RO119144B1

RO119144B1 - Procedeu de obţinere a dioxidului de carbon de calitate tehnică sau alimentară

Info

Publication number: RO119144B1
Application number: RO96-01289A
Authority: RO
Inventors: Cornelia Ciobanu; Cristian Teodorescu; Maria Mihăilescu; Grigore Pop; Ovidiu Mihai Minailuc
Original assignee: S.C. "Zecasin" S.A.
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 2004-04-30

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a dioxidului de carbon de calitate tehnică sau alimentară, prin denocivizarea gazelor secundare industriale, rezultate de la arderea combustibililor. Procedeul conform invenţiei cuprinde faza de deprăfuire a gazelor secundare, faza de absorbţie - desorbţie a dioxidului de carbon în soluţii de carbonat de potasiu şi stabilizator, la temperaturi de 120...130°C, faza de purificare în care dioxidul de carbon separat este supus unor operaţii succesive de absorbţie - desorbţie, rezultând dioxid de carbon de calitate standard. ŕ

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a dioxidului de carbon, de calitate tehnică sau alimentară, prin denocivizarea gazelor secundare industriale. Sub denumirea de gaze industriale secundare sunt descrise gazele care se obțin la arderea oricărui tip de combustibil solid, lichid sau gazos, gazele de cocserie, gazele și purjele industriale, din industriile energetică, chimică, metalurgică, gazele de la incinerarea deșeurilor, zăcămintelor de gaze naturale, în compoziția cărora intră dioxidul de carbon, în general, orice amestec de gaze cu conținut de dioxid de carbon.

în particular, procedeul de denocivizare a gazelor secundare industriale și de obținere a dioxidului de carbon de calitate tehnică și/sau alimentară, se referă, în special, la o tehnologie de purificare a unui gaz de ardere, obținut într-o centrală termică, bazată pe arderea gazului natural, recuperarea și purificarea dioxidului de carbon separat, în vederea folosirii lui fie în tehnică, de exemplu, în instalațiile frigorifice și criogenice, în industria chimică, în recuperarea secundară a țițeiului din zăcământ, fie în industria alimentară.

Alegerea unui procedeu convenabil de denocivizare a gazelor secundare, industriale, depinde foarte mult de natura gazului, presiunea lui, concentrația în CO₂, gradul de purificare dorit, destinația CO₂ separat.

Sunt cunoscute o serie de procedee de denocivizare a gazelor secundare industriale, dintre care se reamintesc următoarele:

- procedee care, pentru separarea CO₂ din gaze secundare, folosesc presiunea sau temperatura în fazele de absorbție-desorbție a noxelor din gazele reziduale, stripări;

și destinderi succesive ale soluțiilor de absorbție a CO₂. Aceste procedee reclamă o multitudine de utilaje, a căror operare este complicată și reclamă consum mare de energie.

- procedee de separare din gaze, a C0₂ care este însoțit de H₂S, CH₄, CO și conținut minim de 4% voi mercaptani, care folosesc presiuni foarte mari, de 10...100 bari, precum și soluții concentrate de alcanolamine, în domeniul crescut 1 ...8 N; în afara acestor complicații tehnologice, temperaturile ridicate în schimbătoarele de căldura, vasele de răcire și de expansiune, îngreunează operarea tehnologică și vehiculează soluții corosive, calde;

- alte procedee revendică utilizarea, în zona de purificare a metil-dietanol-aminei, în concentrație de 10...75% în greutate, stripări cu abur pentru purificare soluții absorbtive însă prevăd purificări la nivel tehnic, admițând pierderi de C0₂ până la circa 3%;

- în aceeași măsură, utilizarea soluțiilor de amoniac pentru îndepărtarea C0₂ din gaze este răspândită în industria țărilor dezvoltate din Europa și Statele Unite, fiind o metodă economică pentru gazele cu conținut scăzut de C0₂ și fără H₂S. Pentru concentrații mari de CO₂procedeul se complică cu două etape de purificare și o purificare generală cu leșii.

Procedeele de denocivizare a gazelor secundare industriale enumerate mai sus, prezintă o serie de dezavantaje, când sunt aplicate la un gaz secundar industrial, obținut într-o centrală termică, bazată pe arderea gazului metan, cu compoziția evidențiată în tabelul 1, dezavantaje ce pot fi enumerate mai jos:

- consum mare de energie, intr-un procedeu complicat, cu multe utilaje, greu de operat;

- utilizarea soluțiilor concentrate de alcanolamine la temperaturi și presiuni ridicate;

- utilizarea de soluții de absorbție de concentrații până la 75% în greutate în zona de absorbție, în ciuda efectuării unor purificări tehnice cu pierderi de 3...5%;

- utilizarea soluțiilor de amoniac este o metodă validată și aplicată în țările Europei și S.U.A., însă procedeul admite coroziuni mari, observate la absorber, scruberul pentru spălarea gazelor cu apă și a altor utilaje care trebuie construite din materiale speciale sau placate cu ceramică. în plus, gazul care pleacă mai conține cantități de CO₂ absorbit, până la 0,2...0,25% CO_2> deci neeconomic având în vedere ca această metodă se aplică la gaze cu concentrații relativ mici de C0₂.

RO 119144 Β1

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, este elaborarea unui procedeu eficient de purificare a gazelor secundare, industriale cu recuperare de dioxid de carbon de calitate standard, care împiedică consumuri mici de energie și solvenți.

Procedeul conform invenției cuprinde etapa de purificare primară a unui gaz secundar, industrial, obținut de la o centrală termică, bazată pe arderea metanului, urmată de etapa de purificare avansată, formată din absorbții și desorbții succesive în coloane umplute cu silicagel, cărbune activ, de comprimare și de lichefiere, în vederea obținerii de CO₂ de calitate alimentară, și elimină dezavantajele menționate, prin aceea că purificarea preliminară se efectuează prin desprăfuire cu un dispozitiv de tip cartuș filtrant cu vată minerală și prin utilizarea, în etapa de separare a CO₂ din amestecul de gaz, a absorbției în soluții fierbinți de carbonați alcalini stabilizate cu adaosuri de V₂O₃ într-o concentrație de 3...5% în greutate.

Prin aplicarea procedeului, se obțin următoarele avantaje:

- produsul rezultat este destinat fie industriei alimentare, fie în tehnică;

- procedeul este eficient pentru purificarea gazelor secundare, având conținuturi diferite de dioxid de carbon, implică consumuri mici de energie și utilități.

Conform procedeului de obținere a dioxidului de carbon, de calitate standard, etapele de denocivizare a gazului secundar industrial, obținut într-o centrală termică, bazată pe arderea gazului metan, sunt îmbunătățite astfel:

a) reținerea particulelor de praf, cenușă, combustibil nears din gazele brute se face printr-un procedeu de filtrare, utilizând un cartuș filtrant cu vată minerală, de construcție specială;

b) absorbția dioxidului de carbon are loc în soluție de carbonat de potasiu fierbinte, de concentrație maximă eficiența cuprinsă între 20...35%. preferabil 25...30%. în care sunt adăugate substanțe activatoare și stabilizatoare, în concentrații de 2...10%, preferabil 3...5%. Temperatura de absorbție este ridicată în domeniul 100...120°C, preferabil 110...116°C;

c) desorbția dioxidului de carbon, într-o etapă succesivă absorbției, are loc prin destindere în turbina de decompresie, care are rolul de a recupera, parțial, energia în instalație;

d) purificarea avansată a dioxidului de carbon, în vederea aducerii la calitatea standard, se realizează prin trecerea acestuia printr-o serie de coloane de absorbție-desorbție, conținând diferite umpluturi.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu schema tehnologică, ce conține succesiunea pe faze și operații.

Procedeul de denocivizare, conform cu prezenta invenție, folosește gazele secundare industriale, obținute într-o centrală termică, bazată pe arderea metanului care are o compoziție conform cu tabelul 1.

Gazele având compoziția din tabelul 1, conform cu prezenta invenție, sunt aspirate cu suflanta 2 și trecute prin dispozitivul de filtrare mecanic 3, pentru reținerea particulelor de praf, a cenușii și a combustibilului nears din gazele brute. Dispozitivul de filtrare este de tip cartuș filtrant cu vată minerală. Gazele desprăfuite în etapa 3 se răcesc la temperaturi cuprinse între 20 și 50°C preferabil 3O...4O°C, temperatura cerută de intrarea acestora în compresorul 4 (faza a l-a de compresie a procedeului), unde are loc comprimarea lor, la presiuni în domeniul 30...48 bar, preferabil 30...40 bar.

Tabelul 1

Compoziția gazelor recuperate la arderea metanului în centrale termice (% voi)

Nr. cri.	Caracteristica	U.M.	Valoarea
1	Dioxid de carbon	% voi	8,93-9,50
2	Monoxid de carbon	% voi	lipsă
3	Oxigen	% voi	4,94-5,23

RO 119144 Β1

Tabelul 1 (continuare)

Nr. crt.	Caracteristica	U.M.	Valoarea
4	Oxizi de azot (NO_X)	Ppm	70-75,50
5	Oxizi de sulf (SO_X)	PPm	maximum 1-1,02
6	Hidrogen	ppm	lipsă
7	Apă (H₂O)	-	la saturație la temp.max.40°C
8	Azot (N₂)	-	restul până la 100%

Gazele comprimate sunt introduse în coloana de absorbție 5, care conține soluția apoasă fierbinte de carbonat de potasiu de concentrații cuprinse între 20...35% voi, de preferință între 25...30% voi, care conține adausuri de stabilizatori și activatori constituiți din substanțe organice și anorganice, etc. Având în vedere influlența presiunii parțiale a dioxidului de carbon asupra coeficientului de absorbție Κθβ, în soluțiile de carbonați de potasiu fierbinți, teoretic, se arată că absorbția se efectuează conform reacției chimice:

K₂CO₃ + C0₂ + H₂0 · 2KHC0₃ a cărui echilibru chimic este influențat.

Activatorii provoacă o creștere însemnată a vitezei de absorbție și de desorbție a CO₂, ceea ce crează posibilitatea utilizării unor absorbere și coloane mai mici decât cele practicate în absorbția obișnuită. Adaosul de substanțe anorganice, de exemplu, arsen, vanadiu etc, permit regenerarea mai ușoară a soluțiilor de absorbție, față de care se poate micșora consumul de abur utilizat la încălzire. De asemenea, regenerarea absorbanților se poate face sub presiune, scăzându-se costurile de comprimare la obținerea CO₂.

Soluția de carbonat de potasiu conține adaosuri de trioxid de vanadiu, în domeniul

2.. .7%, de preferat 3...5%, față de soluția de carbonat. Temperatura de absorbție este de

110.. .116°C. Soluția de carbonat de potasiu fierbinte, saturată cu CO₂ reținut în treapta de absorbție, se destinde în detentorul recuperator 6 la presiune normală, de preferință 1,2...1,3 bar și se introduce în compresorul 7 (faza a ll-a de compresie a procesului), după care merge în coloana de desorbție a CO₂ 8. Dioxidul de carbon desorbit, conținând urme de apă, se usucă în uscătorul 9 și poate să fie introdus în vasul depozit 17 pentru CO₂ tehnic, de unde poate fi livrat la consumatorul tehnic, cu o compoziție prezentată în tabelul 2 (tipul T). în funcție de cerințele pieții, CO₂ tehnic poate fi prelucrat, în continuare, prin introducerea acestuia într-o coloană de absorbție, prevăzută cu un strat de cărbune activ, pentru reținerea urmelor de substanțe organice și anorganice. CO₂ astfel purificat, se lichefiază la presiunea de 60...65 bar, după care se depozitează în vasul depozit 11. Pompa de presiune 12, schimbătorul de căldură 13, distribuitorul de gaz 14, cântarul 15 și buteliile de produs finit 16 (pentru CO₂ de tip alimentar) fac parte din ultima fază a procedeului de denocivizare a gazelor secundare industriale. Compoziția CO₂ obținută în această ultimă fază este de calitate alimentar și se prezintă în tabelul 2 (tipul A)

Tabelul 2

Compoziția CO₂ de tip tehnic (tipul T) și de tip alimentar (tipul A)

Nr. crt.	Denumire caracteristică	Tip A-alimentar	Tip T-tehnic
1	Culoare	incolor	incolor
2	Miros	indor	-
3	Gust	slab înțepător, fără gust străin	slab înțepător, iz de acizi minerali

RO 119144 Β1

Tabelul 2 (continuare)

Nr. cri.	Denumire caracteristică	Tip A-alimentar	Tip T-tehnic
4	CO₂, % voi minimum	98	99,5
5	Umiditate, g/m³, maximum	2	0,3
6	Punct de rouă, °C, maximum	-	-30
7	Monoxid de carbon	lipsă	-
8	Uleiuri minerale	lipsă	0,02 ppm
9	Hidrogen sulfurat	lipsă	lipsă
10	Substanțe reducătoare (K₂CO₃, V₂O₃)	lipsă	lipsă
11	Substanțe absorbante 1 (MEA, DEA)	lipsă	lipsă

Revendicări

Claims

1. Procedeu de obținere a dioxidului de carbon, de calitate tehnică și/sau alimentară, prin denocivizarea gazelor secundare industriale, cuprinzând etapa de purificare primară a 165 unui gaz secundar industrial, obținut de la o centrală termică, bazată pe arderea metanului, urmată de etapa de purificare avansată, formată din absorbții și desorbții succesive, în coloane umplute cu silicagel, cărbune activ, de comprimare și de lichefiere, în vederea obținerii de CO₂ de calitate alimentară, caracterizat prin aceea că purificarea preliminară se efectuează prin desprăfuire cu un dispozitiv cartuș filtrant cu vată minerală și prin utilizarea, în 170 etapa de separare, a CO₂ din amestecul de gaz, a absorbției în soluții fierbinți de carbonați alcalini, stabilizate cu adaosuri de V₂O₃ într-o concentrație de 3...5% în greutate.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că soluția de carbonat alcalin, saturată cu dioxid de carbon reținut prin absorbție, se destinde într-o turbină de decompresie, până la presiunea apropiată de presiunea normală, de preferință între 1,2 și 175 1,3 bar.