книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

няется тем, что с повышением давления растворимость углекислоты в воде увеличивается, а разрыв между значениями растворимости СОг и водорода (а также СО, СШ, N2) в этих условиях стано­ вится еще больше. Кроме того, практическая степень насыщения СОг водой при атмосферном давлении составляет незначительную величину (около 16% от равновесной), в то время как при 12 атм эта величина достигает 70—75%.

Более высокие давления, чем 28—30 атм, для поглощения СО2 водой не применяются по экономическим соображениям. Процесс абсорбции СОг водой под повышенным давлением связан с большим расходом мощности на сжатие газа и на подачу в скруб­ бер значительных объемов воды.

Этот метод улавливания СОг весьма распространен в азотной промышленности и на заводах гидрирования, где он применяется для извлечения больших количеств СО2, образующихся в резуль­ тате конверсии СО водяного или полуводяного газов. В этих случаях использование настоящего энергоемкого способа оправ­ дано тем, что обрабатываемый газ, независимо от процесса извле­ чения углекислоты, должен быть все равно сжат по условиям его дальнейшего применения.

Теоретические основы процесса. Растворимость СОг в воде является функцией давления и температуры. Влияние давления на растворимость СОг в воде изучалось многократно. Было пока­ зано, что при низких давлениях и обычных температурах раство­ римость СОг в воде достаточно хорошо подчиняется законам иде­

мости коэффициента предельной нагрузки скруббера водной промывки от удельного веса газа в рабочих условиях. Значения коэффициентов предельной нагрузки в зависимости от удельного веса газа были определены опытным путем применительно к на­ садке из керамиковых колец Рашига, размером 80 X 80 мм. Расчет допустимой нагрузки на скруббер с помощью графика сводится к: а) вычислению удельного веса и объема 1000 нм3 исходного газа в рабочих условиях; б) нахождению по графику

Удельный бес газа в рабочих условиях, “Vm3

Рис. 73. График для определения коэффициента предельной нагрузки скруб­ бера водной промывки в зависимости от удельного веса газа в рабочих усло­ виях.

(рис. 73) значения коэффициента предельной нагрузки скруббера, отвечающего данному удельному весу газа; в) сложению рабочего объема газа с расходом воды, определяемым в соответствии с уравнением (XIV-45); г) делению коэффициента предельной на­ грузки скруббера на полученную сумму рабочего объема газа и расхода жидкости; д) введению коэффициента запаса, прини­ маемого обычно равным 0,75—0,8.

Так как значения коэффициента максимальной нагрузки скруббера на графике даны для керамиковых колец Рашига, размером 80 X 80 мм, то при работе на других типах насадки в полученную величину допустимой нагрузки скруббера следует внести поправку, применяя соответствующий переводный коэф­ фициент. Переводные коэффициенты для пересчета допустимой

Допустимая рабочая нагрузка по газу скруббера, насажен­ ного керамиковыми кольцами 60 X 60 X 5, при водной промывке конвертированного газа под давлением 27—28 атм принимается обычно 3000 нм3/м? мае.

Количество поглощаемой углекислоты и расход воды на про-

I — количество исходного газа, поступающего на очистку,

нм3!час;

Ц К - отношение суммы всех газов, растворенных в 1 м3 воды, к С02, равное

^( а 7 ' ф )___

аС02 ' 1 с 0 2 ' ‘РсОг

где а — коэффициент растворимости газового компонента в воде при 0 ° и 1 ата-.в нм3/м3 воды;

асо2— т0 же> С02;

/ — фугетивность газового компонента, атм]

/со2 — фугетивность С02; ср — степень насыщения газового компонента в воде, прини­

маемая для С02 = 0,7—0,75, для других газов = 1 .

364 Глава X I V

с большими расходами воды и специфичными требованиями к ней обычно работают на собственном оборотном цикле. Регенерация насыщенной воды производится путем сброса давления жидкости и ее дегазации. При давлении промывки 27—28 атм регенерация циркулирующей воды осуществляется часто в три ступени. На первой ступени насыщенная вода, выходящая из скруббера очистки, дросселируется до 4 ата с использованием в турбине ее потенциальной энергии. При этом из воды выделяется часть растворенных в ней газов. Затем давление воды сбрасывается до 1,04—1,05 ата. В этих условиях имеет место дальнейшая дегаза­ ция жидкости. Окончательная регенерация воды осуществляется путем продувки воды воздухом.

Потенциальная энергия воды, выходящей из скруббера, может быть рекуперирована не в турбине, а иным путем. Оригинальное решение, учитывающее местные условия, найдено при сооруже­ нии завода синтеза аммиака в Белле (США). По опубликованным данным [И ], на указанном заводе вода после скрубберов очистки от СОг под собственным давлением, равным 200 м вод. ст., подни­ мается в сборник, установленный на горе. В результате сообще­ ния с атмосферой и последующей продувки воздухом вода, нахо­ дящаяся на горе, регенерируется. Затем регенерированная вода, не потерявшая своей потенциальной энергии, вновь направляется на прием к насосам, подающим воду на скрубберы. При выше­ указанной схеме рекуперация энергии сжатой воды достигает 60%.

В отдельных условиях при значительных избытках свежей воды на заводе и небольшой производительности установки по очистке газа циркуляция воды не предусматривается. В этом случае насыщенная углекислотой вода после использования ее потенциальной энергии в турбине направляется в сборник-газо- отделитель, а затем сбрасывается в канализацию. Состав газа, выделяющегося при сбросе давления воды (в частности, в турбине), может быть определен на основании расчета парциального давле­

jPдр — давление дросселирования, ата\

а — коэффициент растворимости компонента в нм3/м3 воды; R — общее количество газов,1) выделяющихся при сбросе

давления, в нм3 на 1 м3 воды.

Технологическая схема. На рис. 74 приводится принципиаль­ ная технологическая схема отделения водной промывки газа при проведении процесса под давлением 28 атм. Газ, подлежащий очистке от углекислоты, с температурой 20—25°, прежде всего

Ш

Рис. 74. Принципиальная схема отмывки конвентированного газа от С02 водой под давлением:

1 — с е п а р а т о р н а л и н и и с ы р о г о г а з а ; 2 — с к р у б б е р ; 3 — к а п л е о т д е л и т е л ь ; 4 — с е п а р а ­

поступает в сепаратор 1, где освобождается от капель масла и водного конденсата, увлекаемых газом из компрессора. Затем газ направляется в скруббер 2, орошаемый водой. В целях ула­ вливания уносимой воды газ после скруббера проходит капле­ отделитель 3 и сепаратор 4.

Вода подается в верхнюю часть скруббера, и распределяясь по насадке, поглощает 90—95% углекислоты и некоторое количе­ ство других компонентов газовой смеси. Выходящая из нижней части скруббера сжатая вода с растворенными в ней газами напра-)*

*) Если R неизвестно, то уравнение (XIV-46) решается методом под­ бора р1; для каждого компонента и величины R.

энергии в агрегате МЫТ примерный расход ее на привод насосов

расходуется на пополнение цикла, на охлаждение подшипников и на уплотнение сальников турбины и насоса высокого давления. На основании практических данных расход воды на пополнение цикла может быть принят равным 5—6 м3 на 1000 нм3 газа и воды на охлаждение подшипников и уплотнение сальников 0,5— 0,7 м3 на 1000 нм3 газа.

Качество воды оказывает большое влияние на нормальную работу скрубберов и степень поглощения СОг. При большом содержании СОг в воде, подаваемой на орошение скрубберов, уменьшается движущая сила абсорбции и увеличивается расход воды. Как правило, концентрация СОг в свежей или регенериро­ ванной воде, используемой для орошения скрубберов, не должна превышать 80 мг/л.

Подаваемая на промывку газа вода практически не должна содержать также механических примесей и маслянистых веществ. Механические примеси забивают насадку скрубберов. При этом сопротивление скрубберов увеличивается, а поверхность контакта воды и газа уменьшается. Маслянистые вещества увеличивают толщину пленки жидкой фазы, в результате чего сопротивление диффузии газовых частиц через жидкую пленку возрастает и коэффициент абсорбции СОг уменьшается, что в конечном итоге ведет к снижению степени насыщения воды.

Выделение СОг охлаждением сжатого газа

Для удаления углекислоты из газа после конверсии СО под

применяется метанол, который при низких температурах раство­ ряет весьма большое количество СОг (см. рис. 76).

На рис. 75 приводится принципиальная схема, предложенная Фаузером для очистки от СОг газа, находящегося под высоким давлением. Сырой конвертированный газ при давлении 250 атм поступает в теплообменник 1, в котором используется остаточный холод СОг и очищенного газа, уходящих из установки. После теплообменника 1 неочищенный газ охлаждается в аммиачном холодильнике 2, где за счет испарения аммиака температура газа понижается до —25° С. При этом имеет место частичная конден­ сация углекислоты. Дальнейшее охлаждение газа производится

—-65° С благодаря утилизации холода газообразной СОг почищен­ ного конвертированного газа. Из теплообменника 3 газ напра­ вляется в трубное пространство холодильника 4, представляю­ щего собой нижнюю часть колонны 6. Здесь газ промывается небольшим количеством метанола, подаваемым насосом 5 в верх­ нюю часть колонны 6. При этом остаточное содержание СОа

Р ис. 75. Принципиальная схема выделения СО г из охлаж денного конверти­ рованного газа под давлением 250 атм:

1 — теплообменник; 2 — аммиачный холодильник; 3 — теплообменник; 4,6 — колонна; 5 — насос; 7 — сепаратор.

вгазе снижается до 1%. Тепло абсорбции СО2 в метаноле отво­ дится благодаря испарению СОг в межтрубном пространстве холодильника 4. Очищенный от СОг газ (технический водород) выходит из верхней части колонны 6 и отдает свой холод сначала

втеплообменнике 3, а затем в теплообменнике 1.

После холодильника 4 раствор СОг в метаноле дроссели­ руется и направляется в сепаратор 7, в котором давление поддержи­ вается равным 10 атм. При этом раствор освобождается от погло­ щенного водорода. Далее раствор СО2 в метаноле дросселируется