Очистка газов от оксида и диоксида углерода

Лекция 13

Оксид углерода образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод. Он входит в состав газов, выделяющихся в процессах выплавки черных и цветных металлов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, газов, образующихся при взрывных работах.

Одним из видов нефтепереработки является каталитический крекинг, в результате проведения которого образуются бензин хорошого качества и газы для химического синтеза. Однако каталитический крекинг имеет существенный недоста­ток — катализатор очень быстро выходит из строя или, как гово­рят, теряет активность. Потеря катализатором активности объяс­няется тем, что в процессе крекинга на его поверхности отклады­вается кокс. Чтобы вернуть катализатору активность, нужно удалить кокс с его поверхности. Этот процесс, называемый регене­рацией катализатора, заключается в том, что кокс вы­жигают, при пропускании воздуха через катализатор при темпера­туре 550—600 °С. При этом отходящие газы будут содержать оксид и диоксид углерода.

Одной из стадий производства аммиака является получения водорода путем конверсии метана природного газа с водяным паром, в результате чего образуется

СН₄ + Н₂О ↔ СО + ЗН₂

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

водород с примесями оксида и диоксида углерода, от которых надо избавляться.

Абсорбция оксида углерода медь – алюминий - хлоридными растворами. Этот метод применяют при наличии в газе кислорода и больших количеств диоксида углерода. Процесс основан на химической абсорбции оксида углерода раствором смешанной соли тетрахлорида меди и алюминия в различных ароматических углеводородах с образованием комплекса с оксидом углерода. Рекомендуется раствор, содержащий 20-50% и 80-50% толуола.

Процесс абсорбции можно представить следующим образом. Сначала идет образование комплекса:

,

который затем абсорбирует :

Другие газы - - не реагирует с комплексом, однако вода разрушает комплекс с выделением :

,

поэтому перед абсорбцией газ должен быть осушен, что является недостатком процесса. Схема процесса представлена на рис.13.1.

Очищенный газ

В атмосферу

Растворитель 5 CO

Q 7 8

2 Растворитель Газ на 4

очистку

1 Q 6

Q Q

15 13 10

Q

Реагенты 11 9

Рис.13.1. Схема установки очистки газов от оксида углерода медь-алюминий-хлоридным раствором:

1 - блок осушки газа; 2 - абсорбер; 3,8 - блоки выделения паров толуола; 4 -промежуточный десорбер; 5 - вакуум-насос; 6 - регенератор; 7,11 - холодильники; 9,10 - теплообменники; 12,14 - расосы; 13 - емкость для раствора; 15 - узел приготовления раствора.

Предварительно осушенный газ подают в абсорбер, который орошается регенерированным раствором. Насыщенный оксидом углерода раствор, выходящий из абсорбера, подогревают до 100°С и направляют в промежуточный десорбер, где поддерживают давление 0,25 МПа. Десорбер орошают регенерированным раствором для поглощения СО, выделяющегося при десорбции. Частично регенерированный раствор после теплообменника поступает в регенератор, где регенерируется при 135-180°С. Затем раствор охлаждают и подают в отстойник, из которого направляют в абсорбер и десорбер. Выделенный из газовых потоков растворитель (толуол) возвращают в систему приготовления раствора.

Очистка медноаммиачным раствором основана на том, что оксид углерода абсорбируется данным раствором с образованием комплексного медноаммиачного соединения. Поглотительная спо­собность медноаммначных растворов при обычных условиях неве­лика. С повышением давления и понижением температуры она возрастает. Это обусловливает применение при очистке газа от СО высоких давлений 10-30 МПа и температуры от 0 до 25° С (при более низких температурах возможна кристаллизация раствора). Применяют обычно медноаммиачные растворы слабых кислот: уксусной (ацетаты), угольной (карбонаты) и муравьиной (формиаты):

[Cu(NH₃)₂]CH₃COO + CO + NH₃ = [Cu(NH₃)₃CO]CH₃COO.

Раствор имеет слабощелочной характер, поэтому одновременно поглощается и диоксид углерода, если присутствует в газе:

2NH₄ОН + СО₂ = (NH₄)₂СО₃ + Н₂О;

(NH₄)₂СО₃ + СО₂ + Н₂О = 2NH₄НСО₃.

Регенерацию раствора ведут при 77—79° С и атмосферном дав­лении, при этом происходит десорбция СО. Целесообразно регене­рацию медноаммиачных растворов вести под вакуумом. При реге­нерации раствор теряет часть NH₃, который необходимо пополнять. Регенерированный раствор после охлаждения возвращается для поглощения СО. После очистки в газе остается не более 0,003% СО.

Очистка промывкой жидким азотом. Этот процесс представляет собой физическую абсорбцию. При промывке газа (-190 ºС, 2,6 МПа) одновременно с оксидом углерода жидкий азот конденсирует и растворяет метан, аргон, кислород, диоксид углерода. После такой очистки содержание СО в газе не превышает 0,002%.

Процесс очистки, применяемый в азотной промышленности, состоит из трех стадий: предварительного охлаждения и сушки исходного газа; глубокого охлаждения газа и частичной конденсации компонентов; отмывки газов от оксида углерода, кислорода, метана и др.

Таблица 13.1. Минимальный расход жидкого азота (в ), необходимый для промывки 150 газа, содержащего 6% СО

Температура, К	Давление, Па
11,76	19,6	25,5	34,3	49,0

Абсорбцию оксида углерода обычно ведут в колоннах тарельчатого типа. Холод, необходимый для создания в установке низких температур, обеспечивается холодильными машинами. Расход жидкого азота на абсорбцию оксида углерода при прочих равных условиях зависит не только от концентрации СО в газе, но и от содержания примесей других газов, а также от температуры и давления. Увеличение концентрации оксида углерода в исходном газе (при постоянном давлении) незначительно повышает расход жидкого азота, так как растворимость СО возрастает почти пропорционально парциальному давлению. С увеличением давления расход жидкого азота уменьшается, особенно резко при давлении выше 1МПа. Повышение температуры приводит к значительному увеличению расхода жидкого азота на промывку. Минимальный расход жидкого азота, необходимый для промывки, указан в таблице 13.1.

Для промывки газов жидким азотом в промышленности используют агрегаты производительностью по газу 20 и 32 тыс.

Метод гидрирования. Метанирование (гидрирование) неболь­ших остаточных количеств СО и СО₂, (до 1%) проводится по урав­нениям реакций:

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О

СО₂ + 4Н₂ = СН₄ + 2Н₂О

Процесс метанирования осуществляют на никелевых катализатоpax (нанесенных на окись алюминия) при 200— 400° С и давлении 2,8 МПа.

Очистка конвертированного газа от СО₂. В газе после конверсии СО содержится от 17 до 30% диоксида углерода, который выделяется, как правило, жидкими сорбентами: водой, этаноламинами, раст­ворами щелочей и т. п.

СО₂ под давлением растворяется в воде значительно лучше, чем другие компоненты конвертированного газа. На этом принципе основана водная очистка от СО₂ промывкой газа водой в башнях с насадкой при 2-3 МПа. Вытекающая из башни вода вращает турбину, насаженную на од­ном валу с насосом, подающим воду на башню. Таким образом регенерируют около 60% электроэнергии, затрачиваемой на подачу воды в башню. В турбине давление снижается до атмосферного, растворимость газов уменьшается и из воды десорбируется газ, содержащий около 80% СО₂, 11% Н₂, а также N₂, H₂S и др. Этот газ целесообразно использовать в производстве карбамида, сухого льда или других продуктов. Вода после охлаждения в градирнях возвращается на орошение в башни. Основной недостаток водной очистки заключается в значительном расходе электроэнергии и больших потерях водорода. Поэтому в современных схемах приме­няются другие поглотители, обладающие большей, чем вода, сорбционной емкостью и селективностью.

Этаноламиновая очистка осуществляется вод­ными растворами смеси моно- и диэтаноламинов: CH₂CH₂OHNH₂ и (СН₂СН₂ОН)₂NН. Процесс удаления СО₂ основан на протекании следующих реакций:

СО₂ + 2RNH₂ + Н₂О = (RNH₃)₂CO₃

СО₂ + (RNH₃)₂СО₃ + Н₂О = 2RNH₃HCO₃

где R - группа ОНСН₂СН₂-.

Процесс поглощения проводят при 40—45° С. На практике обычно применяют 20%-й раствор моноетаноламина. Если очистку ведут при атмосферном давлении, то степень карбонизации моноетаноламина не превышает 50%, а под давлением 2-3 МПа доходит до 70%. Образовавшиеся в результате абсорбции карбонаты и бикарбонаты разлагаются в десорбере с выделением СО₂ нагреванием до 120° С. Содержание СО₂ в газе после очистки не превышает 0,1%. Десорбируемый оксид углерода можно использовать в производстве мочевины или сухого льда.

Очистка горячимраствором поташа прово­дится под давлением 1-2 МПа при 110-120°С. Обычно применяют 25%-ный водный раствор К₂СО₃, активированный мышья­ком (As₂O₃). При поглощении СО₂ карбонат превращается в бикар­бонат по уравнению реакции

К₂СО₃ + СО₂ + Н₂О = 2КНСО₃

Регенерация раствора производится снижением давления.

Дата добавления: 2014-01-20