Электродиализатор для регенерации органических абсорбентов углекислого газа Советский патент 1986 года по МПК B01D13/02 

Изобретение относится к технике очистки воздуха и газовых смесей от углекислого газа с последующим выделением его в концентрированном виде и может быть использовано при очистке газовых смесей от углекислого газа в ряде отраслей промышленности (очистка азотоводородной смеси в производстве ам1миака, очистка конверторных газов, газов коксохимического производства и нефтеперерабатываюш,ей промышленности), при решении проблемы защиты воздушного бассейна от выбросов углекислого газа и при поддержании санитарных норм воздуха в производственных помещениях.

Целью изобретения является повышение выхода продукта по току и производительности процесса при регенерации абсорбента, содержащего менее 0,5 моль СО2/моль амина.

На чертеже изображено сечение электродиализатора для регенерации органических абсорбентов углекислого газа на основе алканоламинов.

Электродиализатор состоит из корпуса 1, нерастворимых катода 2 и анода 3, входного 4, выходного 5 патрубков для удаления абсорбента, выходного штуцера 6 для отвода углекислого газа, биполярных мембран 7 и смешанных мембран 8, выполненных из параллельных чередующихся участков катионита 9 и анионита 10, расположенных в поперечном сечении мембраны при общем содержании компонента в мембране 20-40%. Биполярные мембраны 7 ориентированы катионообменной стороной к катоду 2. Анионообменная сторона биполярной мембраны 7 и смещенная мембрана 8 образуют камеры деминерализации 11. Камеры, образованные смещанной мембраной 8 и катионообменной стороной биполярной мембраны 7, образуют камеры концентрирования 12 для углекислого газа.

Электродиализатор работает следующим образом.

Прощедший сорбционный цикл раствор органического абсорбента подают в камеры деминерализации 11. При прохождении через мембраны 7 и 8 электрического тока происходит электромиграционный перенос карбамат- (RNHCOO), бикарбонат- (HCOj) и карбонат-(СОз) анионов через анионообмен- ные участки смешанной мембраны 8 в камеры концентрирования 12. На биполярной мембране 7 под действием внешнего электрического поля происходит генерация ионов водорода и гидроксила. Ионы водорода поступают Б камеры концентрирования 12, в которых устанавливается динамическое равновесие

Н RNHCOO RNH2 + СОа НСОз НгСОз Н2О + СОа

Н++ RNHs RNHa

Образовавшиеся аммониевые катионы (RNHs) под действием постоянного электрического поля переносятся через катионообменные участки смешанной мембраны 8 обратно в камеру деминерализации 11, где коны гидроксила переводят абсорбент в основную форму

RNHt + ОН ЫНзОН

Известно, что в зависимости от степени карбонизации состав сорбционного раствора меняется следующим образом: при сте- гчлЕ моль СО2

пенях карбонизации в 0,оль амина

содержание карбамат иона уменьшается до 10,8%, а бикарбонат иона увеличивается до 89,2%. Таким образом, при 9

0,5- - основным переносчиком угмоль амина

лекислоты является карбамат-ион. Применение смешанной мембраны совместно с биполярной позволяет осуществлять перенос анионов (RNH3COOr НСОз, СОз) из камеры деминерализации и катионов (RNHs) из камеры концентрирования 12 одновременно. При этом из камеры концентрирования 12 возвращается весь абсорбент. Минимальное количество абсорбента в камере концентрирования 12 позволяет практически полностью выделить углекислоту из

раствора.

При степени карбонизации более моль СОз

0,5

моль амина

основным переносчиком газа

является ион НСОз, который взаимодейст- вует с Н генерируемым биполярной мембраной

НСОз H2CO. Н2О + СО2 При этом ионы сорбентов в переносе через ионообменную мембрану участия не принимают. Поэтому при степенях карбо- низации более 0,5 моль С02/моль амина нецелесообразно применять смешанную .ме.мб- рану.

Пример. Регенерацию 5%-но1 о раствора моноэтаноламина со степенями карбониза

ции 0,3-0,5

моль СО2 моль амина

проводили в десятикамерном аппарате, состоящем из винил- пластового корпуса 1, катода 2 и анода 3 из нержавеющей стали, чередующихся биполярных мембран МБ-3 7 и смешанных мембран 8, содержащих 10, 20 и 40% по объему катионита КУ-2. Рабочая площадь каждой из мембран 1 дм . Перед началом работы камеры концентрирования 12 заполняли тем же раствором абсорбента, что и

камеры деминерализации 11. Процесс электродиализной регенерации вели в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,5- 1,5 А/дм.

В таблице представлены результаты электродиализной регенерации 5%-ного раствбра моноэтаноламина предлагаемого аппарата и известного.

Как видно из таблицы, выход по току в расчете на выделившийся газ в предлагае

MOM аппарате при содержании катионита КУ-2 в смешанной мембране 10% практически имеют ту же величину, что и в известном аппарате. При повышении содержания катионита КУ-2 в смешанной мембране до 20% выход по току в расчете на выделившийся газ в 3-10 раз больше (в зависимости от степени карбонизации), чем в известном аппарате. При содержании катионита КУ-2 в смешанной мембране до 40% эффективность процесса возрастет: выход по току в расчете на выделившийся газ по сравнению с прототипом увеличивается в 2- 20 раз в зависимости от степени карбонизации сорбционного раствора. При содержании в смешанной мембране катионита

Смешанная мембрана (40л КУ-2)

0,5 0,0070,008 0,009 16,5 20,1 20,5 О О 0,001 О О 2,39 1,0 0,017 0,022 0,024 19,8 26,6 28,2 О 0,0010,014 О 1,20 16,6 1,5 0,031 0,040 0,041 24,7 32,0 32,6 О 0,С060,035 О 4,79 27,9

Смешанная мембрана (20% КУ-2) 0,5 0,0004 0,006 0,003 0,96 9,58 7,18 1,0 0,0008 0,019 0,015 9,60 22,7 18,0 1,5 0,012 0,025 0,045 9,58 20,00 35,9

Смешанная мембрана (10. КУ-2) 0,5О 0,0002 0,001О 0,4 2,5

1,5О 0,0013 0,015О 1,6 17,4

1,5О 0,006 0,037О 5,1 29,2

Смешанная мембрана (40% КУ-2)

Данные нестабильны в связи с разогревом раствора и деструкцией мембран

Составитель Т. Гуменюк

Редактор А. ГулькоТехред И. ВересКорректор .Л. Ференц

Заказ 2676/4Тираж 663Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам нзобретеиий и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

КУ-2 менее 20% снижается выход по току и удельная производительность в расчете на выделившийся газ вследствие несбалансированности потоков анионов через анионо- обменные участки и катионов через соответст- вуюшие катионообменные участки смешанной мембраны, т.е. поток аммониевы.х катионов не обеспечивает вывод сорбента из камер концентрирования. При содержании КУ-2 в смешанной мембране более 40% не- сбалансированность потоков анионов и катионов через смешанную мембрану приводит к ее подсыханию, росту электросопротивления мембранного пакета электродиализатора и, как следствие, снижению производительности процесса и выхода по току.