Методическое пособие 748

После выхода из дымохода котла дымовые газы сжигания газообразного топлива очищаются от механических примесей, сернистых соединений и охлаждаются до 30 – 40°С. Сжигание проводится при минимально возможном коэффициенте избытка воздуха для снижения кислорода в выбросах, при этом не допуская химического недожога с образованием угарного газа.

Рис. 38. Схема абсорбционной установки для извлечения углекислого газа из дымовых газов водным раствором моноэтаноламина

Затем газы подаются снизу в абсорбер 1 и проходят сквозь насадку 4, состоящую из колец Рашига. Сверху насадка через распылительные устройства 3 орошается раствором моноэтаноламина (10-20 %). В результате контакта газа с абсорбентом на развитой поверхности, последний насыщается углекислым газом.

Забор насыщенного абсорбента осуществляется насосом 5 из нижней части абсорбера для дальнейшей

60

транспортировки в рекуперативный теплообменник 8. В теплообменнике раствор нагревается за счет охлаждения истощенного раствора, отводимого из десорбера 12. Далее нагретый раствор попадает в десорбер, где за счет нагрева моноэтаноламина происходит выделение паров углекислого газа. Пары углекислого газа отправляются в теплообменник 10 для охлаждения, а моноэтаноламин обратно в систему, предварительно охладившись в теплообменниках 8 и 6. Таким образом, цикл замыкается. Окончательная конденсация и отделение следов моноэтаноламина и воды от паров углекислого газа происходит в конденсаторе 11. В дальнейшем углекислый газ направляется на сжижение. Сжижение производится с помощью компрессорной установки высокого давления, где газ сжимается до давления около 70 атм, затем охлаждается водой в рекуперативном теплообменнике до температуры окружающей среды, а затем дросселируется, переходя при этом в жидкую фазу и направляется в криоемкость.

Для повышения эффективности абсорбции формируют развитую поверхность раздела фаз. Это достигается различными конструкционными особенностями абсорберов, а также способами диспергирования абсорбента.

По конструктивному устройству абсорберы делятся на четыре типа:

1)пленочные;

2)насадочные;

3)барботажные (тарельчатые);

4)распылительные (брызгальные).

В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность абсорбента, движущегося по стенкам абсорбера.

К этому виду аппаратов относятся:

1)трубчатые абсорберы;

2)абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой;

61

3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости. Насадочные абсорберы (рис. 39) представляют собой колонны, заполненные насадкой, служащей для создания развитой поверхности контакта, что способствует увеличению эффективности процесса, повышения производительности

аппарата и сокращению его габаритов.

Рис. 39. Схемы насадочных абсорберов: а – со сплошным слоем насадки; б – с секционной загрузкой насадки: 1 – корпус; 2 – распределитель жидкости; 3 – насадка; 4 – опорные решетки; 5 – перераспределитель жидкости; 6 – гидравлические затворы; в – эмульгационная насадочная колонна: 1 – насадка; 2 – сетка, фиксирующая насадку; 3 – гидравлический затвор;

4 – опорная решетка; 5 – распределитель газа

В насадочном абсорбере насадка 3 укладывается на опорную решетку 4. В зависимости от конструкции укладка может быть периодической и россыпью. Высота укладки составляет 4 – 5 диаметров корпуса аппарата, при этом ограничивается высотой не более 3 – 4 метров. В случае, если необ-

62

ходимо увеличить высоту укладки насадки, то по высоте аппарата устанавливаются дополнительные опорные решетки и производится укладка новой секции насадки. При этом под каждой вышестоящей опорной решеткой в обязательном порядке устанавливают перераспределитель жидкости 5 для промежуточного упорядочивания потока абсорбента. Абсорбент подается сверху через распыливающие форсунки 2 для равномерности орошения насадки. Загрязненный газ движется снизу вверх.

Наиболее распространенные типы насадок показаны на рис. 40.

Рис. 40. Формы элементов насадки: 1 – седло Берля; 2 – кольцо Рашига; 3 – кольцо Палля; 4 – розетка Теллера;

5 – седло «Инталокс»

К основным характеристикам насадки относят ее удельную поверхность, свободный объем и свободное сечение насадки.

Максимальную поверхность контакта на единицу объема образуют седлообразные насадки "Инталокс" и Берля.

Из кольцевых насадок наилучший контакт создают кольца Палля, но они сложны в изготовлении и дороже колец Рашига.

Соотношение расходов жидкости и газа, поступающих в колонну, должно соответствовать оптимальному

63

гидравлическому режиму работы аппарата. Выделяют четыре вида работы: пленочный, подвисания, эмульгирования, уноса.

При пленочном режиме на развитой поверхности образуется пленка абсорбента. Эффективность определяется исключительно поверхностью пленки, которая в свою очередь напрямую связана с поверхностью насадки. Данный режим характерен для небольших объемов газа и низких скоростей движения.

Врежиме подвисания скорость газа увеличивается. При этом скорость встречного потока абсорбента снижается, что ведет к увеличению толщины пленки и количеству улавливаемого ею загрязнителя. При этом могут появляться завихрения и брызги жидкости, что также увеличивает массопередачу.

Врежиме эмульгирования наблюдается дальнейший рост скорости. В результате происходит накопление жидкости в свободном объеме насадки до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке, что приводит к образованию газожидкостной дисперсной системы. При этом жидкость превращается в сплошную фазу,

агаз в дисперсную (инверсия фаз). Путем подбора оптимального расхода газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки.

Данный режим является оптимальным с точки зрения эффективности, при этом достаточно сложно реализуем. Даже незначительные колебания расхода газа ведут к переходу либо в режим уноса, когда аппарат фактически перестает работать или в режим подвисания со снижением эффективности. Поддержание эффекта эмульгирования достигается применением специальных устройств, а также применением средств автоматизации и контроля.

Режим уноса возникает, когда скорость газового потока настолько велика, что приводит к частичному или полному

64

уносу абсорбента из аппарата. Такой режим на практике не применяется.

К преимуществам насадочных колонн относятся простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление, а к недостаткам – сложность отвода теплоты, плохую смачиваемость насадки при низких плотностях орошения, большие объемы насадки вследствие недостаточно высокой ее эффективности (по сравнению с тарельчатыми аппаратами).

Барботажные абсорберы делятся на 3 группы:

–абсорберы со сплошным барботажным слоем;

–абсорберы тарельчатого типа;

–абсорберы с механическим перемешиванием жидко-

сти.

Барботажные абсорберы тарельчатого типа получили широкое распространение в установках очистки газов. Конструктивно они выполняются в виде колонн круглого или прямоугольного сечения. Внутри колонны по ее высоте расположены горизонтальные тарелки, являющиеся ступенью контакта между абсорбентом и газом. Тарелки имеют различную конструкцию, позволяющую создавать развитую поверхность контакта между жидкостью и газом. На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, может осуществляться тот или иной вид движения фаз, обычно перекрестный ток или полное перемешивание жидкости. Движение жидкости и газа происходит навстречу друг другу, аналогично, как и в насадочных абсорберах.

Тарелки классифицируют следующим образом:

–тарелки перекрестного типа. Движение газа и абсорбента через них осуществляется перекрестным током. Тарелки оборудуются переливными устройствами для перетока жидкости, причем газ по переливам не проходит.

–тарелки провального типа. Движение газа и жидкости осуществляется через одни и те же отверстия в решетке, а развитый контакт осуществляется по схеме полного перемешивания жидкости. Перелив абсорбента в данной схеме исключен.

65

– тарелки с однонаправленным движением газа и жидкости (прямоточные). В данном случае газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости по тарелке.

По способу слива жидкости с тарелки абсорберы этого типа подразделяют на колонны с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных устройств.

К тарелкам со сливными устройствами относят клапанные, ситчатые и колпачковые тарелки. Они оборудованы специальными устройствами для перетока жидкости (сливные трубки). Нижние концы сливных устройств погружены в жидкость на нижерасположенных тарелках для создания гидрозатвора, предотвращающего прохождение газа через сливное устройство.

Принцип работы абсорберов такого типа показан на рис. 41а на примере колонны с колпачковыми тарелками. Жидкость подается на верхнюю тарелку, движется вдоль тарелки от одного сливного устройства к другому, перетекает с тарелки на тарелку и удаляется из нижней части абсорбера. Переливные устройства на тарелках располагают таким образом, чтобы жидкость на соседних по высоте аппарата тарелках протекала во взаимно противоположных направлениях. Газ поступает в нижнюю часть абсорбера, проходит через прорези колпачков и затем попадает в слой жидкости на тарелке, высота которого регулируется в основном высотой сливного порога. При этом газ в жидкости распределяется в виде пузырьков и струй, образуя в ней слой пены, в которой происходят основные процессы массо- и теплопереноса. Эта пена нестабильна, и при подходе ее к сливному устройству жидкость осветляется. Пройдя через все тарелки, газ уходит из верхней части аппарата.

66

через отверстия, что приводит к существенной потере эффективности очистки. Если колебания существенны, то аппараты требуют внедрения систем автоматизации. В целом ситчатые тарелки обладают более узким диапазоном работы по сравнению с колпачковыми.

Рис. 43. Устройство клапанных тарелок: а – две соседние тарелки с круглыми клапанами; б – принцип работы клапана; 1 – тарелка; 2 – клапан; 3 – переточная перегородка с порогом; 4 – гидравлический затвор; 5 – корпус колонны; 6 – диск клапана; 7 – ограничители подъема клапана; в – круглые клапаны с верхним ограничителем (I) и с балластом (II):

1 – дисковый клапан; 2 – ограничитель; 3 – балласт

Принцип действия клапанных тарелок (рис. 43 а) состоит в том, что клапан 2, свободно лежащий над отверстием в тарелке 1, с изменением расхода газа увеличивает подъем и соответственно площадь зазора между клапаном и плоскостью тарелки для прохода газа.

Поэтому скорость газа в этом зазоре, остается практически неизменной, что обеспечивает эффективную очистку. Диаметр клапана составляет от 45 до 50 мм. Преимуществом

69