Изобретение относится к усовершенствованному способу регенерации ионообменных мембран электродиализатора от продуктов термоокислительной деградации и продуктов коррозии из растворов алканоламиновых абсорбентов, который может найти применения в химической и нефтегазовой промышленности.
Абсорбционное извлечение кислых примесей из газовых потоков растворами алканоламинов (в частности, моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА)) широко распространенная технология. Однако, при длительной эксплуатации в условиях процесса десорбции (температура 110-140°С) алканоламиновые абсорбенты подвергаются процессам термоокислительной деструкции, которая в свою очередь усиливает коррозию оборудования. Вследствие чего в ходе длительной эксплуатации абсорбента в нем накапливаются как ионные, так и неионные термостабильные продукты деградации, а также тяжелые металлы. В этой связи необходимо регенерировать абсорбент от такого рода загрязнений, которые ухудшают его эксплуатационные свойства.
В процессе регенерации МЭА протекают также процессы термоокислительной деструкции. Деструкция МЭА в присутствии растворенного кислорода и повышенной температуры десорбции (до 200°С) приводит к образованию в растворе различных кислородсодержащих продуктов (в том числе карбоновых кислот, амидов, аминов, альдегидов [С. Gouedard, D. Picq, F. Launay, P.L. Carrette, Amine degradation in CO2 capture. I. A review, Int. J. Greenh. Gas Control. (2012). https://doi.оrg/10.1016/j.ijggc.2012.06.015; S.B. Fredriksen, K.J. Jens, Oxidative degradation of aqueous amine solutions of MEA, AMP, MDEA, Pz: A review, in: Energy Procedia, 2013. https://doi.оrg/10.1016/j.egypro.2013.06.053.]) и различных продуктов уплотнения олигомерного типа [Rochelle G.T., Thermal degradation of amines for CO2 capture // Current Opinion in Chemical Engineering - 2012. - Vol. 1, No 2. P. 183-190].
Карбоновые кислоты такие как муравьиная, уксусная, щавелевая и др. являются основной составляющей продуктов окислительной деструкции и, реагируя с МЭА, приводят к образованию термостабильных солей (ТСС) - устойчивых соединений, которые не разлагаются в типичных условиях десорбции и постоянно накапливаются в замкнутой системе [S.D. Bazhenov, E.G. Novitskii, V.P. Vasilevskii, E.A. Grushevenko, A.A. Bienko, A.V. Volkov, Heat-Stable Salts and Methods for Their Removal from Alkanolamine Carbon Dioxide Absorbents (Review), Russ. J. Appl. Chem. (2019). https://doi.org/10.1134/S1070427219080019; L. Dumee, C. Scholes, G. Stevens, S. Kentish, Purification of aqueous amine solvents used in post combustion CO2 capture: A review, Int. J. Greenh. Gas Control. (2012). https://doi.оrg/10.1016/j.ijggc.2012.07.005].
В состав ТСС, помимо анионов карбоновых кислот, входят анионы неорганических кислот: соляной, серной, тиосерной. Такие кислоты попадают в амин с газом [Thompson G.J., Frimpong R., Remias J.E., Neathery J.K., Liu K. Heat Stable Salt Accumulation and in a Pilot-Scale CO2 Capture Process Using Coal Combustion Flue Gas //Aerosol and Air Quality Research. 2014. V. 14, P. 550-558].
ТСС приводят к снижению сорбционной емкости абсорбента, сильной коррозии оборудования и вспениванию абсорбционных растворов [S.D. Bazhenov, E.G. Novitskii, V.P. Vasilevskii, E.A. Grushevenko, A.A. Bienko, A.V. Volkov, Heat-Stable Salts and Methods for Their Removal from Alkanolamine Carbon Dioxide Absorbents (Review), Russ. J. Appl. Chem. (2019). https://doi.org/10.1134/S1070427219080019; L. Dumee, C. Scholes, G. Stevens, S. Kentish, Purification of aqueous amine solvents used in post combustion CO2capture: A review, Int. J. Greenh. Gas Control. (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2012.07.005].
Вклад ТСС в общие потери МЭА в процессе цикла “абсорбция-десорбция” может достигать 2,2 кг МЭА/кг поглощенного CO2. [Kohl А., Nielsen R. Gas Purification. Fifth Ed. Houston: Gulf Publishing Company, 1993. P. 41-186].
Согласно [Moser P., Schmidt S., Stahl K. Investigation of trace elements in the inlet and outlet streams of a MEA-based post-combustion capture process results from the test programme at the Niederaussem pilot plant // Energy Procedia. 2011. V. 4. P. 473-179. https://doi. org/10.1016/j.egypro.2011.01.077] потери МЭА уже при 120°С могут достигать 55,7% за 5000 ч работы, что соответствует практически полной его потере за год (8520 ч) эксплуатации. Это означает, что систему ежегодно необходимо перезагружать свежим раствором МЭА.
С точки зрения увеличения срока эксплуатации алканоламиновых абсорбентов важным является своевременное выделение из них продуктов деградации, в том числе ТСС.
Одним из наиболее перспективных методов регенерации является электродиализ (ЭД). В сравнении с другими методами процесс электродиализа имеет более низкое потребление реактивов и воды [Burns D., Gregory R.A. The UCARSEP® process for on-line removal of non-regenerable salts from amine units//1995 Laurence Reid Gas Conditioning Conference, University of Oklahoma, Norman, OK. - Citeseer, 1995] нежели ионный обмен и более низкие энергозатраты [Wang Т., Hovland J., Jens K.J. Amine reclaiming technologies in post-combustion carbon dioxide capture//Journal of Environmental Sciences, 2015, Vol. 27, P. 276-289; Chen F., Chi Y., Zhang M., Liu Z., Fei X., Yang K., Fu C. // Separation and Purification Technology. 2020. V. 242. P. 116777], чем дистилляция.
Однако, повышение эффективности выделения ТСС и снижения потерь алканоламина в процессе электродиализа весьма актуально.
Для повышения эффективности электродиализа предложены такие подходы как: двухстадийная схема подключения электродиализаторов, позволяющая снижать потери алканоламина, описанная в работе [Grushevenko Е.А., Bazhenov S.D., Vasilevskii V.P., Novitskii E.G., Volkov A.V. Two-step electrodialysis treatment of monoethanolamine to remove heat stable salts//Russian Journal of Applied Chemistry, 2018, vol. 91, p. 602-610; Chen F., Chi Y., Zhang M., Yang K., Fu C. Removal of heat stable salts from N-methyldiethanolamine wastewater using electrodialysis: A pilot-scale study//Desalination Water Treat, 2020, vol.195, P. 48-57]; применение биполярного электродиализа, который препятствует переносу алканоламина в виде противоиона ТСС [R. Parnamae, S. Mareev, V. Nikonenko, S. Melnikov, N. Sheldeshov, V. Zabolotskii, H.V.M. Hamelers, M. Tedesco. Bipolar membranes: A review on principles, latest developments, and applications. // J. Memb. Sci. - 2021. - P.617; Zhou, Z., Lin, Y, Jin, Y, Guan, K., Matsuyama, H. & Yu, J. (2022). Removal of heat-stable salts from lean amine solution using bipolar membrane electrodialysis. Journal of Membrane Science, 645, 120213.]; заполнение камер обессоливания ионообменной смолой, что позволяет заменить противоион ТСС и увеличить их выход по току [Chen F., Chi Y, Zhang M., Liu Z., Fei X., Yang K., Fu C. // Separation and Purification Technology. 2020. V. 242. P. 116777.]; замена гетерогенных мембран гомогенными, позволяющая увеличить выходы по току [Kikhavani Т., Mehdizadeh Н., Van der Bruggen В., Bayati В. // Chemical Engineering & Technology. 2021. V. 44. №2. P. 318-328].
Однако обнаружено, что при длительном контакте с деградированными растворами алканоламиновых абсорбентов снижается эффективность электродиализного переноса ТСС из растворов из-за засорения поверхности ионообменной мембраны продуктами деградации амина и тяжелыми металлами. Образование осадка на мембране приводит к повышению ее сопротивления и, как следствие, к снижению тока, протекающего через электродиализатор.
Засорение поверхности ионообменных мембран продуктами деградации амина и тяжелыми металлами приводит к снижению выхода по току (селективный перенос ТСС через мембрану) и повышает сопротивление аппарата, что в свою очередь снижает его производительность.
Засорение ионообменных мембран происходит преимущественно продуктами термической деградации МЭА так называемыми, продуктами уплотнения, представляющими собой димеры, тримеры, тетрамеры алканоламинов, их циклизации и дальнейшей полимеризации, что описано и исследовано в работах [Gouedard С., Picq D., Launay F., Carrette P.L. Amine degradation in CO2 capture. I. A review // International Journal of Greenhouse Gas Control - 2012. - Vol. 10. P. 244-270; Rochelle G.T., Thermal degradation of amines for CO2 capture // Current Opinion in Chemical Engineering - 2012. - Vol. 1, No 2. P. 183-190 и Davis J., Rochelle G, Thermal degradation of monoethanolamine at stripper conditions // Energy Procedia - 2009. - Vol. 1, Nol. Р. 327-333].
А снижение ионообменной емкости на 10% связано с осаждением на ионообменную смолу мембран тяжелых металлов из раствора деградированного абсорбента [E. GNovitsky, E.A. Grushevenko, I.L. Borisov, T.S. Anokhina, S.D. Bazhenov. Monoethanolamine (MEA) Degradation: Influence on the Electrodialysis Treatment of MEA-Absorbent. Membranes, 13 №5 (2023) 491].
Схожий эффект был обнаружен в работе [S. Bazhenov, A. Rieder, B. Schallert, V. Vasilevsky, S. Unterberger, E. Grushevenko, V. Volkov, A. Volkov. Reclaiming of degraded MEA solutions by electrodialysis: Results of ED pilot campaign at post-combustion CO2 capture pilot plant. International Journal of Greenhouse Gas Control 42 (2015) 593-601], в которой после пилотных испытаний ЭД очистки реального МЭА абсорбента выделения CO2 из дымовых газов наблюдалось снижение степени извлечения ТСС из раствора абсорбента. Авторы связали данный экспериментальный факт с осаждением ионов тяжелых металлов на поверхности мембраны. В статье [E.G. Novitsky, E.A. Grushevenko, I.L. Borisov, T.S. Anokhina, S.D. Bazhenov. Monoethanolamine (MEA) Degradation: Influence on the Electrodialysis Treatment of MEA-Absorbent. Membranes, 13 №5 (2023) 491] продемонстрировано, что при электродиализной обработке 30% мае. водного раствора МЭА, содержащего 0,2 моль CO2/моль МЭА, относительно свежего пакета ионообменных мембран МА-41 и МК-40 степень обессоливания снижается с 25,5% до 16,8% после 6 месяцев контакта с деградированным раствором МЭА.
Изменения оптической плотности раствора МЭА-абсорбента в результате его термической деградации свидетельствует об образовании продуктов деградации алканоламина и протекании процесса коррозии материала корпуса реактора.
Анализ исследуемого раствора МЭА на содержание железа и никеля в растворе с течением времени деградации показал, что появление металлов в растворе детектируется после 155 часов деградации, что подтверждается образованием осадка в растворе.
С учетом вышеизложенного для продолжения эксплуатации электродиализатора необходимо провести регенерацию пакета ионообменных мембран электродиализатора с целью их очистки от продуктов деградации аминового абсорбента - продуктов уплотнения и соединений тяжелых металлов, в первую очередь железа и никеля, и возврата им рабочих характеристик.
Известен способ регенерации ионообменной мембраны [RU 2515453 С1], применяемой для получения хлора и гидроокисей щелочных металлов, осуществляют путем подачи в электродные камеры электролизера раствора, состоящего из лимонной кислоты 0,5-20% мас., триэтилсилилметакриловой кислоты 0,1-1,5% мас., этилового спирта 20-60% мас., и воды 18,5-79,4% мас., с температурой раствора 20-90°С при поддержании напряжения на электролизере 1,3-2,4 В без извлечения мембраны из электролизера.
Недостатком известного способа является регенерация только катионообменных мембран, причем в электролизере установлена только одна мембрана этого типа.
Известен способ регенерации ионообменной мембраны, заключающийся в восстановлении мембраны путем ее обработки раствором кислоты, например соляной, концентрацией 0,2-1 N и рН≤1, при подаче электрического тока в обратном направлении, что позволяет удалять с поверхности мембраны тяжелые металлы и оксиды металлов [патент JP 61263647, МПК B01J 49/00, 1986 г.].
К недостаткам известного способа можно отнести разрушение анодного и катодного покрытия, происходящее при пропускании электрического тока в обратном направлении и использование соляной кислоты.
Также недостатком этого способа является применение только катионнообменных мембран.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации ионообменных мембран электродиализатора от отложений продуктов деградации амина - продуктов уплотнения и тяжелых металлов путем четырехкратной электродиализной обработки щелочным раствором, описанный в статье [E.G. Novitsky, E.A. Grushevenko, I.L. Borisov, T.S. Anokhina, S.D. Bazhenov Monoethanolamine (MEA) Degradation: Influence on the Electrodialysis Treatment of MEA-Absorbent. Membranes, 13 №5 (2023) 491]. В качестве ионообменных мембран используют анионообменные мембраны типа МА-41 и катионнообменные мембраны типа МК-40.
Суть предложенного в статье способа регенерации заключается в щелочной (5 г/л водного раствора гидроксида натрия) промывки пакета ионообменных мембран в режиме прямого электродиализа. Однократная щелочная регенерация позволила восстановить относительную степень обессоливания (на примере выделения растворенного CO2) с 66% для мембранного пакета, который в течение 6 месяцев находился в контакте с деградированным раствором МЭА, до 75%; четырех - кратная щелочнаярегенерация позволила увеличить относительную степень обессоливания до 90%.
Один из недостатков известного способа заключается в недостаточно высокой степени очистки от отложений продуктов деградации амина и тяжелых металлов. Так, относительная степень обессоливания в результате даже четырех - кратной щелочной регенерации достигает всего 90%.
Другой недостаток способа по прототипу заключается в образовании значительного количества щелочных стоков, образующихся в результате многократной щелочной регенерации и требующих необходимой нейтрализации, и утилизации.
Задача изобретения заключается в разработке способа регенерации пакета ионообменных мембран электродиализатора от продуктов деградации аминового абсорбента - продуктов уплотнения, тяжелых металлов и продуктов коррозии, в первую очередь железа и никеля, путем электродиализа, позволяющего повысить степень очистки мембран от отложений продуктов деградации амина и тяжелых металлов, увеличить относительную степень обессоливания электродиализатора и получить нейтрализованный регенерирующий раствор - сток, без удаления пакета ионообменных мембран из электродиализатора.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ регенерации пакета ионообменных мембран электродиализатора от продуктов деградации аминового абсорбента путем электродиализа в щелочной промывке, в котором после щелочной промывки проводят кислотную промывку путем их чередования в режиме реверсивного электродиалиаза при смене полярности на электродах каждые 10-15 минут в течение 45-60 минут щелочной и 30-45 минут кислотной промывок при постоянном напряжении 1-2 В на каждую мембрану в пакете в каждой из промывок.
Засорение мембран происходит в результате оседания продуктов уплотнения, тяжелых металлов и продуктов коррозии, содержащихся в промышленных абсорбентах на основе МЭА, ДЭА и МДЭА и образованных вних в процессе длительной эксплуатации на установках улавливания кислых газов из газовых смесей. В этой связи в качестве аминового абсорбента используют абсорбент на основе МЭА (концентрация МЭА в водном растворе 12-30% маc.), МДЭА (концентрация МДЭА в водном растворе 20-54% маc.), ДЭА (концентрация ДЭА в водном растворе 12-45% мас.), отобранный с установок выделение сероводорода, диоксида углерода и меркаптановой серы в процессах гидроочистки моторных топлив, получения элементарной серы, подготовке природного, попутного газа и сжиженных углеводородов, улавливания дымовых газов, получения углекислоты, выделения CO2 из синтез-газа и др.
При этом щелочную промывку осуществляют раствором NaOH концентрацией 0,08-0,2 Н объемом 1 л на 1 дм2 активной площади мембран, а кислотную промывку – 0,05-0,15 Н раствором соляной кислоты.
В качестве ионообменной мембраны используют анионообменную мембрану типа МА-41, катиоонообменную мембрану типа МК-40 и биполярную мембрану типа МБ-2.
Технические результаты, которые могут быть получены от предлагаемого изобретения:
1) повышение степени очистки мембран от отложений продуктов деградации амина, тяжелых металлов и продуктов коррозии, которую оценивают по увеличению относительной степени обессоливания электродиализатора до 68% по сравнению с прототипом (60%);
2) получение нейтрализованного регенерирующего раствора - стока с рН, равным 7,9-8,5 по сравнению со стоком по прототипу, характеризующимся рН равным 14;
3) сокращение числа циклов регенерации в два раза по сравнению с прототипом.
Согласно предлагаемому изобретению проводят регенерацию катионнообменных мембран типа МК-40 и анионообменных мембран типаМА-41, обладающих характеристиками, представленными в таблице 1 и изученных в работах [Melnikov S., Shkirskaya S. Transport properties of bilayer and multilayer surface-modified ion-exchange membranes //Journal of Membrane Science - 2019. - T. 590. C. 117272; П.Ю. Апель, С. Велизаров, А.В. Волков, Т.В. Елисеева, В.В. Никоненко, А.В. Паршина, Н.Д. Письменская, К.И. Попов, А.Б. Ярославцев. Фаулинг и деградация мембран в мембранных процессах // Мембраны и мембранные технологии – 2022. - Т. 12 - №2.- С. 81-106], а также биполярных мембран типа МБ-2, представляющая собой бислойную систему, состоящую из совмещенных в один лист (спрессованных) катионнообменных мембран типа МК-40 и анионообменных мембран типа МА-41.
Перед применением, мембраны выдерживались в дистиллированной воде в течение 24 часов. Затем, ионообменные мембраны помещались в деградированный раствор МЭА (316 часов) и находились в непрерывном контакте с ним в течение 6 месяцев. Выбор раствора, соответствующего 316 ч деградации, определяется его степенью деградации (наличие значительного количества осадка, наличия металлов в растворе, а также продуктов уплотнения МЭА). Такой раствор позволяет наиболее четко продемонстрировать влияние продуктов деградации на перенос ионов через мембрану.
Исследования проводили на плоскорамном лабораторном электродиализаторе, представленном на рис. 1, на котором обозначены:
1 - электромембранная ячейка;
2 - блок питания с индикацией напряжения (U) и тока (I) в системе;
3 - многофункциональный прибор для измерения удельной объемной электропроводности и температуры раствора;
4 - емкость очищаемого раствора (дилюата);
5 - емкость раствора прианодной камеры (анолита);
6 - емкость раствора прикатодной камеры (католита);
7 - емкость концентрата (рассола);
8 - насос прокачки тракта дилюата;
9 - насос прокачки тракта католита;
10 - насос прокачки тракта анолита;
11- насос прокачки тракта концентрата.
Испытания проводились на электродиализаторе - ЭД модуль, включающий по десять чередующихся анионообменных мембран МА-41 и катионообменных мембран МК-40, образующих 10 мембранных пакетов (9 камер концентрирования, 10 камер обессоливания). В необходимых случаях электродиализатор может включать от двух до 100 мембран, образующих от 1 до 50 мембранных пакетов в зависимости от требуемой производительности электродиализатора.
Размер мембран составляет 100-200 мм. Одноименные камеры аппарата соединены гидравлически, т.е. имеют общий распределительный коллектор. Расстояние между мембранами в пакете (1 мм) обеспечивается прокладками из полиэтилена (ПЭ). Эффективная площадь мембран составляет 1 дм2. Длина мембранного канала - 13 см. Анод и катод выполнены из платинированного титана марки ВТ 1-0.
Электродиализ проводили в потенциостатическом режиме путем подачи на элктродиализатор постоянного напряжения 30 В, что соответствует подаче 1,5 В на каждую мембрану и режиму работы электродиализатора на правой границе плато, на которой еще не начинается электролитическая диссоциация воды и обеспечивается максимальная эффективность переноса ионов.
Обрабатываемый раствор (модельный раствор МЭА) заливается в емкость 4 в количестве 1 л, а также в емкости анолита 5 и каталита 6. Емкость концентрата 7 заполняется дистиллированной водой. Заполнение емкости концентрата дистиллированной водой позволяет создать максимальный перепад электропроводности раствора в камерах обессоливания и концентрирования, что в свою очередь приводит к интенсификации процесса электродиализного выделения целевых компонентов, что подробно описано в статье [Э.Г. Новицкий и др. Влияние состава растворов секцийконцентрирования на эффективность выделения диоксида углерода из водного раствора моноэтаноламина методом электродиализа // Мембраны и мембранные технологии - 2014. - Т. 4. №4. - С. 280-286].
Насосы 8-11 обеспечивают непрерывную циркуляцию жидкости в гидравлических трактах с заданной скоростью. Средняя линейная скорость растворов в секциях электродиализатора составляет 0,35 см/с (Re≈10). Блок питания Mastec DC Power Supply HY5005E-2 (Китай) обеспечивает питание электродиализатора ED постоянным током. Сила тока, протекающего через аппарат, детектируется источником постоянного тока 2.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.
Пример 1 (сравнительный по прототипу). Проводят регенерацию ионообменных мембран от поверхностных отложений, включающих продукты коррозии (оксиды, гидроксиды, соли тяжелых металлов) и продукты деградации моноэтаноламина, образовавшихся в ходе длительного контакта мембран с 24% мас., водным раствором МЭА, предварительно отобранного с установки гидроочистки дизельного топлива (содержание ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 5,8% мас.). Регенерируют мембраны -анионообменные мембраны МА-41 и катионообменные мембраны МК-40 (производство ИП «Щекиноазот»), приведенные в динамический контакт на 6 месяцев с абсорбционным раствором в электродиализаторе, собранном согласно рис. 1. Активная площадь ионообменных мембран составляет 1 дм2.
Динамический контакт заключается в периодической (1 раз в день) циркуляции раствора абсорбента через электромембранную ячейку и периодическую (1 раз в неделю) электродиализную обработку абсорбента в потенциостатическом режиме. После 6 месяцев контакта ионообменных мембран с раствором МЭА-абсорбента проводят контрольный эксперимент по электромембранной обработке раствора МЭА абсорбента.
Пакет ионообменных мембран был охарактеризован по степени извлечения ТСС до и после длительного контакта с раствором МЭА-абсорбента. Электродиализ проводили в потенциостатическом режиме при напряжении 30 В (1,5 В на одну мембрану в пакете).
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки МЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составила 70%. Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с МЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 45%. Пакет ионообменных мембран после длительного контакта с МЭА-абсорбентом был подвергнут четырех - кратной щелочной регенерации раствором NaOH (концентрацией 5 г/л (0,125 Н) объемом 1 л для регенерации 1 дм2 активной площади мембран) длительностью 60 минут. Электродиализ проводили в потенциостатическом режиме при напряжении 30 В (1,5 В на одну мембрану в пакете).
Контрольная электродиализная обработка раствора МЭА-абсорбента, проведенная после четырех циклов щелочной регенерации, продемонстрировала повышение степени извлечения ТСС до 60%, при этом рН стока регенерирующего раствора - стока составляет 14. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 2
Проводят регенерацию пакета ионообменных мембран от поверхностных отложений продуктов коррозии и деградации моноэтаноламина, образовавшихся в ходе длительного контакта мембран с 24% мас., водным раствором МЭА, предварительно отобранного с установки гидроочистки дизельного топлива с содержанием ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 5,8% мас. Электродиализ проводили в потенциостатическом режиме при напряжении 30 В (1,5 В на одну мембрану в пакете).
В качестве ионообменных мембран используют анионообменныемембраны МА-41 и катионообменные мембраны МК-40 (производство ИП «Щекиноазот»), находящиеся в динамическом контакте в течение 6 месяцев с абсорбционным раствором в электродиализаторе, собранном согласно рис. 1. Активная площадь ионообменных мембран составляет 1 дм. Динамический контакт заключается в периодической (1 раз в день) циркуляции раствора абсорбента через электромембранную ячейку и периодическую (1 раз в неделю) электродиализную обработку абсорбента в потенциостатическом режиме.
После 6 месяцев контакта ионообменных мембран с раствором МЭА-абсорбента был проведен контрольный эксперимент по электромембранной обработке раствора МЭА абсорбента. Пакет ионообменных мембран был охарактеризован по степени извлечения ТСС до и после длительного контакта с раствором МЭА-абсорбента.
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки МЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составляет 70%.
Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с МЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 45%.
Пакет ионообменных мембран после длительного контакта с МЭА-абсорбентом подвергают однократной щелочной регенерации раствором NaOH (концентрацией 0,125Н объемом 1 л для регенерации 1 дм активной площади мембран) длительностью 60 минут, а затем кислотной регенерации ОДН раствором НС1 длительностью 30 минут в режиме реверсивного электродиалиаза. Полярность на электродах изменяют каждые 10 минут в течение 60 минут щелочной и 30 минут кислотной промывки.
Контрольная электродиализная обработка раствора МЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, демонстрирует повышение степени извлечения ТСС до 66%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,3. Результаты регенерации пакетаионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 3
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но концентрация NaOH составила 0,08Н при щелочной регенерации, концентрация НО составила 0,05Н при кислотной регенерации.
Контрольная электродиализная обработка раствора МЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, демонстрирует повышение степени извлечения ТСС до 63%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 7,9. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 1.
Пример 4
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но концентрация NaOH составила 0,2Н при щелочной регенерации, концентрация НCl составила 0,15Н при кислотной регенерации.
Контрольная электродиализная обработка раствора МЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, демонстрирует повышение степени извлечения ТСС до 68%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,5. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 5
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но полярность на электродах изменяют каждые 15 минут в течение 45 минут щелочной и 45 минут кислотной промывки.
Контрольная электродиализная обработка раствора МЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, демонстрирует повышение степени извлечения ТСС до 68%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,5. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 6
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но длительный контакт иконтрольный электродиализ осуществляют 54% мас., водным раствором МДЭА-абсорбента, предварительно отобранного с установки гидроочистки дизельного топлива с содержанием ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 12,8% мас.
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки МДЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составила 65%. Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с МДЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 42%. Контрольная электродиализная обработка раствора МДЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, продемонстрировала повышение степени извлечения ТСС до 62%, при этом рН регенерирующего раствора составляет 8,1. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 7
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но длительный контакт и контрольный электродиализ осуществляют 23% мас., водным раствором ДЭА-абсорбента, предварительно отобранного с установки получения элементарной серы (с содержанием ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 13,9% мас.).
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки ДЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составила 66%. Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с ДЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 40%. Контрольная электродиализная обработка раствора ДЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, продемонстрировала повышение степени извлечения ТСС до 63%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,4. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 8
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но длительный контакт и контрольный электродиализ осуществляют 11,6% мас., водным раствором ДЭА-абсорбента, предварительно отобранного с установки гидроочистки дизельного топлива (с содержанием ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 1,2% мас.) при напряжении на 1 мембрану пакета 1 В.
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки ДЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составила 62%. Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с ДЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 41%. Контрольная электродиализная обработка раствора ДЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, продемонстрировала повышение степени извлечения ТСС до 57%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,4. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Пример 9
Регенерацию проводят аналогично примеру 3, но длительный контакт и контрольный электродиализ осуществляют 30% мас., водным раствором МЭА-абсорбента, предварительно отобранного с установки улавливания дымовых газов (с содержанием ТСС в растворе абсорбента до электродиализной обработки 1,5% мас.) при напряжении на 1 мембрану пакета 2 В.
Степень извлечения ТСС, достигнутая за 120 минут электродиализной обработки МЭА-абсорбента на свежем пакете ионообменных мембран, составила 75%. Контрольный эксперимент на пакете ионообменных мембран, находившимся в динамическом контакте с ДЭА-абсорбентом в течение 6 месяцев, продемонстрировал снижение степени извлечения ТСС до 45%. Контрольная электродиализная обработка раствора ДЭА-абсорбента, проведенная после щелочной и кислотной регенерации, продемонстрировала повышение степени извлечения ТСС до 71%, при этом рН регенерирующего раствора - стока составляет 8,3. Результаты регенерации пакета ионообменных мембран представлены в таблице 2.
Из таблицы видно, что предлагаемый способ регенерации ионообменной мембраны электродиализатора от продуктов деградации аминового абсорбента путем электродиализа позволяет повысить степень извлечения ТСС из абсорбентов на регенерированных согласно предлагаемого способа мембранах практически как на свежих, при этом нейтрализовать отработанный сток до рН, равному 7,9-8,5 по сравнению с рН по прототипом, равному 14.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ | 2017 |
|
RU2656661C1 |
Способ выделения этиленовых ди илипОлиАМиНОВ или АлифАТичЕСКиХАМиНОСпиРТОВ | 1979 |
|
SU819089A1 |
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОТРАБОТАННЫХ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ | 2005 |
|
RU2304627C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ИЗ РАСТВОРОВ ЩЕЛОЧНЫХ ЦИТРАТОВ | 1998 |
|
RU2191828C2 |
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ХЛОРИСТОГО ЛИТИЯ, ДИМЕТИЛАЦЕТАМИДА И ИЗОБУТИЛОВОГО СПИРТА ИЛИ ХЛОРИСТОГО ЛИТИЯ И ДИМЕТИЛАЦЕТАМИДА ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ ПРОИЗВОДСТВА ПАРААРАМИДНЫХ ВОЛОКОН | 2014 |
|
RU2601459C2 |
Способ регенерации органических абсорбентов | 1977 |
|
SU707590A1 |
Способ регенерации хлористого лития, литиевой щелочи, диметилацетамида и изобутилового спирта или хлористого лития, литиевой щелочи и деметилацетамида из технологических растворов и сточных вод производства параарамидных волокон | 2023 |
|
RU2807449C1 |
СПОСОБ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ГЛИОКСАЛЯ ОТ ПРИМЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ | 2010 |
|
RU2455052C1 |
СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ АМИНОКИСЛОТ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗОМ | 2009 |
|
RU2412748C2 |
СПОСОБ ОБРАБОТКИ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД И СПОСОБ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ, А ТАКЖЕ СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО СИТА | 2016 |
|
RU2719832C2 |
Изобретение относится к способу регенерации пакета ионообменных мембран электродиализатора от продуктов деградации аминового абсорбента путем электродиализа в щелочной промывке. Способ характеризуется тем, что после щелочной промывки проводят кислотную промывку путем их чередования в режиме реверсивного электродиализа при смене полярности на электродах каждые 10-15 минут в течение 45-60 минут щелочной и 30-45 минут кислотной промывок при постоянном напряжении 1-2 В на каждую мембрану в пакете в каждой из промывок. Технический результат: увеличение относительной степени обессоливания электродиализатора до 68% по сравнению с прототипом (60) и получение нейтрализованного регенерирующего раствора-стока с рН, равным 7,9-8,5, по сравнению со стоком по прототипу, характеризующимся рН, равным 14, сокращение числа циклов регенерации в два раза по сравнению с прототипом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 9 пр.
1. Способ регенерации пакета ионообменных мембран электродиализатора от продуктов деградации аминового абсорбента путем электродиализа в щелочной промывке, отличающийся тем, что после щелочной промывки проводят кислотную промывку путем их чередования в режиме реверсивного электродиализа при смене полярности на электродах каждые 10-15 минут в течение 45-60 минут щелочной и 30-45 минут кислотной промывок при постоянном напряжении 1-2 В на каждую мембрану в пакете в каждой из промывок.
2. Способ регенерации по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аминового абсорбента используют абсорбент, выбранный из ряда: водный раствор МЭА, водный раствор МДЭА, водный раствор ДЭА, отобранные с установки гидроочистки дизельного топлива, водный раствор ДЭА, отобранный с установки получения элементарной серы и водный раствор МЭА, отобранный с установки улавливания диоксида углерода из дымовых газов.
3. Способ регенерации по п. 1, отличающийся тем, что щелочную промывку осуществляют раствором 0,08-0,20Н NaOH объемом 1 л на 1 дм2 активной площади мембраны, а кислотную промывку - 0,05-0,15Н раствором соляной кислоты объемом 1 л на 1 дм2 активной площади мембраны.
4. Способ регенерации по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионообменной мембраны используют анионообменную мембрану типа МА-41, катионообменную мембрану типа МК-40 и биполярную мембрану типа МБ-2.
Способ регенерации монообменных мембран | 1974 |
|
SU784908A1 |
Способ регенерации ионообменныхМЕМбРАН | 1979 |
|
SU833271A1 |
JP 2002336661 A, 26.11.2002. |
Авторы
Даты
2024-08-12—Публикация
2023-12-06—Подача