
книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода
.pdfОчистка водорода и синтеа-газа |
369 |
до атмосферного давления и поступает в межтрубное простран ство холодильника 4, где СОг испаряется, отделяясь таким обра зом от метанола. Метанол поступает затем на прием к насосу 5, а газообразная углекислота выводится из установки после исполь зования ее холода в теплообменниках 3 и 1.
Необходимо отметить, что потери метанола с уходившей СОг незначительны, так как при температуре испарения СОг в усло виях атмосферного давления (—78° С) упругость паров метанола составляет всего 0,2 мм рт. ст.
Водород, выделяемый в сепараторе 7, возвращается в систему неочищенного газа и, таким образом, не теряется.
В связи с процессами испарения и конденсации коэффициенты теплопередачи в большинстве теплообменных аппаратов доста точно высоки, а суммарная поверхность теплопередачи относи тельно невелика.
Электроэнергия расходуется на привод аммиачного компрес сора и на подачу метанола в колонну 6.
По данным Фаузера преимуществами данного способа очистки от СОг по сравнению с водной промывкой газа при средних давле ниях (10—30 атм) являются: а) небольшой расход электроэнер гии, который примерно в 10 раз меньше, чем при поглощении СОг водой под давлением 20 атм; *) б) почти полное отсутствие потерь водорода; в) высокая чистота выделяемой СОг (99 об. %).
Следует полагать, что рассматриваемый процесс, осуще ствляемый при высоких давлениях, может быть целесообразным только при условии проведения конверсии СО под тем же высоким давлением, так как в противном случае (при конверсии СО под атмосферным или относительно небольшим давлением) пришлось бы дополнительно затрачивать значительное количество энергии на сжатие увеличенного в результате конверсии объема газа.
Ректизолъный процесс
Ректизольный процесс связан также с умеренным охлажде нием газа и применением метанола, однако в отличие от выше изложенного он осуществляется при значительно более низких давлениях (10—50 атм). *2)
Процесс внедрен в промышленность в связи с возможностью очищать газ этим способом одновременно от целого ряда приме
сей: |
легкоконденсируемых |
углеводородов, сернистых |
соедине |
Ц |
П ри этом однако не учитывается расход электроэнергии, |
затрачивае |
|
мой на сжатие газа до 250 атм, |
который в этом случае будет выше, чем в ва |
рианте водной промывки газа при 20— 30 атм с последующим компримиро ванием очищенного газа до 250 атм.
2) |
П о данным Герберта [13], минимальное давление, при котором ректи |
|
зольный |
процесс может быть еще эффективным, равно 5 атм. |
|
24 |
в. |
Б. Иоффе. |
370 |
Глава X I V |
ний, углекислоты и др. |
Наиболее целесообразным представляется |
этот метод для очистки газа, получающегося при газификации углей в газогенераторах под давлением (20—30 атм). Этот газ обычно загрязнен остаточным газовым бензином, непредельными углеводородами, сероводородом, органическими соединениями серы и углекислотой. Если целевым продуктом является синтезгаз, все эти примеси должны быть из него удалены.
Рис. 76. Растворимость |
углеки сло ты в метаноле в |
зависимости |
от температуры . |
Для очистки газа от указанных примесей обычным путем необходимо сооружение целого комплекса установок для погло щения каждого из компонентов. Ректизольная же очистка дает возможность улавливать все эти примеси на одной установке.
Суть рассматриваемого процесса заключается в том, что сырой
газ промывается |
метанолом |
при |
температурах |
порядка —60— |
|||
65° С. При этом |
конденсируется |
и переходит в |
жидкую фазу |
||||
большинство |
компонентов газовой смеси за исключением Н2, |
||||||
СО, СН4, N2. |
Углекислота |
извлекается |
из газа на |
95—97%. |
|||
Выделение |
поглощенных |
примесей и |
регенерация |
метанола |
осуществляется в две ступени: сначала путем сброса давления абсорбента до атмосферного, а затем последующим вакуумиро ванием.
Очистка водорода и синтез-газа |
373 |
сом 7. Вследствие испарения больших количеств С02 метанол охлаждается до —75° С. Охлажденный метанол возвращается затем при помощи насоса высокого давления 15, находящегося на одном валу с турбиной и электродвигателем, в верхнюю часть абсорбера первой ступени.
Основная часть С02, H2S и сераорганических соединений улавливается в верхней части абсорбера первой ступени. Для тонкой очистки (полного извлечения сернистых соединений) газ направляется в абсорбер второй ступени, в котором обрабаты вается регенерированным метанолом, охлажденным до —62° С. Цикл регенерации метанола второй ступени состоит из тепло обменника 10, отгонной колонны 9, подогревателя с паровым пространством 13, насоса 16 и конденсатора 11. Регенерация метанола осуществляется при нагреве паром. Регенерированный метанол охлаждается в теплообменнике 10.
По данным Герберта 113], ректизольный процесс может счи таться эффективным при наличии следующих условий: а) если давление очищаемого газа превышает 5 атм (а лучше если на ходится в пределах 10—50 атм)\ б) если из газа должны уда ляться несколько примесей, а содержание их в газе достаточно высоко.
Очистка от СО% растворами этаноламинов
Наряду со способом поглощения СОг водой под давлением значительное распространение в промышленности получил способ удаления С02 из газовой смеси растворами этаноламинов. Для извлечения С02 из газа применяются главным образом растворы моноэтаноламина, имеющего по сравнению с ди- и триэтанолами ном наибольшую поглотительную способность и наиболее высокий коэффициент абсорбции по углекислоте.
В табл. 83 приводятся сравнительные данные по поглотитель ной способности двухмолярных растворов моноэтаноламина и триэтаноламина при разных парциальных давлениях извле каемой углекислоты и различных температурах [5].
Кривые поглощения углекислоты 2-, 2,5- и 5- молярным рас твором моноэтаноламина приведены на рис. 78.
Для извлечения С02 применяются растворы МЭА, концентра цией 12—35%. Один кубический метр раствора МЭА, в зависи мости от концентрации последнего, парциального давления С02 в очищаемом газе и температуры абсорбции поглощает в практи ческих условиях 18—45 м3 углекислоты. Температура абсорбции С 02 поддерживается большей частью в пределах 38—45° С.
Технологическая схема очистки газов от С02 раствором МЭА идентична схеме очистки газов растворами аминов от H2S, а сам процесс проводится в аналогичной аппаратуре.
Очистка водорода и синтез-газа |
377 |
требуется значительное время (8—10 мин. в зависимости от тем пературы абсорбции, плотности орошения, концентрации карбо ната и других параметров). В практических условиях это ведет к необходимости либо предусматривать очень большие объемы абсорбционного пространства, либо ограничиваться низкой сте пенью извлечения С02. Ввиду указанного способ поглощения С02 растворами карбонатов при температурах абсорбции 30— 50° в условиях давлений, близких к атмосферному, в настоящее время потерял свое значение и заменяется более эффективными процессами (этаноламиновым, алкацидным и др.).
В связи с развитием газификации топлив (а также конверсии углеводородных газов) под давлением и получением водяного газа в компримированном виде (более 20 атм) был предложен способ поглощения С02 из газов растворами карбонатов х) при темпера туре абсорбции более 100° С и давлении свыше 18—20 атм.
В данных условиях разность между парциальным давлением С02
вгазе и упругостью паров этого компонента над раствором (дви жущая сила абсорбции)*2) вполне достаточна для эффективного поглощения С022. С другой стороны, повышенные температуры способствуют высоким значения!! коэффициента абсорбции, в силу чего равновесие достигается весьма быстро. Регенерация раствора осуществляется при редуцировании давления раствора до значе ний, близких к атмосферному давлению. В связи с тем, что реге
нерация раствора осуществляется при той же |
температуре, что |
|
и абсорбция С02, отпадает необходимость в подогреве раствора |
||
перед регенерацией и в его охлаждении перед абсорбцией. |
||
Таким |
образом, преимущества данного способа поглощения |
|
С02 по сравнению с «холодной» абсорбцией заключается в следую |
||
щем: |
равновесие по реакции (XIV-47) устанавливается значи |
|
а) |
||
тельно быстрее; |
растворы поташа |
|
б) могут применяться концентрированные |
||
(до 40%). |
При этом поглотительная способность 1 м3 раствора |
составляет до 30 ж3 С02; в) отпадает надобность в большей части теплообменной аппа
ратуры, что существенно снижает стоимость установки; г) значительно снижается расход пара, так как основное ко
личество С02 удаляется при редуцировании давления. При этом расход пара на отгонку 1 м3 С02 меньше даже, чем при моноэтаноламиновой очистке газа.
1) |
В связи с лучшей растворимостью в качестве реагента применяется |
|||
поташ. |
По данным Винсона, Фильда и др. |
, |
||
2) |
[14], средняя движущая сила аб |
|||
сорбции |
при |
давлении очищаемого газа |
21 атм, содержании СОг — 28% |
|
и подаче |
на |
абсорбцию хорошо отрегенерированного раствора составляет |
около 3 атм-
-‘378 |
Глава |
X I V |
Указанные |
преимущества, а |
также возможность удаления |
С02 из относительно горячего газа (что имеет значение для не которых схем производства водорода через водяной газ) повели к тому, что данный способ за последние годы начал внедряться в промышленность для очистки от С02 газов, получаемых под да влением свыше 18—20 атм.
Принципиальная схема очистки газа от СО2 горячим раствором
поташа приводится на рис. |
79. Газ под давлением 22 |
атм и при |
||||||||||||
температуре 110—120° С |
поступает |
в |
насадочный |
|
абсорбер, |
|||||||||
|
|
|
|
|
в котором противотоком оро |
|||||||||
|
|
|
|
|
шается горячим |
раствором |
||||||||
|
|
|
|
|
карбоната. |
Очищенный |
газ |
|||||||
|
|
|
|
|
после |
абсорбера |
поступает |
|||||||
|
|
|
|
|
на дальнейшую переработку. |
|||||||||
|
|
|
|
|
Насыщенный |
раствор |
|
из |
||||||
|
|
|
|
|
нижней части абсорбера на |
|||||||||
|
|
|
|
|
правляется |
в |
отгонную |
ко |
||||||
|
|
|
|
|
лонну 2, |
в которой |
за счет |
|||||||
|
|
|
|
|
редуцирования |
давления |
до |
|||||||
|
|
|
|
|
1,5 |
атм выделяется большая |
||||||||
|
|
|
|
|
часть |
поглощенной |
С02. |
|||||||
|
|
|
|
|
Нижняя |
часть |
колонны обо |
|||||||
|
|
|
|
|
гревается |
|
глухим |
паром. |
||||||
Рис. 79. |
Принципиальная |
схема уста |
Регенерированный |
|
раствор |
|||||||||
при |
помощи |
насоса |
4 |
по |
||||||||||
новки для очистки газа от |
углекислоты |
дается на абсорбцию, |
замы |
|||||||||||
горячим раствором поташа: |
||||||||||||||
J — промывная башня; |
2 — колонна |
для ре |
кая тем самым цикл. |
|
|
|||||||||
генерации |
раствора; |
з — конденсатор; 4 — |
|
Расход пара на регенера |
||||||||||
насос для циркулирующего раствора |
поташа. |
цию |
раствора |
при |
постоян |
|||||||||
|
|
|
|
|
ном |
парциальном |
|
давлении |
||||||
С02 и одной и той же крепости применяемого |
|
раствора |
зависит |
|||||||||||
также |
от полноты регенерации |
раствора, а следовательно, от |
||||||||||||
степени извлечения С02. Так, при |
давлении |
газа |
21—22 |
атм, |
содержании С02 в газе 25—30% и применении 40%-ного рас твора К2С03 требуется пара на 1 нм3 поглощенной С02: при степени извлечения С02 90% — 1,5 кг; при 94% —1,7 кг; при
-99% - 2,2 кг.
Очистка газа от С02 растворами едких щелочей
Для извлечения незначительных количеств С02 (или С02 + H2S) в ряде случаев применяются водные растворы едких щелочей. В качестве едкой щелочи используются, как правило, растворы каустической соды, концентрацией 8—10%. Технологи ческая схема и аппаратурное оформление процесса такие же, как при очистке газа едкой щелочью от сероводорода (стр. 347).