吸收过程及应用中的CO2解吸技术

在化工生产中有时需要将吸收得到的溶质气体从液体中释放出来，这种使溶质从溶液里脱除的过程称为解吸（或脱吸），例如为从液态烃洗涤石油裂解气后获得乙烯和丙烯，必须进行解吸操作。解吸经常伴随吸收而构成生产上的一个完整的流程。例如在合成氨原料气的净化、精制过程中需要除去CO2 气体，而CO2 又是制取尿素、碳酸氢铵和干冰的原料。将含30%CO2 的合成氨原料气从底部送入吸收塔，塔顶喷以乙醇胺液体，乙醇胺吸收了CO2后从塔底部排出，从塔顶排出的气体中含CO2 可降到0.2%～0.5%，如图5-3所示。将吸收塔底排出的含CO2 乙醇胺溶液用泵送至加热器，加热至130℃左右后从解吸塔顶喷淋下来，塔底通入水蒸气，CO2 在高温、低压（约3×105 Pa）下从溶液中解吸。解吸塔顶排出的气体经冷却、冷凝后得到可用的CO2。解吸塔底排出的溶液经冷却降温（约50℃）加压（约18×105 Pa）后仍作为吸收剂。这样，吸收剂可循环使用，溶质气体也可回收再利用。

图5-3 合成氨原料气的净化、精制过程

由此可知，用吸收操作来进行气体混合物的分离，必须解决下述三方面的问题：

（1）选择合适的溶剂；

（2）提供传质设备以实现汽液两相的接触，使溶质从气相转移至液相；

（3）溶剂的再生。

吸收的操作费用除输送气体、液体至吸收设备所需的能量费用之外，主要是溶剂再生的费用，因为溶剂在吸收设备与解吸设备间的循环，以及中间的加热、冷却、加压等要消耗较多的能量。若溶剂对溶质的溶解能力差，离开吸收设备的溶液中溶质的浓度就低，则所需溶剂循环量大，使能量消耗加大，同时再生时的能量消耗也加大。因此，溶剂对溶质溶解能力的大小对节约能量有重要意义。

吸收剂性能是吸收操作良好与否的关键，评价吸收剂性能优劣的依据是：

（1）对需吸收的组分要有较大的溶解度；(www.xing528.com)

（2）对所处理的气体要有较好的选择性，即对溶质的溶解度甚大而对惰性气体几乎不溶解；

（3）要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶剂的挥发损失；要有较好的化学稳定性，以免使用过程中变质；

（4）吸收后的溶剂应易于再生。

此外，溶剂应有较低的黏度，不易起泡，还应尽可能满足来源丰富、价格低廉、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。实际上很难找到一种能够满足所有这些要求的溶剂，因此，对可供选用的溶剂应在经济评价后合理地选取。

吸收设备有多种形式，以塔式设备最为常用，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。图5-4（a）所示为板式塔的示意图。液体自塔顶进入，气体自塔底向上通过板上小孔逐板上升，在每块板上与溶剂接触，溶质部分地溶解于溶剂中，气体每经过一块塔板，溶质浓度阶跃式地下降一次。溶剂自塔顶逐板下降，溶质浓度阶跃式地逐板升高，故该类设备又称级式接触设备。图5-4（b）所示为吸收中较为常用的填料塔的示意图。塔内充以诸如瓷环之类的填料，液体在填料表面逐渐下流，气体通过各个填料的间隙上升，与液体作连续地逆流接触。气体中的溶质不断地被吸收，浓度自下而上连续降低；液体则相反，其浓度由上而下连续地增高，故该类设备又称为微分接触设备。目前，板式塔与填料塔采用两种不同的计算方法。

图5-4 两类吸收设备

吸收操作在工程中广泛用于气体混合物的分离，常采用吸收操作的有：工业生产中气体的净化，例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，除去工业放空尾气中的有害物质如H2 S、SO2 等；气体中有用组分的回收，如用液态烃吸收石油裂解气中的乙烯和丙烯；某些液体产品的制取，如用水吸收二氧化氮制取硝酸，用硫酸吸收三氧化硫制取发烟硫酸等。