Очистка конвертированного газа от диоксида углерода. Требования, предъявляемые к хемосорбенту и массообменной аппаратуре. Моноэтаноламиновая очистка

6.Очистка конвертированного газа от диоксида углерода. Требования, предъявляемые к хемосорбенту и массообменной аппаратуре. Моноэтаноламиновая очистка. Технологическаясхема МЭА очистки и регенерации раствора. Очистка конвертированного газа от СО₂ по методу “Карсол”. Преимущества и недостатки методов МЭА – очистки и “Карсол”.

6.1.После 2 ступени конверсии CО газ (на сухой газ): СО не б 0,6; CH₄ не б 0,5; CO₂ не б 19; H₂ 61-63; N₂ 19-22; Ar не б 0,3%. Надо очищать газ от CO₂. Используется метод хемосорбции, где сорбент – водный раствор МЭА или поташа (K₂CO₃). Надо стремится к наиболее полному удалению CO₂ из газа т.к. далее идет кт-кое гидрирование остаточного CO₂ по р-и:

CO₂+4H₂=CH₄+2H₂О при этом тратится H₂ – ценный продукт и образуется баласт CH₄ удаляемый при синтезе с продувочными газами. Степень очистки газа при хемосорбции зависит от равновесного давления CO₂ на раствором, и от скорости абсорбционных процессов. Абсорбция идет тем полнее, чем < температура. Но скорость абсорбции выше при > температуре. На основании термодинамических и кинетических факторов выбирают оптимальную температуру абсорбции (50-80 С).

Узел абсорбционной очистки газа от СО₂: 2 процесса 1 – абсорбция CO₂ из газа в абсорбере и десорбция CO₂ из отработанного раствора при повышенной температуре 110-135С в регенераторе, т е поглотительный раствор непрерывно циркулирует между абсорбером и регенератором. Высокая степень абсорбции и регенерации достигается при развитом массо- и теплообмене, поэтому аппараты громоздки.

6.2. При выборе хемосорбента надо учесть:

1) абсорбционная емкость – кол-во газа, которое способен поглотить абсорбент (м³/м³) [от 1 зависит циркуляция абсорбента, расход тепла на десорбцию газа, условия регенерации];

2). селективность растворителя – отношение растворимости извлекаемого газа к растворимости других компонентов газовой смеси. От 2 зависят потери менее растворимых газов и расходные коэффициенты.

3). температура кипения абсорбента д б высокой, а давление насыщенных паров растворителя при температуре абсорбции низким, при этом потери абсорбента минимальны.

4). вязкость абсорбента д б низкой, а то уменьшится скорость массо и теплопередачи и увеличатся размеры аппаратов и расход энергии.

5). термоустойчивость абсорбента д б высокой, чтобы было < медленных побочных реакций, т.к они уменьшают срок службы абсорбента и оказывают коррозионное действие. 6). коррозионная активность абсорбента д.б минимальна. Абсорбер и десорбер д удовлетворять: 1 - обеспечение развитой поверхности массообмена, для этого используют ситчатые тарелки с высоким барботажным слоем (МЭА очистка), а при поташной очистке – кольца Пайля, керамические седла Инталокс. 2 – незначительное гидравлическое сопротивление ∆Р. 3 - большая пропускная способность по газу и жидкости. 4 - стабильность в работе и легкость регулирования процесса. 5 - малый расход тепла  в регенераторе.

6.6. МЭА очистка – низкая стоимость, стабильность процесса, легко регенерируется, высокая поглотительная способность. При очистке газа 17-21% раствором МЭА идет 2 реакции:

2NOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O=(RNH₃)2CO₃

(RNH₃)₂CO₃+CO₂+H₂O=2RNH₃HCO₃

Степень очистки газа от CO₂ определяется его парциальным равновесным давлением над раствором МЭА. α – степень карбонизации – степень насыщения раствора МЭА CO₂ (моль/моль). Равновесие α увеличивается при снижении концентрации МЭА в растворе, уменьшении температуры, увеличении содержания CO₂ в исходном газе. Величина Р_CO2 при α>0,5: Р_CO2=(b (α-0,5))/4(1-α)² ;

b – коэф-т зависит от температуры и концентрации CO₂ в растворе МЭА.

lgb=7.5+1.33lgc-35600/2.3RT.

с – концентрация СO₂ в р-ре МЭА (моль/моль МЭА). Константа скорости взаимодействия CO₂ с МЭА от температуры:

lgk=11.07-2140/T.

Энергия активации реакции Ea=52,3 кДж/ моль. Объем доля CO2 в газе после МЭА очистки 0,003-0,01%об.

Метод «КАРСОЛ»: используется поташ 25-30%. Процесс:

K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃(гидрокарбонат K), Н<0. Регенерация по обратной реакции.

Достоинства метода:

1 низкая стоимость абсорбента,

2 низкий расход тепла на регенерацию;

Недостатки:

1 малая растворимость KHCO₃ и K₂CO₃ в воде при обычной температуре.

2 низкая скорость хемосорбции CO₂;

3 значительное равновесное давление CO₂ над р-рами поташа, поэтому большое содержание CО₂ в очищенном газе. Чтобы уменьшить недостатки надо повышать температуры (повышает растворимость карбонатов и скорость реакции), добавление в раствор активатора ДЭА (повышает скорость процесса и уменьшает парциальное давление CO₂ на раствором, что увеличивает степень очистки от СО₂).

Состав р-ра КАРСОЛ ,% об: K₂CO₃ – 25-28; ДЭА – 1,9; V₂O₅(ингибатор коррозии) – 0.4; U-con (антивспениватель) – 0,01-0,015. Сод-е CO₂ в очищенном газе 0,05-,0,15%.

Тонкая очистка:

После абсорбционной очистки газа от СО₂ его состав в пересчете на сухой газ, % об: Н₂ = 73-75; N₂ = 23-25; CH₄ = 0.6; CО₂ = 0.15; CО = 0,7; Ar = 0,4. Кислородные соединения СО, СО₂, Н₂О являются ядами катализатора синтеза аммиака. СО₂ может образовывать взрывоопасный карбамат аммония, который отлагается в компрессоре и выводит его из строя. Поэтому очищенный синтез-газ д. содержать: СО не более 0,002%, СО₂ не более 0,0005%.

Стадия тонкой очистки основана на реакциях:

СО+3Н₂=СН₄+Н₂О, -206;

СО₂+4Н₂=СН₄+2Н₂О, -165

6.4.схема: Конвертируемая ПГС под Р = 2,8 МПа и при t = 40–50 ⁰С поступает в абсорбер 5, орошаемый 17-20 %-м р-ром МЭА. Абсорбер с высокослойными ситчатыми тарелками, разделен на 2-е секции. Верхняя секция предназначена для тонкой очистки газа, орошается груборегенерираванным р-ром (II поток). В нижнюю поступает р-р (I поток), который смешивается с р-ром из верхней секции. Газ, содержащий до 19% СО₂ проходит вначале нижнюю секцию, затем верхнюю и очищается до остаточного содержания СО₂ 0,003-0,01% об. Р-р МЭА, насыщенный до a=0,67 выходит из нижней секции абсорбера 5 при t = 57-65 ^оС и поступает в регенератор-рекуператор 15. В верхней секции 15 на ситчатых тарелках расположены U-образные теплообменные элементы, через стенку которых происходит передача тепла от горячего регенерированного раствора к насыщенному раствору. За счет тепла ПГС (174⁰С) и тепла регенерированного раствора обоих потоков насыщенный р-р регенерируется в верхней секции от a=0,67 до a=0,35 моль/моль, также предусмотрен подвод тепла через смоловыделитель 14 и через паровой кипятильник 17. Далее р-р делится на 2 равных потока: груборегенерированный при t = 114- 120 ⁰С насосом 13 подается через встроенные теплообменники, где охлаждается до 62- 70 ⁰С, далее охлаждается в воздушном холодильнике 12, а в летнее время в водяном холодильнике 10. Второй поток через переливные устройства поступает в нижнюю секцию реген – рекуператора для более глубокой очистки до  a=0,12. после чего при 125-130 ⁰С насосом 16 подается во встроенные теплообменники, где охлаждается до 62- 70 ⁰С, далее охлаждается в воздушном холодильнике 11, а в летнее время в водяном холодильнике 9.

35.Характеристика абсорбера и регенератора, как реакторов очистки от CО₂. Материал реакторов.

Абсорбер:

1) обратимый процесс 2) по фазовому состоянию гетерогенный 3) протекает экзотермическая реакция 4) низкотемпературный 2,8 МПа 5) реактор идеального вытеснения 6) по температурному режиму: политермический – в реакторе температура непостоянная углеродистая сталь, непрер

Регенератор:

1) обратимый процесс 2) по фазовому состоянию гетерогенный 3) протекает эндотермическая реакция 4) низкотемпературный 0,13 МПа 5) реактор идеального вытеснения 6) по температурному режиму: политермический – в реакторе температура непостоянная. Низколегированная сталь 16ГС