Вопрос 2. Физическая сущность процесса абсорбции. Основные меры пожарной безопасности

На промышленных объектах предприятиях приходится осуществлять не только процессы разделения растворов на составляющие их компоненты, но и процессы разделения газовых и паровых смесей. Такое разделение чаще всего осуществляется с использованием сорбционных процессов. В их основе лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов смеси. Сорбционные процессы широко применяются технологиях на химических, нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих предприятиях, в машиностроении, легкой промышленности.

Процесс поглощения паров или газов из газовых или парогазовых смесей по механизму абсорбции в промышленности чаще всего осуществляют жидкими поглотителями - абсорбентами.

Газовые смеси, поступающие на поглощение, и вещества, используемые в качестве поглотителей, весьма часто являются горючими, а сорбционные установки в этом случае будут пожаровзрывоопасными.

Процесс абсорбции является селективным, т.е. избирательным: каждый абсорбент обладает способностью селективно поглощать лучше всего лишь определенные газы и пары и не поглощать вовсе или поглощать незначительно составляющие газовых смесей. Это свойство абсорбентов дает возможность во всех случаях подобрать необходимые поглотители и осуществить разделение гомогенной смеси. Если нужно очистить природный газ, коксовый газ или другие газовые смеси от сероводорода, который вреден для человека, то подбирают такую жидкость, которая хорошо растворяла бы сероводород или давала химические соединения. Таких поглотителей несколько. Это этаноламиновые производные, мышьяково-содовый раствор, медно - аммиачный.

Движущий слой, обуславливающий растворение газа или пара в абсорбенте, является разностью концентраций его в растворе и над жидкостью. Если концентрация в газовой фазе компонента, который улавливают, больше, чем в жидкости, значит идет процесс растворения, т.е. улавливания компонента. В противном случае поглощенный компонент будет выделяться из абсорбента.

Процесс абсорбции экзотермичен. Выделяющееся тепло будет повышать температуру процесса, и условия абсорбции будут ухудшаться. С повышением давления увеличивается растворимость газов в жидкости, поэтому условия абсорбции будут улучшаться. Следовательно, процесс абсорбции целесообразно вести при пониженной температуре и повышенном давлении.

Аппараты, в которых осуществляется процесс поглощения пара или газа жидкостью называется абсорбером или скруббером. Их устройство мало отличается от устройства ректификационных колонн. (слайд №6)

Процесс обратного извлечения из абсорбента уловленного компонента осуществляется по-разному. Если при абсорбции получается раствор, то десорбция осуществляется путем ректификации: если же получается нестойкое соединение, то десорбция. Так, насыщенный раствор моноэтаноламина после поглощения сероводорода восстанавливается нагреванием, а насыщенный мышьяково-содовый раствор восстанавливается окислением. Абсорбент после генерации охлаждается и вновь направляется на улавливание требуемого компонента. Газовая смесь перед поступлением в абсорберы сжимается компрессором, охлаждается в водяном холодильнике и проходит последовательно все абсорберы.

При оценке пожарной опасности процесса, концентрация горючих веществ в емкостях может быть найдена как отношение суммы их парциальных давлений к общему давлению в емкости. Концентрационные пределы воспламенения испаряющихся веществ в смеси с воздухом можно определить по формуле Ле-Шателье.

Следует учитывать, что при заполнении промежуточных емкостей насыщенным абсорбентом не исключена возможность образования местных горючих концентраций в районе выброса паровоздушной смеси наружу через дыхательные трубы. Для уменьшения этой опасности емкости, в которых концентрация паров находится в пределах воспламенения и выше верхнего предела воспламенения следует оборудовать дыхательными клапанами.

Значительная пожарная опасность возникает при понижении уровня жидкости, находящейся в нижней части абсорберов. В этом случае газовая фаза может беспрепятственно выходить из абсорберов наружу через промежуточные емкости, а при отсутствии промежуточных емкостей газовая фаза первого абсорбера будет поступать в десорбционные колонны.

Повреждение абсорбционных аппаратов может быть вызвано повышением давления в результате увеличения сопротивления слоя насадки в скрубберах, из-за загрязнения её поверхности отложениями солей и другими твердыми примесями.

При улавливании или наличии в газовой смеси коррозирующих примесей, а также при использовании поглотителей в виде водных растворов кислот и щелочей может иметь место интенсивная коррозия производственного оборудования. Если продукт коррозии обладает пирофорностью, принимают соответствующие меры осторожности при остановке аппарата: медленно окисляют их в процессе продувки водяным паром от горючих веществ или поддерживают стенки аппарата в увлажненном виде, подавая на орошение небольшое количество воды.

Необходимо отметить, что значительное снижение пожаровзрывоопасности абсорбционных установок может быть достигнуто изысканием для процесса наиболее пожаровзрывобезопасного абсорбента.

Из перечисленных выше поглотителей наиболее пожаровзрывобезопасны N- метилпирролидон как наиболее безопасная горючая жидкость и диметилформамид. Именно эти поглотители широко применяются для улавливания ацетилена при получении его из природного газа.