Физические методы переработки и использования газа: Учебное пособие, страница 14

Очисткаводнымирастворамиэтаноламинов

Очистка природного газа растворами этаноламинов — это процесс хемосорбции, широко распространенный в настоящее время в промышленности.

Наибольший интерес для промышленного примене­ния представляют моноэтаноламин (МЭА) и диэтанол­амин (ДЭА).

Этаноламины представляют собой бесцветные вязкие гигроскопичные жидкости, смешивающиеся с водой и низшими спиртами во всех соотношениях. Этаноламины почти нерастворимы в неполярных растворителях и в значительной степени ассоциированы за счет образова­ния водородных связей. Относительная молекулярная масса МЭА равна 61,084, а ДЭА—105,136. Темпера­тура кипения МЭА при 0,101 МПа — 171° С. Темпера­тура плавления МЭА составляет 10,54° С, ДЭА — 28° С.

При взаимодействии СО₂ и H₂S с моноэтаноламипом протекают следующие реакции:

(RNH₃)₂ S + H₂S =pt 2RNH₃HS;

28

2RNH₂ + C0₂ + H₂0 ?* (RNH₃)_a C0₃; (RNH₃)₂ C0₃ + CO₂ + H₂O ч* 2RNH₃HCO₈, где R — группа ОН CH₂CH₂.

Процесс ведет к образованию химических соедине­ний, которые имеют при нормальных условиях замет­ное давление насыщенных паров, так что состав равно­весного раствора меняется в зависимости от парциаль­ного давления кислых газов. При повышении темпера­туры давление паров этих соединений быстро растет, нагревом раствора можно десорбировать из него кислые газы.

Концентрация раствора амина может изменяться в широких пределах. На установках очистки моноэтанол-амином концентрация раствора составляет 15—20%, но иногда применяют также растворы более разбавлен­ные— до 10% и более концентрированные — до 30%-Общепризнано, что уменьшение концентрации аминов ослабляет коррозию стальной аппаратуры, вследствие снижения концентрации соединений амина с кислым га­зом в растворе.

Очисткарастворамикарбонатовщелочныхметаллов

Важнейшее требование к поглотительным растворам для регенеративных процессов очистки от СО₂ и H₂S — легкость диссоциации соединений, образуемых кислыми газами с раствором. Это исключает применение силь­ных щелочей для очистки газа. Но многие соли таких щелочей и слабых кислот являются хорошими поглоти­телями, поэтому разработан ряд процессов очистки газа с применением подобных солей. Обычно используют водный раствор соли, содержащей натрий или калий в качестве .катиона; анион же подбирают так, чтобы рН раствора лежал в пределах примерно 9—11. Такой рас­твор, обладая щелочной реакцией, абсорбирует H₂S и СО₂ (и другие кислые газы) и вследствие буферного действия присутствующей в исходном растворе слабой кислоты рН раствора не будет резко меняться по мере абсорбции кислых газов. Для подобных процессов очистки газа предложены карбонат, фосфат, борат и фенолят натрия или калия, а также соли слабых орга­нических кислот.

•    29

Для абсорбции СО₂ и H₂S из газовых потоков при­меняли в основном растворы карбонатов натрия и калия вследствие их низкой стоимости и недефицитности.

В растворах СО₂ несколько более сильная кислота, чем H₂S. Константа ионизации СО₂ для первой стадии

Н₂СО₃ = Н⁺ + НСОГ

равна приблизительно 4-10~⁷ (при температуре 25°С), для H₂S МО"⁷. Тем не менее H₂S абсорбируется вод­ными растворами щелочных солей значительно быстрее, чем СО₂, и при совместном содержании в газе обоих кислых компонентов может быть достигнута некоторая избирательность его извлечения.

Первоначально растворы карбонатов щелочных ме­таллов использовали для извлечения СО₂ из дымовых газов. Дальнейшие исследования показали, что при со­держании в газе СО₂ и H₂S использование для их извле­чения растворов карбонатов приводит к некоторому избирательному поглощению H2S.

При очистке газа от H₂S и СОг растворами карбо­натов протекают следующие реакции:

Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О ч=& 2NaHCO₃; Na₂CO₃ + H₂S ^ NaHS + NaHCO₃.

Отработанные растворы регенерируют подогревом.