Абсорбционные методы очистки природного газа

Краткая теоретическая основа абсорбционной очистки газов

Описываемый процесс делится на физическую и химическую абсорбцию. В первом случае улов газов происходит без протекания химической реакции, во втором случае с ее протеканием в слое поглотителя.

Физическая абсорбция чаще всего является обратимым процессом. Для сокращения расходов на абсорбенты при обратимых реакциях применяют абсорбционно-десорбционные установки. В десорберах происходит регенерация улавливающей жидкости, т.е. выделение из нее поглощенного компонента.

Если для сорбции требуется высокое давление и низкая температура, то для обратного течения процесса (десорбции) необходимы высокая температура и низкое давление.

При этом осуществлять процессы регенерации абсорбента целесообразно далеко не всегда. К данным случаям можно отнести отделение отходящих газов в абсорбере от SO₃ для получения раствора H₂SO₄ или абсорбционную очистку газов от выбросов NO_x для выработки HNO₃.

Одним из важных моментов при очистке воздуха в аппаратах-абсорберах является правильный подбор улавливающей жидкости. Абсорбент выбирают по следующим критериям:

1. Поглотительная способность.
2. Зависимость поглотительной способности от изменения термо-барометрических характеристик.
3. Селективность к выбранному веществу.
4. Стоимость.
5. Возможность регенерации.

Принцип работы абсорбционной установки

Скруббер — абсорбер это устройство, работа которого основана на поглощении вредоносных и нежелательных примесей из газа жидкостью. Принцип работы основан на последовательном промывании газов жидким поглотителем и переводом загрязняющих компонентов в жидкую фазу.

Для каждого производства и, соответственно, типа загрязнений применяется своя технология очистки. Зачастую производственные линии включают несколько очистных устройств, подсоединенных последовательно. При наличии пыли в газовоздушном потоке, абсорбционная установка комплексной очистки газа состоит из нескольких ступеней:

1. Пылеулавливания. Основная цель — полностью удалить механические примеси из потока газа. На данной ступени могут применять скрубберы Вентури, скрубберы с подвижной насадкой, рукавные фильтры, электрофильтры.
2. Химическая очистка от газовых примесей. Количество и последовательность ступеней химической очистки может варьироваться в зависимости от требований производства.

Схема абсорбционной установки

Описание технологической схемы абсорбционной установки, приведенное далее, относится к одному из типов очистных установок с неподвижной насадкой. Но общий принцип работы схож для всех категорий очистных аппаратов.

Схема аппарата мокрой очистки газов.

1 — насадочный слой, 2 — подача абсорбента.

1. Нагнетаемый химическим насосом в систему абсорбент преобразуется в мелкодисперсный туман при помощи форсунок.
2. Производится орошение насадки и стенок рабочей камеры абсорбера. Секций с насадками может быть несколько.
3. Снизу нагнетается загрязненный газ.
4. Газ, проходя на противотоке с жидкостью, вступает в реакцию с реагентом на поверхности насадочных тел.
5. Очищенный газ, проходя каплеуловитель выбрасывается в атмосферу, либо перенаправляется для повторной очистки.
6. Отработанная жидкость идет на переработку, либо применяется во вторичном производстве. Количество циклов зависит от степени активности реагента.

Типы абсорбентов

Наиболее используемый абсорбент для очищения воздуха — щелочной раствор. Также могут применяться кислоты, моноэтаноламин, водные растворы кислоты и марганца, сульфата железа и многие другие. Улавливание аммиака, например, производится обычной водой.

В процессе работы очистной установки важно отслеживать показатель насыщенности улавливающей жидкости, например, по показателю активности ионов водорода. В зависимости от него принимается решение о замене отработанной жидкости на новую.

Выбор абсорбента для очистки газов является важнейшим этапом разработки газоочистной системы.

Типы абсорберов

В зависимости от устройства, аппараты делятся на несколько категорий. Основными типами абсорберов мокрого типа являются:

Подбор должен производиться на основании расчета и моделирования процесса. В зависимости от целевого назначения и качественного состава загрязнений меняется не только система очистки, но и очищающая жидкость.

Распыливающий полый абсорбер

Устройство представляет собой полую вертикальную цилиндрическую колонну, снизу которой подведен газоход. Вверху камеры установки расположены форсунки, распыляющие очищающую жидкость. Внутри абсорбера происходит контакт примесей газа с мелкодисперсными каплями реагента.

Схема полого форсуночного абсорбера.

Достоинства распыляющего абсорбера:

• малое гидросопротивление;
• простота монтажа и эксплуатации;
• неприхотливость в обслуживании;
• ремонтопригодность.

Надежность, долговечность, неприхотливость обусловлена отсутствием механических узлов. Ломаться попросту нечему. А обслуживание сводится к периодической очистке нижней камеры и промывке форсунок.

Насадочный абсорбер

Абсорберы такого типа работают по схожему принципу. Отличие в том, что воздушный поток проходит сквозь секции с насадкой, разделенные решетками. Насадка — это твердые тела с большой площадью контакта.

Существует несколько типов насадочных элементов:

Высота каждого слоя насадки не должна быть больше 4-5 диаметров абсорбера. Это связано с тем, что абсорбент имеет тенденцию перетекать к стенкам аппарата (так называемый пристеночный эффект), что приводит к неэффективному распределению жидкости в насадочном слое. После каждого насадочного слоя следует устанавливать перераспределители жидкости.

Схема насадочного абсорбера.

1 — насадочный слой, 2 — опорная решетка, 3 — распределитель абсорбента, 4 — перераспределитель абсорбента.

Орошение производится таким образом, чтобы вся насадка была смочена. Взаимодействие газов с примесями происходит на поверхности насадочных тел, а отработанная жидкость стекает в нижнюю часть абсорбера, где собирается и направляется в циркуляционный бак, а оттуда на повторное использование.

Современные насадочные абсорберы способны уловить 99,9% примесей и не создают высокое сопротивление.

Пенный абсорбер

Установки данного типа проявили свою эффективность в процессах очистки промышленного воздуха от пыли, фтористых, аммиачных, серных и других токсичных компонентов. Скоростной пенный абсорбер может иметь в сечении окружность или прямоугольник. Достоинства установки следующие:

1. Полностью отсутствует брызгоунос.
2. Аппарат легко обслуживать.
3. Малые габаритные размеры;
4. Степень очистки — 98%.

Внутри рабочей камеры расположено одно или несколько контактных устройств, внешне напоминающих тарелку с перфорацией, на которой происходит контакт.

Жидкость направляется в рабочую камеру насосом посредством циркуляционных труб. Результатом контакта абсорбента с газом является газо-жидкостная пена, образующаяся на масообменной тарелке, где и происходит очистка. Далее очищенный газ поступает в сепаратор, который отделяет от него капельную влагу, а чистый газ выбрасывается в атмосферу.

Минусом данного типа оборудования является то, что мелкие перфорации на масообменной тарелке склонны к зарастанию, что требует частой остановки для обслуживания.

Абсорбер Вентури

Внешне абсорбер Вентури это цилиндрическая колонна с сужающейся горловиной. Конструкция позволяет изменять скорость пропускаемого газа для увеличения степени фильтрации и расширения спектра рабочих параметров. Изменением сечения горловины обеспечивается:

1. Более эффективное удаление твердых взвешенных частиц и газовых компонентов при перепаде расхода газа.
2. Увеличение плотности орошения.
3. Увеличение контракта газовой фазы с абсорбентом.

1 — патрубок входа загрязненного газа, 2 — патрубок выхода очищенного газа, 3 — ороситель, 4 — конфузор, 5 — горловина, 6 — диффузор, 7 — каплеуловитель, 8 — вывод шлама.

Такие установки применяются в:

• химическом производстве;
• металлургии;
• легкой и тяжелой промышленности;
• производствах продуктов питания и т.д.

Эффективность абсорберов Вентури достигается благодаря дроблению потока жидкости на мелкие капли из-за разности скоростей воздуха и жидкости в горловине.

Для решения сложных задач на производствах устанавливают батареи, состоящие из нескольких абсорберов Вентури, подсоединенных последовательно. Количество установок и параметры каждой из них разрабатываются индивидуально для каждого производства.

Расчет абсорбера

Расчет абсорбера для очистки природного газа, производственного воздуха или для улавливания химических соединений производится проектными организациями или специалистами на завода-изготовителя. При этом нужно оценить производственные требования, сформулированные в техзадании. Требуется рассчитать множество параметров, среди которых ключевыми являются:

1. Масса веществ, применяемых в качестве поглотителя (абсорбента).
2. Движущая сила и коэффициент массопередачи.
3. Диаметр рабочей камеры.
4. Скорость воздушного потока.
5. Площадь активной поверхности элементов насадки.
6. Коэффициент массоотдачи.
7. Высота установки.
8. Гидросопротивление фильтрационной системы.
9. Прочие параметры узлов и комплектующих.

Отдельные научные изыскания касаются выбора параметров насадки. Нужно учитывать конфигурация, массу, площадь поверхности, вызываемое сопротивление и прочие характеристики.

Расчет также предполагает определение оптимального состава абсорбента, написание регламента на оборот улавливающей жидкости: при каких концентрациях отработанный абсорбент сливать из системы, каким образом осуществлять водоподготовку и очистку стоков.

Надо помнить, что универсальных стандартных очистных устройств не существует. Абсорберы рассчитываются индивидуально для каждой отдельно взятой производственной линии. При создании оборудования важно учитывать множество требований, аспектов и нюансов. Только так можно добиться оптимальных результатов по эффективности, экономии, целесообразности.

Если вам требуется помощь в выборе подходящего типа абсорбера и дальнейший его расчет, обращайтесь к нашим специалистам.

Источник

11). Методы очистки от кислых компонентов.

очистки газов основаны на селект извлечении кислых компонентов тв поглот-ми – адсорбентами. Когда извлекаемый компонент удерживается адсорбентом только физ силами, имеет место физическая адсорбция. Если извлекаемый компонент вступает с адсорбентом в хим взаимодействие говорят о химической адсорбции.

Каталитические методы когда в газе присутствуют соединения, недостаточно полно удаляемые с помощью ж или тв поглотителей, например сероуглерод, серооксид углерода, сульфиды, дисульфиды, тиофен, а также в тех случаях, когда требуется тонкая очистка газа.

• Окислительные методы заключаются в проведении реакций кат окисления сероводорода до элементарной серы или кат окисления меркаптанов до дисульфидов.

• Восстановительные методы заключаются в восстановлении сернистых соединений при взаим их с водородом (гидрирование) или с водяным паром (гидролиз), а также в гидрировании диоксида углерода до метана. При восстановлении сернистых соединений все они превращаются в сероводород.

новые методы: микробиологические, мембранные, фотохимического разложения. Выбор процесса очистки природного газа от кислых компонентов зависит от: состава и параметров сырьевого газа, требуемой степени очистки, области использования товарного газа.

12). Очистка газов от диоксида углерода.

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

• физическая абсорбция, основанная на хорошей раство­римости диоксида углерода в полярных растворителях (вода, метанол);
• хемосорбция, основанная на химическом связывании диоксида углерода при взаимодействии его с соединениями щелочного характера (щелочь, этаноламины, растворы карбона­тов);
• адсорбция, основанная на адсорбции диоксида углеро­да различными адсорбентами (например, цеолитами);
• каталитическое гидрирование.

13). Очистка газов от с помощью физических абсорбентов.

1) Абсорбция водой — распространен­ный метод улавливания диоксида углерода из газов.

+ доступность и дешевизна абсорбента,

—  поглот спость водой СО₂ (8 кг CO₂ на 100 кг абсорбента) и  селективность. Наряду с СО₂ в воде растворя­ются водород, СО, азот.

Схема проста. Газ промывают холодной водой в башнях с насадкой (скрубберах) под 1,5—2,5МПа,тк растворимость СО₂ в воде с р. При этом из газа удаляется частично и сероводород, растворимость которого также . Затем р и из воды выделяется (десорбируется) газ, содержащий до85%СО₂ (остальное — водород, азот, сероводород), кот используют для получения сухого льда,карбамида,соды и др

2) Абс-я метанолом(«ректизол»процесс) + эф-н; при -60°С, резко  поглотительная спос-ть метанола. Так, при —60°С и давлении около 0,4 МПа

Избиратель­ность метанола по отношению к диоксиду углерода значительно, чем воды. СО₂ из р-ра выделяют р и Т. Кроме метанола можно использовать и другие органические растворители: N-метилпирролидон, сульфолан, пропиленкарбонат.

широкого распространения они пока не получили.

От СО₂ и Н₂S применяют МЭГ ДЭГ ТЭГ

Источник