Очистка газов от оксидов углерода СО2 и СО

Оксиды углерода СО₂ и СО в воздухе присутствуют в газообразном состоянии. Продолжительность их пребывания в приземном слое атмосферы определяется свойствами оксидов и параметрами среды (температура, давление, влажность и т.п.). Оксид углерода СО₂ значительно легче, чем СО, выводится из атмосферы в процессе ее самоочищения. Оксид углерода СО чрезвычайно токсичен, переносится на большие расстояния от источников выброса, долго может находиться в неизменном виде в приземном слое атмосферы. Очистка промышленных газов от СО₂ и СО основана на их физических и химических свойствах.

Оксид углерода (IU) – это бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом. В воде СО₂ растворим довольно хорошо (приблизительно 1:1 по объему). По химической природе это кислотный оксид, взаимодействующий с водой при растворении в ней, основаниями (щелочами), основными оксидами. При растворении СО₂ в воде образуется слабая угольная кислота:

Н₂О + СО₂ = Н₂ СО₃ .

Н₂О + СО₂ = Н₂ СО₃ = Н⁺ + НСО₃¯ = 2 Н⁺ + СО₃ ² ¯

При нагревании СО₂ улетучивается и равновесия смещаются влево. При добавлении щелочи или щелочных реагентов равновесия смещаются вправо. Образующиеся карбонаты и гидрокарбонаты имеют различную растворимость в воде, не токсичны.

Оксид углерода (II) – бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Газ сильно токсичен, его ПДК в воздухе населенных мест 1 мг/м³. Основная опасность СО для животных и человека обусловлена его способностью связываться с гемоглобином крови легче, чем кислород. Большая токсичность СО обусловливает необходимость тщательной очистки от него промышленных газов, выбрасываемых в атмосферу. При очистке загрязненных газов от СО используются следующие его свойства: возможность окисления СО до СО₂; способность СО вступать в реакции комплексообразования.

Таблица 3

Методы очистки газов от оксидов углерода

метод	основные процессы метода
Абсорбция СО2 водой	абсорбция: СО2 + Н2О = Н2СО3 регенерация сорбента: Н2СО3 = Н2О + СО2
Абсорбция СО2 этаноламином	абсорбция: (RNH3)2 СО3 + СО2 + Н2О = 2 (RNH3)НСО3 регенерация сорбента: 2 (RNH3)НСО3 = (RNH3)2 СО3 + СО2 + Н2О
Метанирование СО и СО2	СО + 3 Н2 = СН4 + Н2О СО2 + 4 Н2 = СН4 + 2 Н2О (катализатор на основе оксидов NiO, Al2O3)
Абсорбция медноаммиачным раствором СО и СО2	абсорбция: [ Cu(NH3)2]^++ CO + NH3 = [ Cu(NH3)3CO]^+ регенерация сорбента: [ Cu(NH3)3CO]^+= [ Cu(NH3)2]^++ CO + NH3   NH3 + Н2О = NH4OH 2NH4OH + СО2 = (NH4)2 CO3 + Н2О (NH4)2 CO3 + СО2 + Н2О = 2NH4HCO3
Конверсия СО с водяным паром	СО + Н2О = СО2 + Н2 (катализатор на основе оксидов железа)

Абсорбция СО₂ водой - один из простейших методов очистки газообразных выбросов от оксида углерода (IU).Максимальная поглотительная способность воды 8 кг СО₂ на 100 кг воды. Очищенный газ выводится в атмосферу. Раствор СО₂ в воде перекачивается в дегазатор, где СО₂ выделяется из раствора и выводится из аппарата для дальнейшего использования или химической переработки. Вода из дегазатора подается в поглотительную колонну для использования в следующем аналогичном цикле.

Н₂О

газ СО₂

(2)

газ+ СО₂ (1) (3)

(2)

Н₂О + СО₂ Н₂О

1 – колонна высокого давления,

2 – устройства для перекачки жидкостей (вода, раствор)

3 – дегазатор

Схема абсорбционной очистки газов от СО₂.

Основные преимущества данного метода заключаются в следующем: отсутствие токсичных отходов, выбрасываемых в природные среды; экономичность; доступность растворителя – воды, относительная простота технологического процесса и применяемых аппаратов. К существенным недостаткам метода относится небольшая поглотительная емкость воды по СО₂, недостаточная чистота выделяемого СО₂.

Абсорбция СО₂ этаноламинами обладает рядом преимуществ по сравнению с абсорбцией СО₂ водой и является наиболее распространенным методом очистки промышленных газообразных выбросов от этого компонента. Большая по сравнению с водой эффективность этаноламинов обусловлена, прежде всего, наличием щелочных свойств у моно-, ди- и триэтаноламинов (МЭА, ДЭА, ТЭА). Как следствие, данные растворители способны эффективно поглощать из загрязненных газовых сред не только СО₂ , но и другие загрязнения, обладающие кислотными свойствами, например, сероводород. Моноэтаноламин хорошо поглощает также оксид углерода (II).

2 RNH₂ + 2 Н⁺ + СО₃ ² ¯ = (RNH₃)₂ СО₃

(RNH₃)₂ СО₃ + СО₂ + Н₂О = 2 (RNH₃)НСО₃

2 RNH₂ + Н₂S = (RNH₃)₂ S

(RNH₃)₂ S + Н₂S = 2 (RNH₃)HS

RNH₂ моноэтаноламин (МЭА, R – этил С₂Н₅);

R₂NH диэтаноламин (ДЭА);

R₃N триэтаноламин (ТЭА).

В промышленности чаще применяют моноэтаноламин как абсорбент, эффективный по отношению к нескольким компонентам, недорогой, легко поддающийся регенерации. Технологическая схема процесса обычная для абсорбционных процессов.

Метанирование СО и СО₂ применяется для очистки газов, содержащих небольшие остаточные количества СО. Очистка газов основана на экзотермической реакции гидрирования СО в присутствии катализаторов. Одновременно из очищаемого газа удаляется СО₂ и кислород. Образующийся метан может далее сжигаться, если не используется в технологическом процессе.

Абсорбция СО и СО₂ медноаммиачным раствором используется для глубокой очистки газов от СО. Процесс основан на способности комплексного медно-аммиачного соединения поглощать СО под высоким давлением с образованием соответствующего комплексного соединения

[Cu(NH₃)₃CO]⁺. При нагревании последнего СО легко удаляется, что объясняет возможность легкой регенерации поглотительного раствора. Улавливаемы оксид углерода СО следует далее на другие ступени очистки (например, на окисление до СО₂). Процесс абсорбции проводят при высоком давлении и температуре, близкой к 0^ОС. Десорбцию СО проводят при атмосферном давлении и температуре» 80^ОС. Технологическая схема процесса обычная для абсорбционных процессов.

Конверсия СО с водяным паром. О кисление СО до СО₂ в промышленных условиях проводится с использованием различных реагентов, но наиболее распространенными реагентами являются водяной пар и метан. Конверсия СО с водяным паром проводится в присутствии железных окисных катализаторов (Fe₂O₃ + Cr₂O₃), реакция СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ экзотермична.

Дата добавления: 2014-01-05