 |
Каталитическая очистка газов от оксида углерода
|
|
|
|
Каталитическое окисление является наиболее рациональным ме- тодом обезвреживания отходящих газов промышленности от оксида углерода. Однако наряду с оксидом углерода в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсич- ные компоненты: диоксид серы. оксиды азота, пары различных углево- дородов. Кроме того, в них обычно присутствуют диоксид углерода, кислород, азот, пары воды и часто механические примеси в виде раз- личных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для ка- тализаторов.
Процесс очистки газовых смесей с высоким содержанием СО осуществляется с использованием реакции водяного газа (конверсией с водяным паром), проводимой в присутствии окисных железных ката- лизаторов:
СО + Н2О = СО2 + Н2 + 37,5 кДж/моль.
Процесс применим для очистки водорода, получаемого конверси- ей природного газа, кроме того, метод используют для изменения со- отношения Н2: СО в синтез-газе, а также для очистки защитной атмо- сферы, предназначенной для термообработки металлов.
Промышленный катализатор конверсии имеет форму таблеток размером 6,4´6,4 или 9,6´9,6 мм. Он содержит от 70 до 85 % Fe2O3 и 5- 15 % промотора Cr2O3. Катализатор относительно устойчив в присут- ствии сернистых соединений при непродолжительном воздействии ка- пельной влаги; он сохраняет активность вплоть до 600 оС. В случае вы- соких концентраций СО в исходном газе катализатор в контакторе рас- полагают в несколько слоев, причем необходимо предусмотреть меры для отвода тепла между слоями. Схема процесса представлена на рис. 6.1.
 |
Газовую смесь, образованную в результате конверсии природного
Рис. 6.1. Схема установки для очистки газов от оксида углерода реакци- ей водяного газа
|
|
|
1 - конвертор СО первой ступени; 2, 6 - холодильники; 3 - абсорбер СО2 первой ступени; 4 - нагреватель газа; 5 - конвертор СО второй ступени; 7 - абсорбер СО2 второй ступени
газа с паром и содержащую водород, оксид и диоксид углерода, после выхода из реактора конверсии охлаждают добавкой водяного пара до 370о и пропускают через конвертор первой ступени 1. Здесь в присут- ствии катализатора 90-95 % СО превращается в СО2 с образованием эквивалентного количества водорода. Газ охлаждают в водяном холо- дильнике 2 до 35-40 оС и извлекают из него диоксид углерода этанола- мином. Очищенный газ подогревают, добавляют необходимое количе- ство водяного пара, снова подвергают конверсии и очистке от образо- вавшегося СО2. С целью получения водорода повышенной чистоты иногда процесс проводят в три ступени. После третьей ступени газ имеет состав: 99,7 % (об.) Н2; 0,02 % СО; 0,01 % СО2; О,27 % СН4.
Каталитические гидрирование оксида и диоксида углеродов в ме- тан обычно применяется для очистки небольших остаточных количеств этих соединений (не более 2 %) в газовых потоках после удаления ос- новной массы их при помощи других методов. Метод используется особенно часто в тех случаях, когда присутствие метана не ухудшает условий дальнейшей переработки или использования газов. Типичным примером применения этого процесса может быть удаление оксидов углерода из водорода после конверсии СО и абсорбции СО2 жидкост- ными процессами. Остаточное содержание оксидов углерода в очи- щенном газе составляет несколько десятитысячных долей процента. Одновременно происходит удаление свободного кислорода, если он присутствует в газе.
Реакция метанирования оксидов углерода:
СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 218 кДж/моль; СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + 180 кДж/моль.
Промышленный катализатор содержит 76-78 % NiO и 20-22 %
Al203. Его изготовляют, как и в предыдущем случае, в виде таблеток. Срок службы ката- лизаторов достигает несколько лет.
|
|
|
Рис. 6.2. Схема установки для очистки газа метанированием
1 - теплообменник; 2 - холодильник;
3 - печь; 4 – реактор
Схема установки предс- тавлена на рис. 6.2.
Газ после колонны эта- ноламиновой очистки от СО2 подогревается сначала в тепло- обменник теплом продуктов метанирования, а затем до 260-
270 С в печи. Нагретый газ сверху вниз проходит через слой катализатора, охлаждает-
ся в теплообменнике и в концевом холодильнике, после чего поступает на синтез аммиака или используется для других целей. Вследствие не- благоприятного воздействия высоких температур на равновесие реак- ции и стабильность работы катализатора режим работы в реакторе ре- гулируют таким образом, чтобы температура газа на выходе из реакто- ра не превышала 440 оС. Процесс отличается высокой экзотермично- стью: повышение температуры в реакторе составляет 56 оС на каждый процент карбоксида, содержащийся в газе. Это препятствует использо- ванию данного процесса применительно к газам, содержащим более 2
% кислорода, оксида и диоксида углерода в сумме.
Метанирование проводят в широком интервале давлений - от ат- мосферного до 80 МПа (800 кгс/см2) и более. Степень очистки увели- чивается с повышением давления.
|
|
|
