Моноэтаноламиновая очистка газов от диоксида углерода. Физико-химические основы процесса и технологические особенности процесса и его аппаратурное оформление

Принципиальная схема получения азотоводородной смеси.

1 – очистка СН₄

2 – трубчатая печь, паровая конверсия

3 – кислородная конверсия

4 – конверсия СО

5 – очистка СО и СО₂

Для удаления из азотоводородной смеси оксидов углерода применяют абсорбционные, адсорбционные и каталитические методы очистки.

Наиболее широко применяют процессы очистки газов от СО₂ растворами моноэтаноламина (МЭА) и поташа (К₂СО₃). Эти хемосорбенты обладают высокими емкостью и селективностью. Их недостаток – большой расход теплоты на 1м³ очищаемого газа при высокой концентрации диоксида углерода в исходной смеси.

Очистка от СО₂.

1 стадия – поглощение СО₂ водой

2 стадия – абсорбция (диэтаноламин и моноэтаноламин, ДЭА и МЭА).

30% раствор МЭА или ДЭА.

Способ МЭА очистки основан на том, что водные растворы МЭА образуют с диоксидом углерода карбонаты и гидрокарбонаты, которые при температуре свыше 100 ᵒС диссоциируют, выделяя диоксид углерода. Процесс описывается реакциями:

2RNH₂+CO₂+H₂O→(RNH₃)₂CO₃

(RNH₃)₂CO₃+CO₂+H₂O→2RNH₃HCO₃

R – радикал -CH₂CH₂OH

Т=40-60ᵒС

Для очистки от СО₂ применяют водный раствор МЭА с концентрацией активного компонента до 20 % масс. Растворы более высокой концентрации использовать нецелесообразно по следующим причинам: резко усиливается коррозия оборудования, возрастают потери растворителя, увеличивается вязкость раствора, что ухудшает смачивание насадки и снижает коэффициент абсорбции.

При МЭА очистке основные энергетические затраты связаны с расходом теплоты на регенерацию абсорбента.

Основными технологическими параметрами очистки газа являются давление абсорбции и регенерации, температура, концентрация раствора.

Особенности схемы очистки зависят от общей схемы производства. В производстве аммиака и водорода с низкотемпературной конверсией СО очистку от СО₂ проводят под давлением 1-3 МПа до остаточного содержания диоксида углерода 0,01-1 % с последующей тонкой очисткой от СО и СО₂ метанированием.

Рис. Схема однотопочной циркуляционной абсорбционно-десорбционной установки очистки газа от диоксида углерода:

1 – абсорбер, - 2,7 – насосы, 3 – теплообменник, 4 – регенератор, 5 – кипятильник, 6 – дефлегматор, 8 – холодильник.

Очищаемый газ входит внизу в абсорбер 1, в верхнюю часть которого поступает регенерированный раствор абсорбента. Из абсорбера 1 раствор (МЭА насыщенный СО₂) с помощью насоса 2 через теплообменник 3 подают в регенератор 4. Раствор, пройдя сверху вниз регенератора 4, нагревается за счет теплоты парогазовой смеси, образующейся в кипятильнике 5. Несконденсированную в регенераторе 4 парогазовую смесь направляют в дефлегматор 6, после которого отделяют диоксид углерода от флегмы, которую возвращают на орошение регенератора. Регенерированный раствор (МЭА ненасыщенный СО₂) из нижней части регенератора направляют через теплообменник 3 и водяной холодильник 8 с помощью насоса 7 в абсорбер.

Разгонка раствора МЭА, которая предусматривается во всех современных установках, является главным средством снижения потерь амина, предотвращения вспенивания и снижения коррозии. Основное преимущество МЭА очистки – возможность почти полной абсорбции СО₂ из газа и использование аппаратуры с относительно небольшими размерами.

Тонкая очистка от СО₂

Гидрирование: СО₂+4Н₂→СН₄+2Н₂О+Q

СН₄ – не является каталитическим ядом.