化学气体吸收过程

化学气体吸收过程

一、化学吸收过程分析

化学吸收是指吸收过程中吸收质与吸收剂有明显化学反应的吸

收过程。对于化学吸收，溶质从气相主体到气液界面的传质机理与

物理吸收完全相同，其复杂之处在于液相内的传质。溶质在由界面

向液相主体扩散的过程中，将与吸收剂或液相中的其他活泼组分发

生化学反应。因此，溶质的组成沿扩散途径的变化情况不仅与其自

身的扩散速率有关，而且与液相中活泼组分的反向扩散速率、化学

反应速率以及反应产物的扩散速率等因素有关。

由于溶质在液相内发生化学反应，溶质在液相中呈现物理溶解

态和化合态两种方式，而溶质的平衡分压仅与液相中物理态的溶质

有关。因此，化学反应消耗了进入液相中的吸收质，使吸收质的有

效溶解度显着增加而平衡分压降低，从而增大了吸收过程的推动力；同时，由于部分溶质在液膜内扩散的途中即因化学反应而消耗，使

过程阻力减小，吸收系数增大。所以，发生化学反应总会使吸收速

率得到不同程度的提高。

工业吸收操作多数是化学吸收，这是因为：

①化学反应提高了吸收的选择性；

②加快吸收速率，从而减少设备容积；

③反应增加了溶质在液相的溶解度，减少吸收剂用量；

④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相

中很少量的有害气体。

如图11—9所示的是合成氨原料气(含C0230％左右)的净化过程，精制过程要除去C02，而得到的CO：气体又是制取尿素、碳酸氢铵

和干冰的原料，为此，采用醇胺法的吸收与解吸联合流程。将合成

氨原料气从底部进入吸收塔，塔顶喷乙醇胺液体，乙醇胺吸收了COz 后从塔底排出，从塔顶排出的气体中含C02可降到o．2％一0．5％。

将吸收塔底排出的含乙醇胺溶液用泵送至加热器，加热(130°C左右)后从解吸塔顶喷淋下来，塔底通入水蒸气，乙醇在高温、低压(约

300kPa)下自溶液中解吸。从解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后得

到可用的COz。解吸塔底排出的溶液经冷却降温(约50°C)、加压

(约1800kPa)后仍作为吸收剂。这样吸收剂可循环使用，溶质气体得到回收。

二、高含量气体吸收

当进塔混合气体中吸收质含量高于10％时，工程上常称为高含

量气体吸收。由于吸收质的含量较高，在吸收过程中吸收质从气相

向液相的转移量较大，因此，高含量气体吸收有自己的特点。

(1)气液两相的摩尔流量沿塔高有较大的变化吸收过程中，塔内

不同截面处混合气摩尔流量和吸收剂摩尔流量是不相同的，沿塔高

有显着变化，不能再视为常数。但惰性气摩尔流量沿塔高基本不变，若不考虑吸收剂的挥发性，纯吸收剂的摩尔流量亦为常数。

(2)吸收过程有显着的热效应由于被吸收的溶质较多，产生的溶

解热也较多。若吸收过程的液气比较小或者是吸收塔的散热效果不

好，将会使吸收液温度明显地升高，此时气体吸收为非等温吸收。但若溶质的溶解热不大、吸收的液气比较大或吸收塔的散热效果较好，此时气体吸收仍可视为等温吸收。

(3)吸收系数不是常数由于受气速的影响，吸收系数从塔底至塔顶是逐渐减小的。但当塔内不同截面气液相摩尔流量的变化不超过10时，吸收系数可取塔顶与塔底吸收系统的平均值，并视为常数进行有关计算。

如图11—10所示的是用于处理高含量挥发酚废水的两段填料汽提塔。废水经换热器加热到100°C后，送到汽提段，由汽提塔顶部淋下，在汽提段内与105℃的蒸汽逆流接触，废水中的挥发酚向气相传递，被蒸汽带到塔外，成为含酚蒸汽。汽提后的废水含酚浓度可降到400mg／L以下，经水封管并经换热器降温后送到下一处理工序进一步处理。含酚蒸汽用鼓风机送到再生段，与102°C的含量10％NaOH溶液进行逆流接触，经化学吸收生成酚钠盐回收其中的酚，净化后的蒸汽进入汽提段循环使用。为了提高酚钠盐的含量，循环碱液往往回流到再生段，待饱和后再回收酚。

三、多组分吸收

多组分吸收过程中，由于其他组分的存在使得吸收质在气液两

相中的平衡关系发生了变化，所以，多组分吸收的计算较单组分吸

收过程复杂。但是，对于喷淋量很大的低含量气体吸收，可以忽略

吸收质间的相互干扰，其平衡关系仍可认为服从亨利定律。因而可

分别对各吸收质组分进行单独计算。不同吸收质组分的相平衡常数

不相同，在进、出吸收设备的气体中各组分的含量也不相同，因此，每一吸收质组分都有平衡线和操作线。

关键组分是指在吸收操作中必须首先保证其吸收率达到预定指

标的组分。如处理石油裂解气中的油吸收塔，其主要目的是回收裂

解气中的乙烯，乙烯即为此过程的关键组分，生产上一般要求乙烯

的回收率达98％一99％，这是必须保证达到的。因此，此过程虽属

多组分吸收，但在计算时，则可视为用油吸收混合气中乙烯的单组

分吸收过程。

在多组分吸收过程中，为了提高吸收液中溶质的含量，可以采

用吸收蒸出流程。如图11—11所示为用油吸收分离裂解气，该塔的

上部是吸收塔，下部是汽提塔，裂解气由塔的中部进入，用C4馏分作吸收液，吸收裂解气中的Cl—C3馏分，吸收液通过下塔段蒸出甲烷、氢等气体，使塔釜得到纯度较高的C2—C3馏分。塔釜吸收液进入C2、C3分离塔，达到分离目的。

四、解吸过程

解吸又称脱吸，是脱除吸收剂中已被吸收的溶质，而使溶质从液相逸出到气相的过程。在生产中解吸过程有两个目的：

①获得所需较纯的气体溶质；

②使溶剂得以再生，返回吸收塔循环使用，经济上更合理。

在工业生产中，经常采用吸收—解吸联合操作。如图11—12所示的是用Na2CO3水溶液净化除去气体中的H2S。从吸收塔底部引出的溶液用泵送人解吸塔，再用空气进行解吸，经解吸后的溶液(吸收剂)用泵回送至吸收塔顶部喷淋。此流程中，吸收与解吸均在常温下进行。