1第3章吸收与解吸过程
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Most widely used method of separation Used for low concentrations of CO2 in the flue gas Common Solvent is MEA Steps to Absorption
Lean
A B S O R B E R
22
CARBON CAPTURE:
Pressure Swing Adsorption
PSA process High potential Choosing solvents carefully
23
CARBON STORAGE:
Ocean Sequestration
Ocean storage depends on depth of injection Vertical Injection Inclined pipeline Dry ice/solid CO2 option Pipe towed by ship Gas Life Advanced Dissolution (GLAD) method Hydrate option Emulsion option
稳 定 塔
补充吸收剂 稳定汽油
富吸油
吸收稳定系统的作用是将富气和粗汽油分离为干气、液态烃和稳定汽油
海洋吸收二氧化碳能力超预想
海洋中存在着海雪现象。所谓海雪， 就是海洋表面大量含碳的有机物碎片 会沉入海底，仿佛降雪一般。据一项 最新的研究发现，海雪能够比原先预 想的吸收更多的二氧化碳。每年海洋 浮游植物能够从大气中吸收转化100 亿吨碳。浮游植物的碎片从海洋表面 向下降落，被海洋里的生物吃掉，又 转化为二氧化碳。只有非常少的一部 分海洋浮游植物的碎片能够沉入海底 。但是只要这种碳循环系统稍微发生 变化，就可能对遏制全球变暖的趋势 有重大意义。
38
3、吸收塔内的浓度分布
不同组分在吸收塔的不同塔段吸收程度是不同 的。 挥发度小的组分属易溶组分，主要在塔底附近 被吸收。 挥发度大的组分属难溶组分，主要在塔顶附近 被吸收。 关键组分（规定了吸收要求的组分）在全塔范 围内均被吸收。
39
用 重 贫 油 吸 收 C1
～
C5 正 构 烷 烃 的 吸 收 过 程
获得产品：将气体中的有效组分吸收下来得到 成品。此时吸收剂无需解吸。如水吸收HCl气 体制盐酸。 气体混合物的分离：选择性地吸收气体中的某 个组分达到分离目的。此时吸收剂需解吸。如 用二甲基甲酰胺（DMF）从裂解气中分离提纯 乙炔。 气体净化：包括原料气的净化或尾气、废气的 净化。此时吸收剂需解吸。
40
多组分吸收的特点：
至少有两股进料 一般不能按理想物系处理 不能按恒摩尔流处理 温度分布复杂
41
3.5.2 多组分吸收和解吸的简捷计算法
简捷计算法的常见类型： （1） 平均吸收因子法 √ （2） 平均有效吸收因子法 （3） 解吸（蒸出）因子法
重点介绍并掌握吸收过程的简捷计算法
42
一、设计变量和关键组分
Reduction into Formic Acid
University of Leeds in England CO2 [+ Hydrogen] > Formic Acid?
26
Applications
Separate gas mixture Remove impurities, contaminants, pollutants from gas mixture Recover valuable gas chemicals Prepare liquid solution of some gases
8
Stripping
Stripping is the opposite of absorption, in which one or more components in a liquid stream is removed by being vaporized into an insoluble gas stream In this situation, the gas stream is the separating agent
7
Absorption
Absorption is the unit operation where one or more components of a gas stream are removed by being absorbed in a non-volatile liquid (solvent) In this case, solvent is the separating agent
组分i 的吸收率=
vN +1,i − v1,i vN +1,i
44
二、吸收因子法
尾气V1 L0吸收剂
1 . . n-1
vn v n+1
l n-1 ln
n n+1 . . N
原料气VN+1
LN吸收液
v ——气相流股中组分i 的流率
l ——液相流股中组分i 的流率
45
对第n板上的i 组分作物料衡算： 尾气V1
21
CARBON CAPTURE:
Cryogenic Fractionation
Separation of gases through cooling until they enter their liquid states Due to different Heats of Vaporization, a liquid/gas mixture can then be separated Used for high concentrations Flue gases typically have low concentrations
10
Absorption Unit
Pure Gas Out A= 5 mole Pure Liquid In A= 0 mole
Gas In A= 20mole Liquid Out A= 15 mole
11
12
粗汽油 压缩富气 解吸气
液化气 干气 轻柴油 再 吸 收 塔 吸 收 塔
c
解 析 塔
美找到二氧化碳捕捉新方法 离子液体作为吸收剂 美国海军利用海水中的二氧化碳生产燃油 “光合作用”：阳光将二氧化碳和水变成生物燃料
英国发明可吸收二氧化碳的水泥
以镁硅酸盐为基础原 料，它不仅在制造过 程中比标准水泥需要 的热量少，而且在硬 化过程中还能够有效 吸收空气中的大量的 二氧化碳，这使得生 产总体上是“碳负 性”(carbon-negative) 的
ln −1 + vn +1 = ln + vn （3-65）
24
CARBON STORAGE:
Geological Sequestration
25
FUTURE TECHNOLOGIES:
Reduction into Useful Fuels
Brookhaven National Laboratory CO2 + Solar Energy > Hydrocarbons?
17
Carbon Capture and Storage
18
Capture Technologies
Chemical Absorption Polymer Membrane Cryogenic Fractionation Pressure Swing Adsorption
Storage Technologies
2
3.5.1 多组分吸收和解吸过程 一、基本概念
吸收：气体混合物中一种或多种组分从气相 转移到液相的过程。
解吸：吸收的逆过程。溶质从液相中分离出来 转移到气相的过程。
3
利用混合气体中的一个或几个组分 在某一液体中有大的溶解度或发生化学 反应，使之与气体中的其它组分分离的 过程称为吸收。吸收操作中加入的液体 溶剂称为吸收剂，能被吸收剂吸收的组 分称为吸收质，吸收了吸收质的液体溶 剂称为吸收液，被吸收剂处理后的气体 称为尾气。
固定设计变量：
N x = (C + 2) + (C ′ + 2 ) + N
原料气 2 . . . N
可调设计变量：
Na = 0 + 0 + 0 +1 = 1
原料气VN+1 吸收液LN
分配器 侧线采出 传热单元 串级
43
对于设计型设计计算，需规定一个组分 的分离要求。如规定关键组分在尾气中 的含量或关键组分的吸收率。
36
六、吸收过程分析
1、吸收塔内的流率分布
气相 液相 单向传质过程
尾气V1 吸收剂L0
1 2 . . . N
吸收剂由于吸收了气体中的溶 质流量不断增加，气体的流量 则相应减小。因此，沿塔高方 向自上而下，气、液相流率均 增大。不能视为恒摩尔流。
原料气VN+1
吸收液LN
37
2、吸收塔内的温度分布
由于吸收过程热效应的影响，吸收塔内温度分 布很复杂。 使液相温度提高。 a) 溶质的吸收热：放热过 程。 b) 气液两相互相接触而直接传 温度分布出现极 值。 c) 热： 溶剂部分气化的汽化潜 使液相温度降低。 热： d) 流体体系与环境之间传热
3.5 吸收和解吸
主要内容及要求：
学习并掌握多组分吸收过程特性分析和简捷 计算
3.5.1 3.5.2
多组分吸收和解吸过程 多组分吸收和解吸的简捷计算法
1
Requirements
The process characteristics analysis of multicomponent, multistage absorption Separations Kremser group method for multicomponent, multistage absorption Separations
4
尾气V1
吸收剂L0
1 2 . . . N
原料气VN+1
吸收液LN
逆流吸收塔示意图
5
二、吸收过程分类
溶 质 数 吸收温度
单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
吸收质与吸收剂的相互作用
物理吸收√ 可逆化学吸收 一乙醇胺溶液吸收CO2 化学吸收 不可逆化学吸收 硫酸吸收氨气生成硫酸胺
6
三、吸收过程应用
34
四、吸收过程原理
物理吸收的热力学基础是气体混合物中 的各个组分在某液体吸收剂中的溶解度 不同，根据溶解度差异实现分离。吸收 推动力是气相中溶质的实际分压与溶液 中溶质的平衡蒸汽压力之差。
35
五、吸收和解吸流程
补充吸收剂
吸 收 塔 原料气
解 吸 塔 解吸用气体
（水蒸汽或惰性气体）
吸收－解吸的双塔流程
16
中国二氧化碳捕集示范工程
2008年由中澳合作的国内首座燃煤电厂烟气二 氧化碳捕集示范工程———华能北京热电厂二 氧化碳捕集工程，成功捕集并提纯出1500余吨 纯度为99.99%的二氧化碳，循环后的碳被用于 可乐等碳酸饮料和干冰的制作。这标志着二氧 化碳气体减排技术首次在我国燃煤发电领域得 到应用。自建成以来，经过紧张施工、调试、 试生产，二氧化碳回收率大于85%，年可回收 二氧化碳3000吨。
Rich
S T R I P P E R
RB
Flue Gas
20
CARBON CAPTURE:
Polymer Membrane
Porous Inorganic Membranes Steps for Membrane Separation Hollow Fiber Membrane Example Common Solvent is still MEA
9
Simpler than distillation
In both absorption and stripping operations, the columns are simpler than the distillation column for the fact that condensers and reboilers are normally not required
Ocean Sequestration Geological Sequestration
Future Technologies
Reduction of CO2 into Useful Fuels Reduction of CO2 into Formic Acid
19
CARBON CAPTURE:
Chemical Absorption
Lean
A B S O R B E R
22
CARBON CAPTURE:
Pressure Swing Adsorption
PSA process High potential Choosing solvents carefully
23
CARBON STORAGE:
Ocean Sequestration
Ocean storage depends on depth of injection Vertical Injection Inclined pipeline Dry ice/solid CO2 option Pipe towed by ship Gas Life Advanced Dissolution (GLAD) method Hydrate option Emulsion option
稳 定 塔
补充吸收剂 稳定汽油
富吸油
吸收稳定系统的作用是将富气和粗汽油分离为干气、液态烃和稳定汽油
海洋吸收二氧化碳能力超预想
海洋中存在着海雪现象。所谓海雪， 就是海洋表面大量含碳的有机物碎片 会沉入海底，仿佛降雪一般。据一项 最新的研究发现，海雪能够比原先预 想的吸收更多的二氧化碳。每年海洋 浮游植物能够从大气中吸收转化100 亿吨碳。浮游植物的碎片从海洋表面 向下降落，被海洋里的生物吃掉，又 转化为二氧化碳。只有非常少的一部 分海洋浮游植物的碎片能够沉入海底 。但是只要这种碳循环系统稍微发生 变化，就可能对遏制全球变暖的趋势 有重大意义。
38
3、吸收塔内的浓度分布
不同组分在吸收塔的不同塔段吸收程度是不同 的。 挥发度小的组分属易溶组分，主要在塔底附近 被吸收。 挥发度大的组分属难溶组分，主要在塔顶附近 被吸收。 关键组分（规定了吸收要求的组分）在全塔范 围内均被吸收。
39
用 重 贫 油 吸 收 C1
～
C5 正 构 烷 烃 的 吸 收 过 程
获得产品：将气体中的有效组分吸收下来得到 成品。此时吸收剂无需解吸。如水吸收HCl气 体制盐酸。 气体混合物的分离：选择性地吸收气体中的某 个组分达到分离目的。此时吸收剂需解吸。如 用二甲基甲酰胺（DMF）从裂解气中分离提纯 乙炔。 气体净化：包括原料气的净化或尾气、废气的 净化。此时吸收剂需解吸。
40
多组分吸收的特点：
至少有两股进料 一般不能按理想物系处理 不能按恒摩尔流处理 温度分布复杂
41
3.5.2 多组分吸收和解吸的简捷计算法
简捷计算法的常见类型： （1） 平均吸收因子法 √ （2） 平均有效吸收因子法 （3） 解吸（蒸出）因子法
重点介绍并掌握吸收过程的简捷计算法
42
一、设计变量和关键组分
Reduction into Formic Acid
University of Leeds in England CO2 [+ Hydrogen] > Formic Acid?
26
Applications
Separate gas mixture Remove impurities, contaminants, pollutants from gas mixture Recover valuable gas chemicals Prepare liquid solution of some gases
8
Stripping
Stripping is the opposite of absorption, in which one or more components in a liquid stream is removed by being vaporized into an insoluble gas stream In this situation, the gas stream is the separating agent
7
Absorption
Absorption is the unit operation where one or more components of a gas stream are removed by being absorbed in a non-volatile liquid (solvent) In this case, solvent is the separating agent
组分i 的吸收率=
vN +1,i − v1,i vN +1,i
44
二、吸收因子法
尾气V1 L0吸收剂
1 . . n-1
vn v n+1
l n-1 ln
n n+1 . . N
原料气VN+1
LN吸收液
v ——气相流股中组分i 的流率
l ——液相流股中组分i 的流率
45
对第n板上的i 组分作物料衡算： 尾气V1
21
CARBON CAPTURE:
Cryogenic Fractionation
Separation of gases through cooling until they enter their liquid states Due to different Heats of Vaporization, a liquid/gas mixture can then be separated Used for high concentrations Flue gases typically have low concentrations
10
Absorption Unit
Pure Gas Out A= 5 mole Pure Liquid In A= 0 mole
Gas In A= 20mole Liquid Out A= 15 mole
11
12
粗汽油 压缩富气 解吸气
液化气 干气 轻柴油 再 吸 收 塔 吸 收 塔
c
解 析 塔
美找到二氧化碳捕捉新方法 离子液体作为吸收剂 美国海军利用海水中的二氧化碳生产燃油 “光合作用”：阳光将二氧化碳和水变成生物燃料
英国发明可吸收二氧化碳的水泥
以镁硅酸盐为基础原 料，它不仅在制造过 程中比标准水泥需要 的热量少，而且在硬 化过程中还能够有效 吸收空气中的大量的 二氧化碳，这使得生 产总体上是“碳负 性”(carbon-negative) 的
ln −1 + vn +1 = ln + vn （3-65）
24
CARBON STORAGE:
Geological Sequestration
25
FUTURE TECHNOLOGIES:
Reduction into Useful Fuels
Brookhaven National Laboratory CO2 + Solar Energy > Hydrocarbons?
17
Carbon Capture and Storage
18
Capture Technologies
Chemical Absorption Polymer Membrane Cryogenic Fractionation Pressure Swing Adsorption
Storage Technologies
2
3.5.1 多组分吸收和解吸过程 一、基本概念
吸收：气体混合物中一种或多种组分从气相 转移到液相的过程。
解吸：吸收的逆过程。溶质从液相中分离出来 转移到气相的过程。
3
利用混合气体中的一个或几个组分 在某一液体中有大的溶解度或发生化学 反应，使之与气体中的其它组分分离的 过程称为吸收。吸收操作中加入的液体 溶剂称为吸收剂，能被吸收剂吸收的组 分称为吸收质，吸收了吸收质的液体溶 剂称为吸收液，被吸收剂处理后的气体 称为尾气。
固定设计变量：
N x = (C + 2) + (C ′ + 2 ) + N
原料气 2 . . . N
可调设计变量：
Na = 0 + 0 + 0 +1 = 1
原料气VN+1 吸收液LN
分配器 侧线采出 传热单元 串级
43
对于设计型设计计算，需规定一个组分 的分离要求。如规定关键组分在尾气中 的含量或关键组分的吸收率。
36
六、吸收过程分析
1、吸收塔内的流率分布
气相 液相 单向传质过程
尾气V1 吸收剂L0
1 2 . . . N
吸收剂由于吸收了气体中的溶 质流量不断增加，气体的流量 则相应减小。因此，沿塔高方 向自上而下，气、液相流率均 增大。不能视为恒摩尔流。
原料气VN+1
吸收液LN
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2、吸收塔内的温度分布
由于吸收过程热效应的影响，吸收塔内温度分 布很复杂。 使液相温度提高。 a) 溶质的吸收热：放热过 程。 b) 气液两相互相接触而直接传 温度分布出现极 值。 c) 热： 溶剂部分气化的汽化潜 使液相温度降低。 热： d) 流体体系与环境之间传热
3.5 吸收和解吸
主要内容及要求：
学习并掌握多组分吸收过程特性分析和简捷 计算
3.5.1 3.5.2
多组分吸收和解吸过程 多组分吸收和解吸的简捷计算法
1
Requirements
The process characteristics analysis of multicomponent, multistage absorption Separations Kremser group method for multicomponent, multistage absorption Separations
4
尾气V1
吸收剂L0
1 2 . . . N
原料气VN+1
吸收液LN
逆流吸收塔示意图
5
二、吸收过程分类
溶 质 数 吸收温度
单组分吸收 多组分吸收 等温吸收 非等温吸收
吸收质与吸收剂的相互作用
物理吸收√ 可逆化学吸收 一乙醇胺溶液吸收CO2 化学吸收 不可逆化学吸收 硫酸吸收氨气生成硫酸胺
6
三、吸收过程应用
34
四、吸收过程原理
物理吸收的热力学基础是气体混合物中 的各个组分在某液体吸收剂中的溶解度 不同，根据溶解度差异实现分离。吸收 推动力是气相中溶质的实际分压与溶液 中溶质的平衡蒸汽压力之差。
35
五、吸收和解吸流程
补充吸收剂
吸 收 塔 原料气
解 吸 塔 解吸用气体
（水蒸汽或惰性气体）
吸收－解吸的双塔流程
16
中国二氧化碳捕集示范工程
2008年由中澳合作的国内首座燃煤电厂烟气二 氧化碳捕集示范工程———华能北京热电厂二 氧化碳捕集工程，成功捕集并提纯出1500余吨 纯度为99.99%的二氧化碳，循环后的碳被用于 可乐等碳酸饮料和干冰的制作。这标志着二氧 化碳气体减排技术首次在我国燃煤发电领域得 到应用。自建成以来，经过紧张施工、调试、 试生产，二氧化碳回收率大于85%，年可回收 二氧化碳3000吨。
Rich
S T R I P P E R
RB
Flue Gas
20
CARBON CAPTURE:
Polymer Membrane
Porous Inorganic Membranes Steps for Membrane Separation Hollow Fiber Membrane Example Common Solvent is still MEA
9
Simpler than distillation
In both absorption and stripping operations, the columns are simpler than the distillation column for the fact that condensers and reboilers are normally not required
Ocean Sequestration Geological Sequestration
Future Technologies
Reduction of CO2 into Useful Fuels Reduction of CO2 into Formic Acid
19
CARBON CAPTURE:
Chemical Absorption