1.3 Абсорбция смеси аммиака и соды
Образование твердых промежуточных соединений может привести к засорению оборудования и остановке установки в процессах улавливания CO2 на основе аммиака. На данный момент изучению термодинамики системы CO2–NH3–H2O посвящены десятки работ.
Обычно для этого используется термодинамическая модель, первоначально разработанная Томсеном и Расмуссеном (1999) и усовершенствованная Дарде (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Модель Томсена для системы CO2–NH3–H2O
Уравнение UNIQUAC используется при расчете коэффициентов активности водных компонентов. Текучесть газовой фазы рассчитывается на основе уравнения состояния Соаве–Редлиха–Квонга. Модель учитывает равновесие твердое тело–жидкость (СКВ) для пяти различных твердых фаз:
Бикарбонат аммония (ВС) – NH4HCO3;
Моногидрат карбоната аммония (CB) – (NH4)2CO3*H2O;
Сесквикарбонат аммония (SC) – (NH4)2CO3*2NH4HCO3;
Карбамат аммония (CM) – NH2COONH4;
Лед – H2O [10].
Так как часть аммиака в производстве в производстве остается неиспользованной, то это требует использование различных адсорбентов. Аммиак является загрязнителем воздуха из-за своей высокой реакционной способности; следовательно, выбросы аммиака необходимо сократить.
Аналоги берлинской лазури (PB) и берлинской лазури (PBA) избирательно адсорбируют аммиак и обладают более высокой способностью к адсорбции аммиака, чем другие адсорбенты аммиака. PB, AyFe[Fe(CN)6]1- x, где A = Na, K, NH4 и другие, представляет собой пористый координационный полимер, состоящий из катионов железа и циано (CN)-лиганды. Его физические и химические свойства хорошо изучены, поскольку он уже использовался в качестве синего пигмента в 18 веке. Замещение части катионов железа дает ПБА, такой как гексацианоферрат меди (CuHCF; Cu[Fe(CN)6]0.50), что приводит к различным адсорбционным и регенерационным свойствам [11]. CuHCF обладает высокой аммиакоемкостью (20,2 ммоль/г) и высокой селективностью к аммиаку из смеси водяного пара, CO2 и других компонентов запаха и может быть регенерирован кислотой или водой. Для селективного извлечения следов аммиака из воздуха уже разработаны перспективные адсорбенты, которые можно регенерировать путем промывной десорбции.
Преобразование десорбированного аммиака из ПБА в промывочном растворе в форму, пригодную для повторного использования, станет отличной технологией селективного извлечения аммиака из отходящих газов. Например, в одном из исследований [12] попытались восстановить аммиак в виде твердого NH4HCO3, используя насыщенный раствор NH4HCO3 в качестве промывной жидкости для адсорбента CuHCF. Аммиак может растворяться в насыщенном NH4HCO3 (aq) без дальнейшего осаждения, как показано на изотермической фазовой диаграмме CO2-NH3-H2O. Состав сб. NH4HCO3 водный показан на рисунке синей точкой, а по красной стрелке меняется состав по мере десорбции аммиака из адсорбента в раствор. Если в раствор вводят CO2, то состав меняется по зеленой стрелке, попадающей в область фазового разделения, где происходит осаждение NH4HCO3 и насыщение, возникает NH4HCO3 (aq), как показано синими стрелками. Этот цикл позволяет регенерацию адсорбента CuHCF и извлечение аммиака как ценного продукта без дорогостоящих химикатов, вредных побочных продуктов или точного контроля pH.
Рисунок 1.4 – Схема поглощения аммиака адсорбентом