热碳酸钾脱酸气（Hot Potassium Carbonate，简称Hot K₂CO₃）工艺是天然气、合成气、煤气等气体中脱除酸性气体（如CO₂、H₂S、CS₂等）的一种成熟方法，具有选择性高、能耗低、操作稳定等优点，尤其适用于中高压、大气量、CO₂含量较高的工况。
🔧 热碳酸钾脱酸气工艺流程简述（Process Flow）
以下是典型的热碳酸钾工艺的主要流程步骤：文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
1. 原料气预处理
原料气冷却：将高温的原料气通过冷却器降温，以适应吸收塔操作条件。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
除尘脱水（如有必要）：除去粉尘、游离水、杂质，防止系统腐蚀或堵塞。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
2. 气体吸收（Absorption）
原料气进入 吸收塔底部，自下而上与自塔顶喷淋下来的热碳酸钾溶液（活化剂可加入DEA、MDEA等）逆流接触。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
酸性气体（CO₂、H₂S）被热碳酸钾吸收形成碳酸氢钾、碳酸氢根等。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
净化气从塔顶排出，进入下一步工序（如变换、甲烷化或燃气系统）。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
3. 富液闪蒸
吸收了酸性气体的“富液”从吸收塔底部出来，先进入闪蒸罐，通过降压分离出部分气体（减少再生负荷）。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
4. 溶液再生（Stripping / Regeneration）
富液加热后进入再生塔（解吸塔），自上而下与蒸汽或气体逆流接触，将CO₂等酸性组分从溶液中解吸出来。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
顶部脱除的酸性气体可送往后续处理单元（如硫回收 Claus 或尾气处理单元）。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
再生后的“贫液”从塔底出来。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/doc/gpp/23516.html
5. 贫液冷却与循环
再生后的贫液通过换热器预热富液后进一步冷却，再由循环泵送回吸收塔顶部，完成闭路循环。
📌 热碳酸钾流程图
🔍 工艺特点
| 项目 | 描述 |
|---|---|
| 吸收液成分 | K₂CO₃ 水溶液，通常加 DEA/MDEA 活化剂 |
| 操作温度 | 吸收：80120°C；再生：110130°C |
| 压力 | 适用于中高压系统，如2~6MPa |
| 应用领域 | 合成氨装置（变换气脱CO₂）、天然气脱酸、煤化工CO₂回收等 |
| 优势 | 成本低、选择性好、吸收能力强、无溶剂损失、无环境污染 |
主要设备说明（Process Equipment Description）
| 设备名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 吸收塔 | 实现原料气与热碳酸钾溶液逆流接触，吸收酸性气体（CO₂、H₂S等） |
| 再生塔（解吸塔） | 将富液加热解吸，释放出CO₂和H₂S，恢复溶液吸收能力 |
| 热交换器 | 富液和贫液之间进行热量交换，提高能效、节省加热负荷 |
| 富液闪蒸罐 | 降压脱除轻组分，减轻再生塔负荷 |
| 贫液循环泵 | 将贫液输送回吸收塔，保证溶液连续循环 |
| 加热器 | 使用蒸汽对富液加热，提高解吸效率 |
| 冷却器 | 冷却贫液至合适温度后送入吸收塔顶部 |
| 酸气冷凝系统 | 回收尾气中的水蒸气、减少损失、稳定下游系统 |
| 储罐 | 溶液暂存与调节用，便于维护操作 |
📉 主要控制参数及运行指标（Typical Operating Parameters）
| 控制项目 | 范围或说明 |
|---|---|
| 吸收塔操作温度 | 90–120℃ |
| 再生塔底部温度 | 110–130℃ |
| 系统压力（一般） | 2–6 MPa（可高达10MPa） |
| K₂CO₃浓度 | 20–30 wt.% |
| 活化剂添加量 | DEA/MDEA: 1–3 wt.%（视具体流程而定） |
| 贫液CO₂负载 | 0.1–0.2 mol CO₂/mol K₂CO₃ |
| 富液CO₂负载 | 0.5–0.8 mol CO₂/mol K₂CO₃ |
| 再生塔顶气体成分 | 高浓度CO₂/H₂S，可进一步硫回收或排放 |
🧪 吸收反应原理简述（Reaction Principle）
热碳酸钾系统的吸收主要基于如下化学反应：
CO₂的吸收：
K2CO3+CO2+H2O⇌2KHCO3\mathrm{K_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons 2KHCO_3}
H₂S的吸收：
K2CO3+H2S⇌KHCO3+KHS\mathrm{K_2CO_3 + H_2S \rightleftharpoons KHCO_3 + KHS}
活化剂（如DEA）的反应：
RNH2+CO2+H2O⇌RNH3++HCO3−\mathrm{RNH_2 + CO_2 + H_2O \rightleftharpoons RNH_3^+ + HCO_3^-}
这些反应为可逆吸收反应，加热即能再生。
🌐 适用场景与典型应用（Application Areas）
| 应用场景 | 描述 |
|---|---|
| 合成氨装置 | 变换气脱除CO₂ |
| 煤气化项目（IGCC） | 煤气脱酸，为后续燃烧、甲烷化提供纯净气源 |
| 天然气净化 | 中高CO₂天然气脱酸气（尤其非伴生气） |
| 气体回收或碳捕集 | CO₂回收纯度可达99%以上 |
| 含硫气体处理 | 适合含少量H₂S、CS₂的气体净化场合 |
🛠️ 改进方向与常见问题（Troubleshooting & Optimization）
📘可选工艺变型
Benfield HiPure 工艺：加入MEA或DEA，适用于高纯度CO₂分离。
Catacarb 工艺：在K₂CO₃中添加胺类、醇类等活化剂，提高反应速率。
Flexsorb HP 工艺：专为天然气开发的可再生高性能胺碱复合溶液体系。
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