Процессы очистки азотоводородной смеси от оксидов углерода

Конвертированный газ содержит 17-18% СО₂ и 0,3-0,5% СО. Первая примесь - балласт для синтеза аммиака, вторая - яд катализатора. Эти примеси надо удалить. Удаление сорбцией требует специфичных сорбентов (два удаляемых компонента), необходимых в большом количестве (содержание СО₂ - до 20%). В настоящее время используется два специфических способа очистки от оксидов углерода.

Физико-химические основы процесса абсорбционной очистки от СО₂. СО₂ абсорбируют 19-21%-ным водным раствором моноэтаноламина NH₂CH₂CH₂OH:

2RNH₂ + H₂O + CO₂ ↔ (RNH₃)₂CO₃.

Эта стадия называется МЭА-очистка. Поглощение СО₂ (карбонизация раствора МЭА) — обратимый процесс. С повышением температуры равновесие сдвигается влево, т.е. возможна регенерация сорбента.

Технологическая схемаМЭА-очистки включает два основных аппарата: абсорбер и десорбер (рис. 6).

Над чистым МЭА-раствором равновесное давление СО₂ мало, и потому газ и жидкость подают противотоком. Абсорбер — вертикальный газожидкостной реактор насадочного или тарельчатого типа, разделенный на две секции. Сначала газ проходит нижнюю секцию абсорбера, где происходит поглощение основного количества СО₂. Эта секция орошается не полностью (грубо) регенерированным МЭА-раствором. Доочистка происходит в верхней сек­ции аппарата - газ, орошаемый тонко регенерированным (чистым) МЭА-раствором, выходит с остаточным содержанием СО₂ не более 0,03% (об.). Температура абсорбции не превышает 60^оС.

Насыщенный раствор, содержащий углекислоту в количестве 80-100 г/л, нагревается в рекуперативных теплообменниках и двумя потоками направляется в десорбер. Теплота на десорбцию подается через паровой кипятильник. Чистый раствор отбирают в нижней части десорбера, грубо регенерированный - из середины колонны. После охлаждения эти потоки направляются обратно в абсорбер. Десорбция происходит при температуре 110-130^оС. Организация схемы «регенерация с рециклом» позволяет в чистом виде выделить примесь и исключить постоянное потребление сорбента (только на компенсацию потерь). Чистый СО₂ используют в других производствах (карбамида, твердой углекислоты и др.).

Так как раствор МЭА не поглощает оксид углерода, выходящий газ содержит СО. Как примесь его не выделяют, а превращают в метан, безвредный для катализатора и инертный в процессе синтеза аммиака.

Физико-химические свойства процесса метанирования. Остаточное содержание оксида углерода мало (0,5%), и вместо удаления его обезреживают (дезактивируют как катализаторный яд) реакцией, обратной конверсии метана (метанирование):

СО + ЗН₂ = СН₄ + Н₂О.

Процесс проводят при низкой температуре (230-280^оС) с использованием никелевого катализатора при большом избытке водорода [около 75% в азотоводородной смеси (ABC)].

Технологическая схема состоит из одного аппарата. После стадии МЭА-очистки газ подогревают и направляют в реактор, содержащий никелевый катализатор (реактор метанирования на рис. 5). Так как содержание СО мало и адиабатический разогрев составляет лишь несколько десятков градусов, используют однослойный реактор. В очищенном газе, поступающем на синтез аммиака (синтез-газе), содержание СО не должно превышать 20-10^-6 об. долей (20 ррm - миллионных долей). Суммарное содержание метана (непревращенного и образовавшегося в результате метанирования) в синтез-газе составляет до 1%.