Очистка конвертированного газа от диоксида углерода. Требования, предъявляемые к хемосорбенту и массообменной аппаратуре.

После II ступени конверсии СО газ имеет следующий состав( в пересчете на сухой газ),% об:СО – не более 0,65%; СН₄ – не более 0,5%; СО₂ – не более 19%; Н₂ – 61-63%; N₂ – 19-22% ;Ar – не более 0,3% .Поскольку после конверсии СО резко возрастает содержание в газовой смеси нежелательного СО₂ следующей технологической стадией является очистка газа от СО₂.Основные особенности процесса очистки газа от СО₂.В крупных современных агрегатах применяется метод хемосорбции. В качестве сорбента обычно используется водный р-р моноэтаноламина (МЭА) НО-СН₂-СН₂-NН₂ или водный раствор поташа К₂СО₃. Необходимо стремиться к наиболее полному удалению СО₂ из конвертированного газа на стадии хемосорбции, поскольку в следующей стадии происходит каталитическое гидрирование остаточного СО₂ по реакции:

СО₂+4Н₂ «СН₄ + 2Н₂О

При этом тратится ценный водород, необходимый для синтеза аммиака и образуется балластный СН₄, удаляемый на стадии синтеза с продувочными газами. Степень очистки газа при хемосорбции зависит как от равновесного давления СО₂ над р-ром, так и от скорости абсорбционных пр-сов. По условиям равновесия абсорбция происходит тем полнее, чем ниже тем-ра. Однако скорость абсорбции выше при большей тем-ре. На основании сопоставления термодинамических и кинетических факторов выбирают оптимальную тем-ру абсорбции, которая составляет 50-80⁰С. Узел абсорбционной очистки газа от СО₂ включает в себя аппараты, обеспечивающие одновременное протекание 2-х пр-сов: собственно абсорбции СО₂ из отработанного р-ра при повышенной тем-ре: 110-135 ⁰С в регенераторе, т.е. поглотительный р-р непрерывно циркулирует между абсорбером и регенератором.Высокая степень абсорбции СО₂ из газа и глубокая регенерация р-ра достигается лишь при условии развитого массо – и т/обмена, поэтому абсорбер и регенератор самые громоздкие аппараты в т. схеме амм – го производства.

При выборе эффективного хемосорбента необходимо учитывать следующие его хар-ки:

1)абсорбционная ёмкость – это кол-во газа, к-рое способен поглотить абсорбент, моль/моль или м³/м³.От абсорбционной ёмкости зависят важные показатели процесса: циркуляция абсорбента; расход тепла на десорбцию СО₂; условие регенерации раствора и другое.2) селективность р-ля – это отношение р-римости извлекаемого газа к р-римости др. компонентов газовой смеси.От селективности зависит потери менее р-римых газов и как следствие нек-рые расходные коэф-ты.

3) Тем-ра кипения абсорбента д.б. высокой, а Р, Па насыщенных паров р-ля при тем-ре абсорбции низким. При этом потери абсорбента будут минимальными. Распространение получили абсорбенты с t_кип= 170 ÷200º С и Р паров при 30º С – до 19 Па (≈ 0,1 мм. рт. ст.).

4) вязкость абсорбента д.б. низкого, иначе: уменьшается и т/передачи и возрастают габариты аппаратов, а также новым расход энергии на перекачивание р-ра.

5) термическая усталость абсорбента, д.б. высокого, чтобы свести к минимуму даже весьма медленные побочные р-ции. Эти р-ции сокращают срок службы абсорбента и могут оказывать коррозионное действие.

6) коррозионная активность абсорбента должна быть минимальной.

Массообменная аппаратура очищенного газа от СО₂, абсорбир. и десабсорбир. должна удовлетворять следующим требованиям:

1) большая пропускная способность по газу и жидкости

2) незначительное гидр. сопротивление.

3) Обеспечение развитого пов-ти м/обмена.

Для этого в качестве м/ обменных элементов при МЭА – очистке используют сочетанное тарелки с высоким бактериальным слоем, а при поташной очистке насадки металлического кольца Паля, керамические сёдла инталокс.

4) тепловой расход тепла в регенераторе.

5) стабильность в работе и лёгкость в регуляции процесса.

14. Моноэтаноламиновая очистка: реакции, равновесие, кинетика и параметры процесса.

Наибольшее промышленное применение получили моноэтамоламиновая или МЭА очистка. Это обусловлено:1) сравнительно низкой стоимостью МЭА.

2) высокой поглотительной способностью;

3) лёгкостью регенерации;

4) стабильностью процесса.

При очистке СО₂ – содер-го газа 17÷21%-ным р-ром МЭА протек. след. Реакции:

2НОСН₂СН₂NН₂ +СО₂ +Н₂О ↔(RNН₃)₂ СО₃, ΔН < 0 (1)

(RNН₃)₂ СО₃ + СО₂ +Н₂О↔ 2RNН₃ НО₃, Н₂О< 0 (2)

Регенерация отработанного р-ра МЭА протекает по реакциям обр-ым (2) и (1). Завис-ть К равн-я реакции МЭА и СО₂ от тем-ры известны. Степень очищенного газа от СО₂ опред-ся его равновесным парциал. давлением над р-ром МЭА.Важнейшей хар-кой пр-са явл-ся степень карбонизации р-ра α, моль СО₂/моль МЭА (моль/моль). Она отражает степень насыщения р-ра МЭА → СО₂. Равновесная степень карбонизации повышается при снижении концентрации МЭА в р-ре, уменьшении тем-ры и повышении содержания СО₂ в исх. Газе. Величина равновесного Р_СО2 при α >0,5, может быть рассчитана из уравнения:

Р_СО2 = b(α- 0,5)/ 4 (1 – α)², (3)

где : Р_СО2 в кПа; α - степень карбонизации, моль/моль; b - коэффициент, зависящий от температуры и концентрации МЭА.

Зависимость k скорости взаим. СО₂ с МЭА от температуры выражается уравнением:

lg k = 11,07 – 2140/Т, (4)

Энергия активации = 52,3 кДж/моль. Объёмная доля СО₂ в газе после очистки с помощью р-ра МЭА от 0,003 до 0,010 % об.