Спосіб регенерації розчинів поташу “карсол” і “бенфілд”

Винахід відноситься до хімічної промисловості – виробництва аміаку на стадії очистки конвертованого газу від диоксиду вуглецю, а саме до регенерації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд" для відновлення їх абсорбційних властивостей. Відомий спосіб регенерації розчинів поташу (див. книгу Производство аммиака/ Под ред. В.П. Семенова – М. Химия, 1985. – С. 112-119, рис. 2.37 ) має бути двох різновидів "Карсол" і "Бенфілд" за технологічною схемою з використанням гарячого розчину поташу (К2СО3, КНСО3) активованого диетаноламіном (ДВА). Процес регенерації ведуть при температурі 65-1150С таким чином: насичений розчин при температурі 106-1100С спочатку подають в гідравлічну турбіну, а потім в регенератор по схемі з розділенням на два потоки розчину, який нагрівають і кип'ятять в газових і парових кип'ятильниках. Один потік розчину пропускають через два фільтри для очищення від смолистих та корозійне активних речовин. Недоліком способу є те, що, під час високотемпературних процесів регенерації в результаті проходження ряду побічних реакцій хімічної дегідратації активаторів, утворюються корозійне активні та смолисті речовини. Це знижує абсорбційні властивості розчинів поташу та підвищує їх корозійні властивості, що недопустимо. Відомий спосіб боротьби проти корозії апаратів гарячими розчинами поташу (див. ту ж книгу, С. 123) полягає в застосуванні високолегірованих сталей марок ОХ13, Х14Г14Н3Т, ОХ22Н5Т, 12 Х18Н10Т для виготовлення кип'ятильників, верхньої частини регенераторів, частин трубопроводів та насосів для циркуляції розчинів поташу. Ці сталі володіють досить високою корозійною стійкістю по відношенню до гарячих розчинів поташу. Недолік: використання цих марок сталей в цілому не знижує корозійну активність розчинів поташу і в кінцевому результаті приводить до необхідності заміни цих апаратів внаслідок їх непридатності до подальшої роботи. Відомий спосіб зниження корозійних властивостей розчинів поташу (див. ту ж книгу, с. 123-124), який заключається у використанні інгібітора корозії – оксиду ванадію V2O5, що дозволяє знизити корозію апаратів розчинами поташу у 25 разів. Недоліки – в результаті проходження ряду хімічних реакцій в розчині поташу відбувається відновлення ванадію до з'єднань нижчої валентності, що знижує його властивості як інгібітора і різко посилює корозію апаратури. В результаті цього в розчині поташу з'являється осад, що містить залізо та ванадій, і розчин починає пінитися. Все це змушує періодично відновлювати оксид ванадію в розчині шляхом періодичної подачі повітря в регенератори. При цьому з'являється необхідність систематичного контролю: за вмістом оксидів ванадію в розчині поташу – 2 рази на тиждень. Відомо (див. книгу Семенова Т.А., Лейтес И.Л. и др. Очистка технологических газов. – М.: Химия, 1969, С. 174-182), що в технології виробництва аміаку під час експлуатації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд", активованих ДЕА, в результаті проходження ряду побічних реакцій, а також під час високотемпературної регенерації цих розчинів, в їх об'ємі утворюються смолисті та корозійне активні речовини. Недоліки – поступове зниження абсорбційних властивостей розчинів поташу та підвищення їх корозійної активності. Відомий спосіб очищення розчинів від органічних домішок (див. а.с. СРСР №739006, кл. СО2 F 1/46, 1976), який полягає в електрохімічній обробці розчинів з використанням нерозчинних електродів і каталізатора – гідроксиду кобальту у кислому середовищі при рН = 4-5,5 і температурі 90-950С. Недоліком даного способу є недостатній ступінь очистки розчину і значні енергетичні витрати. Відома установка (див. пат. Росії № 93290668 Бабченко А.К. та ін., кл. СО1С 1/02, 1994) для виробництва аміаку зі схемою регенерації моноетаноламінового розчину, де вихідна лінія глибоко регенерованого розчину з'єднана трубопроводом з теплообмінником-підігрівачем і за допомогою насосу – з повітряним холодильником, а лінія відводу конденсату з відділення парового конденсату з'єднана трубопроводом з термічним деаератором. Така зв'язка технологічних потоків регенерованого розчину дозволяє більш активно використати енергію потоків і знизити енергетичні витрати. Недолік – регенерований розчин містить велику кількість корозійне активних речовин, які поступово виводять обладнання із експлуатації. Прототипом запропонованого способу є найбільш досконалий спосіб з точки зору повноти регенерації поглинального розчину поташу "Бенфілд", активованого ДЕА (див. "Постійний технологічний регламент виробництва аміаку потужністю 1360 т/добу по проекту фірми "ТЕС". Книга ,1. Технологічна частина, м. Сєвєродонецьк, ВАТ "Азот" №24, 1987, С. 52-64), який включає двохпоточну схему з розділенням потоків регенерованого розчину, де насичений багатий вуглекислотою розчин при температурі 105 -1100С спочатку подають в гідравлічні турбіни, а потім в два регенератори. Частина бідного глибокорегенерованого розчину, що подається на холодильник, відводиться на механічний фільтр та вугільний адсорбер об'ємом 7,8м3, де очищується від механічних домішок і смолистих речовин, а потім з'єднується з основним потоком бідного глибокорегенерованого розчину, який виходить з холодильника. Це дозволяє знизити вміст смолистих і корозійно активних речовин в поглинальному розчині. Недоліки: у вугільному адсорбері із об'єму розчину поташу поглинаються не тільки смолисті та корозійне активні речовини але і ДЕА, що в цілому поступово знижує абсорбційні властивості розчину поташу і викликає необхідність поновлення втраченої кількості ДЕА. Поновлення кількості ДЕА в розчині поташу та необхідність періодичної заміни вугілля у вугільному адсорбері тягне за собою значні матеріальні витрати. В основу винаходу поставлено задачу спростити технологію регенерації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд" та знизити експлуатаційні та матеріальні витрати на очистку розчинів поташу від смолистих та корозійне активних речовин шляхом заміни в технологічній схемі вугільного адсорбера на мембранну установку. Це вирішується таким чином, що у способі регенерації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд", який включає двохпоточну схему з розділенням потоків регенерованого розчину, де насичений розчин при температурі 105-1100С спочатку подають в гідравлічні турбіни, а потім в два регенератори і додатково частину регенерованого розчину піддають фільтрації через напівпроникні мембрани за допомогою надлишкового тиску 0,25-0,45МПа в технологічній схемі перед мембранною установкою, а після мембранної установки одержують розчин без смолистих та корозійне активних речовин. У способі регенерації як напівпроникні мембрани використано полімерні ацетат целюлозні мембрани, що ущільнюються під тиском, типу МГА – мембрана гіперфільтраційна ацетатцелюлозна для зворотного осмосу або типу УАМ – ультрафільтраційна ацетатцелюлозна мембрана. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, відрізняється від прототипу наявністю фільтрації через напівпроникні мембрани, що спрощує технологію процесу регенерації розчинів поташу та знижує експлуатаційні і матеріальні витрати на установку. На фіг.1 наведено технологічну схему регенерації розчину поташу; на фіг.2 – лабораторна мембранна установка для здійснення способу, загальний вигляд; на фіг.3 – апарат мембранний, розріз А-А. Технологічна схема включає дві гідравлічні турбіни 1, два регенератори 2, сепаратор 3, два повітряних холодильника 4, два насоси 5 для напівбідного регенерованого розчину, два газових кип'ятильника 6, два парових кип'ятильника 7, теплообмінник 8, насос 9 для бідного глибоко регенерованого розчину, редуктор 10 для зниження тиску бідного глибоко регенерованого розчину, механічний фільтр 11, мембранну установку 12, насос 13 для підвищення тиску бідного глибоко регенерованого розчину, вентиль 14 для регулювання кількості бідного глибоко регенерованого розчину, що проходить через мембранну установку, насос 15. Технологічні потоки на схемі : — 1.1 — багатий насичений вуглекислотою розчин; — 1.2 — напівбідний розчин; — 1.3 — бідний глибоко регенерований розчин; — 1.4 — кубовий розчин; — 1.5 — пари розчину на сепарацію; — 1.6 — вуглекислота, що відділяється; — 1.7 — бідний гибокорегенерований розчин на очистку від смолистих та корозійне активних речовин. Спосіб регенерації розчинів поташу полягає у наступному. Насичений багатий вуглекислотою розчин (потік — 1.1 — ) при температурі 1050С поступає в гідравлічні турбіни 1 для зниження тиску з 1,9МПа до 0,56МПа, а потім поступає у верхню частину регенераторів 2. Із верхньої частини регенераторів 2 пари розчину поступають в сепаратор 3 (потік — 1.5 —), де проходить відділення розчину від вуглекислоти, а вуглекислота направляється на інше виробництво (потік — 1.6 —). Відсепарований розчин насосом 15 подається в нижню кубову частину регенераторів 2. Із верхньої частини регенераторів 2 розчин стікає по насадці вниз. Частина розчину виводиться із регенераторів 2 і поступає в повітряні холодильники 4, де охолоджується до температури 95 – 1050С і насосами 5 подається (потік — 1.2 —) в абсорбери (на схемі не показані). Із нижньої частини регенераторів 2 розчин поступає (потік — 1.4 —) в газові кип'ятильники 6 та парові кип'ятильники 7 і повертається у нижні кубові частини регенераторів 2. Розчин, що вийшов нижньої кубової частини регенераторів 2, об'єднується (потік — 1.3 —) і поступає в теплообмінник 8 для охолодження. За допомогою насосу 9 з тиском 3,8 МПа бідний глибоко регенерований розчин (потік— 1.3 —) повертається у абсорбери (на схемі не показано). Розчин направляється на турбіну 8, де його робочий тиск знижується з 3,8МПа до тиску 0,45-0,65МПа. Частина розчину через вентиль 14 за допомогою редуктора 10 знижує тиск з 0,45-0,65 МПа до 0,25-0,45МПа і подається на механічний фільтр 11, а потім на мембранну установку 12. На мембранній установці 12 очищується глибокорегенерований бідний розчин (потік — 1.7 —) від смолистих та корозійне активних речовин, тиск якого за допомогою насоса 13 підвищується до робочого. Далі розчин змішується з основним потоком (— 1.3 —) і повертається в абсорбери (на схемі не показано). З метою вивчення процесу очищення розчинів поташу типу "Карсол і "Бенфілд" від смолистих та корозійно активних речовин було проведено досліди на лабораторній мембранній установці, яка наведена на фіг.2 і фіг.3. Установка представляє собою модель процесу очищення розчинів поташу. Установка (фіг.2 і 3) містить балон 1 із стисненим газом, ємкість 2, мембранний апарат 3, ємкість 4 для очищеного розчину, редуктор 5 для зниження тиску до робочих параметрів, газопровід 6, штуцер 7 для розчину, трубопровід 8 для підведення розчину, вентиль 9, патрубок 10 для відведення смолистих та корозійне активних речовин, патрубок 11 для відведення очищеного розчину, кришку 12, корпус 13, прокладку 14, напівпроникну мембрану 15, дрібнопористу підкладку 16, металеву сітку 17. В мембранний апарат 3 вставлено напівпроникну мембрану, що ущільнюється під тиском, типу МГА — мембрана гіперфільтраційна ацетатцелюлозна для зворотного осмосу або типу УАМ — ультрафільтрацій на ацетатцелюлозна мембрана. В ємкість 2 наливають поглинальний розчин поташу і з'єднують її з мембранним апаратом 3. Газ із балону 1 подають під тиском 0,25-0.45МПа в ємкість 2, із якої розчин поташу поступає в мембранний апарат 3 та протискується через мембрану 15 і очищений від смолистих та корозійно активних речовин розчин відводиться через патрубок 11 в ємкість 4. Смолисті та корозійне активні речовини відводяться через патруиок 10 із мембранного апарату. В таблиці представлено результати досліджень, які були отримані на лабораторній установці під тиском 0,25-0,45МПа. Після фільтрації очищений регенерований розчин аналізувався на вміст у ньому смолистих та корозійне активних речовин, ДВА, поташу (К2СО3, КНСО3) і оксиду ванадію (V2O5) концентрація смолистих та корозійне активних речовин зменшилась з 44,4% до 2,3%. Селективність мембран по відношенню до смолистих та корозійне активних речовин складала 88-95%. Таблиця Результати досліджень на лабораторній мембранній установці Концентрація Концентраці Робочий тиск, Аналізуємо Проникність, Селективність, до я після № Тип мембрани МПа речовина мембранни, мембранни, cm3 /m2 С % % % 1 МГА- 100 0,45 К2СО3 17,12 16,85 2,03 КНСО3 17,26 17,17 0,52 ДEА 2,414 2,082 0,027 13,75 V2O5 Смолисті речовини 2 3 4 МГА-90 МГА-80 УАМ-100 0,45 0,3 0,25 К2СО3 КНСО3 ДEА V2O5 Смолисті речовини К2СО3 КНСО3 ДEА V2O5 Смолисті речовини К2СО3 КНСО3 ДEА V2O5 Смолисті речовини 0,4486 0,4485 0,022 44,375 мг/дм3 17,12 17,26 2,414 0,4486 44,375 мг/дм3 17,12 17,26 2,414 0,4486 44,375 мг/дм3 17,12 17,26 2,414 0,4486 44,375 мг/дм3 2,3 мг/дм3 16,88 16,28 2,102 0,426 4,8 мг/дм3 16,99 16,19 2,158 0,378 5,1 мг/дм3 16,34 17,09 2,155 0,378 2,5 мг/дм3 94,82 0,036 1,4 5,6 12,92 5,04 89,18 0,05 0,76 6,20 10,6 15,74 88,512 0,027 4,5 0,98 10,72 44,94 94,37 В цілому проведені дослідження показують, що за допомогою установки з напівпроникною мембраною можна отримати розчин поташу типу "Карсол" і "Бенфілд" з якісними показниками, які задовольняють технічні вимоги до цих розчинів. Технічне рішення, яке заявляється, дозволяє за допомогою фільтрації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд" через напівпроникні ацетатцелюлозні мембрани МГА або УАМ видалити із них смолисті та корозійне активні речовини без істотних змін складу розчинів. Спосіб регенерації розчинів поташу "Карсол" і "Бенфілд" є промислове використовуваним, так як може бути реалізованим без суттєвих змін у діючій технологічній схемі виробництва аміаку ВАТ "Азот" м. Черкаси та дозволяє знизити матеріальні та експлуатаційні витрати в порівнянні з прототипом у 2-2,5 рази.