Спосіб одержання рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і газоподібного азоту

Спосіб одержання рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і чистого газоподібного азоту, що включає спалювання природного газу з утворенням димових газів та наступне охолодження їх і виділення діоксиду вуглецю, який відрізняється тим, що попередньо охолоджені і осушені Корисна модель відноситься до способу виробництва рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і газоподібного азоту з димових газів, які одержують при спалюванні будь-якого природного органічного палива. Ці гази знаходять застосування в сучасних великотонажних хімічних технологіях (виробництво аміаку, паровуглекислотна конверсія метану при виробництві сировини для синтезу метанолу та інших спиртів). Діоксид вуглецю (СОг) та азот (N2) одночасно можуть використовуватись при газо- та нафтодобуванні на нафтопереробних та нафтохімічних заводах. Найближчим до способу, що заявляється є спосіб одержання діоксиду вуглецю, описаний в авторському свідоцтві СРСР №1620787. Відповідно до вказаного, спосіб передбачає спалювання палива з утворюванням потоку димових газів, введення в потік димових газів кріогенної рідини, охолодження, відокремлення СОг. Відокремлений СО2 сепарують, нагрівають і подають споживачу. Потік газів, після відокремлення СОг, додатково охолоджують і одержують окис азоту, який сепарують, нагрівають і подають споживачу. Даний спосіб обрано найближчим аналогом, за наявністю спільних ознак: - спалювання природного палива з утворенням димових газів; - охолодження димових газів; димові гази пропускають через абсорбент, за який використовують важкий вуглеводень, виділений газоподібний азот очищають й осушують цеолітом і направляють споживачу, а важкий вуглеводень, насичений діоксидом вуглецю, нагрівають до кипіння, виділений при цьому газоподібний діоксид вуглецю охолоджують і дроселюють до температури і тиску, вищих, ніж в його потрійній точці, одержаний таким чином рідкий низькотемпературний діоксид вуглецю направляють споживачу, а пари діоксиду вуглецю дроселюють в абсорбер для додаткового очищення і охолодження газоподібного азоту. - відокремлення діоксиду вуглецю. Але даний спосіб має суттєві недоліки. По - перше, він не дозволяє одночасно одержувати рідкий низькотемпературний діоксид вуглецю і газоподібний азот. По - друге, спосіб вимагає стискання димових газів в компресорі, що призводить до великих енерговитрат. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб, в якому, за рахунок зміни технології відокремлення діоксиду вуглецю, забезпечити можливість одночасного одержання рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і газоподібного азоту при значному збільшенні економічності та підвищенні надійності. Поставлена задача вирішена в способі одержання рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю і чистого газоподібного азоту, що передбачає спалювання природного газу з утворенням димових газів та наступне охолодження їх і виділення діоксиду вуглецю, згідно корисної моделі, що попередньо охолоджені і осушені димові гази пропускають через абсорбент, в якості якого використовують важкий вуглеводень, виділений газоподібний азот очищають й осушують цеолітом і направляють споживачу, а важкий вуглеводень, насичений діоксидом вуглецю, нагрівають до кипіння, виділений при цьому газоподібний діоксид CO ю CD 7356 вуглецю охолоджують і дроселюють до температури і тиску вище, ніж в його потрійній точці, одержаний таким чином рідкий низькотемпературний дюксид вуглецю направляють споживачу, а пари дюксиду вуглецю дроселюють в абсорбер для додаткового очищення і охолодження газоподібного азоту На кресленні зображена схема установки, в якій одержують рідкий низькотемпературний дюксид вуглецю і чистий газоподібний азот Позначення на схемі А - повітря, FG - димовий газ, GN 2 -газоподібний азот, НгО - вода, І_СОг рідкий низькотемпературний дюксид вуглецю, NG природний газ, V - водяна пара Установка містить паровий котел 1, вихід якого сполучений з входом водяного скрубера 2 Вихід водяного скрубера 2 сполучений з входом блока осушки 3, вихід якого сполучений з першим входом абсорбера 4 Абсорбер 4 через насос 5 сполучений з теплообмінником 6, вихід якого зв'язаний з десорбером 7 Теплообмінник 6 також сполучений з холодильником 8, вихід якого сполучений через вентиль 9 з другим входом абсорбера 4 Вихід десорбера 7 сполучений з холодильником газа 10, який в свою чергу сполучений з конденсатором - випарювачем 11 Конденсатор - випарювач 11 через вентиль 12 сполучений із збірником рідини 13, який через вентиль 14 сполучений з абсорбером 4 Установка також забезпечена блоком очищення й осушення 15, який системою технологічних трубопроводів сполучено з десорбером 7 і генератором 19 Абсорбційна холодильна машина 16 через насос 17 сполучена з теплообмінником 18, один вихід якого сполучений з генератором 19, а другий вихід через вентиль 20-3 входом абсорбційної холодильної машини 16 Один вихід генератора 19 сполучений з конденсатором 21, який через вентиль 22 сполучений з другим входом конденсатора - випарювача 11, а другий вихід генератора 19 зв'язаний з магістраллю, яка сполучає паровий котел 1 з десорбером 7 Установка також забезпечена градильньою 23 з вентилятором 24 Спосіб реалізується таким чином У топці парового котла 1 спалюється природний газ (NG) Продукти горіння обігрівають паровий котел 1 і при температурі 350°С надходять у водяний скрубер 2, в якому конденсується основна частина вологи, що утримується в них Промиті водою й охолоджені до 40°С після скрубера 2 димові гази направляються в блок осушки 3, у якому відбувається повна осушка димових газів від вологи В якості адсорбента використовується активний окис алюмінію АІ2Оз Після блока осушки 3 сухий димовий газ надходить в абсорбер 4 тої частини установки, в якій одночасно виділяються СОг і N 2 з димового газу і відбувається охолодження СОг і його зрідження В абсорбері 4 з димового газу, що складається в основному з дюксиду вуглецю СС*2 і азоту N2, абсорбентом, який добре розчиняє СОг і який уявляє собою важкий вуглеводень, наприклад, ндекан (СюНгг), цілком поглинається вуглекислий газ Відкидний газ, в основному азот, з незначною домішкою пара дюксиду вуглецю надходить у цеоЛІТОВЬІЙ блок очищення й осушення 15 В якості адсорбента застосовується цеоліт марки Na Чистий газоподібний азот після блоку очищення й осушення 15 видається споживачеві Насичений дюксидом вуглецю н-декан нагнітається рідинним насосом 5 при тиску 15 16 бар через теплообмінник 6 у десорбер 7, де нагрівається до стану кипіння за рахунок теплоти конденсації водяної пари (V), що надходить у міжтрубний простір кип'ятильника десорбера 7 з парового котла 1 В результаті такого нагрівання з н-декана виділяється вуглекислий газ Звільнений від вуглекислого газу гарячий розчин н-декана з десорбера 7 проходить теплообмінник 6, холодильник 8 і через вентиль 9 дроселюється в абсорбер 4 до тиску I 6 бар Після вентиля 9 потік охолодженого ндекана розбивається на дві частини Менша частина потоку надходить у верхню частину абсорбера 4 для доочищення газоподібного азоту від пара дюксиду вуглецю, а основна частина потоку подається на зрошення абсорбера 4 Вуглекислий газ після десорбера 7 при тиску 15 16 бар охолоджується в холодильнику газу 10 до температури 35°С і конденсується в конденсаторі-випарнику 11 за рахунок кипіння аміаку, що циркулює в контурі аміачної абсорбційної холодильної машини при температурі насичення -35°С Дана машина застосовується для конденсації газоподібного СОг У генераторі 19 конденсується водяна пара (V), що за рахунок теплообміну нагріває водо-аміачиий розчин до стану кипіння, при якому з розчину виділяються пари аміаку Вони конденсуються в конденсаторі 21 і далі дроселюються через вентиль 22 у конденсатор-випарник I1 для конденсації дюксиду вуглецю Після ЦЬОГО, пари аміаку потрапляють в абсорбційну холодильну машину 16, в якій вони поглинаються водним розчином Далі, насосом 17 водо-аміачний розчин подається в теплообмінник 18 і генератор 19 Гарячий розчин з десорбера 19, пройшовши теплообмінник 18, дроселюється через вентиль 20 в абсорбційну холодильну машину Цикл повторюється Таким чином, холодильна машина, що використовує теплоту конденсації водяного пару (V), робить холод для конденсації дюксиду вуглецю при температурі -29°С, який надходить до нього з десорбера 19 після охолодження в холодильнику газу 21 Далі, рідка вуглекислота, через вентиль 12 дроселюється в збірник рідини 13 до тиску 6 8 бар, ВІДКІЛЯ пари СОз через вентиль 14 дроселюються в абсорбер 4, а рідка низькотемпературна вуглекислота при температурі -46°С і тиску 8 бар видається споживачеві Після дроселювання частина СОг у вентилі 14 в верхній частині абсорбера 4 утворює сухий лід, холод якого застосовується для доочищення N2 від СЛІДІВ СОг Це дозволяє в установці одночасно з чистим дюксидом вуглецю одержувати і чистий азот, що остаточно очищається в блоці очищення й осушення 15 Вода після холодильників 8, 10, а також після конденсатора 21 і скрубера 2 надходить у відкриту градирню 23 У градирні 23 відбувається контактний теплообмін між водою і навколишнім повітрям і одночасне випарне охолодження Повітря нагні 7356 тається в градирню 23 вентилятором 24 Стікаюча в нижню частину градирні охолоджена до температури 25°С вода повертається насосом 25 на циркуляцію Частина виробленої водяної пари з парового котла 1 використовується для регенерації адсорбенту в блоці осушки 3 і блоці очищення й осушення 15 Теплота надлишку водяної пари з парового котла 1 використовується на технологічні потреби. Таким чином, в установці по виробництву з димових газів рідкого низькотемпературного СО2 і газоподібного N2, як видно зі схеми, відсутній такий ненадійний елемент як багатоступінчастий Комп'ютерна верстка М Мацело вуглекислотний поршневий компресор, на який приходиться основна частина енерговитраг, що досягає 60% у традиційних схемах установок Висока техніко-економічна ефективність способу підтверджується збільшенням ексергетичного ККД є. установки до 10%, тобто в 2,5 рази При цьому установка без використання компресора, що обумовлює п високу надійність, робить 540кг/год рідкого низькотемпературного дюксиду вуглецю і близько 2100м3/год газоподібного азоту чистотою 99,97%, споживаючи 280м3/год природного газу Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601