ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СО2 РАСТВОРАМИ МОНОЭТАНОЛАМИНА.
Для очистки конвертированного газа от двуокиси углерода применена принципиальная технологическая схема тонкой очистки под давлением с раздельными потоками раствора моноэтаноламина.
Конвертированный газ под давлением не менее 2,8 МПа и с температурой не более 50 ° С подаётся в абсорбер, орошаемый раствором моноэтаноламина с температурой 35 – 42 ° С. Абсорбция двуокиси углерода происходит в насадочном абсорбере с кольцами “Инталокс”. В соответствии с принятой двухпоточной схемой абсорбер разделён на две секции: нижнюю и верхнюю.
Конвертированный газ проходит вначале нижнюю секцию абсорбера, где происходит грубая очистка газа от 18 до 1,7 % СО2 ( степень очистки 67 – 76 % ) 20% - ным раствором моноэтаноламина. Затем газ проходит верхнюю секцию абсорбера, где очищается до остаточной объёмной доли СО2 не более 0,03 %. В верхней части абсорбера очищенный от СО2 конвертированный газ проходит насадку, орошаемую флегмой, сепарирующее устройство и выносной отделитель для уменьшения уноса моноэтаноламина с газом. Затем очищенный от СО2 конвертированный газ направляется на метанирование.
Верхняя секция абсорбера, предназначенная для тонкой очистки газа, орошается глубоко регенерированным раствором МЭА второго потока. Из верхней секции абсорбера раствор поступает в нижнюю секцию, предназначенную для грубой очистки газа, где смешивается с грубо регенерированным раствором МЭА, идущим из регенератора первым потоком. Насыщенный раствор МЭА выходит из нижней секции абсорбера при температуре 57 – 65 ° С и поступает на регенерацию в регенератор – рекуператор. Регенератор – рекуператор подобно абсорберу разделён на две секции. Насыщенный раствор на выходе разделяется на три потока. Около 10 % раствора направляется непосредственно на верхнюю тарелку регенератора. Примерно 45 % общего количества раствора поступает в регенератор через теплообменник, где нагревается за счёт тепла грубо регенерированного раствора, подаваемого из верхней секции регенератора. Этот поток подогретого раствора поступает на верхние тарелки верхней секции, но ниже ввода неподогретого раствора.
Остальные 45 % раствора поступают в другой теплообменник , где нагреваются до более высокой температуры за счёт тепла глубоко регенерированного раствора, выходящего из нижней секции регенератора – рекуператора . Этот более горячий раствор подаётся в середину верхней секции. Десорбция СО2 из раствора происходит за счёт тепла парогазовой смеси, поступающей из нижней секции регенератора. На выходе из верхней секции поток грубо регенерированного раствора разделяется на две примерно равные части: половина проходит теплообменник, где отдаёт своё тепло насыщенному раствору, а затем насосами через аппарат воздушного охлаждения подаётся на орошение нижней секции абсорбера; второй поток переливается внутри регенератора в нижнюю секцию, где осуществляется его глубокая регенерация.
Окончательная десорбция СО2 из раствора происходит при кипячении его в выносных кипятильниках. Из нижней секции регенератора глубоко регенерированный раствор проходит теплообменник , затем насосами подаётся через воздушный холодильник на орошение верхней секции абсорбера. Тепло, необходимое для регенерации, сообщается раствору в кипятильнике горячей конвертированной парогазовой смесью после конверсии окиси углерода. При этом конвертированная парогазовая смесь охлаждается от 176 до 137 ° С. Недостающее количество тепла (около 30 %) передаётся раствору в кипятильнике греющим паром под давлением. Конвертированный газ из кипятильника поступает на дальнейшее использование тепла и охлаждение перед МЭА очисткой.
Выходящая из верхней секции регенератора смесь двуокиси углерода и водяного пара под абсолютным давлением 0,17 МПа и при 75 – 85 ° С поступает в конденсатор – аппарат воздушного охлаждения, где температура смеси снижается до 40 ° С. При охлаждении конденсируются водяные пары.
Конденсат с газом поступает в сборник флегмы, откуда СО2 удаляется в атмосферу, а конденсат – флегма – возвращается насосами в цикл раствора для поддержания баланса воды в системе. Часть флегмы поступает на питание тарелок в верхней части абсорбера для промывки конвертированного газа от паров моноэтаноламина. Очищенный газ, выходящий из верхней секции абсорбера, содержит 0,01 – 0,03 % объёмных СО2.
В отличие от двухступенчатой установки в верхнюю секцию абсорбера, являющуюся второй ступенью очистки газа, поступают газ с более высоким содержанием СО2 и более концентрированный раствор амина, поэтому на выходе раствора из верхней секции абсорбера достигается более высокая степень карбонизации МЭА.
Абсорберы. Абсорбция СО2 из конвертированного газа раствором МЭА при низком давлении осуществляется в аппаратах с кольцевой насадкой, не создающей большого гидравлического сопротивления. С увеличением производительности абсорбера возрастают его размеры. Замечено, что эффективность насадочных абсорберов с увеличением их диаметра снижается. Это объясняется трудностью достижения равномерного распределения потоков жидкости и газа по сечению аппарата.
Барботажные абсорберы обладают более высоким гидравлическим сопротивлением потоку газа, чем насадочные, но позволяют легче достичь равномерного распределения жидкости по сечению абсорбера при больших диаметрах аппаратов.
С учётом межтарельчатого пространства эффективность рабочего объёма насадочных и тарельчатых абсорберов примерно одинакова. Оптимальным аппаратом является насадочный абсорбер, работающий в режиме частичного затопления насадки. Нижняя часть такого абсорбера работает в барботажном режиме, продолжительность контакта между газом и раствором увеличивается и достигается высокая степень карбонизации. Верхняя часть абсорбера работает в плёночном режиме, то есть жидкость распределяется по поверхности насадки в виде плёнки.
Регенераторы. Ранее в регенераторах широко применялась кольцевая керамическая насадка. Недостатком её было забивание керамической крошкой не только насадочного слоя регенераторов, но и теплообменной аппаратуры. В результате эффективность регенераторов снижалась и возрастал расход пара на процесс.
В дальнейшем кольцевая насадка была заменена тарельчатой. В настоящее время применяются ситчатые, клапанные и провальные тарелки. Тарельчатая насадка позволяет значительно повысить производительность регенераторов по сравнению с насадочными.
Моноэтаноламин не является коррозионноактивным веществом, но за счёт протекания побочных реакций в растворе моноэтаноламина образуются продукты, которые, накапливаясь в растворе, вызывают коррозию оборудования.
Для уменьшения коррозии рекомендуется применять для изготовления ответственных деталей аппаратов (корпуса абсорберов, регенераторов) низколегированную сталь марки 16 (ГС), а для теплообменной аппаратуры, работающей при повышенных температурах, – нержавеющую сталь.