УСТАНОВКА АБСОРБЦИОННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ АБСОРБЕНТАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ АМИНЫ

Предложена установка для абсорбционного выделения диоксида углерода из газовых смесей абсорбентами, содержащие амины. Предложенная установка позволяет снизить удельный расход тепла на выделение диоксида углерода из газовых смесей абсорбентами на основе аминов как для вновь строящихся, так и для реконструкции существующих объектов и может быть использована в химической, нефтехимической, газовой, металлургической, пищевой, и др. отраслях промышленности.
Известна установка абсорбционного выделения диоксида, углерода из газовых смесей абсорбентом, содержащим амины, включающая массообменный абсорбер, массообменный регенератор, выносной рекуперационный теплообменник, холодильники регенерированного абсорбента и выделенной парогазовой фазы (см. Очистка газа., А.Л. Коуль и Ф.С. Ризенфельд., М., Недра, 1968, с. 25-26).
Недостатком устройства является высокий расход тепла, вызванный недостаточной степенью рекуперации тепла горячего регенерированного раствора абсорбента, доля которого составляет 35-40% от всего тепла, затраченного на регенерацию абсорбента.
Наиболее близким к данному техническому решению является установка абсорбционного выделения диоксида углерода из газовых смесей абсорбентом, содержащим амины, включающая массообменный абсорбер, массообменный регенератор со встроенными рекуперационными теплообменными элементами, холодильниками регенерированного абсорбента и выделенной парогазовой фазы, (см. ред. Мельников Е.Я. Справочник азотчика, М., Химия, 1986, с. 261-263).
Недостатками установки являются: высокий расход тепла, вызванный недостаточной степенью рекуперации тепла горячего регенерированного раствора абсорбента (доля которого составляет 25-30% от всего затраченного тепла), а также ограничение возможности увеличения производительности из-за конструктивных трудностей расширения встроенных теплообменных элементов регенератора и высокой стоимости подобных работ.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, является снижение расхода тепловой энергии на регенерацию абсорбента путем повышения степени рекуперации тепла горячего регенерированного абсорбента и снижение затрат при реновации производства.
Технический результат, на достижение которого направлена предложенная полезная модель, заключается в снижении расхода тепла, а также снижение затрат при реновации с целью повышения производительности установки.
Указанный технический результат достигается тем, что на потоке выхода насыщенного абсорбента из абсорбера установлен через дроссель или гидравлическую турбину дополнительный теплообменный аппарат, соединенный с массообменным регенератором
Указанный технический результат достигается также тем, что после дросселя или гидравлической турбины установлено сепарационное устройство.
Указанный технический результат достигается также тем, что сепарационное устройство соединено с дополнительным теплообменным аппаратом через насос.
Предложенные порядок и последовательность соединения устройств, увеличивает температурный интервал рекуперации тепла горячего регенерированного абсорбента, что обеспечивает увеличение количества рекуперируемого тепла и снижает общий расход тепла на регенерацию абсорбента.
Кроме того, установка дополнительного теплообменного аппарата стандартной конструкции позволяет при реновации исключить трудоемкие и дорогостоящие работы по расширению нестандартных встроенных теплообменных элементов регенератора.
Принципиальная схема предлагаемой установки абсорбционного выделения диоксида углерода с устройствами приведена на фиг. 1.
Установка содержит: абсорбер 1 массообменной конструкции, регенератор 2 массообменной конструкции со встроенными теплообменными элементами 3 для рекуперационного теплообмена с регенерированным абсорбентом, холодильник абсорбента 4, кипятильник 5, холодильник парогазовой фазы (газа регенерации) 6, сборник флегмы 7, а также дополнительный выносной теплообменный аппарат 8, дроссель (гидравлическая турбина) 9 для снижения давления насыщенного абсорбента, сепарационное устройство 10 и насос 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом:
2
2
2
Газ, содержащий 17,5% об. СО, под давлением 28 ата, при температуре до 50°С поступает в абсорбер 1 где СО из газа поглощается регенерированным абсорбентом, поступающим сверху при температуре 45°С. На выходе из абсорбера насыщенный диоксидом углерода абсорбент при температуре 72,4°С с содержанием СО 85-90 г/л дросселируется в дросселе (гидравлической турбине) 9 до давления 2 ата с выделением паровой фазы со снижением температуры до 66,2°С и, далее, поступает в дополнительный выносной теплообменный аппарат 8. Для обеспечения гидравлики потока насыщенного абсорбента при его подаче наверх регенератора 2, испаритель 8 может быть установлен на необходимую высоту по отношению к регенератору.
Для увеличения положительного эффекта дросселирования, как вариант, возможна установка на потоке между дросселем (гидравлической турбиной) и дополнительным теплообменником сепаратора 10 и насоса 11. Это позволяет снизить давление в дросселе (гидравлической турбине) 9 до более низкого давления (1-1,5 ата) с достижением температуры насыщенного абсорбента 61-63°С.
Снижение температуры насыщенного абсорбента перед узлом рекуперации тепла обеспечивает увеличение температурного диапазона рекуперации тепла регенерированного абсорбента, что снижает расход тепла на регенерацию абсорбента.
Кроме того, предложенное техническое решение позволяет увеличить производительность установки за счет включения дополнительных выносных поверхностей теплообмена стандартной конструкции без расширения или реконструкции встроенных теплообменных элементов 3 регенератора 2.
2
2
После теплообменного аппарата 8 насыщенный абсорбент в виде двухфазного потока направляется в регенератор 2. Узел дросселирования 9 и сепаратор 10 могут быть использованы для получения CO высокой чистоты за счет предварительной отдувки малорастворимых газов из абсорбента при снижении давления и выделения части растворимого СО.
2
2
2
Регенерация абсорбента осуществляется в регенераторе 2 путем его нагрева при давлении 1,6 ата на массообменных устройствах за счет подвода тепла в кипятильник 5 при температуре нагрева абсорбента до 125°С с образованием парогазовой фазы отводимой сверху регенератора 2. Тепло горячего регенерированного абсорбента рекуперируется сначала во встроенных теплообменных элементах 3, а затем в испарителе 8 для нагрева насыщенного абсорбента. Далее регенерированный абсорбент охлаждается в холодильнике 4 и поступает в абсорбер 1. Парогазовая фаза (смесь СО и НО) после регенератора 2 охлаждается в холодильнике 6 с конденсацией водяных паров и после сепарации в сборнике флегмы 7 CO выбрасывается в атмосферу или отправляется потребителю, а конденсат (флегма) возвращается в регенератор 2.
Пример
В качестве примера сравним основные результаты работы известной (по прототипу) и предлагаемой установки. Результаты сравнения сведены в таблицу.
Из представленных данных видно, что использование предлагаемой установки при сохранении производительности по прототипу позволяет снизите расход тепла на 5 Гкал/час (~ на 12%), что является результатом предлагаемого взаимного расположения и взаимосвязей устройств схемы.
Представлен также пример использования предлагаемой модели для повышения производительности на 8,5% при сохранении циркуляции абсорбента, что не требует увеличения мощности насосов и габаритов массообменного оборудования цикла абсорбента. Возможны промежуточные варианты реализации предлагаемой полезной модели с увеличением производительности в пределах не более 8,5% с частичным снижением удельного расхода тепла.