Технологические схемы производства жидкой углекислоты.

Углекислота из дымовых газов топлива.

Дымовые газы подвергают предварительной обработке: охлаждению до необходимой температуры и очистке от механических и химических примесей. Охлаждение дымовых газов с одновременной отмывкой их от механических примесей и частичной очисткой от сернистых соединений производится в холодном скруббере 1 (рис.2), насадка которого орошается холодной водой. В случае, если запыленность дымовых газов превышает 5 г/м³, целесообразно устанавливать специальные пылеулавливающие аппараты (например, центробежный скруббер).

Для улавливания капельной влаги, выноси мой дымовым газом из холодного скруббера, на выходе из аппарата установлен водоотделитель 2. Просос дымовых газов через холодный скруббер и создание напора, необходимого для преодоления сопротивлений трубопроводов и аппаратов технологической схемы, обеспечиваются эксгаустером 3.

Далее дымовые газы направляются в содовый скруббер 4, нижняя насадка которого орошается раствором соды с помощью насоса 5 и предназначена для химической очистки газов от сернистых соединений; верхняя насадка орошается тепловой водой и служит для нагрева газов до температуры процесса абсорбции. Охлажденные и отмытые дымовые газы поступают в нижнюю часть абсорбера 6.

Процесс абсорбции углекислоты из дымовых газов идет на разветвленной поверхности насадки, орошаемой сверху раствором моноэтаноламина.

В верхней части абсорбера установлен трубчатый водяной холодильник, поддерживающий равенство температур дымовых газов на входе в абсорбер и на выходе из него. Насыщенный углекислотой раствор моноэтаноламина собирается в нижней Части абсорбера, откуда насосом насыщенного раствора 7 через теплообменник раствора 8 направляется на орошение насадки дефлегматора - десорбера 9.

В теплообменнике раствора рекуперируется тепло истощенного раствора моноэтаноламина, отводимого из десорбера.

Рис.2 Схема установки для получения углекислоты из дымовых газов:

1 - холодный скруббер; 2 - водоотделитель; 3 - эксгаустер; 4 - содовый скруббер; 5 – насос; 6 - абсорбер; 7 - насос насыщенного раствора; 8 - теплообменник; 9 - дефлегматор - десорбер; 10 - насос истощенного раствора; 11 - холодильник раствора; 12 - холодильник газа; 13 - сборник конденсата; 14 - промывная колонна; 15 - насос; 16 - центробежный

водоотделитель.

Стекая по насадке дефлегматора, насыщенный раствор контактирует с идущей противотоком более горячей парогазовой смесью, в результате чего между ними происходит тепло- и массообмен. Пройдя дефлегматор, раствор по внешнему трубопроводу перетекает в трубное пространство кипятильника, где кипит за счет теплоты конденсации водяного пара, подаваемого в межтрубное пространство.

Получаемая при кипении раствора парогазовая смесь поступает в дефлегматор, а истощенный раствор моноэтаноламина отводится в теплообменник раствора, откуда насосом истощенного раствора 10 через холодильник раствора 11 направляется на орошение насадки абсорбера. Таким образом, абсорбционно-десорбционный цикл замыкается.

Выходящая из верхней части дефлегматора парогазовая смесь, состоящая из газообразной углекислоты, паров воды и моноэтаноламина, поступает в межтрубное пространство холодильника таза 12, где водяные пары конденсируются, а углекислый газ охлаждается.

Конденсат отделяется в сборнике конденсата 13 и возвращается в абсорбционно-десорбционный цикл, а углекислый газ направляется в промывную колонку 14, насадка которой орошается раствором KMgО₄. Рециркуляция раствора осуществляется насосом 15. Отмывка углекислого газа марганцовокислым калием необходима для удаления следов и запаха моноэтаноламина. На выходе углекислого газа из колонки установлен центробежный водоотделитель 16, предназначенный для полного отделения капельной влаги.

Если исходное сырье не содержит сернистых соединений, из схемы исключают содовый скруббер. В этом случае газы в холодном скруббере охлаждаются до температуры, равной температуре процесса абсорбции.

Углекислота спиртового брожения.

Побочным продуктом спиртовых, пивоваренных и некоторых других заводов является почти чистый углекислый газ, получаемый при брожении сахара. Теоретически при брожении 1 кг сахара образуются 0,511 кг спирта и 0,489 кг углекислого газа. Практически из-за неполноты процесса брожения, а также из-за побочных реакций выход спирта и углекислого газа оказывается ниже. В период главного брожения, когда в чане не остается воздуха, углекислота под небольшим избыточным давлением направляется в газгольдер, а из него - на дальнейшую переработку. Для удаления из углекислого газа примесей применяют физико-химические или химические методы обработки углекислоты брожения. Схема производства жидкой углекислоты из продуктов спиртового брожения и методика расчета описаны в специальной литературе.

Углекислота синтеза аммиака.

В значительном количестве углекислый газ получается на заводах синтетического аммиака (до 2,5 т на 1 т аммиака) в результате обработки воздушно-водяного генераторного газа водой в присутствии катализатора.

Для удаления углекислоты из газовой смеси ее промывают водой в специальных башнях, работающих под давлением 1666 - 1862 кПа. Затем вода, насыщенная углекислотой и другими газами, направляется в гидротурбину, где при расширении до атмосферного давления из воды выделяются растворенные в ней газы. Эти так называемые экспанзерные газы содержат 85 – 88% СО₂ (по объему), 15 - 12% N₂ + СО и некоторое количество сероводорода (2 - 4 г/м³).

Технологическая схема получения углекислоты состоит из устройства для очистки газа от сероводорода с помощью оксидов железа и компрессорной установки. После сжатия смесь направляется в конденсатор, где углекислота ожижается, а неконденсирующиеся газы (Н₂,СО) выпускаются в атмосферу с рекуперацией холода, полученного в результате дросселирования. Полученную жидкую углекислоту используют для производства сухого льда в баллонах.

Углекислота из «защитных» газов.

На многих металлургических и машиностроительных заводах находятся станции производства азотного «защитного» газа (96 - 97% N₂, 1,5 - 2% Н₂, 1,5 - 2% СО), необходимого для термообработки металла. В процессе его получения выбрасывается в атмосферу значительное количество углекислоты (до 20 - 25 т/сут). Поэтому при таких заводах организуется производство сжиженной или твердой углекислоты.

Технологическая схема принципиально не отличается от типовой каскадной схемы производства сжиженной углекислоты при среднем давлении.

Углекислота из газов известковообжигательных печей.

Содержание углекислого газа в газах, отходящих из известковообжигательных печей, зависит от технологического процесса обжига извести. При использовании таких газов улучшаются технико-экономические показатели углекислотных установок по сравнению с установками, использующими в качестве сырья дымовые газы.

Технологические схемы получения углекислого газа из газов, отходящих от известковообжигательных печей, в общем случае аналогичны схемам, применяемым при использовании дымовых газов.