Спосіб розділення відхідного газу або диму, який утворюється при окисненні палива, і виділення з нього діоксиду вуглецю

1. Спосіб розділення відхідних газів, які утворюються при окисненні палива, і виділення з них діоксиду вуглецю, при здійсненні якого потік відхідного газу пропускають через напівпроникний для газу матеріал, що являє собою молекулярне сито або активоване вугілля типу АКТ, від потоку відхідних газів, які проходять через цей напівпроникний для газу матеріал, відокремлюють потік газу, що містить висококонцентрований діоксид вуглецю, і використовують щонайменше частину потоку газу, що містить висококонцентрований діоксид вуглецю, як вихідний матеріал на промисловій установці та/або збирають і зберігають для наступного використання щонайменше частину потоку газу, що містить висококонцентрований діоксид вуглецю. C2 2 (13) 1 3 75646 4 зокрема, процеси, у яких використовують теплову Крім того, у газоподібних продуктах згорання енергію, яку одержують шляхом спалювання призвичайно містяться також оксиди сірки й азоту родного палива. Очевидно, що в цих випадках для (SOx та NOx), що вступають у взаємодію з деякими збільшення продуктивності та/або зниження варкомпонентами промивного розчину й утворюють тості вихідних матеріалів доцільно використовувастійкі солі та інші небажані сполуки, які важко видіти діоксид вуглецю, щонайменше частково виділеляються з розчину і утилізуються. ний з відхідних газів, які утворюються в процесі Необхідність частої заміни промивного розчигоріння. ну і видалення з нього та подальшої утилізації неВідомо, наприклад, що вихідні матеріали, які бажаних сполук, які утворюються при його розклавикористовуються для одержання аміаку і сечовиданні, відповідно збільшує вартість усього процесу ни або метанолу, такі як водень, монооксид і діокрозділення газоподібних продуктів згорання і видісид вуглецю, зазвичай одержують у виді газоподілення з них діоксиду вуглецю. бної суміші в результаті риформінгу метану або Крім того, існуюче в даний час обладнання для інших легких вуглеводнів, таких як природний газ, розділення газоподібних продуктів згорання і видіЗНГ (зріджений нафтовий газ) і нафта. лення з них діоксиду вуглецю відрізняється порівКонверсію метану проводять у спеціальній пеняно високою складністю, має високу вартість, є чі, що входить до складу всієї установки для ритрудомістким в обслуговуванні і займає багато формінгу, звичайно призначеної для одержання місця, тому вимагає великих капіталовкладень і аміаку і сечовини або метанолу, використовуючи витрат на поточне обслуговування. теплову енергію, яку одержують в результаті згоВ основу представленого винаходу була покрання з повітрям деякої частини вихідного метану. ладена задача розробити простий у здійсненні і При одержанні аміаку і сечовини для конверсії дешевий спосіб розділення відхідних газів, які водню в аміак до отриманої, в результаті рифорутворюються при окисненні палива, і виділення з мінгу, суміші газів у стехіометричній пропорції доних діоксиду вуглецю, позбавлений перерахованих дають азот. вище недоліків відомих способів розділення газів, При цьому, однак, кількість діоксиду вуглецю, які утворюються при окисненні палива і виділення що міститься в отриманій суміші газів, виявляється з них діоксиду вуглецю. меншою стехіометричної кількості, необхідної для Зазначена вище задача вирішується відповідконверсії в сечовину всього отриманого аміаку, но до винаходу за допомогою запропонованого в що, як очевидно, знижує продуктивність установки ньому способу розділення відхідних газів, які утводля одержання сечовини. рюються при окисненні палива і виділення з них І, навпаки, при одержанні метанолу кількість діоксиду вуглецю, при здійсненні якого потік відхіводню, що міститься в отриманій у процесі рифодного газу пропускають через напівпроникний для рмінгу суміші газів, іноді перебільшує кількість вогазу матеріал. У цьому напівпроникному для газу дню, необхідну для конверсії в метанол всього матеріалі від потоку відхідних газів, що проходять монооксиду і діоксиду вуглецю, і тому надлишок через нього, відділяють потік газу, який містить водню, що відбирається з реактора синтезу, часто висококонцентрований діоксид вуглецю, і викорисвикористовують як паливо. товують щонайменше частину потоку газу, що місОчевидно, що продуктивність і установки для тить висококонцентрований діоксид вуглецю, як одержання сечовини, і установки для одержання вихідний матеріал на промисловій установці метанолу можна суттєво збільшити шляхом видіта/або збирають і зберігають для наступного виколення принаймні частини діоксиду вуглецю, що ристання щонайменше частину потоку газу, що міститься в газоподібних продуктах згорання, які містить висококонцентрований діоксид вуглецю. утворюються при риформінгу метану. Напівпроникний для газу матеріал можна виПроблема, пов'язана з виділенням і уловлюбирати з групи, що включає мембрани з порожнисванням діоксиду вуглецю з газоподібних продуктів тими волокнами і матеріали, здатні адсорбувати згорання або з диму, стоїть досить гостро й в переважно діоксид вуглецю, такі як молекулярні останні десятиліття була об'єктом найрізноманітсита. ніших і численних досліджень. Більша частина цих Як мембрани з порожнистими волокнами мождосліджень була пов'язана з розробкою нових на використовувати два види мембран, одні з яких способів "мокрого" розділення суміші газів і видіпереважно пропускають діоксид вуглецю, а інші не лення з неї діоксиду вуглецю. Запропоновані на пропускають його. основі цих досліджень методи мокрого очищення До "молекулярних сит" відносяться всі звичайгазоподібних продуктів згорання були засновані на ні мікропористі матеріали, здатні адсорбувати певикористанні відповідних розчинів або розчинниреважно діоксид вуглецю, що міститься в суміші ків, здатних вибірково абсорбувати діоксид вуглегазів, включаючи активоване вугілля. У залежності цю, з наступним виділенням діоксиду вуглецю з від конкретного способу адсорбції і вивільнення розчину або розчинника при його нагріванні. діоксиду вуглецю, всі такі матеріали розділяються Однак усі відомі в даний час подібні методи на молекулярні сита або активовані вугілля типу мають різні недоліки, що обмежують можливість їх АКД (у яких адсорбція відбувається при періодичпромислового застосування. ній зміні або коливанні тиску) або типу АКТ (у яких Один з таких найбільш істотних недоліків поадсорбція відбувається при періодичній зміні або в'язаний з окисненням різних компонентів промивколиванні температури). ного розчину, що відбувається під дією кисню, що При адсорбції по АКД-технології суміш газів, міститься в газоподібних продуктах згорання, і що містить діоксид вуглецю, пропускають через вимагає частої заміни розчину. молекулярне сито під тиском, що прискорює пере 5 75646 6 важну адсорбцію діоксиду вуглецю в мікропорах нижче описі на прикладі, що ілюструє, але не обмолекулярного сита. При наступному зниженні межує обсяг винаходу, варіанта його можливого тиску одночасно відбувається десорбція діоксиду здійснення з посиланням на прикладене до опису вуглецю й інших газоподібних компонентів, що креслення. утримуються разом з ним мікропорами молекуляНа прикладеному до опису кресленні показана рного сита, і регенерація молекулярного сита. принципова схема, що ілюструє можливий варіант При переважній адсорбції діоксиду вуглецю в здійснення запропонованого у винаході способу мікропорах молекулярного сита по АКТ-технології розділення відхідних газоподібних продуктів згосуміш газів, яку розділяють, що містить діоксид рання і виділення з них діоксиду вуглецю. вуглецю, пропускають через молекулярне сито при Позначений на показаній на кресленні схемі температурі, що не перевищує 80°С. Десорбція позицією 1 блок являє собою піч, реактор або кадіоксиду вуглецю та інших газоподібних компоненмеру згорання побутової або промислової устанотів, що утримуються разом з ним мікропорами мовки, у якій разом з повітрям спалюють відповідне лекулярного сита, і регенерація молекулярного паливо, зокрема природне паливо. сита в цьому випадку відбувається при наступному Позначений на схемі позицією 2 блок являє підвищенні температури, наприклад за допомогою собою теплообмінник, призначений для охолопари. дження потоку гарячого відхідного газу, що утвоУ запропонованому способі винаходу бажано риться при спалюванні палива в блоці 1. використовувати щонайменше молекулярне сито У відхідних газах містяться, головним чином, типу АКТ. діоксид вуглецю, пари води, кисень і азот, а також Використання в запропонованому способі мов обмеженій кількості оксиди азоту і сірки (SOx та лекулярного сита типу АКТ виключає необхідність NOx). у стисканні великих кількостей газу, який розділяБлок, позначений позицією 3, являє собою ють, і дозволяє за рахунок цього одержувати діоккомпресор, що стискає до необхідного тиску потік сид вуглецю при порівняно низьких витратах енерохолоджених у теплообміннику 2 відхідних газів. гії. Наявність компресора 3 необов'язкова, однак його Крім того, для регенерації молекулярних сит необхідно використовувати при виділенні діоксиду типу АКТ досить пропускати через них пари або в вуглецю за допомогою молекулярних сит типу АКД іншому варіанті частину потоку газу, що містить або мембран з порожнистими волокнами, коли висококонцентрований діоксид вуглецю, нагрітого обробка відхідного газу потребує його обов'язководо температури регенерації молекулярних сит. го стискання. Використання в запропонованому способі неПри використанні молекулярних сит типу АКТ молекулярних сит типу АКТ, а мембран з порожнеобхідність у використанні компресора 3 відпадає нистими волокнами або молекулярних сит типу і його можна замінити простим вентилятором. АКД менш бажане через істотно більшу витрату Позицією 4 на Фіг. позначений блок з напівпенергії, необхідної для стискання відхідних газів, роникним для газу матеріалом, зокрема мембраякі піддають обробці. ною або молекулярним ситом, у якому відбуваєтьКрім того, використання мембран з порожнисся розділення потоку відхідного газу, що виходить тими волокнами пов'язане з високими витратами, із блоку 2 або блоку 3 з одержанням потоку газу, навіть при значному збільшенні ефективності прощо містить висококонцентрований діоксид вуглецесу і виділенні діоксиду вуглецю з інших газопоцю, як це більш докладно розглянуто нижче. дібних компонентів, що містяться у відхідних газоПозицією 5 на схемі позначений ще один комподібних продуктах згорання. пресор, який стискає потік газу, що проникає у ньоУ кращому варіанті, здійснення винаходу в го з блоку 4, та який містить висококонцентрованьому пропонується спосіб розділення відхідних ний діоксид вуглецю. газів і виділення з них діоксиду вуглецю, у якому як Частину отриманого в блоці 4 потоку газу, що напівпроникний для газу матеріал використовують містить висококонцентрований діоксид вуглецю, матеріал, здатний адсорбувати переважно діоксид нагрівають ще в одному теплообміннику, що позвуглецю і виділяти з потоку відхідного газу потік начений на схемі позицією 6. газу, що містить висококонцентрований діоксид Гарячі відхідні гази, які утворюються в блоці 1, вуглецю, і в якому потік відхідного газу пропускаподаються в теплообмінник 2 по трубопроводу 7. ють через напівпроникний для газу матеріал, що У теплообміннику 2 потік відхідних газів охоадсорбує щонайменше істотну частину діоксиду лоджують до температури в інтервалі від 20 до вуглецю, що міститься у потоці відхідного газу, з 80°С. одержанням на виході потоку газу з низьким вмісПотік охолодженого газу виходить з теплообтом діоксиду вуглецю, що пройшов через напівпмінника 2 по трубопроводу 8. При використанні в роникний для газу матеріал, газ з низьким вмістом блоці 4 у якості напівпроникного для газу матеріадіоксиду вуглецю викидають в атмосферу і десорлу мембран з порожнистими волокнами або молебують з напівпроникного для газу матеріалу щокулярним ситом типу АКД холодні відхідні гази, які найменше істотну частину діоксиду вуглецю з одевиходять з теплообмінника по трубопроводу 8, ржанням потоку газу, що містить спочатку стискають у компресорі 3 до абсолютного висококонцентрований діоксид вуглецю. тиску в межах від 1 до 20 бар і тільки після цього Більш докладно відмічені особливості і перепо трубопроводу 9 подають у блок 4. ваги запропонованого в дійсному винаході способу У тому випадку, коли в блоці 4 у якості напівпвиділення діоксиду вуглецю з відхідних газоподіброникного для газу матеріалу використовують моних продуктів згорання розглянуті у приведеному лекулярне сито типу АКТ, необхідність у компре 7 75646 8 сорі 3 відпадає, і потік відхідних газів із блоку 2 промисловій установці або безпосередньо, або відразу ж подають у блок 4. після його подальшої обробки. В іншому варіанті У напівпроникному для газу матеріалі, що знацей газ можна після його скраплення зберігати в ходиться в блоці 4, відбувається виділення потоку рідкому стані у відповідному місці і використовувагазу, що містить висококонцентрований діоксид ти потім з потреби. вуглецю, з потоку відхідних газів, що подаються у Газ, який містить висококонцентрований діокнього по трубопроводу 8 або 9. сид вуглецю можна, наприклад, по трубопроводу У блоці 4 бажано використовувати молекуляр11 подавати у відповідний компресор 5 і після стине сито типу АКТ, через яке переважно проходить скання в компресорі до відповідного тиску відразу азот і в якому одночасно переважно адсорбується ж використовувати як вихідний матеріал на з'єднасуміш газоподібних компонентів, що містять киній з компресором трубопроводом 12 установці сень, тобто головним чином діоксид вуглецю, водля одержання сечовини або метанолу. дяну пару і чистий кисень. Для повного або часткового очищення газу, По трубопроводу, позначеному на схемі позищо протікає по трубопроводу 11, від таких газопоцією 10, із блоку 4 після обробки в ньому відхідних дібних компонентів, як кисень і оксиди азоту або газів в атмосферу викидають газ, у якому головсірки (SOx та NOx), його можна пропускати за певним чином міститься азот. них умов через одну або кілька мембран або моДля десорбції діоксиду вуглецю й інших сполекулярних сит та/або обробити в будь-якій іншій лук, що містять кисень, які адсорбуються в блоці 4, системі сепарації. на деякий час перекривають з'єднаний із блоком 4 Повністю або частково очищений від зазначетрубопровід 8 або 9 і регенерують у блоці 4 мемних вище газоподібних компонентів газ можна по брану з порожниcтими волокнами або молекуляртрубопроводу 11 подавати в компресор 5 і після не сито, що знаходиться в ньому. стискання до визначеного тиску використовувати При використанні мембрани з порожнистими як вихідний матеріал на установці для одержання волокнами або молекулярного сита типу АКД ресечовини або метанолу. генерацію мембрани або молекулярного сита проУ розглянутій схемі частину газу, що містить водять шляхом зниження тиску в блоці 4 (декомпвисококонцентрований діоксид вуглецю, з трубопресією) і вивільнення з мембрани або роводу 11 по трубопроводу 13 нагрівають у блоці 6 молекулярного сита адсорбованого діоксиду вугі після цього по трубопроводу 14 повертають налецю. зад у блок 4, у якому його використовують для При використанні молекулярного сита типу регенерації молекулярного сита типу АКТ. АКТ регенерацію сита проводять методом, який В іншому варіанті для регенерації такого сита більш докладно описаний нижче. можна використовувати водяну пару з високою По трубопроводу 11 із блоку 4 виходить отритемпературою. маний у процесі регенерації напівпроникного для При регенерації відбувається десорбція газогазу матеріалу газ, у якому концентрація діоксиду подібних компонентів і, зокрема, діоксиду вуглецю, вуглецю більше, ніж у відхідному газі у трубопрощо знаходиться в мікропорах молекулярного сита воді 8 або 9. У вихідному з блоку 4 по трубопровотипу АКТ, що підвищує концентрацію діоксиду вугду 11 газі концентрація інших адсорбованих газолецю у потоці газу в трубопроводі 11. подібних компонентів також більше, ніж у Для фахівця в даній області очевидно, що з відхідному газі у трубопроводі 8 або 9. урахуванням конкретних вимог можна відповідним Газ, що відбирають з блоку 4, який містить вичином удосконалити запропонований у винаході сококонцентрований діоксид вуглецю, можна виспосіб, не виходячи при цьому за обсяг дійсного користовувати як вихідний матеріал на відповідній винаходу, обумовлений формулою винаходу. Комп’ютерна верстка О. Присяжнюк Підписне Тираж 26 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