Билеты физика. термодинамика и т.д (11-15) / Билет 15 / 3 / 16. Очистка газов от диоксида углерода

Очистка газов от диоксида углерода

Методы очистки газов от диоксида углерода можно разде­лить на следующие группы:

• физическая абсорбция, основанная на хорошей раство­римости диоксида углерода в полярных растворителях (вода, метанол);

• хемосорбция, основанная на химическом связывании диоксида углерода при взаимодействии его с соединениями щелочного характера (щелочь, этаноламины, растворы карбона­тов);

• адсорбция, основанная на адсорбции диоксида углеро­да различными адсорбентами (например, цеолитами);

• каталитическое гидрирование.

Физическая абсорбция

Абсорбция водой — распространен­ный метод улавливания диоксида углерода из газов. Основные преимущества метода—доступность и дешевизна абсорбента, недостатки — невысокая поглотительная способность водой ди­оксида углерода (8 кг CO₂ на 100 кг абсорбента) и небольшая селективность. Наряду с диоксидом углерода в воде растворя­ются водород, оксид углерода, азот и др.

Абсорбция метанолом («ректизол»-процесс) — более выгод­ный метод, его можно использовать при температуре до —60°С, когда резко повышается поглотительная способность метанола. Так, при —60°С и давлении около 0,4 МПа в 1 г метанола может раствориться до 600 см³ диоксида углерода. Избиратель­ность метанола по отношению к диоксиду углерода значительно выше, чем воды. Диоксид углерода из раствора выделяют по­нижением давления и повышением температуры. Кроме метанола можно использовать и другие органические растворители: N-метилпирролидон, сульфолан, пропиленкарбонат. Однако широкого распространения они пока не получили.

Хемосорбционные методы.

Очистка газов водными раство­рами этаноламинов. При подготовке различных технологиче­ских газов к переработке (в частности, пирогаза к разделению) используют хемосорбцию диоксида углерода этаноламинами. Схема установки этаноламиновой очистки газа приведена на рис. 18.

Рис. 18. Схема установки очистки газов от СО₂ раствором моноэтаноламина:

1, 10— сепараторы, 2— абсорбер; 3, 4 — емкости; 5,9— холодильники; 6 — теплообменник; 7 — отпарная колонна; 8 — кипятильник; 11 — насос. Потоки: I — сырой газ; II — очищенный газ; III — кислые газы.

Равновесная растворимость диоксида углерода зависит от давления газа, температуры абсорбции и концентрации раство­ра. Обычно используют 15—20%-ный растворы моноэтаноламина. Абсорбция протекает при 40—45°С и давлении 1,5- 3,0 МПа (в зависимости от схемы производства). Образовав­шиеся в результате хемосорбции карбонаты и бикарбонаты разлагаются в десорбере с выделением диоксида углерода при нагревании потока до 120°С.

Сырой газ подается в низ, а поглотитель кислых газов — в верх абсорбера 2. Выйдя из колонны, очищенный газ поступает в сепаратор 1 для отделения унесенных капель раствора МЭА. Насыщенный раствор поглотителя поступает в ёмкость 3 для отделения от раство­ренных углеводородных газов, проходит через теплообменник 6 и попадает в отпарную колонну 7. Кислые газы, пары воды и МЭА сверху отпарной колонны 7 после охлаждения поступают в сепаратор 10, откуда конденсат откачивается на орошение колонны. Регенерированный раствор с низа колонны проходит через теплообменник 6, холодильник 5 и поступает в ёмкость 4, откуда направляется на орошение абсорбера 2.

Основной недостаток — значительный расход тепла на регенерацию сорбента, возрастающий с увели­чением концентрации диоксида углерода в очищенном газе, а также потери относительно летучего абсорбента, хотя моно­этаноламин недефицитный и недорогой.