Очищення
біогазів від діоксиду вуглецю гарячим розчином поташу ґрунтується на поглинанні діоксиду
вуглецю водяними розчинами карбонатів натрію і калію з утворенням бікарбонатів.
У водяному розчині карбонат дисоціює на іони [67]
Ме2СО3 = 2Ме+ СО2-
,
(4.5)
де Ме – натрій чи калій.
Сумарний процес поглинання виражається як
Ме2СО3 + СО2
+ Н2О = 2Ме+ + НСО3- = 2МеНСО3.
(4.6)
Звичайно абсорбцію біогазу ведуть при низькій температурі,
що пов'язано зі зменшенням розчинності газів у рідинах при підвищенні
температури. В цьому випадку при поглинанні СО2 розчинами карбонатів
бікарбонати, що утворяться, менш розчинні у воді, ніж карбонати. Тому підвищення
температури повинно сприяти збільшенню розчинності у воді солей – карбонатів і
бікарбонатів. Розчинність солей калію вище розчинності солей натрію, тому для
очищення застосовують водяний розчин карбонату калію (поташу) при підвищеній
температурі. З підвищенням температури зростає концентрація солі в розчині, що
дозволяє компенсувати негативний вплив температури на розчинність газу.
Підвищення температури сприяє збільшенню швидкості гідратації, що сприяє
зростанню швидкості усього процесу абсорбції СО2 .
Розчинність СО2
у гарячому розчині поташу значною мірою залежить від парціального тиску
діоксиду вуглецю над розчином. Тому абсорбцію СО2 гарячими розчинами
поташу здійснюють при підвищеному тиску. Найменший парціальний тиск діоксиду
вуглецю, при якому поташне очищення економічно доцільне, дорівнює 0,14 МПа. При
зниженні тиску рівновага реакції (4.6) зміщується вліво. На цьому заснована
регенерація гарячого розчину поташу, насиченого СО2.
Таким чином, зазначені фізико-хімічні особливості процесу
очищення дозволяють проводити абсорбцію і регенерацію майже при однаковій
температурі. Абсорбція проходить при підвищеному тиску, а десорбція
(регенерація) розчину – при зниженні тиску до атмосферного. Поглинальна
здатність гарячих розчинів поташу у виробничих умовах коливається в межах 20–35
м3 СО2/м3. Одноступінчасте очищення гарячим
розчином поташу дозволяє досягти залишкового вмісту в очищеному газі 0,5–0,6% СО2
(грубе очищення газу). Підвищення температури до 100°С в процесі
абсорбції недостатнє для прискорення реакції і досягнення тонкого очищення газу.
Тому для підвищення швидкості процесу абсорбції при більш низькій температурі
застосовують різні активуючі добавки. З цією метою застосовуються з'єднання
тривалентного миш'яку. Механізм каталітичної дії добавок вивчений неповністю.
Припускають, що реакція протікає за такою схемою
6СО2 + К3AsO3 + 3Н2О = 6КНСО3 +
As2O3.
(4.7)
При регенерації рівновага цих реакцій зміщується
вліво. При вивченні поглинальної здатності миш’яково-поташних розчинів
установлено, що такі розчини при однаковій температурі здатні поглинути більшу
кількість СО2 при
максимальному насиченні до моменту появи твердої фази КНСО3, ніж
відповідні для такої концентрації калію звичайні поташні розчини. Ця кількість
СО2 збільшується з підвищенням вмісту миш'яку. Найбільше зростання
швидкості абсорбції СО2
спостерігається при концентрації As2O3 до 30 г/л. У цих
умовах швидкість абсорбції в 2,7 раза
вища, ніж у неактивованих поташних розчинах. Гарячі розчини поташу викликають
корозійне руйнування вуглецевої сталі. Тому в розчини додають інгібітори, а для
виготовлення найвідповідальніших вузлів і деталей (насосів, клапанів і ін.)
застосовують спеціальні нержавіючі сталі. Для виконання поташного очищення
звичайно використовують абсорбери для поташного очищення
біогазу. Принципово-технологічну схему для поташного
очищення біогазу в абсорбері наведено на
рис. 4.9.
|