复合催化碳酸钾脱除二氧化碳溶液的制作方法

专利名称:复合催化碳酸钾脱除二氧化碳溶液的制作方法
本发明是关于从含酸性气体的混合气体中脱除CO2一种新的，更有效的吸收溶液的发明。
碳酸钾溶液法广泛地应用于合成氨和制氢原料气、城市煤气、天然气等混合气中脱除CO2和H2S，一般用含25%以上的碳酸钾溶液与气体混合物相接触，溶液吸收CO2后进入再生塔，用蒸汽汽提使酸性气体从溶液中解吸，但单纯碳酸钾溶液吸收CO2和解吸的速度都较慢，因此CO2净化度低，热耗高。在碳酸钾溶液中添加各种催化剂可以加速溶液吸收和解吸CO2的速度。意大利专利545，908报导了在碳酸钾溶液中加入As2O3或氨基乙酸作催化剂(氨基乙酸法)，As2O3有毒，氨基乙酸作催化剂的吸收速度慢，溶液不稳定。美国专利2，886，405是用二乙醇胺作催化剂(二乙醇胺法)，此法再生时热耗大，溶液吸收能力低。另外如Catacarb法对使用的催化剂成份保密，催化剂溶液用桶装出售给使用厂。
本发明的目的是采用一种新型，更有效的复合催化碳酸钾溶液脱除CO2，它与目前已有的其它催化碳酸钾溶液法相比，具有吸收和解吸CO2速度快，热耗低，溶液稳定等特点。
复合催化碳酸钾溶液是在碱性物质碳酸钾溶液中添加由氨基乙酸，二乙醇胺和硼酸组成的复合催化剂，各组份起的作用如下
1.氨基乙酸它与CO2有很高的分子反应速度常数，具有引导CO2由气相迅速转入液相的作用，其化学反应式如下

即CO2首先与氨基乙酸反应生成氨基甲酸酯，然后氨基甲酸酯水介重新生成可以利用的游离胺，因此胺的催化作用在很大程度上取决于氨基甲酸酯的水解速度。
2.二乙醇胺当它与氨基乙酸一起加入到碳酸钾溶液时，增大溶液吸收CO2的能力，并促进上述氨基甲酸酯的水解反应，使游离胺快速再生出来重新用于增快CO2的吸收。
3.硼酸硼酸对溶液的解吸起很大的促进作用，提高解吸速度，使溶液再生得更完全，它不仅有利于溶液的循环再吸收，提高溶液的吸收效率，而且可以明显地降低溶液的再生热耗。
实际的反应机理较为复杂，硼酸与羟基作用生成酯和氨基作用生成硼酸氨盐，因此对于碳酸钾溶液吸收CO2和解吸的速度加快是属于综合的复合催化效果。
复合催化碳酸钾溶液的浓度是K2CO315～30%，二乙醇胺10～30克/升，氨基乙酸10～20克/升，硼酸15～30克/升，总钒(以KVO3计)5～10克/升。实际使用的溶液浓度取决于被处理气的组份，要求的净化度以及吸收的温度和压力。
本发明的吸收溶液腐蚀性小，副反应小，在溶液中添加5～10克/升的V2O5可以抑制对碳钢的腐蚀。
本发明溶液与其它催化的碳酸钾溶液吸收CO2的速度对比如表1。从表可见复合催化碳酸钾溶液与表中其它催化溶液相比具有较快的吸收速度。
复合催化的碳酸钾溶液与其它二种催化溶液的解吸速度对比如图1所示。在图1上表示的是溶液在再生时再生度降低值随时间的变化关系，从图可见本发明溶液在同一时间内再生度降低值最大，这表示解吸速度最快。
表1.各种催化碳酸钾溶液吸收速度对比

本发明一般采用两段再生，两段吸收的工艺流程，流程示意如图2。原料气进入吸收塔1的底部，在塔内与吸收溶液逆流接触除去气体中的CO2，净化气经冷却后送往下一工序，从吸收塔底部出来的含CO2富液减压后进入再生塔2顶部喷淋并被加热，再生塔中部出来的溶液为半贫液，用半贫液泵3打入吸收塔中部喷淋，另一部分溶液经再生塔下段，由煮沸器6供应的蒸汽进一步加热再生，从再生塔底部出来的贫液泵4打入冷却器5后入吸收塔顶部喷淋。
使用复合催化的碳酸钾溶液脱除CO2的主要工艺条件
吸收塔操作压力 12～30公斤/厘米2(绝对)
吸收塔贫液温度80～90℃
吸收塔半贫液温度105～115℃
贫液转化率20～25%Fc＝0.2～0.25
半贫液转化率40～45%Fc＝0.4～0.45
富液转化率80～90%Fc＝0.8～0.9
再生塔底部压力 1～2 公斤/厘米2(绝对)
再生塔底部温度110～125℃
净化气中CO2含量 ＜0.1%
再生气中CO2含量 ＞98%
复合催化碳酸钾溶液脱除CO2工艺与目前世界上较先进的二乙醇胺法，氨基乙酸法的技术经济指标如表2。
表2.技术经济指标对比

从表2可见，本发明溶液的吸收CO2能较现有工业上使用的二乙醇胺法，氨基乙酸法高，再生热耗低20～25%。
本发明的溶液的配制可以利用原来生产上使用的二乙醇胺法或氨基乙酸法溶液按本发明的溶液组成加入其它催化剂，无论是新配制或利用旧溶液配制成的复合催化剂碳酸钾溶液都需要在一静止槽中熟化约12小时后才能打入系统使用，这样可以避免溶液起泡。在一般情况下不需要加入消泡剂，在起泡时可以短时间内开用活性炭过滤器以除去起泡物质。
综上所述，本发明的溶液优点是吸收和解吸CO2的速度快，溶液吸收CO2能力高，再生能耗低，溶液稳定，可以利用原氨基乙酸溶液或二乙醇胺溶液配制。
实例1
在处理气量为34000NM3/hr的工业装置中，吸收压力为18公斤/厘米2，采用两段吸收与两段再生的工艺流程，原来采用K2O200克/升，氨基乙酸50克/升成份的溶液(氨基乙酸法)脱除CO2，进气CO228%，净化气中CO2含量＞0.3%。改用复合催化热钾碱溶液，溶液成份为K2O200克/升，氨基乙酸15克/升，二乙醇胺20克/升，硼酸20克/升，钒(以KVO3计)10克/升，净化气中CO2降至＜0.1%。
实例2
一工厂处理气量36000NM3/hr的工业装置，吸收压力18公斤/厘米2，原来用K2O200克/升，氨基乙酸30克/升的氨基乙酸催化碳酸钾溶液脱除CO2，进气CO227%，净化气中CO21%，再生热耗为1200Kcal/NM3，现改用复合催化剂碳酸钾溶液，溶液成份为K2O200克/升，氨基乙酸15克/升，二乙醇胺15克/升，硼酸20克/升。在维持原操作情况下，净化气中CO2降至0.6%，再生热耗降至850Kcal/NM3CO2。
权利要求
1、采用复合催化剂碳酸钾溶液脱除混合气体中CO2，其特点在于该复合催化剂是由氨基乙酸、二乙醇胺和硼酸组成。
2、根据第1项权利要求
吸收液的组份K2CO315～30%，二乙醇胺10～30克/升，氨基乙酸10～20克/升，硼酸15～30克/升，总钒(以KVO3计)5～10克/升。
3、可利用原生产厂使用单一催化剂(如氨基乙酸或二乙醇胺)的碳酸钾溶液加入其它成份按第2项组份配制复合催化剂碳酸钾溶液。
4、根据第2项权利要求
及第3项配制好的溶液需在一槽中静置12小时以上，使溶液熟化后再打入系统。
5、当溶液中积累发泡物质后，采用活性炭过滤器间歇或连续操作从吸收液中除去。
专利摘要
本发明是关于从含酸性气体的混合气体中脱除CO2一种新的，更有效的吸收液的发明。 本发明采用一种含复合催化剂的碳酸钾溶液脱除CO2，它与目前工业上已用或专利报导的其它有机胺催化的碳酸钾溶液法相比，具有吸收和解吸CO2的速度快，溶液吸收能力高，再生时热耗低，溶液稳定等特点。 本发明所用成分和浓度为K2CO315～30％，二乙醇胺10～30克/升，氨基乙酸10～20克/升，硼酸15～30克/升，总钒(以KVO3计)5～10克/升，该溶液用于从合成氨原料气、城市煤气、天然气等混合气体中脱除CO2。
文档编号B01D53/14GK85103855SQ85103855
公开日1986年11月5日 申请日期1985年5月8日
发明者朱世勇, 彭彼得 申请人:南京化学工业公司研究院