20. Очистка газов от диоксида углерода

Диоксид углерода (углекислый газ) – бесцветный газ, имеющий слегка кисловатый запах и вкус.

При атмосферном давлении и температуре -78,50С, минуя жидкое состояние, образует белую снегообразную массу (сухой лед).

Жидкий СО2 при комнатной температуре существует лишь при давлении выше 5,85 МПа.

Плотность твердого СО2 1,512 кг/л.

Растворимость СО2 в воде составляет 0,335 и 0,169% (масс.) при температурах 0 и 200С соответственно.

При этом, частично взаимодействуя с водой, образует угольную кислоту.

Активно взаимодействует с основаниями, образуя карбонаты.

Термически стойкий, распадается на СО и О2 только при температуре >20000С.

В нефтяной промышленности используется для закачки в пласт с целью повышения продуктоотдачи.

Коррозийно -активен, при взаимодействии с материалом оборудования и труб образует карбонат железа.

Адсорбция водой является одним из распространенных методов улавливания диоксида углерода.

Процесс проводят в насадочных скрубберах под давлением, чтобы увеличить растворимость СО2 в воде.

Основные преимущества водной очистки:

- простота конструкции, отсутствие теплообменников и кипятильников;

- отсутствие расхода тепла;

- дешевизна растворителя;

- отсутствие паров дорогого и токсичного растворителя, переходящего в газовую фазу.

Основные недостатки:

- низкая эффективность поглощения – максимально 8 кг СО2 на 100 кг воды;

- значительный расход энергии на перекачку раствора;

- недостаточная чистота выделяющегося СО2.

Схема установки для очистки газа от диоксида углерода водой.

1-абсорбер; 2-устройство для перекачки раствора;

3-сепаратор.

Поглощение растворами этаноламинов

Под действием этаноламинов наряду с СО2 из газа поглощаются H2S, COS и CS2 (сероводород, серооксид углерода и сероуглерод).

Это процессы хемосорбции, основанные на взаимодействии аминов, обладающих слабыми основными свойствами, с кислыми газами CO2 и H2S.

Для МЭА эти реакции описываются следующими уравнениями:

Реакции протекают с выделением тепла.

Согласно принципу Ле-Шателье, понижение температуры и повышение давления способствуют протеканию указанных реакций в прямом направлении, а повышение температуры и понижение давления – в обратном.

Образующиеся соли легко разлагаются при нагревании.

Из серии различных аминоспиртов и гидроксиаминоэфиров для очистки газов от CO2 и H2S наибольшее применение нашли моно- и диэтаноламины (МЭА и ДЭА).

МЭА – наиболее дешёвый, имеет более высокую реакционную способность и легче поддается регенерации и очистке от примесей, стабилен.

Основным недостатком МЭА является его необратимое взаимодействие с COS (компонент природного газа) и CO - обычный компонент газов нефтепереработки.

При наличии в газах COS и CS2 для очистки газа широко используются водные растворы ДЭА.

I - газ + СО2 на очистку, II – газ после очистки

Схема установки очистки газа моноэтаноламином.

Поступающий на очистку газ восходящим потоком проходит через тарельчатый абсорбер (1) навстречу потоку раствора МЭА.

Насыщенный раствор, выходящий с низа абсорбера подогревается в теплообменнике (3) регенерированным раствором и подается в верхнюю часть отпарной колонны (4), выполняющей роль десорбера.

Колонна заполнена насадкой из колец Рашига.

Температура регенерации составляет 118-1200С.

В нижнюю часть отпарной колонны (4) подают перегретый водяной пар.

Регенерированный, т.е. освобожденный от кислых компонентов (CO2 и H2S) моноэтаноламин МЭА из нижней части отпарной колонны насосом подается в межтрубное пространство теплообменника (3), затем дополнительно охлаждается в водном холодильнике (2) и возвращается в абсорбер.

Очищенный от кислых компонентов газ выходит из верхней части абсорбера.

Кислый газ с парами воды из отпарной колонны (4) охлаждается в холодильнике (5).

При этом основная часть водяных паров конденсируется.

В сепараторе (6) образовавшуюся в результате конденсации воду возвращают в десорбер (4), разбавляя ее по мере необходимости свежей водой, чтобы избежать повышения концентрации МЭА в десорбере.

Ввод воды осуществляют несколько выше ввода раствора на регенерацию для улавливания капель и паров амина из потока кислого газа.

Содержание CO2 на выходе из абсорбера менее 0,1% (при исходном содержании 4-5%).

Концентрация рабочего раствора МЭА 8-12%.

Поглощение цеолитами

Цеолиты являются эффективным поглотителем диоксида углерода из различных промышленных газов.

При этом одновременно удаляются пары воды.

Процесс проводят в адсорберах, заполненных цеолитами.

Обычно используется синтетический цеолит марки CaA.

Этот тип цеолита, наряду с высокими равновесными и кинетическими показателями, сохраняет свою стабильность при многоцикловой эксплуатации в слабокислой среде.