Modeling of a two-flow gas purification from carbon oxides (IV) by methyldiethanolamine solution

Andriy Kontsevoy; Sergii Kontsevoi

doi:10.15587/2706-5448.2020.214440

Автор(и)

Andriy Kontsevoy Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-1753-416X
Sergii Kontsevoi Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-4523-2273

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.214440

Ключові слова:

технологічний газ, оксид карбону (IV), метилдіетаноламін, піперазин, двосекційний тарілчастий абсорбер, числове інтегрування.

Анотація

Об’єктом дослідження є стадія очищення технологічного газу виробництва аміаку потужністю 1360–1500 т/добу в двосекційному тарілчастому абсорбері. В роботі обґрунтовано можливість заміни розчину абсорбенту моноетаноламіну (МЕА) активованим розчином метилдіетаноламіну (аМДЕА) на прикладі українського багатотоннажного виробництва, що працюють за двопотоковою схемою очищення. Одним з найбільш проблемних місць є відсутність математичної моделі поглинання оксиду карбону (IV) новим абсорбентом для двопотокових схем очищення. В ході дослідження використовувалися метод складання матеріального балансу, що враховує особливості взаємодії компонентів аМДЕА з СО₂, та числове інтегрування для розрахунку кількості тарілок абсорберу.

Розроблено та реалізовано в середовищі Excel алгоритм розрахунку матеріального та теплового балансів за тонко та грубо регенерованими розчинами. Алгоритм і програма передбачають проведення багатоваріантних розрахунків з варіюванням концентраційних параметрів по газу та розчину, та їх температурі. Теплові розрахунки враховують адіабатичний розігрів за рахунок екзотермічної реакції абсорбції та визначають температуру розчинів на виході з кожної частини абсорберу. Аналіз розрахунків матеріального балансу в порівнянні з даними по розчину МЕА показує зменшення витрати розчинів на 5,5 % при використанні аМДЕА, що сприятиме зменшенню енергетичних витрат на перекачування та регенерацію. Кінетичним розрахунком абсорберу встановлено кількість тарілок, що дорівнює 13. При кількості 15 тарілок у стандартному абсорбері розрахована кількість тарілок дозволяє проводити очищення газу до вмісту 0,01 % СО₂. Підвищення температури розчинів на 10 градусів на вході в кожну секцію не впливає значимо на кількість тарілок. Таким чином, математичне моделювання двосекційного абсорберу показало реальну можливість заміни 18 % розчину МЕА на 40 % розчину аМДЕА. Це пропонується реалізувати на існуючому обладнанні без зміни технологічної схеми.

Біографії авторів

Andriy Kontsevoy, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин, водоочищення та загальної хімічної технології

Sergii Kontsevoi, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин, водоочищення та загальної хімічної технології

Посилання

Semenova, T. A.; Semenova, T. A. (Ed.) (1977). Ochistka tekhnologicheskikh gazov. Moscow: Khimiia, 488.
Weiland, R. H., Hatcher, N. A., Nava, J. L. (2010). Post-combustion CO₂ Capture with Amino-Acid Salts: Optimized Gas Treating. Available at: https://www.protreat.com/files/publications/43/Manuscript_CO2_Capture_with_Amino_Acids.pdf
Yankovskyi, M. A., Demydenko, I. M., Melnykov, B. I., Loboiko, O. Ya., Korona, H. M. (2004). Tekhnolohiia amiaku. Dnipropetrovsk, UDKhTU, 300.
Semenov, V. P.; Semenov, V. P. (Ed.) (1985). Proizvodstvo ammiaka. Moscow: Khimiia, 368.
Rufford, T. E., Smart, S., Watson, G. C. Y., Graham, B. F., Boxall, J., Diniz da Costa, J. C., May, E. F. (2012). The removal of CO2 and N2 from natural gas: A review of conventional and emerging process technologies. Journal of Petroleum Science and Engineering, 94-95, 123–154. doi: http://doi.org/10.1016/j.petrol.2012.06.016
Vakk, E. G., Shuklin, G. V., Leites, I. L. (2011). Poluchenie tekhnologicheskogo gaza dlia proizvodstva ammiaka, metanola, vodoroda i vysshikh uglevodorodov. Teoreticheskie osnovy, tekhnologiia, katalizatory, oborudovanie, sistemy upravleniia. Moscow, 480.
Combs, G., McGuire, L. (2010). MDEA Based CO₂ Removal System Process Simulation. Louisiana. Available at: http://www.chemengservices.com/tech71.html
Aminovaia ochistka. GazSerf. Available at: http://gazsurf.com/ru/gazopererabotka/oborudovanie/modelnyj-ryad/item/aminovaya-ochistka
Kontsevoi, A. L., Lukianchuk, T. O., Kontsevoi, S. A. (2018). Modeliuvannia ochyshchennia hazu vid oksydu karbonu (IV) rozchynom metyldietanolaminu. Internauka, 15 (55), 28–32.
Kontsevoi, A. L., Kontsevoi, S. A. (2019). Modeliuvannia dvopotokovoho ochyshchennia hazu vid oksydu karbonu (IV) rozchynom monoetanolaminu. Visnyk Cherkaskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu. Seriia: tekhnichni nauky, 3, 68–75.
Spravochnik azotchika: Fiziko-khimicheskie svoistva gazov i zhidkostei. Proizvodstvo tekhnologicheskikh gazov. Ochistka tekhnologicheskikh gazov. Sintez ammiaka (1986). Moscow: Khimiia, 512.