Очистка газов от диоксида углерода

 

Диоксид углерода – относительно малотоксичный газ, однако он оказывает негативное воздействие на ОС, являясь одним из основных парниковых газов, поэтому очистка газов от диоксида углерода является важным мероприятием для снижения негативного воздействия на ОПС.

Методы очистки газов от диоксида углерода можно разделить на следующие группы:

- абсорбционные методы, основанные на достаточно хорошей растворимости диоксида углерода в полярных растворителях (воде, метаноле);

- хемосорбционные методы, основанные на химическом связывании диоксида углерода при взаимодействии его с соединениями щелочного характера (щелочи, этаноламины, растворы карбонатов);

- адсорбционные методы, основанные на адсорбции диоксида углерода различными адсорбентами (например, цеолитами);

- каталитическое гидрирование.

 

1. Абсорбционные методы. Абсорбция водой – распространенный метод улавливания диоксида углерода из газов. Основные преимущества метода – высокая доступность и дешевизна абсорбента, недостатки – невысокая поглотительная способность воды и небольшая селективность. Для очистки газа от диоксида углерода, его промывают холодной водой в насадочных скр\убберах под давлением 1,5-2,5 МПа, так как растворимость диоксида углерода при повышении давления возрастает. Затем давление снижают и из воды выделяется газ, содержащий до 85% диоксида углерода (остальное – водород, азот, сероводород), который используют для получения сухого льда, карбамида, соды и т.д.

Абсорбция метанолом – более выгодный метод, так как поглотительная способность и селективность метанола по отношению к диоксиду углерода значительно выше, чем у воды. Абсорбцию проводят при температуре – 60⁰С и давлении 0,4 МПа. Из раствора диоксид углерода выделяют повышением температуры и понижением давления.

 

2. Хемосорбционные методы. Очистка газов водными растворами этаноламинов. Максимальной абсорбционной способностью по отношению к диоксиду углерода обладает моноэтаноламин:

 

 

Обычно используют 15-20%-ный раствор моноэтаноламина, процесс проводят при температуре 40-45⁰С и давлении 1,5-3,0 МПа. Образовавшиеся в результате хемосорбции карбонаты разлагаются в десорбере с выделением диоксида углерода при нагревании потока до 120⁰С.Получаемый при этом высококонцентрированный диоксид углерода (99%-ный) используют для производства соды, карбамида, сухого льда.

Основной недостаток процесса – значительный расход тепла на регенерацию сорбента, возрастающий с увеличением концентрации диоксида углерода в отходящих газах.

Очистка растворами карбонатов. Основана на взаимодействии диоксида углерода с растворами карбонатов натрия и калия с активирующими добавками оксидов поливалентных металлов.

Обычно применяют 25%-ный раствор поташа, активированный мышьяком.

Очистка от диоксида углерода происходит за счет взаимодействия его с гидроксид-ионом, образующимся в результате гидролиза карбоната калия.

 

 

Процесс проводят при температуре 110-120⁰С и давлении 1-2 МПа. Раствор регенерируют снижением давления при той же температуре.

 

3. Адсорбционная очистка. Эффективные адсорбенты диоксида углерода – цеолиты. Молекулы диоксида углерода достаточно малы, что позволяет им проникать во внутреннюю структуру цеолитов. Наиболее часто для адсорбции используют цеолит СаА. Вместе с диоксидом углерода цеолиты поглощают также пары воды. Поэтому одновременно с очисткой газов происходит их осушка. Десорбцию поглощенных компонентов осуществляют понижением давления и понижением температуры. Цеолиты используют для очистки атмосферы от продуктов жизнедеятельности человека в космических аппаратах.

Цеолиты — большая группа близких по составу и свойствам минералов, водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрическими группами [SiO₄]^4- и [AlO₄]^5-, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В последних находятся молекулы воды и катионы металлов (I и II групп периодической системы Менделеева), а также аммония, гидрония, тетраалкиламмония и др. введённые катионным обменом поливалентные ионы. Цеолиты способны отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. Другим важным свойством цеолитов является способность к ионному обмену, они способны селективно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы.

 

4. Каталитическое гидрирование. Этот метод применяют для удаления небольших количеств диоксида и оксида углерода. Метод основан на следующих реакциях:

 

Процесс протекает в каталитическом реакторе при давлении 32 МПа и температуре 300-350⁰С (катализатор Fe) и 200⁰С (катализатор Ni-Cr или Ni-Al).

Каталитическое гидрирование применяют в основном для очистки технологических газов, предназначенных для дальнейшей переработки, от нежелательной примеси диоксида углерода.