废气中CO2脱除工艺

废气中CO2脱除工艺探讨

摘要：本文介绍了废气中二氧化碳脱除的几种主要工艺，即吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法、o2/co2 循环燃烧法，并阐述了各自的原理、工艺流程、主要操作条件、工艺特点及适用对象与条件。

关键字：co2；脱除工艺；废气

co2的存在给气体的输送和深加工带来许多危害。首先，co2的含量过高会降低气体的热值和管输能力；其次，如果co2的含量过高，低温时，它会成为固相（即干冰）析出，从而堵塞管道；第三，co2腐蚀也是一个不容忽视的严重问题。在水溶液存在的情况下，气体中的co2会对设备、管道造成严重的腐蚀。

1废气中co2主要脱除工艺的原理、工艺流程及主要操作条件

从废气中分离回收co2的技术主要有吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法、o2/co2 循环燃烧法等。

1.1吸收分离法

按照吸收分离原理的不同，又可分为物理吸收法和化学吸收技术。

物理吸收法的原理是利用各组分在溶剂中的溶解度随着压力、温度变化的原理来进行分离，从而达到分离处理二氧化碳的目的。在整个吸收过程中不发生化学反应，因而消耗的能量要比化学吸收法要少，通常物理吸收法中吸收剂吸收二氧化碳的能力随着压力增加和温度降低而增大，反之则减小。物理吸收法由于co2在溶剂中的

溶解服从亨利定律，因此这种方法仅适用于co2分压较高的条件下。化学吸收法的原理主要是采用碱性溶液对co2气体进行溶解分离，然后通过脱吸分离出co2气体，同时对溶剂进行再生的过程。典型的化学吸收溶剂主要有钾碱或钠碱、氨水、醇胺类水溶液（如mea、dea和mdea等） [6]。

化学吸收法工艺流程是使烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，co2 被吸收至溶剂中形成富液，富液进入解析塔加热分解出二氧化碳，吸收与脱吸交替进行，从而实现二氧化碳的分离回收。

化学吸收法根据化学吸收剂种类的不同，化学吸收法可以分为以下几种工艺：

（1）胺类吸收法

以乙醇胺类作吸收剂的方法有mea法（一乙醇胺）、dea法（二乙醇胺）及mdea（n-甲基二乙醇胺）法等。他们可以降低吸收液的腐蚀并提高其抗降解性，常常用来脱除酸性气体。胺基类溶剂的蒸汽压一般比较低，因此可以在较高的浓度下进行操作，从而可以提高co2 的吸附负荷。mea水溶液与co2反应生成碳酸盐化合物，升温加热就可以使co2分解出来。这种方法能在简单的装置中将co2脱除到浓度为0.1%左右。但是mea碱性较强，能与co2进一步生成比较稳定的碳酸盐，还能与mea生成腐蚀性较强的氨基甲酸甲酯，因此其再生热耗较高。 dea作化学吸收剂得到了广泛应用，它可以净化含硫化物的气体，且沸点较mea高，但是dea溶液净化时达不到mea溶液净化时的高净化度，且dea溶液的吸收能力比mea差，

价格也贵些。活性mdea法所用吸收剂为45～50%的mdea水溶液，添加少量活化剂如哌嗪以增加吸收速率。mdea 即n-甲基二乙醇胺，mdea在水溶液中与co2反应，生成不稳定的碳酸氢盐；而dea在水溶液中易与co2反应。生成胺基甲酸盐，且能将吸收的co2快速传递给mdea，本身得到再生，起到活化剂作用，吸收co2后的富液再生反应碳酸氢盐不稳定，因此，溶液再生比较容易。通过闪蒸和蒸汽汽提，解吸就很安全。

加入活化剂后改变了mdea溶液吸收co2的历程。活化剂起了传递co2的作用，加速了反应速度，活化剂在表面吸收了co2，然后向液相mdea传递co2，而活化剂又被再生[2，6，7]。

（2）碳酸盐类吸收法

在热钾碱工艺中，co2的吸收、解吸过程是在碳酸钾水溶液中的可逆反应，此法包括一个在加压下的吸收阶段和一个常压下再生阶段，吸收温度等于或接近再生温度。采用冷的支路，特别具有支路的两段再生流程可以得到高的再生效率，从而使净化尾气中的co2分压很低。这种脱除co2的方法在工业上得到了广泛的应用，其吸收能力为水洗法的5倍，热耗电耗均大幅度下降。但是高温下k2co3水溶液吸收法再生能耗大，选择性差，且co2气体负荷容量大，需要很高的循环速度和大量的吸收塔，对设备的腐蚀也比较严重。改良的热碳酸钾法通过向溶液中添加活化剂和缓蚀剂，加快了碳酸钾吸收co2的速率，降低了溶液对设备的腐蚀[2，6，10]。

另外以氨水作为吸收液也是常用的方法，氨水吸收原理是利用碱

性吸收溶液与烟气中的co2接触并发生化学反应，形成不稳定盐类，其中，吸收剂吸收能力受化学反应平衡的限制，在一定的条件下可逆向分解释放出co2，从而将co2从烟气中分离并富集，进行再利用或后处理，同时使吸收剂co2担载能力得到再生[1]。

1.2吸附分离法

吸附分离是基于混合气体中各组分分子与吸附剂表面上的活性

点之间的引力差异来实现的。由于二氧化碳本身的分子空间结构、分子极性等固有性质，一些吸附剂对混合气体中二氧化碳组分的吸附能力比其它组分强。因此当混合气体在一定压力下通过吸附剂床层时，吸附剂将选择吸附强吸附质co2组分，而难吸附组分则从吸附床出口排出。

吸附法按原理可分为变压吸附法（psa）法和变温吸附法（tsa）法、变温变压吸附法（ptsa）及高温吸附。psa法是基于固态吸附剂对原料气中co2有选择性吸附作用，在高压时吸附，低压解吸的方法，目前工业上较多采用变压吸附法。tsa法是通过改变吸附剂的温度来进行吸附和解吸的。吸附法常用吸附剂：沸石、活性炭、分子筛、氧化铝凝胶等。

变压吸附是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分又有选择性吸附的特性，加压吸附除去原料气中杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床循环变动所组合的各吸附床压力，达到连续分离气体混合物的目的

变压吸附法，利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择性吸附变换气中的气态水、有机硫、无机硫及co2，变换气先进入提纯段处于吸附状态的吸附床吸附，当吸附床吸附饱和后，通过20次均压降充分回收床层死空间中的h2和n2 同时增加床层死空问中的co2浓度，操作全过程在入塔原料气温度下进行。

常采用的工艺流程是四步循环，即吸附、放压、置换、抽空。co2分子的空间结构及分子极性等固有性质使其吸附能力比ch4强。当天然气在吸附压力下通过装有吸附剂的床层时，co2被吸附在床层内，ch4则从吸附塔出口排出。在抽空过程中，co2被抽出，吸附剂得以再生[8]。

1.3膜法

膜法又分为膜（致密）分离法和膜（微孔）吸收法两类。

膜分离技术的原理是依靠待分离混合气体在膜中具有不同的溶解度和扩散系数，导致相对渗透速率不同，在膜两侧的压力差作用下，使得渗透速率较快的组分在膜的渗透侧被富集，渗透速率较慢的组分的在膜的滞留侧被富集，形成渗透气流和滞留气流，从而达到将混合气体分离的目的。

气体分离薄膜的分离能力取决于薄膜材料的选择性和两个过程参数：穿透气流对总气流的流量比和压力比。目前常见的气体膜分离机理有两种：其一，气体通过多孔膜的微孔扩散机理；其二，气体通过非多孔膜的溶解一扩散机理[3]。

膜吸收技术是将膜和普通吸收、解吸相结合而出现的一种新型膜