2.3. Химическая абсорбция

В практике промышленной экологии часто используются абсорбционные процессы, осложненные химическими реакциями.

При хемосорбции молекулы газа, растворенного в жидкости, вступают в реакцию с активным компонентом абсорбента. Большинство реакций, протекающих при очистке, являются экзотермическими и обратимыми. Эффективности извлечения компонента из газовых смесей благоприятствуют низкие температуры (10...30 С) и повышенные давления. Поэтому при повышении температуры раствора образующиеся химические соединения разлагаются с выделением исходных компонентов. Растворимость газа при хемосорбции зависит от его физической растворимости, константы равновесия химической реакции, стехиометрических соотношений и других факторов. Кроме того, растворы хемосорбентов во многих случаях являются сильными или слабыми электролитами, к которым неприменимы уравнения теории разбавленных растворов.

Характерная особенность растворимости газов в хемосорбентах заключается в неравномерном росте последней при увеличении давления: чем оно выше, тем медленнее (по мере расхода хемосорбента) повышается растворимость..

Одним из наиболее простых случаев равновесия газ-жидкость при хемосорбции является равновесие при следующих условиях:

1) в растворе протекает только одна химическая реакция;

2) коэффициенты активности компонентов не зависят от состава и в простейшем случае равны единице;

3) физическая растворимость газа (х_ф) мала по сравнению с химической растворимостью (х_х), т.е. общая растворимость х = х_ф + х_х  х_х

В этом случае уравнение химической реакции может быть записано следующим образом:

nA + mB = kC + lD

(2.9)

или

A + m/nB = k/nC + l/nD +... ,

(2.10)

где А – растворяемый газ; В – хемосорбент; С и D – продукты реакции; n, m, k, l – стехиометрические коэффициенты.

Абсорбционные методы широко используются при очистке газовых выбросов от сероводорода, сероуглерода и оксидов углерода. Для очистки газов от кислых компонентов (Н₂S и CO₂) наилучшими абсорбентами являются водные растворы этаноламина, которые сходны по щелочным свойствам с растворами аммиака, производными которого они являются.

Моноэтаноламин (СН₂СН₂ОН)NH₂ – жидкость с температурой кипения 170 С. Диэтаноламин (СН₂СН₂ОН)₂NН – бесцветные кристаллы с температурой плавления 28 С и температурой кипения 268 С.

В процессе поглощения сероводорода и диоксида углерода образуются карбонаты и бикарбонаты, сульфиды и бисульфиды по следующим реакциям:

2RNH2 + H2O + CO2 =	(RNH3)2CO3,	(2.1)
2R2NH + H2O + CO2 =	(R2NH2)2CO3,	(2.2)
(RNH3)2CO3 + H2O + CO2 =	2RNH3HCO3,	(2.3)
(R2NH2)2CO3 + H2O + CO2 =	2R2NH2HCO3,	(2.4)
	OH–CH2–CH2–NH3
2(OH–CH2–CH2–NH2) + H2S =	 S,	(2.5)
	OH–CH2–CH2–NH3
OH–CH2–CH2–NH3
 S + H2S =	2(OH–CH2–CH2–NH3–HS).	(2.6)
OH–CH2–CH2–NH3

При Т = 25...40 С направление реакции поглощения слева направо, с повышением температуры до Т = 105 С и выше справа налево с удалением из раствора сероводорода и оксида углерода (II). Это связано с тем, что раствор постепенно теряет свои щелочные свойства, а образовавшиеся сульфиды и карбонаты аминов диссоциируют с выделением сероводорода и диоксида углерода в газовую фазу.