ться через попередню і повільну стадію утворення і дисоціації вугільної кислоти:
СО2 + Н2О=Н2СО3
Н2СО3=Н + + НСО3
[Амін] + Н + + НСО3-=[Амін · Н] + · НСO3
Кінцевими продуктами реакції є бікарбонат і карбонат. Таким чином, різниця в швидкостях реакцій теоретичних амінів з СO2 (повільна реакція) набагато значніше, ніж для первинних і вторинних амінів. Це дозволяє використовувати на практиці третинні аміни для селективного вилучення СO2.
Селективність залежить від багатьох факторів: температури і тиску абсорбції, кратності циркуляції абсорбенту, висоти апарату, ступеня очищення газу, вмісту СO2 в газі та ін.
Поглинання СО2 супроводжується зменшенням його парціального тиску, протікає з виділенням тепла. Абсорбція, отже, відповідно до принципу Ле-Шательє, проводиться при підвищеному тиску і зниженій температурі. Зворотні реакції з виділенням СО2 і вивільненням вільного Метилдіетаноламін відбуваються з поглинанням тепла. Регенерація розчину тому проводиться при зниженому тиску і підвищеній температурі. Інтенсивне кипіння розчину при регенерації призводить до уносу виділилася СО2 з парами води, що зменшує парціальний тиск СО2 над розчином і також зміщує рівновагу зазначених реакцій у бік виділення СО2.
Карбамати, що утворюються в результаті реакції абсорбції, нестійкі, причому найбільш швидке і повне розкладання досягається в кислому або в сильно лужному розчині. У слабкому лужному розчині розкладання протікає з утворенням бікарбонату порівняно повільно.
Поглинювальна здатність розчину, виражена ставленням моль СО2 на моль аміну, називається також ступенем карбонізації.
Як видно з малюнка 3.1, при однаковій концентрації СО2 в розчині тиск СО2 над розчинами теоретичних амінів значно нижче, ніж над розчинами первинних амінів (МЕА) і відповідно вище їх поглинальна здатність.
Малюнок 3.1 - Залежність тиску СО2 над водними розчинами теоретичних амінів (МДЕА) і первинних амінів (МЕА) (пунктирні лінії) від температури і ступеня карбонізації
Так, при 50 ° С і концентрації СО2 в розчині 0,31 моль СО2 на 1 моль аміну тиск СО2 над розчином МДЕА одно 0,15 мм рт. ст., у той час як над розчином МЕА при тих же умовах воно складає 1 мм рт. ст. Рівноважна концентрація СО2 в 2,5 н. розчині МЕА при 760 мм рт. ст. і 20 ° С становить 43 м3/м3, а в 2,5 н. розчинах МДЕА - близько 70 м3/м3.
Ступінь карбонізації розчину визначається термодинамічним рівновагою. Рівноважна ступінь карбонізації збільшується при зниженні концентрації МДЕА в розчині, зменшенні температури та підвищенні парціального тиску СО2. Однак вплив цих факторів невелика: навіть при значному їх зміну кількість СО2 в розчині може зменшуватися або збільшуватися не більше ніж в 1,5 рази.
На малюнку 3.2 приведена розчинність СО2 в різних розчинах МДЕА.
У промисловості при добуванні СО2 з газу розчином МДЕА з концентрацією 36-40% під тиском 2,45-2,9 МПа може бути досягнута ступінь карбонізації? =0,65-0,75.
Рисунок 3.2 - Розчинність СО2 в різних розчинах МДЕА
З малюнка 2.2 ві дно, що максимальна кількість СО2. розчиняється в розчині МДЕА + піперізін. Найвищою розчинність СО2 має розчин МДЕА з концентрацією 36-40%.
Ступінь очищення газу від СО2 визначається його рівноважної концентрацією (рівноважним парціальним тиском) над розчином МДЕА. Ця величина тим нижче, чим менше температура і ступінь карбонізації розчину.
Підвищення концентрації МДЕА розчину при однаковому ступені карбонізації призводить до зростанню рівноважного тиску СО2 над розчином (або при заданій концентрації СО2 в розчині відповідно зменшується ступінь карбонізації), при цьому підвищується абсолютна кількість поглиненого СО2. Таким чином, збільшуючи концентрацію МДЕА, зменшуємо кількість циркулюючого розчину. Оптимальною концентрацією МДЕА розчину є 36-40%. Досвід промислової експлуатації показав, що не слід застосовувати розчини концентрацією вище 40% МДЕА з наступних причин: посилюється корозія обладнання, зростають втрати дорогого аміну, збільшується в'язкість розчину, що погіршує змочуваність, а також знижуються коефіцієнти абсорбції.
3.2 Вибір основних технологічних параметрів МДЕА очищення
Основним технологічними параметрами МДЕА очищення є тиск абсорбції, концентрація розчину, ступінь його карбонізації, тиск і температура регенерації. Вибору цих параметрів при виробництві аміаку приділяється велика увага, оскільки вони визначають надійність і економічність процесу. Якщо конвертований газ отриманий під атмос...
