变压吸附应用于糖厂锅炉烟道气CO2提纯的研究

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1、658化工机械2013年变压吸附应用于糖厂锅炉烟道气G02提纯的研究+黄世钊”1陈红华1袁荣华1周锡文2李小良1罗孝丰1(1．广西大学化学化工学院；2．广西来宾永鑫糖业有限公司)摘要对变压吸附系统将糖厂锅炉Hilt气低浓度C0：提纯并应用于亚硫酸法澄清工艺进行阐述和分析。把系统浓缩的CO：送至蔗糖澄清工段进行饱充，可减少糖浆澄清的硫、磷用量，降低糖品杂质含量、提高糖品质量，减轻环境污染。关键词锅炉变压吸附烟道气CO：提纯中图分类号TQ054文献标识码A文章编号0254-6094(2013)05-0658-04占我国

2、蔗糖产量2／3的广西糖厂每年通过锅炉烟道向大气排放约1145万tCO：⋯，落实处理糖厂锅炉烟道气有积极的现实意义。目前工业上分离回收CO：的方法主要有吸收分离法、吸附分离法、膜分离法、低温蒸馏法及催化燃烧法等。其中变压吸附具有稳定性好、适应性强、操作简便、自动化程度高、能耗低及无腐蚀污染等优点旧1。笔者主要对变压吸附法首次实际应用于甘蔗糖厂锅炉烟道气的分离回收进行分析研究。1变压吸附系统变压吸附系统是干法工艺控制系统，最早应用此技术申请专利的是1958年的Ska加om，与此同时GuefindeMontgareuil

3、和Domine也在法国申请了专利口】。其基本原理是吸附剂对混合气体有不同的吸附量、吸附速度和吸附推动力，以压力为热力学参量，加压时气体组分吸附，减压时被吸附组分解吸，并完成吸附剂再生。组态软件显示的首次应用于糖厂的变压吸附系统工艺流程如图1所示。此系统采用8个吸附塔、3个同时吸附的脱碳装置。吸附塔在一次吸附循环中工作步骤如下(以A塔举例)：吸附(A)_一均降(E1D)一二均降(E2D)_+三均降(E3D)_+逆放(BD)_+抽真空!兰兰!竺!!!竺：曼!!!!兰!竺!竺苎：!兰!!H4lt8t毫●■塑黧塑塑型嚏一一

4、叫静一鸟一"It·■．．■叭‘■‘‘l至口■囝匦—E函重■E西日■蚕田——图1变压吸附系统工艺流程(V)-+三均升(E3R)叶二均升(E2R)-+一均升(E1R)一终升(FR)，紧接着进行下一循环过程。其余7个塔的工作步骤与A塔相同，只是按一定的时序相互错开。系统的主要设备见表l。表1变压吸附系统设备+广西科技成果推广与产业化示范项目(桂科产1099051)。料黄世钊，男，1963年8月生，副教授。广西省南宁市，530004。利用组态软件将系统整体结构形象地表达出第40卷第5期化工机械659来，可以通过电脑观察到设

5、备现场的真实运行情况，动画显示使其可视化。现行的组态软件操作简单、易学且编程简单、参数输入与修改灵活、具有多次或重复运行的控制能力、能直观地显示控制系统的实时趋势曲线，这些交互能力使其在自动控制系统的试验中可以发挥很好的作用。组态软件能演示实际系统运行时程控阀的动作、试验参数趋势图的绘制、关键参数的调节及报警等。图2为参数设定界面。系统参数确定I．．．．．．．一——．．．．．．．．．．——．——．一一．，一一，．，—一．，，．—一—，一——～8．3—3-v循环时何当前步剩余时问：一均降时阐a00s11{s二均辟时鸯

6、丽～KVl05压力连锁设定三均阵酵l霹r石了事0．00IMPa图2参数设定界面2系统数学模型2．1吸附塔内动量与质量传质方程吸附气的分离过程是在装有多孔吸附剂颗粒或小球的固定床吸附器中进行的。为了弄清楚吸附器的动力学原理，需要建立数学模型来控制和预测分离结果。假设吸附器内的气流流动为活塞流，气体的径向浓度一致，忽略轴向和径向扩散项，计算气流穿过吸附器床层的阻力差，由欧根(Ergun)方程得¨州：ap1．5×10—3(1一占i)21．75×10—5Mps(1一占I)2盖一—面丽譬—掣s一——瓦石卜‰(1)式中M——分

7、子量，ks／kmol；P——压力，Pa；rD——颗粒半径，m；移。——表观气速，m／s；。——轴向坐标，m；占；——颗粒孔隙率；西——颗粒形体系数；弘——粘度，mPa·s；p。——气体密度，kg／m3。总的质量守恒方程为：掣饥军等=o(2)—j-十以÷百刈¨’式中t——时间，s；p-一堆积密度，kg／m3；nr吸附量，kmol／kg。气体中任一组分的物料衡算计算方程如下㈨1：一s乜警一占忍÷軎(r鲁)+堕争+占。iOcl。=o(3)式中c。——气体浓度，kmol／m3oE：；——轴向扩散系数，m2／s；E。——径向

8、扩散系数，m2／s；_『i——传质速率，kmoV(m3·s)；r——固定床半径，m；艿。——床层孔隙率与颗粒孔隙率的和。2．2吸附动力学的假设假设没有径向和轴向扩散，气相和固相间只有对流传质，传质阻力用线性推动力(LDF)模型表述，用一个总的传质系数(MTC)来表示阻力项，传递过程没有累积，传递速率等于吸附速率。其方程表达为¨“]：j=一MTCc,p,(m?