Способ непрерывного удаления диоксида углерода из технологического газа

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ непрерывного удаления диоксида углерода из технологического газа, который включает в себя следующие операции:

- ввод в контакт находящегося под давлением в ступени абсорбции технологического газа с водным раствором, который содержит растворенные в нем карбонат калия в качестве реагента, бикарбонат калия в качестве продукта реакции, диэтаноламин в качестве катализатора и ванадат калия в качестве ингибитора коррозии, причем диоксид углерода в технологическом газе абсорбируется раствором и вступает в реакцию с реагентом - карбонатом калия в соответствии со следующим уравнением реакции:

K2СО3 + СО2 + Н2О R 2 KНСО3,

- увеличение температуры раствора и уменьшение оказываемого на него давления для обеспечения десорбции в ступени десорбции, отделенной от ступени абсорбции, диоксида углерода из раствора в соответствии с обратной реакцией:

2 KНСО3 R K2СО3 + СО2 + Н2О,

- непрерывная рециркуляция водного раствора из ступени десорбции в ступень абсорбции для дальнейшего удаления диоксида углерода из технологического газа, причем водный раствор циркулирует по контуру, который включает в себя указанную ступень абсорбции и указанную ступень десорбции, при этом водный раствор содержит растворенные в нем органические кислоты в виде солей калия органической кислоты,

причем удаление диоксида углерода из технологического газа объединено с непрерывным ростом концентрации указанных органических кислот в водном растворе,

отличающийся тем, что способ включает в себя следующие дополнительные операции:

- отвод в качестве бокового погона части водного раствора, циркулирующего по контуру;

- разбавление бокового погона водным разбавителем;

- пропускание бокового погона через полупроницаемую мембрану, на которой имеется падение давления, для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану, причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов ванадата через мембрану, и таким образом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина проходят через мембрану;

- возврат в контур остальной части бокового погона, после его пропускания через мембрану; и

- добавка в контур подпитки карбоната калия и подпитки диэтаноламина, в зависимости от потребности, для поддержания их необходимой концентрации в водном растворе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в контуре ниже по течению от ступени абсорбции и выше по течению от ступени десорбции концентрация карбоната калия составляет 200-250 г/л, концентрация диэтаноламина составляет 15-20 г/л, концентрация ванадата калия составляет 16-18 г/л, концентрация солей калия органической кислоты составляет до 160 г/л, а концентрация бикарбоната калия составляет 150-250 г/л.

3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что абсорбция имеет место при температуре 94-107шС и при давлении 2500-3000 кПа, причем боковой погон отводят из контура после абсорбции и ранее уменьшения давления, которое создает десорбцию.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что разбавление бокового погона таково, что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что пропускание бокового погона через мембрану происходит при температуре 30-60шС.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что он предусматривает фильтрацию бокового погона до его пропускания через мембрану.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в том случае, когда температура разбавленного бокового погона превышает 60шС, осуществляют охлаждение бокового погона после его разбавления и ранее его фильтрации, причем охлаждение производят до температуры не выше 60шС.

8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что боковой погон пропускают через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации так, что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остального бокового погона за счет нанофильтрации.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в том случае, когда температура выведенного из контура бокового погона превышает 60шС, способ включает в себя как охлаждение бокового погона, так и его фильтрацию ранее пропускания бокового погона через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение бокового погона имеет место ранее его фильтрации, причем температура при охлаждении не превышает 60шС, а при фильтрации бокового погона из него удаляются все частицы, превышающие 5 мкм.

10. Способ обработки водного раствора, который содержит, растворенные в нем, карбонат калия, бикарбонат калия, диэтанол амин, ванадат калия и соли калия органической кислоты, причем указанный способ позволяет произвести удаление указанных солей калия органической кислоты из раствора с сохранением в растворе ванадата калия, отличающийся тем, что указанный ' способ включает в себя следующие операции :

- отвод части раствора из его остальной части;

- разбавление указанной отведенной части раствора водным разбавителем;

- пропускание разбавленной части раствора через полупроницаемую мембрану, на которой имеется падение давления, для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану,

причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов ванадата через мембрану, и при этом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтанол амина проходят через мембрану; и

- после пропускания остатка разбавленной части раствора через мембрану, возврат остатка разбавленной части раствора к остальной части раствора.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что разбавление отведенной части раствора таково, что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л.

12. Способ по одному из пп.10 или 11, отличающийся тем, что пропускание разбавленной части раствора через мембрану происходит при температуре 30-60шС.

13. Способ по одному из пп.10-12, отличающийся тем, что он предусматривает фильтрацию разбавленной части раствора до ее пропускания через мембрану.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в том случае, когда температура разбавленной части раствора превышает 60шС, способ предусматривает охлаждение разбавленной части раствора после ее разбавления и ранее ее фильтрации, причем охлаждение производят до температуры не выше 60шС.

15. Способ по одному из пп.10-14, отличающийся тем, что разбавленную часть раствора пропускают через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации, так что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остальной разбавленной части раствора за счет нанофильтрации.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что в том случае, когда разбавленный раствор имеет температуру выше 60шС, он предусматривает как охлаждение, так и фильтрацию разбавленной части раствора, ранее ее пропускания через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение раствора имеет место ранее его фильтрации, причем температура при охлаждении не превышает 60шС, а при фильтрации из раствора удаляются все частицы, превышающие 5 мкм.

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа удаления диоксида углерода из технологического газа, а также к обработке водного раствора, подходящей для использования при указанном удалении диоксида углерода. Более конкретно, настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа удаления диоксида углерода из технологического газа за счет ввода в контакт технологического газа с водным раствором,содержащим растворенный в нем карбонат калия, и к обработке такого раствора. Известны способы, в соответствии с которыми удаляют диоксид углерода из технологического газа за счет ввода в контакт технологического газа с водным очищающим раствором,содержащим растворенный в нем карбонат калия. Такие способы раскрыты, например, в патенте ЕР 0 043 525 А (Union Carbide Corporation),в патенте США 4 271 132 (Eickmeyer), в патенте США 4 399 111 (Baur и др.), а также в патенте ФРГ DE 27 42 483 А. В известных способах применяют такие растворы карбоната калия для абсорбции диоксида углерода, которые содержат кроме собственно реагента карбоната калия бикарбонат калия в качестве продукта реакции абсорбции, а также диэтаноламин в качестве катализатора и ванадат калия в качестве ингибитора коррозии. Техническая проблема известных способов заключается в том, что с течением времени указанный раствор загрязняется органическими солями, содержание которых может стать слишком высоким, причем эти соли дезактивируют указанный раствор в такой степени, что его нельзя далее использовать по прямому назначению. Обычно такие отработанные растворы, в соответствии с обычной практикой, сливают в сточные воды, что создает проблемы загрязнения окружающей среды или потенциальной опасности, что в особенности касается ионов ванадия, которые являются ядовитыми. Задачей настоящего изобретения является устранение этой проблемы за счет такой обработки содержащих карбонат калия растворов,которая позволяет удалить из них соли органической кислоты, что дает возможность повторно использовать такие содержащие карбонат калия растворы и ионы ванадия, устраняя необходимость слива в сточные воды отработанных растворов, в результате чего исключается опасность контакта с ионами ванадия. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ непрерывного удаления диоксида углерода из технологического газа, который включает в себя следующие операции :- ввод в контакт находящегося под давлением в ступени абсорбции технологического газа с водным раствором, который содержит растворенные в нем карбонат калия в качестве реагента, бикарбонат калия в качестве продукта 2 реакции, диэтаноламин в качестве катализатора и ванадат калия в качестве ингибитора коррозии, причем диоксид углерода в технологическом газе абсорбируется (поглощается) раствором и вступает в реакцию с реагентом - карбонатом калия в соответствии со следующим уравнением реакции:K2 СО 3 + СO2 + Н 2O2 KНСО 3,- увеличение температуры раствора и уменьшение оказываемого на него давления для обеспечения десорбции в ступени десорбции,отделенной от ступени абсорбции, диоксида углерода из раствора в соответствии с обратной реакцией: 2 KНСО 3K2 СО 3 + СО 2 + Н 2 О,- непрерывная рециркуляция водного раствора из ступени десорбции в ступень абсорбции для дальнейшего удаления диоксида углерода из технологического газа, причем водный раствор циркулирует по контуру, который включает в себя указанную ступень абсорбции и указанную ступень десорбции, при этом водный раствор содержит растворенные в нем органические кислоты в виде солей калия органической кислоты,причем удаление диоксида углерода из технологического газа объединено с непрерывным ростом концентрации указанных органических кислот в водном растворе, при этом способ включает в себя следующие дополнительные операции:- отвод в качестве бокового погона части водного раствора, циркулирующего по контуру;- разбавление бокового погона водным разбавителем;- пропускание бокового погона через полупроницаемую мембрану, на которой (через которую) имеется падение давления, для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану, причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов ванадата через мембрану, и таким образом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина проходят через мембрану;- возврат в контур остальной части бокового погона, после его пропускания через мембрану; и- добавка в контур подпитки карбоната калия и подпитки диэтаноламина непрерывно или прерывисто, в зависимости от потребности, для поддержания их необходимой концентрации в водном растворе. Органические кислоты могут быть производными от технологического газа. Вместо этого или в дополнение они могут возникать в контуре. Полупроницаемая мембрана может быть выбрана, но без ограничения, из мембран нано 3 фильтрации, мембран ультрафильтрации и мембран обратного осмоса. В контуре ниже по течению от ступени абсорбции и выше по течению от ступени десорбции концентрация карбоната калия может составлять 200 - 250 г/л, концентрация диэтаноламина может составлять 15 - 20 г/л, концентрация ванадата калия может составлять 16-18 г/л,концентрация солей калия органической кислоты может составлять до 160 г/ л, а концентрация бикарбоната калия может составлять 150 - 250 г/л, хотя, само собой разумеется, эти величины могут варьироваться от одного контура к другому, в зависимости от практических и экономических соображений. Абсорбция может иметь место при температуре 94 - 107 С и при давлении 2500 - 3000 кПа, причем боковой погон отводят из контура после абсорбции и ранее уменьшения давления,которое создает десорбцию. Разбавление бокового погона таково, что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л. Пропускание бокового погона через мембрану может происходить при температуре 30 60 С. В связи с этим способ может предусматривать охлаждение бокового погона, например,после указанного разбавления до температуры 30 - 60 С, при которой его пропускают через мембрану. Способ может предусматривать фильтрацию бокового погона до его пропускания через мембрану. В том случае, когда температура разбавленного бокового погона превышает 60 С, способ может предусматривать охлаждение бокового погона после его разбавления и ранее его фильтрации, причем охлаждение бокового погона производят до температуры не выше 60 С. Более конкретно, боковой погон может быть пропущен через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации, так что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остального бокового погона за счет нанофильтрации; причем в том случае, когда боковой погон выводят из контура при температуре выше 60 С, способ может включать в себя как охлаждение бокового погона, так и его фильтрацию, ранее пропускания бокового погона через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение бокового погона имеет место ранее его фильтрации, причем температура при охлаждении не превышает 60 С, а при фильтрации из бокового погона удаляются все частицы, превышающие 5 мкм. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ обработки водного раствора, который содержит растворенные в нем карбонат калия, бикарбонат калия, диэтаноламин, ванадат калия и соли калия органической кислоты, причем указанный способ позволяет произвести удаление указанных солей калия органической кислоты из рас 001543 4 твора с сохранением в растворе ванадата калия,при этом указанный способ включает в себя следующие операции:- отвод части раствора из его остальной части;- разбавление указанной отведенной части раствора водным разбавителем;- пропускание разбавленной части раствора через полупроницаемую мембрану, на которой (через которую) имеется падение давления,для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану, причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов ванадата через мембрану,и таким образом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина проходят через мембрану; и после пропускания остатка разбавленной части раствора через мембрану возврат остатка разбавленной части раствора к остальной части раствора. В соответствии с данным аспектом настоящего изобретения, разбавление отведенной части раствора может быть таким, что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л; причем пропускание разбавленной части раствора через мембрану может происходить при температуре 30 - 60 С. Способ может предусматривать фильтрацию разбавленной части раствора до ее пропускания через мембрану. В том случае, когда температура разбавленной части раствора превышает 60 С, способ может предусматривать охлаждение разбавленной части раствора после ее разбавления и ранее ее фильтрации, причем охлаждение производят до температуры не выше 60 С. Разбавленная часть раствора может быть пропущена через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации, так что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остальной разбавленной части раствора за счет нанофильтрации; причем в том случае, когда разбавленный раствор имеет температуру выше 60 С, способ может включать в себя как охлаждение, так и фильтрацию разбавленной части раствора ранее ее пропускания через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение раствора имеет место ранее его фильтрации, причем температура при охлаждении не превышает 60 С, а при фильтрации раствора из него удаляются все частицы, превышающие 5 мкм. Можно ожидать, что способы в соответствии с настоящим изобретением, связанные с удалением диоксида углерода из потоков технологического газа, найдут особое применение при обработке растворов Бенфилда или любых других технологических растворов, которые содержат карбонат калия, бикарбонат калия, 5 диэтаноламин, ванадат калия и, как примеси,соли калия органической кислоты. Обычно предназначенные для обработки водные растворы имеют вид бокового погона из контура удаления диоксида углерода, в котором используется такой раствор карбоната калия. Раствор содержит, как упоминалось ранее, ванадий в виде растворенного ванадата калия и диэтаноламин. Полупроницаемая мембрана может также препятствовать прохождению через нее неорганических веществ, например анионов хлорида,если они имеются в растворе. Что касается работы контура абсорбции/десорбции, то она является главным образом обычной, причем уже известно множество таких контуров со своими собственными технологическими параметрами, такими как скорости потока, температуры и давления, при этом принципы работы таких контуров, например с использованием растворов Бенфилда, уже хорошо известны. В связи с этим, несмотря на то,что способ абсорбции диоксида углерода в соответствии с настоящим изобретением предусматривает, как обычно, использование относительно высоких давлений и относительно низких температур для осуществления абсорбции, а при десорбции используются относительно низкие давления и высокие температуры, точные значения этих параметров не являются критичными, являются главным образом обычными и их выбор диктуется экономическими и практическими соображениями в том месте, где производят удаление диоксида углерода из технологического газа. Таким образом, настоящее изобретение в принципе применимо к любому случаю удаления диоксида углерода, вне зависимости, в заданных пределах, от параметров процесса. Аналогично, предусматривается использование главным образом обычной мембранной технологии разделения, причем выбор конкретной мембраны, скоростей потока и падений давления производят в соответствии с практическими и экономическими соображениями,имея в виду ожидаемый результат, то есть удаление солей калия органической кислоты из раствора, пропущенного через мембрану, при отсутствии любой потери проходящих через мембрану ионов ванадата и при сохранении приемлемо низких уровней потерь карбоната/бикарбоната калия и диэтаноламина совместно с экономным использованием воды для разведения. Обычные эксперименты могут быть применены для выбора приемлемых или оптимальных значений температур раствора и падений давления на мембране, концентраций растворенных веществ и скоростей потока. Рабочие параметры выбирают соответствующим образом имея в виду два первичных соображения: во-первых, имеется непрерывный рост концентрации солей калия органической 6 кислоты в контуре, производных от кислот в технологическом газе и/или возникающих в контуре, причем такие соли оказывают действие на дезактивацию раствора и снижение его абсорбционной способности по отношению к диоксиду углерода, так что их уровень должен поддерживаться возможно более низким, имея в виду практические и экономические соображения; во-вторых, следует по возможности избегать потери проходящих через мембрану анионов ванадата, имея в виду, что они являются ядовитыми и оказывают вредное влияние на окружающую среду. Соответственно, любыми способами следует избегать сброса отработанного раствора, который имеет слишком высокое содержание солей калия органической кислоты,по причине угрозы окружающей среде, создаваемой анионами ванадата, хотя сами соли калия органической кислоты, например, в соответствующим образом разбавленном водном растворе не являются неприемлемыми для окружающей среды. С учетом изложенного можно считать, что анионы ванадата главным образом не проходят через мембрану, если их концентрация в пропущенном через мембрану растворе органической кислоты преимущественно составляет не более 10 мг/л, а еще лучше менее 3 мг/л. В свою очередь, приемлемо низкими пропорциями карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина, проходящими через мембрану, можно считать их содержание в пропущенном через мембрану растворе органической кислоты соответственно не более 0,5 г/л для карбоната калия,0,5 г/л для бикарбоната калия и 0,5 г/л для диэтаноламина, а еще лучше соответственно не более 0,1 г/л для карбоната калия, 0,1 г/л для бикарбоната калия и 0,1 г/л для диэтаноламина. Под необходимыми концентрациями по отношению к карбонату калия, бикарбонату калия и диэтаноламину, а также к ванадату калия следует понимать желательные или расчетные концентрации для конкретной версии практически осуществляемого процесса абсорбции диоксида углерода, из контура которого отводится боковой погон. Обычно приемлемая концентрация солей калия органической кислоты в водном растворе в контуре составляет не более 10 г/л, выраженных в так называемом связанном K2 СО 3. Все указанные в данном описании концентрации являются концентрациями по массе, если специально не оговорено иное. В качестве примеров солей калия органической кислоты, которые следует удалять, можно привести формиат калия и ацетат калия. Полная концентрация ионов карбоната и бикарбоната в водном растворе может быть около 400 г/л, однако на практике это значение может варьировать в указанных пределах. В качестве водного разбавителя удобно использовать технологический конденсат, на 7 пример (но без ограничения) технологический конденсат, получаемый от конвертора оксида углерода или из технологического блока конверсии оксида углерода. После разбавления водной средой полная концентрация ионов карбоната и бикарбоната в водном растворе бокового погона может быть не более 40 г/л, преимущественно не более 30 г/л, а еще лучше не более 20 г/л. Заявителем успешно произведено отделение солей калия органической кислоты при помощи нанофильтрации разбавленного раствора Бенфилда, содержащего 16 - 20 г/л- 60 С и при падении давления на мембране 26 бар. Желательно, чтобы концентрация солей калия органической кислоты в обработанном растворе, пропущенном через мембрану, не превышала 0,05% по массе, преимущественно 0,01% по массе, а еще лучше, если такие соли практически отсутствуют. Водный раствор может быть пропущен через полупроницаемую мембрану с падением давления на ней около 1000 - 3500 кПа. Преимущественно указанное падение давления должно составлять около 1500 - 3000 кПа, а еще лучше, около 2000 - 2600 кПа, например 2300 кПа. Водный раствор может быть пропущен через полупроницаемую мембрану при температуре около 20 - 60 С, преимущественно при температуре около 30 - 50 С, а еще лучше при температуре около 35 - 45 С, например 40 С. Однако следует иметь в виду, что температура водного раствора может определяться качеством использованной полупроницаемой мембраны. Полупроницаемая мембрана может иметь средний диаметр пор около 0,0001 - 1,0 мкм. Преимущественно средний диаметр пор составляет около 0,0001 - 0,1 мкм, а еще лучше, если средний диаметр пор составляет около 0,0001 0,001 мкм. Обычно полупроницаемая мембрана представляет собой мембрану нанофильтрации,которая имеет отсечку молекулярной массы 300 дальтон; преимущественно полупроницаемая мембрана представляет собой анизотропную мембрану. В качестве примеров подходящих анизотропных полупроницаемых мембран можно привести мембраны типа NF 45, которые могут быть закуплены в Южной Африке у южноафриканских агентов фирмы Film- Tec (Dow), и типа DK, которые могут быть закуплены в Южной Африке у южноафриканских агентов фирмы Desalination Systems. Операция фильтрации позволяет удалить из водного раствора взвешенные твердые частицы, которые могут воздействовать на мембрану, ранее прохождения через нее водного раствора. Желательно при проведении операции фильтрации удалить из водного раствора все взвешенные твердые частицы, размер которых 8 ориентировочно превышает 5 мкм. Преимущественно при проведении операции фильтрации из водного раствора удаляют все взвешенные твердые частицы, размер которых ориентировочно превышает 3 мкм, а еще лучше все взвешенные твердые частицы, размер которых превышает 2 мкм. Операция фильтрации может быть осуществлена при помощи любого известного специалистам подходящего метода. Настоящее изобретение далее будет описано в качестве примера его реализации, не имеющего ограничительного характера, со ссылкой на чертеж, на котором схематично показана структурная схема устройства для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Пример. На чертеже позицией 10 в общем виде показана структурная схема установки для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением с использованием водного раствора Бенфилда, который содержит, растворенные в нем карбонат калия в качестве реагента,бикарбонат калия в качестве продукта реакции,диэтаноламин в качестве катализатора и ванадат калия в качестве ингибитора коррозии. Раствор Бенфилда также содержит растворенные в нем в качестве примесей соли калия органической кислоты (в качестве примеров которых можно указать формиат калия и ацетат калия). Установка 10 содержит контур абсорбции/десорбции для удаления диоксида углерода из потока технологического газа, причем контур абсорбции/десорбции включает в себя ступень абсорбции 12, которая содержит скрубберы диоксида углерода, воздействующие на технологический газ в трубопроводе 14. В газопроводе 16 установлена ступень снижения давления и нагревания 18, которая содержит турбину расширения. Далее газопровод 16 ведет к ступени десорбции 20, отделенной от ступени абсорбции 12. Ступень десорбции 20 соединяется со ступенью абсорбции 12 при помощи газопровода 22, содержащего ступень сжатия 24. Трубопровод 26 бокового погона раствора Бенфилда, снабженный контроллером потока 28 и контрольным клапаном 30, идет от конца впуска турбины расширения ступени снижения давления и нагревания 18. Трубопровод 26 соединен с трубопроводом подачи технологического конденсата 32, который также снабжен контроллером потока 34 и контрольным клапаном 36. Питающие газопроводы 26 и 32 подключены к газопроводу 38 разбавленного раствора Бенфилда. Газопровод 38 проходит через трубную часть кожухотрубного теплообменника 40, в кожух которого по трубопроводу 42, снабженному контрольным клапаном 44, подается холодная вода. Управление контрольным клапаном 44 осуществляется от контроллера температуры 46, устанавливающего температуру в трубопроводе 38 ниже по течению относительно 9 фильтра 48, предусмотренного в трубопроводе 38. Ниже по течению относительно фильтра 48 трубопровод 38 ведет в модуль нанофильтрации 50. В модуле нанофильтрации 50 использована мембрана нанофильтрации типа NF 45,поставляемая фирмой Film-Tec (Dow). Модуль нанофильтрации 50 содержит трубопровод 52 выпуска пермеата (растворенного вещества) и трубопровод 54 выпуска обработанного раствора Бенфилда, причем в трубопроводе 54 предусмотрен контрольный клапан давления 56 и контроллер давления 58. Наконец, с трубопроводом 54 ниже по течению относительно клапана 56 связан трубопровод подпитки 60, причем трубопровод 54, в свою очередь, соединен с трубопроводом 16 между ступенью снижения давления и нагревания 18 и ступенью десорбции 20. В соответствии со способом по настоящему изобретению, раствор Бенфилда циркулирует по контуру абсорбции-десорбции, который включает в себя ступень абсорбции 12, ступень снижения давления и нагревания 18, ступень десорбции 20 и ступень сжатия 24, а также трубопроводы 16 и 22. Обычным и известным образом происходит удаление диоксида углерода из потока технологического газа, содержащего диоксид углерода и протекающего по трубопроводу 14 при относительно высоком давлении 2 600 кПа и при относительно низкой температуре 107 С, в соответствии с уравнением реакцииK2 СО 3 + СО 2 + Н 2 О 2 KНСО 3 Раствор Бенфилда, который содержит растворенный KНСО 3, циркулирует по трубопроводу 16 через ступень снижения давления и нагревания 18 и проходит через турбину расширения для снижения своего давления. В блоке десорбции 20, на который раствор Бенфилда подается от блока 18, имеет место десорбция диоксида углерода в соответствии с уравнением обратной реакции: 2 KНСО 3K2 СО 3 + СО 2 + Н 2 О,при этом диоксид углерода выходит в атмосферу или поступает для дальнейшего возможного использования. Раствор Бенфилда от блока 20 рециркулирует по трубопроводу 22 в блок 12 через ступень сжатия 24, где его давление повышается до указанного относительно высокого уровня. Раствор Бенфилда отводится по трубопроводу 26 с конца впуска турбины расширения ступени 18, при этом он имеет давление около 2600 кПа и температуру около 107 С, что соответствует условиям, существующим на впуске турбины расширения. Раствор Бенфилда содержит растворенные в нем карбонат калия и бикарбонат калия, а также растворенные в нем соли калия органической кислоты (например формиат и ацетат калия). Кроме того, раствор Бенфилда содержит также растворенные в нем 10 ванадат калия и диэтаноламин. Контроллер потока 28 и контрольный клапан 30 используются для регулировки скорости потока (расхода) раствора Бенфилда в трубопроводе 26. Протекающий по трубопроводу 26 раствор Бенфилда разбавляется технологическим конденсатом, поступающим по трубопроводу 32,который также имеет давление около 2600 кПа и температуру около 120 С, при этом получают разбавленный раствор Бенфилда. Скорость потока (расход) технологического конденсата в трубопроводе 32 управляется контроллером потока 34 и контрольным клапаном 36. После разбавления полная концентрация карбоната калия и бикарбоната калия в разбавленном растворе Бенфилда составляет менее 40 г/л, концентрация солей калия органической кислоты составляет ориентировочно менее 15 г/л, а концентрации ванадата калия и диэтаноламина составляют соответственно менее 0,5 г/л. Разбавленный раствор Бенфилда по трубопроводу 38 пропускают через теплообменник 40 для снижения его температуры. В качестве средства охлаждения в теплообменнике 40 используют охлаждающую воду при температуре около 23 С. Скорость потока (расход) охлаждающей воды в трубопроводе 42 управляется контрольным клапаном 44, расположенным ниже по течению потока охлаждающей воды относительно теплообменника 40, и контроллером температуры 46, который измеряет температуру разбавленного раствора Бенфилда в трубопроводе 38 ниже по течению относительно фильтра 48 и управляет уставкой клапана 44 и, следовательно, расходом и температурой охлажденного раствора Бенфилда. Разбавленный раствор Бенфилда при пониженной после теплообменника 40 температуре, составляющей около 40 С, пропускают через фильтр 48, который удаляет главным образом все частицы размером более 5 мкм из разбавленного раствор Бенфилда. После фильтра 48 разбавленный раствор Бенфилда пропускают через модуль нанофильтрации 50. Соли калия органической кислоты проходят через мембрану модуля нанофильтрации 50 вместе с некоторым количеством воды и образуют пермеат, содержащий водный раствор солей калия органической кислоты, таких как формиат калия и ацетат калия, причем указанный пермеат отводят по трубопроводу 52. Этот пермеат подают на дренаж (не показан) для обработки обычным образом вместе с другими сточными водами установки, так как он приемлем для окружающей среды и относительно безопасен. Обработанный раствор Бенфилда, который теперь имеет пониженную концентрацию солей калия органической кислоты, отводят от модуля нанофильтрации 50 по трубопроводу 54. Через мембрану модуля нанофильтрации 50 поддерживается падение давления около 2 300 кПа при 11 помощи контрольного клапана давления 56 и контроллера давления 58. Обработанный раствор Бенфилда возвращают в трубопровод 16 на конце выгрузки турбины расширения блока 18 для его повторного использования в контуре абсорбции-десорбции, то есть для отгонки диоксида углерода из потока технологического газа, протекающего по трубопроводу 14. Концентрация солей калия органической кислоты в обработанном растворе Бенфилда за счет применения настоящего способа снижена в такой степени, что эти соли в нем практически отсутствуют, в то время как главным образом все ионы ванадата в обработанном растворе Бенфилда сохраняются. По причине непрерывной,но приемлемо малой потери по трубопроводу 52 карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина, а также катионов калия, объединенных с солями калия органической кислоты, производят добавку в раствор Бенфилда в трубопроводе 54 желательного количества подпиточного материала по трубопроводу подпитки 60, непрерывно или прерывисто, в зависимости от требований. Преимуществом способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что он позволяет избежать отправки в отходы отработанного раствора Бенфилда, содержание солей органической кислоты в котором слишком высоко, причем эти соли дезактивируют раствор в такой степени, что он не может быть более эффективно использован. Вместо этого производят регенерацию раствора Бенфилда за счет удаления из него указанных кислот, причем главным образом все ионы ванадата, которые являются ядовитыми и опасными для окружающей среды,сохраняются в растворе совместно с большей частью карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина. Более того, давление, которое уже существует в скрубберах диоксида углерода ступени абсорбции 12, преимущественно может быть использовано для создания падения давления на полупроницаемой мембране модуля 50. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ непрерывного удаления диоксида углерода из технологического газа, который включает в себя следующие операции:- ввод в контакт находящегося под давлением в ступени абсорбции технологического газа с водным раствором, который содержит растворенные в нем карбонат калия в качестве реагента, бикарбонат калия в качестве продукта реакции, диэтаноламин в качестве катализатора и ванадат калия в качестве ингибитора коррозии, причем диоксид углерода в технологическом газе абсорбируется раствором и вступает в реакцию с реагентом - карбонатом калия в соответствии со следующим уравнением реакции:- увеличение температуры раствора и уменьшение оказываемого на него давления для обеспечения десорбции в ступени десорбции,отделенной от ступени абсорбции, диоксида углерода из раствора в соответствии с обратной реакцией: 2 KНСО 3K2 СО 3 + СО 2 + Н 2 О,- непрерывная рециркуляция водного раствора из ступени десорбции в ступень абсорбции для дальнейшего удаления диоксида углерода из технологического газа, причем водный раствор циркулирует по контуру, который включает в себя указанную ступень абсорбции и указанную ступень десорбции, при этом водный раствор содержит растворенные в нем органические кислоты в виде солей калия органической кислоты,причем удаление диоксида углерода из технологического газа объединено с непрерывным ростом концентрации указанных органических кислот в водном растворе,отличающийся тем, что способ включает в себя следующие дополнительные операции:- отвод в качестве бокового погона части водного раствора, циркулирующего по контуру;- разбавление бокового погона водным разбавителем;- пропускание бокового погона через полупроницаемую мембрану, на которой имеется падение давления, для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану, причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов ванадата через мембрану, и таким образом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина проходят через мембрану;- возврат в контур остальной части бокового погона после его пропускания через мембрану; и- добавка в контур подпитки карбоната калия и подпитки диэтаноламина, в зависимости от потребности, для поддержания их необходимой концентрации в водном растворе. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в контуре ниже по течению от ступени абсорбции и выше по течению от ступени десорбции концентрация карбоната калия составляет 200-250 г/л, концентрация диэтаноламина составляет 1520 г/л, концентрация ванадата калия составляет 16-18 г/л, концентрация солей калия органической кислоты составляет до 160 г/л, а концентрация бикарбоната калия составляет 150-250 г/л. 3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что абсорбция имеет место при температуре 94-107 С и при давлении 25003000 кПа, причем боковой погон отводят из контура после абсорбции и ранее уменьшения давления, которое создает десорбцию. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что разбавление бокового погона таково, что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что пропускание бокового погона через мембрану происходит при температуре 30-60 С. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что он предусматривает фильтрацию бокового погона до его пропускания через мембрану. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в том случае, когда температура разбавленного бокового погона превышает 60 С, осуществляют охлаждение бокового погона после его разбавления и ранее его фильтрации, причем охлаждение производят до температуры не выше 60 С. 8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что боковой погон пропускают через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации так, что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остального бокового погона за счет нанофильтрации. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в том случае, когда температура выведенного из контура бокового погона превышает 60 С, способ включает в себя как охлаждение бокового погона, так и его фильтрацию ранее пропускания бокового погона через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение бокового погона имеет место ранее его фильтрации, причем температура при охлаждении не превышает 60 С, а при фильтрации бокового погона из него удаляются все частицы, превышающие 5 мкм. 10. Способ обработки водного раствора,который содержит растворенные в нем карбонат калия, бикарбонат калия, диэтаноламин, ванадат калия и соли калия органической кислоты, причем указанный способ позволяет произвести удаление указанных солей калия органической кислоты из раствора с сохранением в растворе ванадата калия, отличающийся тем, что указанный ' способ включает в себя следующие операции:- отвод части раствора из его остальной части;- разбавление указанной отведенной части раствора водным разбавителем;- пропускание разбавленной части раствора через полупроницаемую мембрану, на которой имеется падение давления, для создания условий прохождения водного раствора солей калия органической кислоты через мембрану,причем как мембрана, так и падение давления через нее выбраны таким образом, что главным образом предотвращено прохождение анионов 14 ванадата через мембрану, и при этом, что приемлемо малые пропорции карбоната калия, бикарбоната калия и диэтаноламина проходят через мембрану; и- после пропускания остатка разбавленной части раствора через мембрану возврат остатка разбавленной части раствора к остальной части раствора. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что разбавление отведенной части раствора таково,что после разбавления он имеет концентрацию солей калия органической кислоты менее чем 16 г/л. 12. Способ по одному из пп.10 или 11, отличающийся тем, что пропускание разбавленной части раствора через мембрану происходит при температуре 30-60 С. 13. Способ по одному из пп.10-12, отличающийся тем, что он предусматривает фильтрацию разбавленной части раствора до ее пропускания через мембрану. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в том случае, когда температура разбавленной части раствора превышает 60 С, способ предусматривает охлаждение разбавленной части раствора после ее разбавления и ранее ее фильтрации, причем охлаждение производят до температуры не выше 60 С. 15. Способ по одному из пп.10-14, отличающийся тем, что разбавленную часть раствора пропускают через мембрану, которая представляет собой мембрану нанофильтрации, так что раствор солей калия органической кислоты отделяется от остальной разбавленной части раствора за счет нанофильтрации. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что в том случае, когда разбавленный раствор имеет температуру выше 60 С, он предусматривает как охлаждение, так и фильтрацию разбавленной части раствора ранее ее пропускания через мембрану нанофильтрации, при этом охлаждение раствора имеет место ранее его фильтрации,причем температура при охлаждении не превышает 60 С, а при фильтрации из раствора удаляются все частицы, превышающие 5 мкм.

МПК / Метки

МПК: B01D 53/62, C23F 11/06

Метки: непрерывного, технологического, углерода, способ, удаления, диоксида, газа

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-1543-sposob-nepreryvnogo-udaleniya-dioksida-ugleroda-iz-tehnologicheskogo-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ непрерывного удаления диоксида углерода из технологического газа</a>

Похожие патенты