2. Конденсационные методы

Конденсация применяется для удаления примесей из газов путем их охлаждения до температуры меньше точки росы удаляемых ве- ществ, Этот метод наиболее эффективен и чаще всего используется для очистки (утилизации) от углеводородов и других органических соеди- нений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обыч-

ных условиях и присутствующих в газовой фазе в значительных коли- чествах. Удаление таких загрязнителей реализуется в конденсаторах с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих загрязнителей используют двустадийную конденсацию – водяное охлаждение на пер- вой стадии и низкотемпературное захолаживание на второй. Охлажде- ние до низких температур только с целью удаления загрязнителей не является целесообразным, так как процесс очистки не удается провести достаточно полно. Так, например, даже при температуре 213 К и атмо- сферном давлении остаточные концентрации различных растворителей равны; для ацетона - 1775, метанола - 275, толуола - 8, изопропанола - 0,75 мг/м³. В большинстве случаев конденсацию целесообразно рас- сматривать как предварительную стадию, служащую для выделения ценных растворителей и уменьшения количества загрязнителей при последующей обработке газов.

Конденсацию проводят как при непосредственном контакте, так и путем косвенного охлаждения. В первом случае очищаемый газ непо- средственно контактирует с охлажденной жидкостью, во втором - ис- пользуется поверхностный трубчатый конденсатор. При непосредст- венном охлаждении большое значение имеет последующее разделение теплоносителя и уловленных примесей. Для этого подбирают такие компоненты, которые при определенных температурах за счет фазовых переходов образуют легко разделяющиеся составляющие. Конденса- цию проводят также путем адиабатического расширения газов, пода- ваемых под давлением на очистку. Для разделения различных приме- сей, содержащихся в охлаждаемых газах, используют ионизацию и фракционирование в электрическом поле.

Применение методов конденсации осложняется образованием ту- мана при глубоком охлаждении очищаемого газа. Это происходит, ко- гда скорость теплопередачи значительно превышает скорость массопе- реноса и основная часть газа охлаждается до температуры значительно ниже точки росы конденсируемых примесей. Для предотвращения ту- манообразования используют непосредственную конденсацию, так как в этом случае основная масса газа находится в контакте с холодными поверхностями (каплями или пленкой жидкости) и частички конденса- та в объеме не образуются.

Глава 5. Очистка газов от диоксида углерода

1. Абсорбционная очистка газов от диоксида углерода

   1. Абсорбция диоксида углерода водой

Абсорбция диоксида углерода (СО₂) водой имеет промышленное

значение для очистки некото- рых газов высокого давления, в частности, применяемых для синтеза аммиака. Водная очи- стка представляет собой ти- пичный процесс физической абсорбции. Основными пре- имуществами воды как абсор- бента для удаления примесей из газа является ее доступность

Рис. 5.1. Схема установки для очист-

ки газа от диоксида углерода водой

1 – абсорбер; 2 – рекуперационная тур- бина; 3 – десорбер

и дешевизна. Применение лю- бого абсорбента, кроме воды, связано с необходимостью соз- дания герметичной системы и рекуперации, т.к. в процессе очистки он улетучивается и от-

ходящие газы загрязняют атмосферу. Воду можно применять в про- стых скрубберах с меньшей опасностью утечки газа и во многих случа- ях без рециркуляции со сбросом насыщенного раствора. Часто, чтобы увеличить растворимость СО₂ в воде, процесс проводят при повышен- ном давлении.

Принципиальная схема процесса приведена на рис. 5.1.

В простейшем варианте установка состоит только из абсорбера 1, работающего при повышенном давлении, десор-бера 3, в котором вследствие снижения давления из воды выделяется СО₂. На схеме по- казана также рекуперационная турбина 2, позволяющая ис-пользовать часть энергии пу-тем снижения давления жид-кости и последующего расши-рения абсорбированного газа.

Такой процесс обычно применяется для очистки газов с парци- альным давлением СО₂ более 3,4 атм, так как только при таком давле- нии достигается эффективная поглотительная емкость воды. Так как газы синтеза аммиака обычно содержат около 25 % СО₂, этот фактор практически ограничивает применимость процесса системами, избы- точное 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 СО₂ (8 кг СО₂ на 100 кг воды); значительный расход в связи с этим энергии на перекачку раствора; недостаточная чистота СО₂.