способ очистки газовой смеси от co₂ методом многоступенчатой абсорбции

Формула изобретения

Способ очистки газовой смеси от СО₂ методом многоступенчатой абсорбции, включающий проведение процесса абсорбции СО₂ из газовой смеси в последовательно соединенных между собой абсорберах, при этом подачу воды в абсорберы проводят параллельно, отличающийся тем, что очищаемая газовая смесь содержит 60-70 мас.% СО ₂, в качестве абсорбента используют Н₂О, которую подают в абсорберы с помощью одного насоса, процесс абсорбции проводят в четырех абсорберах, при этом диаметры абсорберов последовательно уменьшают таким образом, чтобы скорость движения газовой смеси в абсорберах находилась в пределах, обеспечивающих требуемую конечную концентрацию СО₂ в очищенной смеси, а высоты абсорберов были близки между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике очистки газовых смесей от СО₂ и может быть использовано в химической и нефтегазовой промышленности для получения газовой смеси с незначительной концентрацией СО₂ при начальном значении СО₂ в очищаемой смеси 60-70%.

Известен способ очистки конвертированного газа от CO₂, содержание которого в очищаемой смеси находится в пределах несколько процентов по объему [1]. По этому способу конвертированный газ под давлением подают на очистку от СО₂ в абсорбер, орошаемый водой. За счет растворения СО₂ в воде в выходящем из абсорбера конвертированном газе снижается содержание СО₂.

Недостатком данного способа является то, что очистку конвертированного газа СО ₂ производят лишь в одном абсорбере, работающем на потоке очищаемой смеси с относительно низким начальным содержанием СО ₂. При более значительных концентрациях СО₂ в очищаемой смеси это приводит к необходимости значительного увеличения высоты абсорбера и существенному уменьшению скорости потока очищаемой смеси в верхней части абсорбера за счет снижения объема проходящего через абсорбер потока в связи с абсорбцией CO₂, что приведет к уменьшению скорости потока газа ниже ее оптимальных пределов, определяемых для процесса абсорбции.

Известен также способ очистки коксового газа от СО₂ под давлением [2], осуществляемый в установке, где коксовый газ, очищаемый от СО₂, последовательно проходит через систему очистки, состоящую из трех абсорберов.

Однако недостатком этого способа является то, что физическую абсорбцию СО₂ с помощью воды осуществляют лишь в одном абсорбере, а в двух последующих производят химическую абсорбцию, используя раствор NaOH. При этом, как и в предыдущем случае, начальное содержание СО₂ в очищаемой смеси находится на уровне 3-4% по объему.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ очистки газовой смеси от СО₂ методом многоступенчатой абсорбции по авторскому свидетельству [3], который включает абсорбцию СО₂ из газовой смеси в последовательно соединенных между собой абсорберах, при этом подачу воды в абсорбер проводят параллельно.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - разработать способ очистки газовой смеси от CO₂ при наличии начальной массовой концентрации СО₂ в очищаемой смеси 60-70%.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого способа, заключается в применении для очистки газовой смеси от СО ₂ процесса многоступенчатой абсорбции, при которой в качестве абсорбента используется вода.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки газовой смеси методом многоступенчатой абсорбции, включающем абсорбцию из газовой смеси СО₂ и использующем в качестве абсорбента воду, согласно изобретению, в связи с большим начальным массовым содержанием СО₂ в очищаемой смеси и достижением высокой степени очистки от СО₂ в очищенном продукте, процесс абсорбции осуществляют в четырех последовательно соединенных между собой абсорберах, в которые параллельно подают воду с помощью одного насоса.

Для достижения данного технического результата диаметры последовательно установленных абсорберов последовательно уменьшают с целью движения разделяемой смеси по каждому абсорберу при значениях скорости близкой к оптимальной, т.е. 0,025÷0,03 м/с, в зависимости от типа насадки.

Такая система включения абсорберов при высокой начальной массовой концентрации СО ₂ в очищаемой газовой смеси позволяет в каждом из абсорберов обеспечить уменьшение потока газовой смеси, проходящего через его сечение в таких объемах, когда по высоте абсорбера скорость движения газовой смеси будет находиться в пределах, обеспечивающих наилучшие условия процесса абсорбции. При этом в зависимости от конечной концентрации СО₂ в разделяемой смеси можно регулировать величину высоты абсорбера, выбирая значения скорости потока смеси и степень очистки в каждом абсорбере в таких пределах, чтобы высоты абсорберов были близки между собой.

При этом для питания водой всех абсорберов используют один насос, который подает воду параллельно во все четыре абсорбера.

На чертеже представлена принципиальная схема установки для осуществления этого способа. Установка очистки газовой смеси от СО₂ методом многоступенчатой абсорбции содержит предварительный теплообменник 1, влагоотделитель 2, абсорберы 3-6, водяной насос 7, гидравлическую турбину 8, электромотор 9.

Способ осуществляется следующим образом. Исходная смесь, содержащая до 60-70 мас.% СО₂ при Р=(2-3) МПа, Т=(350-360)K и насыщенная парами Н₂О, поступает в предварительный теплообменник 1, где охлаждается водой до Т=(303-313)К. Образовавшийся конденсат затем отделяется во влагоотделителе 2. Затем очищаемая смесь последовательно снизу вверх проходит по насадке абсорберов 3-6, где в верхнее сечение каждого из них подается под давлением вода с помощью насоса 7. Большая часть СО₂ из потока очищаемой смеси удаляется в абсорбере 3 за счет растворения CO₂ в потоке Н₂О. Аналогичный процесс происходит и в абсорберах 4-6, диаметры которых последовательно уменьшаются в связи с уменьшением потока газовой смеси, поступающей на абсорбцию и необходимости обеспечить значения скорости поднимающейся по высоте абсорбера смеси, близкой и оптимальной величине 0,025÷0,03 м/с.

Из верхнего сечения абсорбера 6 выходит очищенная газовая смесь, конечное содержание СО₂ в которой составляет 0,5 об.% и ниже.

Потоки Н₂О, выходящие из абсорбера 3-6, объединяются по выходу из них в один поток и направляются в гидравлическую турбину 8. При этом часть энергии, затраченной на нагнетание воды насосом, возвращается при расширении воды в турбине 8.

Насос 7, турбина 8 и мотор 9 при необходимости могут быть установлены на одном валу.

Источники информации

1. Очистка технологических газов / Т.А.Семенова, И.Л.Лейтес, Ю.В.Аксельрод и др. М.: Химия, 1977, с.118

2. Герш С.Я. Глубокое охлаждение, ч.II М. - Л.: Госэнергоиздат, 1960, с.102.

3. Авторское свидетельство SU 998820 A, F 25 J 3/08 от 23.02.1984 г.