Методы очистки газов от каталитических ядов в производстве аммиака. Теоретические основы, технологические схемы и аппаратурное оформление процессов.

Без катализаторов многие процессы протекают с очень малой скоростью. В производстве аммиака используются катализаторы на основе металлов (Ni, Fe). Эти катализаторы легко обратимо или необратимо отравляются каталитическими ядами (в основном газообразные вещества, содержащиеся в рабочих потоках реагентов).

Примеры:

1. отравление Ni-го катализатора при конверсии ПГ соединениями серы:

H₂S + Ni →NiS + H₂

NiS – неактивное вещество (некатализатор);

2. отравление Fe-го катализатора кислородсодержащими соединениями

(CO, CO₂) при синтезе аммиака.

В целях профилактики отравления катализаторов проводят очистку рабочих потоков от каталитических ядов:

1. очистка ПГ от соединений серы;

2. очистка кон. газа от CO и CO₂.

Выделяют следующие методы очистки:

1. абсорбционные – селективное поглощение вредных (нежелательных) примесей жидкими поглотителями. Чаще всего используют хемосорбцию, т.к. давление газов над раствором велико, что препятствует физической адсорбции. Этот метод применяют при высокой концентрации примесей (более 1-го %).

2. адсорбционные – селективное поглощение твердыми поглотителями с образованием устойчивого соединения (необратимая реакция). В этом случае выбираются вещества, поглощающие за счет физической адсорбции. Этот метод применяют, если концентрация примесей невелика.

3. каталитические – превращение вредных примесей в инертные вещества или в вещества, которые легко удаляются из газовой смеси адсорбционным или абсорбционным методами. Этот метод используют при малой концентрации примесей.

4. криогенные – основаны на охлаждении газовой смеси, при котором происходит конденсация вредных примесей, которые далее выделяются в жидком виде.

І. Очистка ПГ от соединений серы:

Метод очистки определяется исходя из концентрации соединений серы в ПГ:

- если она велика – метод абсорбции;

- если невелика – методы адсорбции, а также адсорбции в сочетании с каталитическими.

1. Абсорбционный метод:

- H₂S + NaOH → NaHS (Na₂S) + H₂O

в этом случае NaOH невозможно регенерировать, поэтому этот способ практического применения не получил;

- H₂S + Na₂CO₃ → NaHS + NaHCO₃

в этом случае возможна регенерация:

NaHS + ½ O₂ → NaOH + S_СПЛАВ;

NaOH + NaHCO₃ → Na₂CO₃;

- водные растворы моноэтаноламина:

2RNH₂ + H₂S ↔ R(NH₂)₂S;

R(NH₂)₂S + H₂S ↔ 2RNH₃NS

обе реакции обратимы.

2. Адсорбционный метод:

в роли адсорбентов могут применятся:

- оксиды металлов (Zn, Cu, Fe);

- активированный уголь как катализатор при окислении:

H₂S + ½ O₂ → S + H₂O;

- циалиты.

3. Каталитический метод – гидрирование:

- перевод соединений серы в H₂S с помощью H₂ с последующим превращением:

1) CS₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂S;

2) COS + 4H₂ → CO + H₂S;

3) RSH + H₂ → RH + H₂S;

4) H₂S + ZnO (CoO) → ZnS (CoS) + H₂S.

Реакции (1)-(3) без катализатора практически не осуществимы (оксиды Co, Ni или Mo на носителе Al₂O₃).

ІІ. Очистка кон. газа от CO₂.

В основе очистки лежит абсорбционный метод. В роли поглотителя можно использовать:

- воду – как наиболее дешевое средство – CO₂ имеет относительно высокую растворимость в воде по сравнению с другими газами; с увеличением давления растворимость увеличивается, поэтому абсорбцию проводят при повышенном давлении, а регенерацию при пониженном; но остаточное содержание превышает допустимую норму;

- растворы щелочей:

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O – высокая степень очистки, но NaOH не восстанавливается;

- другие растворы, обладающие щелочной реакцией (водные растворы аминоспиртов и поташа), удовлетворяющие требованиям:

1) химическое взаимодействие с CO₂ с образованием нестойких соединений, разлагающихся при температуре (хемосорбция);

2) высокая селективность по отношению к CO₂ и низкая абсорбционная емкость по отношению к другим веществам.

Очистка кон. газа с применением раствора моноэтаноламина (МЭА)

2RNH₃ + CO₂ + H₂O ↔ (RNH₃)₂CO₃ + Q;

(RNH₃)₂CO₃ + CO₂ + H₂O ↔ 2RNH₃HCO₃ + Q.

Параметры процесса: Т = 30 – 50 ˚С, Р = 2,5 – 3 МПа, С (раствора МЭА) = 20 %, С(CO₂)_ОСТАТ. = 0,03 – 0,05 %;

Регенерация: Т = 125 – 130 ˚С, Р = 0,25 МПа.

Очистка кон. газа с применением раствора поташа:

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O ↔ 2KHCO₃ + Q.

Параметры процесса: Т = 60 ˚С, Р = 2,5 – 3 МПа, С (раствора поташа) = 25 – 35 %, С(CO₂)_ОСТАТ. = 0,01 – 0,015 %;

Регенерация: Т = 125 – 135 ˚С, Р = 0,2 – 0,25 МПа.

Поглотительная емкость раствора поташа меньше, чем у раствора МЭА (NH₂C₂H₄OH), а также расход тепла на регенерацию раствора поташа намного больше, поэтому применение МЭА наиболее эффективнее.

Технологическая схема очистки кон. газа от CO₂ с применением раствора МЭА.

1 – охлаждение кон. газа до Т = 30 ˚С;

2 – абсорбция CO₂ двухступенчатая (6 + 9 ситчатых тарелок).

Т раствора МЭА на выходе из абсорбера 60 ˚С. Для снижения теплозатрат регенерация проводится по многопоточной схеме (І, ІІ, ІІІ):

І – 10 % без нагревания на десорбцию 3;

ІІ – 45 % - нагрев до Т = 100 ˚С;

ІІІ – 45 % - нагрев до Т = 120 ˚С.

Десорбер – 26 ситчатых тарелок.

4 – выносной теплообменник – нагревание раствора МЭА до Т = 130 ˚С – тонкая регенерация.

ІV – груборегенерированный раствор (50 %)из средней части десорбера в нижнюю часть абсорбера, охлаждение потока в теплообменниках 5, 6 и 7 – для грубой очистки.

V – тонкорегенерированный раствор из нижней части десорбера в верхнюю часть абсорбера, охлаждение потока в теплообменниках 8 и 9 – для тонкой очистки.

ІІІ. Очистка кон. газа от CO.

Содержание CO невелико (С = 0,3 – 3 %), поэтому могут применятся следующие методы:

1. Абсорбционный метод:

Этот метод является основным, если содержание CO >1 %; сложность состоит в подборе поглотителя; наибольшей селективностью обладают комплексные соли Cu (І) в аммиачном растворе (наиболее активны уксуснокислые соли):

[Cu(NH₃)₂]CH₃COO + CO + NH₃ = [Cu(NH₃)₃CO]CH₃COO + Q

- реакция сильно экзотермична, поэтому параметры процесса: Т = -5 ÷ +10 ˚С, Р = 12 – 13 МПа; регенерация: Т = 70 – 80 ˚С, Р = атмосферному.

2. Криогенный метод:

Используется при любом содержании CO: промывка кон. газа жидким азотом, в результате чего все газы, кроме H₂ конденсируются – тонкая очистка не только от CO (в настоящее время не используется).

3. Каталитическое гидрирование:

Используется в настоящее время, т. к. при помощи этого метода можно произвести тонкую очистку и от остаточного содержания CO₂ (не более 1 %):

CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O + Q;

CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O + Q.

Реакции протекают с заметной скоростью при низких температурах, повышенных давлениях и в присутствии катализатора(Ni – Al, Cr - Al).

6.6.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: