剂，长期不操作时应将塔内液体卸空。操作过程中注意维持塔内的温度、压力、气液流量稳定，维持塔釜恒定的液封高度。,石灰石(石灰)-石膏法烟气脱硫技术技术原理将石灰石粉（石灰）加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙（氢氧化钙）以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水后，用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。,石灰、石膏法烟气脱硫系统,石灰石(石灰)-石膏法烟气脱硫技术主要特点脱硫效率高。石灰石（石灰）石膏湿法脱硫工艺脱硫率高达95%以上，Ca/S1.03。技术成熟，运行可靠性好，最大单机容量超过1000MW。对煤种变化的适应性强，无论是含硫量大于3%的高硫煤，还是含硫量低于1%的低硫煤，该工艺都适用。吸收剂资源丰富，价格便宜。占地面积大，一次性建设投资相对较大，系统管理操作复杂。系统结垢堵塞、磨损腐蚀现象严重，有酸性废水需要再处理。脱硫石膏难以处理，由于销路问题只能堆放，很难找到大规模的用途。,海水烟气脱硫是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO2的一种脱硫工艺。由于雨水将陆地上岩层的碱性物质（碳酸盐）带到海中，天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐（HCO3-）计，自然碱度约为1.22.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。海水脱硫的一个基本理论依据就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸盐是海水的主要成份之一，环境中的二氧化硫绝大部分最终以硫酸盐的形式排入大海。,海水脱硫技术优点：(1)工艺简单，运行可靠；(2)系统无磨损、堵塞和结垢问题，系统可靠性高；(3)无需设置废弃物堆场、陆地废弃物处理场、装卸设备、装卸人员和运输工具等，最大程度地减少对环境带来的负面影响；(4)脱硫效率高，可达90以上，有明显的环境效益和运行保证率；(5)与湿法脱硫的其它工艺比，占地最少；(6)投资和运行费用低。从理论上说，一般投资占电厂投资的78，全烟气量处理时系统电耗占机组发电量的11.5左右。可实际上，海水烟气脱硫只占电厂投资的0.03左右。且海水脱硫无需采购、运输和制备其他添加剂。,氨法烟气脱硫技术技术原理采用氨水作为脱硫吸收剂，与进入反应塔的烟气接触混合，烟气中SO2与氨水反应，生成亚硫酸铵，与空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、脱水、压滤即制得化学肥料硫酸铵。主要特点有很高的脱硫效率，可达到95%以上。氨法系统要比石灰右/石灰石膏法小、占地面积小，其投资费用比石灰石/石灰石膏法低。在工艺中不存在石灰石作为脱硫剂时常见的结垢和堵塞现象。氨法工艺无废水排放，除化肥硫酸铵外也无废渣排放，避免了二次污染。氨法能适应燃煤含硫量的变化，更适合于中高硫煤的脱硫。采用氨法时，因副产物的价值较高，含硫量越高，其副产品硫酸铵产量越大，也就越经济。当前氨法解决了氨易挥发、亚硫酸铵氧化困难、硫铵结晶耗能高、亚硫铵气溶胶等技术问题。,湿式氨法烟气脱硫技术,双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫，由于钠基脱硫剂碱性强，吸收二氧化硫后反应产物溶解度大，不会造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题。另一方面脱硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生，再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。双碱法脱硫工艺降低了投资及运行费用，比较适用于中小型锅炉进行脱硫改造。双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠溶液作为启动脱硫剂，配制好的氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中SO2来达到烟气脱硫的目的，然后脱硫产物经脱硫剂再生池还原成氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。脱硫工艺主要包括5个部分：(1)吸收剂制备与补充；(2)吸收剂浆