3.5 Очищення газів від оксиду вуглецю (II)

Оксид вуглецю є високотоксичним газом. Гранично допустимі концентрації його: у робочій зоні – 20 мг/м³, в атмосфері (мак­симально разова) – 3 мг/м³, середньодобова, – 1мг/м³.

Оксид вуглецю утворюється при неповному згоранні речовин, що містять вуглець. Він входить до складу газів, що виділяються в процесах виплавки і переробки чорних і кольорових металів, вихлопних газів двигунів внутрішнього згорання, газів, що утворюються при вибухових роботах, і так далі.

Для очищення газів від оксиду вуглецю (II) використовують абсорбцію або промивку газу рідким азотом. Абсорбцію проводять також водно-аміачними розчинами закисних солей ацетату, форміату або карбонату міді.

Мідно-аміачне очищення. У разі застосування мідно-аміачних розчинів утворюються комплексні мідно-аміачні сполуки оксиду вуглецю:

[Cu(NH₃)_m(H₂O)_n]⁺ + xNH₃ + y CO →[Cu(NH₃)_m+x(CO)(H₂O)_n]⁺ + Q.

Найвірогіднішою формою існування одновалентної міді є іон [Cu(NH₃)_2-2H₂О]⁺, який утворює із СО іон [Cu(NH₃)2COH₂О]⁺ з виділенням одного моля води.

Розчин має слаболужний характер, тому одночасно поглинається і оксид вуглецю (ІV):

2 NH₄OH +CO₂ →(NH₄)₂CO₃ + H₂O, (3.154)

(NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O→2 NH₄HCO₃. (3.155)

Абсорбційна здатність розчину збільшується з підвищенням концентрації одновалентної міді, тиску СО і зменшенням температури абсорбції. Співвідношення вільного аміаку і оксиду вуглецю (IV) в розчині також впливає на поглинальну здатність розчину.

Для забезпечення глибокого очищення абсорбцію проводять при тиску 11,8-31,4 МПа і температурі розчину 0-20°С. Схема установки представлена на рис. 3.10, а. Регенерацію розчину про­водять нагріваючи його парою до температури 80°С. Регенерований розчин повертається в абсорбер, а гази на переробку.

Додавання до розчину метанолу, етанолу, етиленгліколю або гліцерину збільшує його абсорбційну здатність, знижує парціальний тиск оксидів вуглецю над розчином, що дозволяє вести процес очищення під меншим тиском.

Рисунок 3.10 – Схеми установок очищення газів від оксиду вуглецю (II)

а – мідно-аміачним розчином: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3,4 –хо­ло­дильник; 5 – ємність; 6 – десорбер; б – мідь-алюмінієво-хлорид­ним розчином: 1 – блок осушення газів; 2 – абсорбер; 3, 8 – блоки виділення парів толуолу; 4 – проміжний десорбер; 5 – вакуум-насос; 6 – регенератор; 7, 11 – холодильник; 12, 14 – насоси; 13 – ємність для розчину; 15 – вузол приготування розчину.

Абсорбція оксиду вуглецю (ІІ) мідь-алюміній-хлоридними розчинами. Цей метод застосовують за наявності в газі кисню і великих кількостей оксиду вуглецю (IV). Процес заснований на хімічній абсорбції оксиду вуглецю розчином змішаної солі тетрахлориду міді і алюмінію в різних ароматичних вуглеводнях з утворенням комплексу з оксидом вуглецю (ІІ). Рекомендується розчин, що містить 20-50% СuА1С1₄ і 80-50% толуолу.

Процес абсорбції можна представити таким чином. Спочатку йде утворення комплексу, який потім абсорбує CO:

CuCl + AlCl₃ + 2 C₆H₅CH₃ →(CuAlCl₄)(C₆H₅CH₃)₂, (3.156)

(CuAlCl₄)(C₆H₅CH₃)₂ + 2 CO → (CuAlCl₄)·2CO + 2 C₆H₅CH₃.

Інші гази – СО₂, О₂, N₂, H₂, CO - не реагують з комплексом, проте вода руйнує комплекс з виділенням НС1:

2 CuAlCl₄ + H₂O→ HCl + CuCl + CuAlCl₄·AlOCl (3.158)

тому перед абсорбцією газ повинен бути осушений, що є недоліком процесу.

Заздалегідь осушений газ подають в абсорбер, який зрошується регенерованим розчином. Насичений оксидом вуглецю розчин, що виходить з абсорбера, підігрівають до 100°С і направляють в проміжний десорбер, де підтримують тиск 0,25 МПа. Десорбер зрошують регенерованим розчином для поглинання СО, що виділяється при десорбції. Частково регенерований розчин після теплообмінника надходить в регенератор, де регенерується при 135-180°С. Потім розчин охолоджують і подають у відстійник, з якого направляють в абсорбер і десорбер. Виділений з газових потоків розчинник (толуол) повертають в систему приготування розчину.

Очищення промивкою рідким азотом. Цей процес є фізичною абсорбцією. В ньому разом з оксидом вуглецю (ІІ) одночасно поглинаються і інші компоненти газової суміші. Процес очищення, що застосовується в азотній промисловості, складається з трьох стадій: попереднього охолодження і сушки початкового газу; глибокого охолодження газу і часткової конденсації компонентів; відмивання газів від оксиду вуглецю (ІІ), кисню, метану і ін.

Абсорбцію оксиду вуглецю (ІІ) зазвичай ведуть в колонах тарілчатого типу. Холод, необхідний для створення в установці низьких температур, забезпечується холодильними машинами. Витрата рідкого азоту на абсорбцію оксиду вуглецю (ІІ) за інших рівних умов залежить не тільки від концентрації СО в газі, але і від вмісту домішок інших газів, а також від температури і тиску. Збільшення концентрації оксиду вуглецю в початковому газі (при постійному тиску) трохи підвищує витрату рідкого азоту, оскільки розчинність СО зростає майже пропорційно парціальному тиску. Із збільшенням тиску витрата рідкого азоту зменшується, особливо різко при тиску вище 1 МПа. Підвищення температури приводить до значного збільшення витрати рідкого азоту на промивку.

Питання для самоконтролю

1. Основи абсорбційних методів очищення газів.

2. Очищення газів від оксиду сірки (IV).

3. Видалення оксидів сірки аміачними розчинами.

4. Очищення газів від оксиду сірки (IV) розчинами вапна.

5. Магнезитовий метод очищення газів від оксиду сірки (IV).

6. Цинковий метод очищення газів від оксиду сірки (IV).

7. Абсорбція оксиду сірки (IV) хемосорбентами на основі натрію.

8. Аміачні методи очищення газів від оксиду сірки (IV).

9. Вакуум-карбонатні методи очищення газів від сірководню.

10. Арсеново-лужні методи очищення газів від сірководню.

11. Залізо-содовий метод очищення газів від сірководню.

12. Лужно-гідрохіноновий метод очищення газів від сірководню.

13. Абсорбція сірководню етаноламінами.

14. Очищення газів від сірководню та меркаптанів.

15. Абсорбція оксидів азоту водою.

16. Лужні методи очищення газів від оксидів азоту.

17. Очищення газів від оксидів азоту за допомогою селективних абсорбентів.

18. Метод одночасного очищення газів від оксидів сірки та оксидів азоту.

19. Очищення газів від оксидів азоту їх окисненням у рідкій фазі.

20. Абсорбція фторидів водню та кремнію водою.

21. Абсорбція фторидів розчинами амонійних солей.

22. Абсорбція хлору лужними поглиначами.

23. Абсорбційні методи видалення брому з газових потоків.

24. Очищення газів від хлористого водню.

25. Водне очищення газів від оксиду вуглецю (IV).

26. Очищення газів від оксиду вуглецю (IV) розчинами етаноламінів.

27. Очищення газів від оксиду вуглецю (IV) аміачними розчинами.

28. Очищення газів від оксиду вуглецю (IV) розчинами лугів.

29. Очищення газів від оксиду вуглецю (IV) розчинами поташу.

30. Мідноаміачне очищення газів від оксиду вуглецю (II).

31. Очищення газів від оксиду вуглецю (II) промивкою рідким азотом.