Промислова екологія - Апостолюк C.O. - Перетворення оксиду в діоксид вуглецю

Оксид вуглецю — високотоксичний газ, продукт неповного згоряння палива у двигунах внутрішнього згоряння, в доменних печах і вагранках металургійних та сталеплавильних підприємств тощо. Тому Санітарними нормами встановлені жорсткі гранично допустимі концентрації СО: в робочій зоні — 20 мг/м8, в атмосфері (максимальна разова) — 3 мг/м8, середньодобова — 1 мг/м3.

Розглянемо основні методи очищення газів від оксиду вуглецю, які найчастіше застосовуються на промислових підприємствах.

Перетворення оксиду в діоксид вуглецю

Розглянемо цей метод на прикладі найбільш поширеного процесу отримання водню конверсією природного газу з водяною парою або киснем, а також газифікацією твердого палива. Хімічні реакції, що при цьому відбуваються, створюють екзотермічний або ендотермічний ефект:

З хімічних реакцій видно, що у трьох випадках при дії водяної пари або кисню виділяється оксид вуглецю, якого можна позбутися лише конверсією з водяною парою, але за наявності окисних залізних каталізаторів:

Цей метод використовують для зміни співвідношення Н2: СО у синтез-газі, а також для очищення захисної атмосфери, призначеної для термооброблення металів.

Промисловий каталізатор конверсії має форму таблеток розміром 6,4 х 6,4 або 9,6 х 9,6 мм. Він містить від 70 до 85 % Ге203 і 5—15 % Сг203, зберігає активність при температурах до 600 °С. У випадку високих концентрацій оксиду вуглецю у вихідному газі каталізатор у контакторі розміщують у декілька шарів, причому передбачають заходи для відведення тепла між шарами. На рис. 4.17 наведена схема установки для очищення газів від оксиду вуглецю.

Установка працює таким чином. Газову суміш, що утворилась у результаті конверсії оксиду вуглецю з водяною парою, а також водень, оксид і діоксид вуглецю після виходу з реактора конвер

Рис. 4.17. Схема промислової установки для очищення газів від оксиду вуглецю: І — конвертор СО першого ступеня; 2,6 — холодильники; 3 — абсорбер; 4 — нагрівач газу; 5 — конвертор СО другого ступеня; 7 — абсорбер С02 другого ступеня

сії і охолоджують додаванням водяної пари температурою до 370 °С і пропускають через конвертор першого ступеня. Тут за наявності каталізатора 90—95% СО перетворюється в діоксид вуглецю (С02) з утворенням еквівалентної кількості водню. Газ охолоджують у водяному холодильнику до 35—40 °С і вилучають з нього діоксид вуглецю за допомогою етаноламіному, який додають до очищуваного газу. Очищений газ підігрівають у підігрівачі 4, додають необхідну кількість водяної пари, знову піддають конверсії та очищуванню від утвореного діоксиду вуглецю. З метою отримання чистішого водню процес може складатись з трьох ступенів. Після третього ступеня газ містить: 99,7 % Н2; 0,02 % СО; 0,01 % С02; 0,27 % СН4. Температуру процесу підтримують у межах 315—480 °С, тиск — від 0,2 до 2,5 МПа.

Поглинання оксиду вуглецю мідно-аміачним розчином

Цей метод очищення застосовують у тому випадку, коли оксид вуглецю необхідно повністю виділити з очищуваного газу. Так, зокрема вирішується проблема очищення водню, який використовується для синтезу аміаку. В цьому процесі оксид вуглецю під високим тиском поглинається у протитічному абсорбері розчином комплексної мідно-аміачної сполуки оксиду вуглецю. Найчастіше використовуються розчини форміату, карбонату або ацетату міді. Розчин слабколужний, унаслідок чого одночасно поглинається і діоксид вуглецю. Регенерацію проводять нагріванням, під дією тепла комплекс розпадається та оксиди вуглецю повністю виділяються.

В абсорбері відбуваються такі основні реакції:

Іони двовалентної міді не можуть зв'язувати оксид вуглецю, але їх присутність (до 20 %) необхідна, оскільки вони гальмують випадання металевої міді:

Для того щоб утворились катіони двовалентної міді, в систему вводять повітря, забезпечуючи реакцію

Щоб покращити умови очищення, абсорбцію проводять при високому тиску — 32 МПа і низькій температурі — близько 0 °С. Десорбцію здійснюють при атмосферному тиску і температурі близько 80 °С. Схема установки наведена на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Схема установки мідно-аміачного очищення газів: 1 — абсорбер; 2 — насос; 3 — водяний холодильник; 4 — аміачний холодильник; 5 — ємність; 6 — десорбер