Очистка от кислых газов. Иванов В. А.. Основные преимущества водной очистки
 Скачать 23.22 Kb.
|
|
Слайд 3 Абсорбция диоксида углерода (CO2) водой имеет промышленное значение для очистки некоторых газов высокого давления, в частности, применяемых для синтеза аммиака. Водная очистка представляет собой типичный процесс физической абсорбции. Основными преимуществами воды как абсорбента для удаления примесей из газа является ее доступность и дешевизна. Применение любого абсорбента, кроме воды, связано с необходимостью создания герметичной системы и рекуперации, т.к. в процессе очистки он улетучивается и отходящие газы загрязняют атмосферу. Воду можно применять в простых скрубберах с меньшей опасностью утечки газа и во многих случаях без рециркуляции со сбросом насыщенного раствора. Часто, чтобы увеличить растворимость CO2 в воде, процесс проводят при повышенном давлении. (схема установки представлена на слайде) В простейшем варианте установка состоит только из абсорбера 1, работающего при повышенном давлении, десорбера 3, в котором вследствие снижения давления из воды выделяется CO2. На схеме показана также рекуперационная турбина 2, позволяющая ис-пользовать часть энергии путем снижен давления жидкости и последующего расширения абсорбированного газа. Такой процесс обычно применяется для очистки газов с парциальным давлением CO2 более 3,4 атм, так как только при таком давлении достигается эффективная поглотительная емкость воды. Так как газы синтеза аммиака обычно содержат около 25% CO2, этот фактор практически ограничивает применимость процесса системами, избыточное давление абсорбции в которых выше примерно 14 атм. Основные преимущества водной очистки: простота конструкции установки, отсутствие теплообменников и кипятильников; отсутствие расхода тепла; дешевизна растворителя; отсутствие паров дорогого или токсичного растворителя, переходящего в газовую фазу. Основные недостатки процесса водной абсорбции: чрезмерно большие потери газа при высоком давлении вследствие значительного повышения его растворимости; низкая поглотительная емкость воды по CO2 (8 кг CO2 на 100 кг воды); значительный расход в связи с этим энергии на перекачку раствора; недостаточная чистота CO2. Слайд 4 Метанол и ряд других органических растворителей являются хорошими поглотителями CO2. При понижении температуры абсорбента и повышении давления в системе поглотительная способность резко повышается. На этом свойстве основан процесс "ректизол". При температуре - 60оС и атмосферном давлении (0,1 МПа) растворимость составляет 75 см3/г, с увеличением давления до 0,4 МПа она достигает 600 см3/г. Растворение протекает со значительным экзотермическим эффектом. Избирательность метанола в отношении смеси CO2-водород в 7 раз выше избирательности воды, поэтому потери водорода в процессе его очистки метанолом значительно ниже, чем при водной очистке. Схема очистки включает охлаждение газа до -35оС при прямом контакте с хладоагентом - 60%-ным водным раствором метанола; очистку ведут в трехсекционной колонне при температуре -35 - 60оС и давлении 2 МПа, а десорбцию - путем последовательного снижения давления до 800, 130, 60 и 25 кПа. В результате очистки газа, полученного конверсией оксида углерода (71,5% H2; 0,8 N2, 0,9% CH4; 2,4% CO; 24,4% CO2) образуется газ состава 92,8% H2; 1,1% CH4; 3,1% CO; 2,0% CO2. Полная регенерация метанола достигается его кипячением. Процесс "ректизол" отличается высокой экономичностью, его основной недостаток заключается в громоздкости аппаратуры. Процесс наиболее целесообразно применять при очистке газа с большим содержанием примесей, например, коксового, а также в тех случаях, когда газ в конечном итоге должен подвергаться глубокому охлаждению. Очищаемый газ охлаждается до температуры минус 20 °С и поступает в нижнюю часть двухступенчатого абсорбера при давлении около 2 МПа. На первой ступени очистки газ контактирует с основным потоком метанола, охлажденным до минус 70–75 °С. При этом из газа практически полностью удаляются Н2S, тяжелые углеводороды, значительное количество СО2 и органических соединений серы. При абсорбции примесей температура метанола повышается до минус 20 °С. Очищенный газ из первой ступени поступает на вторую ступень очистки, где контактирует с небольшим потоком регенерированного и охлажденного до минус 60–65 °С метанола. На этой ступени практически полностью удаляются органические сернистые соединения. Насыщенный на первой ступени метанол регенерируется в десорбере 2 при ступенчатом снижении давления. При снижении давления до 0,1 МПа метанол за счет испарения абсорбированных газов охлаждается до –35°С, на второй ступени при 0,02 МПа температура метанола достигает (–70)–(–75) °С и он снова подается в абсорбер 1 на первую ступень. В регенераторе 2 метанол почти полностью освобождается от растворенных в нем газов, которые идут на дальнейшую переработку. Насыщенный метанол со второй ступени очистки подается в рекуперативный теплообменник и далее в регенератор 3. Регенерацию проводят отпаркой кислых газов при 60–65 °С обогревом глухим паром в насадочной или тарельчатой колонне. Метанол с низа колонны 3 охлаждается последовательно в регенеративном теплообменнике и испарителе до температуры (–60)–(–65) °С и подается в верхнюю часть абсорбера 1. В мире работает свыше 100 установок ректизольной очистки. Слайд 6 Этаноламиновая очистка - наиболее распространенный метод очистки промышленных газов. В качестве поглотителей могут быть применены моно-, ди- и триэтаноламины (МЭА, ДЭА, ТЭА). Каждое из этих соединений содержит, по крайней мере, одну гидроксильную и одну аминогруппу. Присутствие гидроксильной группы снижает давление насыщенных паров и повышает растворимость соединений в воде, а аминогруппа придает водным растворам щелочность, необходимую для абсорбции кислых газов. Растворы этаноламинов в равной степени поглощают как CO2, так и сероводород. Для извлечения CO2 и H2S обычно применяют растворы МЭА, за исключением случаев, когда желательно применение других аминов, например, если в газе содержатся примеси, вступающие в необратимую реакцию с МЭА; при необходимости избирательной абсорбции одного из кислых компонентов (CO2 или H2S) и для снижения потерь паров. Предпочтительность МЭА вызвана в основном его низкой стоимостью, высокой реакционной способностью, стабильностью, легкостью регенерации. Однако МЭА присущи два важных недостатка: относительно высокое давление паров и способность в условиях работы установок очистки газов вступать в необратимую реакцию с сероокисью углерода COS и сероуглеродом CS2 - компонентами газа крекинга. Первый из этих недостатков можно устранить простой водной промывкой газа для поглощения паров амина. Из-за второго недостатка применение МЭА ограничивается только очисткой природного и некоторых других газов, не содержащих сероокиси углерода (или сероуглерода). Для нефтезаводских газов, предпочтительно использовать ДЭА. Для избирательной абсорбции сероводорода в присутствии CO2 можно применять один из третичных аминов. Показана основная технологическая схема абсорбционной очистки газов раствором алканоламина. (описание схемы) Поступающий на очистку газ проходит восходящим потоком через абсорбер навстречу потоку раствора. Насыщенный раствор, выходящий с низа абсорбера, подогревается в теплообменнике регенерированным раствором из отпарной колонны и подается в верх ее. После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается в верх абсорбера; этим завершается цикл. Кислый газ из отпарной колонны охлаждается для конденсации большей части содержащихся в нем водяных паров. Этот конденсат непрерывно возвращается обратно в систему, чтобы предотвратить увеличение концентрации раствора амина. обычно всю эту воду или часть ее подают в верх отпарной колонны несколько выше входа насыщенного раствора для конденсации паров амина из потока кислого газа. Слайд 8 Схема с разделением потоков. Этот вариант позволяет снизить расход водяного пара. По данному варианту (рис. 5.3) выходящий с низа абсорбера насыщенный раствор разделяется на два потока: один подается в верх отпарной колонны, второй - посредине ее высоты. Верхний поток движется навстречу парам, поднимающимся из кипятильника, и выводится из колонны выше точки ввода остальной части насыщенного раствора. Этот раствор регенерирован не полностью; он возвращается обратно в нижнюю секцию абсорбера для поглощения основной массы кислых газов. Часть раствора, поступающего посредине отпарной колонны, проходит через кипятильник, где почти полностью десорбируются кислые газы. Этот раствор возвращается в верх абсорбера для снижения содержания кислых газов до заданного уровня. При такой схеме количество паров, поднимающихся по колонне, несколько меньше, чем на установках, работающих при обычной схеме, отношение количеств жидкости и паров в обеих секциях отпарной колонны меньше, так как в каждую из них поступает лишь часть общего количества раствора. Недостатком варианта является увеличение капиталовложений на сооружение установки по сравнению с основной схемой. Слайд 9 Адсорбционный метод применяется для тонкой очистки газов от CO2, необходимой в технологических установках с глубоким охлаждением, например, при промывке газа от оксида углерода жидким азотом в производстве аммиака, при разделении воздуха, коксового и др. газов. Адсорбционный метод для дополнительной тонкой очистки газа можно применять после удаления основного количества CO2 одним из известных методов. В качестве адсорбентов могут применяться активированные угли и мелкопористый силикагель различных промышленных марок, а также синтетические цеолиты. Предложен и экспериментально разработан адсорбционный способ тонкой очистки от CO2 при низкой температуре. Способ состоит в том, что адсорбция CO2 производится под давлением при температуре минус 40 - минус 50оС, а десорбция - потоком инертного газа при низкой температуре и давлении, близком к атмосферному. Проведение адсорбции при пониженной температуре увеличивает поглотительную способность сорбента в несколько раз по сравнению с адсорбцией при обычной температуре. Затраты энергии незначительны и определяются только расходом на покрытие небольших дополнительных потерь. Примером применения цеолитов для одновременной осушки и очистки газов от примесей CO2 является приготовление экзотермической контролируемой атмосферы (защитного инертного газа в металлургических процессах), получаемой при сгорании природного газа в воздухе. В результате сжигания метана получают азотоводородную смесь, насыщенную парами воды и содержащую до 12% CO2. Удаление примесей производят в установке с адсорберами, заполненными цеолитами. Обычно в этом процессе используют цеолиты марки СаА. Этот тип цеолита, наряду с высокими равновесными и кинетическими показателями, сохраняет свою стабильность при многоцикловой эксплуатации и в слабокислой среде. Характерной чертой этих установок является высокая концентрация извлекаемых примесей. Схема опытно-промышленной установки, в которой нагрев цеолитов в стадии десорбции производится потоком горячего воздуха, представлена на рис. 5.4. Природный газ сжигается в газогенераторе I с небольшим недостатком воздуха. Продукты неполного сгорания, содержащие CO2, после охлаждения в теплообменниках 3 и 4 и выделения влаги поступают в один из адсорберов 5, 6 или 7, заполненных цеолитом марки СаА, где происходит осушка газа и очистка его от CO2. Регенерация цеолита производится нагретым в теплообменнике 3 воздухом, подаваемым вентилятором 2. Цеолиты на стадии регенерации нагревают до температуры не ниже 235оС. Охлаждение их производится чистым газом, циркулирующим через систему и холодильник 8 при помощи газодувки 9, причем в начальный период охлаждения газ после продувки через цеолиты выбрасывается в атмосферу, а затем циркулирует в замкнутом контуре с постоянной подпиткой свежим газом. |