Утилізація СО2 з димових газів котельної
ЗМІСТ
Вступ………………………….……………………………………
1 Аналітичний огляд існуючих методів очищення димових газів від СО2……...4
1.1 Водна очистка від діоксиду вуглецю………………………………………….. 4
Очищення водними розчинами етанол амінів…………………………………......5
Процес «Амізол»………………………………………………………. ………..….8
Фізична абсорбція органічними розчинниками…………………………………...8
Процес «Пурізол»………………………………………………………
Очищення холодним метанолом…………………………………………………..
Очищення розчинами поташу……………………………………………………..10
Очищення миш'яково - поташними розчинами…………. ………………………12
Фізико - хімічні основи технологічного процесу. . . . .………. …………..……..16
Вибір та опис технологічної схеми уловлювання діоксиду вуглецю…………...23
Обґрунтування вибору основного технологічного устаткування………………26
Матеріальні та теплові розрахунки……………………………………………….
5.1 Тепловий розрахунок холодного скрубера…………………………………...28
5.2 Матеріальний розрахунок
6 Алгоритм конструктивного
розрахунку абсорбера для
7 Вибір схеми автоматичного контролю і регулювання технологічного процесу регенерації насиченого карбонат – бікарбонатного розчину…………………………45
8 Аналітичний контроль по стадіях технологічного
процесу очищення димових газів від СО2………………………………………………………………………
9 Правила безпечної експлуатації та охорони праці…………………………….48
Висновки…………………………………………………………
Перелік посилань…………………………………………………………
ВСТУП
Вуглекислий газ – активна складова атмосфери, яка є обов’язковим компонентом фотосинтезу рослини. Цей газ у природі утворюється під час спалювання органічних речовин, гниття, виділяється з вулканічними газами. Діяльність людини (знищення лісу, розорювання цілинних земель, урбанізація, а головне, спалювання мінерального палива й забруднення океанів) призводить до збільшення кількостей СО2 в атмосфері. За останні 120 років вміст цього газу в повітрі збільшився на 17 % ( у середньому на 0,14% на рік). 3а останнє десятиріччя це зростання вже становило 0,36% за рік. Що правда більша частина СО2, а саме 70% поглинається океанами й біосферою і лише 30% залишається в атмосфері. Деякі вчені прогнозують подвоєння вмісту вуглекислого газу в атмосфері до середини XX ст., що викличе значне (приблизно на 2,5 %) підвищення середньорічної температури за рахунок парникового ефекту.
У зеленій атмосфері вуглекислий газ діє як скло в парникові: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітою Сонцем поверхні Землі. Це викликає розігрівання планети, відомо під назвою парникового ефекту. Як свідчать розрахунки вчених, підвищення середньої річної температури Землі на 2,5 °С викличе значні зміни на Землі, більшість яких для людей буде мати негативні наслідки. Парниковий ефект змінить такі критично важливі перемінні величини, як опади, вітер, куля хмар, океанські течії, а також розміри полярних крижаних шапок .
Діоксид вуглецю газоподібний – безбарвний газ має злегка кислуватий запах і смак. Щільність при нормальних умовах – 1,977 кг/м. Хімічна формула – СО2. Молекулярна маса 44,011 ат.од.мас.
Діоксид вуглецю досить добре розчиняється у воді , утворюючи дуже слабку вугільну кислоту. Значно краще газоподібний діоксид розчиняється у водних розчинів їдких лугів (їдкого натру, їдкого калію) і вуглекислих солей (соди, поташу), аміаку, а також в органічних розчинниках (метанол, ацетон, етаноламін, пропилен – 1, 3 – карбонат, триацетин і ін.)
1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ ВІД ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ
Концентрація діоксиду вуглецю – у газах різних виробництв, що відходять, може коливатися у різних межах. Крім того, парціальний тиск СО2 у газі залежить від загального тиску. У залежності від технологічної схеми виробництва і ступеня очистки пред’являються різні вимоги. Усе це привело до створення різноманітних і методів очистки від діоксиду вуглецю [2].
- Водна очистка від діоксиду вуглецю
Водна очистка є найбільш старим методом видалення діоксиду вуглецю, тому і дотепер у промисловості експлуатуються велике число цих установок[2].
Водне очищення являє собою типовий процес фізичної абсорбції. Багато технологічних прийомів, закономірності кінетики цього процесу і його апаратурне оформлення характерні і для інших більш сучасних абсорбційних методів очистки, наприклад пропіленкарбонатної. Діоксид вуглецю знаходиться у розчині переважно у вільному вид. Частково утворюється слабка вугільна кислота,яка дисоціює:
Н2СО3=Н++НСО3-
Константа дисоціації кислоти мала. При порівняно невеликих парціальних тисків діоксиду вуглецю дотримується лінійна залежність між Р(СО2) і загальним змістом СО2 у розчині (у малих частках) [2].
Доведено, в присутності СО2 у розчині помітно знижується розчинність азоту і водню, присутність же N2 або Н2 в розчині позначається на розчинності СО2 у значно меншому ступені внаслідок малої розчинності цих газів у воді [2].
Для водної абсорбції СО2 використовують, як правило, насадочні скрубери, що працюють під тиском 0,98 – 2,94 МПа. У таких умовах дифузійні опори в рідкій і газовій фазах порівнянні.
Ефективність роботи абсорбера водного очищення від СО2 помітно зростає при частковому затопленні насадки. За даними Л.И. Тітельмана, затоплення нижньої частини насад очного шару (приблизно 3 м) у промисловому абсорбері дозволило знизити зміст СО2 на виході з абсорбера з 2,6 до 2 - 2,2% (об.) [2].
Принципова схема водного очищення від СО2 представлена на рисунку 1.1.
1 – сепаратор; 2 – абсорбер; 3 – турбіна;4 – насос; 5 – електромоторі; 6 – проміжний десорбер; 7 – кінцевий десорбер; 8 – десорбцій на колона; 9 – регулятор рівня.
Рисунок 1.1 – Принципова схема водної очистки газу від СО2
Процес водного очищення , як і інші процеси фізичної абсорбції, здійснюється під тиском. Оптимальне значення тиску процесу про водну абсорбцію при проведенні конверсії без тиску складає близько 2,94 МПа [2].
Основний недолік водного очищення полягає у великій витраті електроенергії. Крім того, унаслідок недостатньої селективності поглинача води можливі утрати водню і забруднення їм діоксиду вуглецю [2].
- Очищення водними розчинами етаноламінів
Очищення газів розчинами етанол амінів с типовим процесом хемосорбції, широко розповсюдженим у даний час у промисловості. Вивченню цього процесу присвячено багато робіт, однак і в даний час проводжуються дослідження з метою його удосконалення й інтенсифікації. Оскільки найбільше промислове застосування одержав процес очищення розчинами моноетаноламіна (МЕА), йому приділяється значна увага. Цей процес одержав поширення в чорній металургії й у хімічній промисловості для витягу діоксиду вуглецю. Моноетаноламін (СН2ОН- СН2-NН2) відноситься до класу амінів, має лужні властивості і може взаємодіяти з кислими газами.
Взаємодія з діоксидом вуглецю протікає в двох стадіях:
2СН2ОН-СН2- NH2 + 2Н20 + СO2 → (СН2OН-СН2-NH3)2СO3,
(СН2ОН-СН2-NH3)2СОз + СO2 + Н20→2(СН2ОН-СН2-NH3)НСО3.
Моноетаноламін добре розчинний у воді. Однак у його середовищі кородирують метали (особливо кольорові). 3 метою обмеження корозії апаратури концентрацію моноетаноламіна в поглинальному розчині тримають менш 20 % (мас.) [2]. Моноетаноламіновий метод характеризується високим ступенем очищення газів від СO2. Oднак моноетаноламін летучий, токсичний, при наявності кисню в газах окислюється (полімеризується), що робить його не завжди придатним для очищення димових газів [2].
На рисунку 1.2 приведена принципова технологічна схема одержання СO2 з димових газів в умовах металургійного заводу.
Димові гази, які містять 8 – 10 % СО2, газодувкою подають у скрубер –охолоджувач 2 , де відбувається їхнє охолодження, очищення від механічних домішок і часткове очищення від діоксиду сірки. Для охолодження димових газів використовується освітлена вода загальнозаводського «брудного циклу» [2].
Після охолодження димові гази надходять у содовий скрубер 3, де вони очищаються від сполук сірки 2 – 5 % розчином NaСО3. Содовий розчин готується в ємкості для розчинення солі 15 і направляється в ємкість содового розчину 17, відкіля подається в содовий скрубер. Очищені від сполук сірки димові гази подають у скрубер 4, де з них витягають СО2 промиванням 10 % водним розчином моноетаноламіна. Димові гази зі змістом СО2 – 2 % скидають в атмосферу [3].
1 – газодувка; 2 – скрубер–охолоджувач; 3 – содовий скрубер; 4 – МЕА-абсорбер; 5 – холодильник; 6,10 – теплообмінники; 7, 8,11, 16 – насос; 9 – регенератор МЕА – розчину; 12 – кип’ятильник; 13 – холодильник – конденсатор; 14 – сегіаратор; 5,17 – ємкість
Рисунок 1.2 - Схема витягу СО2 димових газів розчином моноетаноламіном.
Насичений вуглекислим газом розчин моноетаноламіна подають для підігріву у виносний рекуперативний теплообмінник 6 і потім у регенератор 9. Регенерований розчин моноетаноламіна подають на охолодження в теплообмінник 10, розташований на тарілках регенератора. Для подальшого охолодження регенерований розчин у виносний рекуперативний теплообмінник 6 і 5. Пару, необхідну для регенерації , підводять у кип’ятильник 12. Парогазова суміш з регенератора 9 надходить у холодильник - конденсатор 13, де прохолоджується водою до З5-40 °С, потім у сепаратор флегми 14. У сепараторі відокремлюють флегму і насосом повертають у регенератор 9, а вуглекислий газ направляють у промивний стовпчик, насадка якого зрошується 2 - 5 % водним розчином КМnO4.
У процесі роботи МУА забруднюється продуктами розкладання, окислювання й осмолення. З метою очищення робочого розчину від цих продуктів передбачається розгонка циркулюючого розчину моноетаноламіна [3].
Для одержання товарної вуглекислоти частина оксиду вуглецю з промивної колони направляють для одержання рідкої вугільної кислоти, іншу частину в компресорі, очищають від олії і вологи й у газоподібному виді направляють через ресивер у ливарний цех для сушіння ливарних форм.
До істотних недоліків методу варто віднести утворення побічних продуктів, що приведе до забивання і корозії устаткування, погіршує очищення, збільшує витрату тепла, а також спінювання розчину, що приводить до втрат МЕА[3].
1.3 Процес «Амізол»
Процес «Амізол» заснований на абсорбції розчинами ДЕА або МЕА в метанолі [3]. Абсорбент комплексно поглинає CO2 вологу. Процес абсорбції ведуть при 35°С, регенерацію при 80°С. Це дозволяє знизити витрату тепла з відомими раніше процесами і витрати на теплообмінну апаратуру [3]. Недолік процесу - віднесення кількості пари метанолу, тому необхідно промивання газу водою, однак витрата тепла на ректифікацію промивних вод невелика, а втрати метанолу незначні.
Процес вивчений при тиску 2,94 МПа і 20 ºС. Побічні реакції етанол амінів із СО2 і СОS у метальному розчині йдуть значно повільніше, ніж у водних розчинах (швидкість їх приблизно в 10 разів нижче ніж при МЕА — очищенні). Концентрація домішок у розчині поступово зростає, і через 1-2 року експлуатації варто проводити розгонку розчину.
Процес «Амізол» можна використовувати у виробництві аміаку для очищення концентрованого газу від СО2 [3].
- Фізична абсорбція органічними розчинниками
У сучасних схемах синтезу аміаку газ надходить на очищення під тиском до 2,94 МПа. У цих умовах ефективні процеси фізичної абсорбції органічними розчинниками. В даний час такі процеси використовують головним чином для очищення природного газу з високим вмістом діоксиду вуглецю, однак вони можуть бути застосовані і для очищення конвертованого газу [3].
1.4.1 Процес «Пурізол»
Як абсорбент використовується N–метілпірралідон – розчинник, що вже знайшов широке застосування для виділення ацетилену з газів окисного піролізу метану [4].
Його перевагою в порівнянні з іншими розчинниками є більш висока поглинальна здатність і одночасна можливість порівняно легкої регенерації (у наслідок більш різкої залежності розчинності меркаптанів від температури) [4].
При 20 ºС і тиску 1,013∙105 Па в 1 м3 N-метілпірралідона розчиняється 4 м3 СО2. N-метілпірралідон не токсичний, і не віддає корозійною активністю. Недолік його, як і більшість розчинників застосованих для абсорбції діоксиду вуглецю – ретельне промивання газових потоків, що відходять, водою. Промивання здійснюють у колонах з ковпачковими або клапанними тарілкамипри досить малому співвідношенні вода – газ.
У процесі «Пурізол» і інших аналогічних процесах частина розчину безупинно відводять на ректифікацію разом із промивними водами. Для зменшення витрати тепла на ректифікацію і втрат розчинника газ, що очищується піддають попередньому осушуванню у тому ж абсорбері. Вихідний газ у зоні осушування промивають частиною насиченого абсорберу приділяється (до зони )
осушування) на десорбцію [4].
1.4.2 Очищення холодним метанолом (процес «Ректізол»)
Основною перевагою процесу очищення газу СО2 холодним метанолом є різке збільшення розчинності діоксиду вуглецю при зниженні температури. При цьому зменшується циркуляція розчину і зростає селективність розчинника[3]. Необхідний ступінь очищення може бути легше досягнуто шляхом зниження температури абсорбції, чим підвищення температури десорбції.
Проведення абсорбції при низьких температурах дозволяє розширити асортимент абсорбентів, використовувати для очищення найдешевші з них що не можуть застосовуватися при звичайній температурі через високий тиск насичених пар [3].
Розчинність СО2 у метиловому спирті при – 60,3 та 1,013∙105 Па дорівнює 74,9 см/г. Зі збільшенням парціального тиску СО2 до 5,07∙105-10,13∙105 Па розчинність СО2 у метанолі росте приблизно пропорційно тискові, а потім набагато швидше. У порівнянні з абсорбцією водними розчинами різних абсорбентів описуваний процес має перевагу, що полягає у відсутності повільної стадії діоксиду вуглецю. Швидкість процесу залежить лише від швидкості дифузії діоксиду вуглецю, що відносно повільно зменшується при зниженні температури [3].
Окремим випадком застосування метанолу є процес «Ректізол». Цей процес дуже економічний, однак недолік його полягає у відносній громіздкості технологічної схеми. Цей процес найбільш доцільний для очищення газів, що містять велику кількість різноманітних домішок [3].
- Очищення розчинами поташу
Карбонат калію, як і деякі інші солі вугільної кислоти, здатний оборотне взаємодіяти з діоксидом вуглецю:
К2СО3 + СО2 + Н2О = 2КНСО3 + 125,7 кДж. (1.4)
Процес поглинання діоксиду вуглецю відбувається при температурі 25-100°С. У промисловості два способи очищення СО2 пташем:
- абсорбція при температурі 25 – 40 °С;
- очищення гарячим розчином поташу [4].
Перевагу варто віддати другому способові, оскільки для поглинання вуглекислого газу використовується більш концентрований розчин поташу (до 40 %). Важливою перевагою процесу абсорбції при високих температурах є значне збільшення швидкості гідратації діоксиду вуглецю і, отже, швидкості абсорбції в цілому. Однак при цьому варто пам’ятати, що при нагріванні збільшується рівноважна пружність діоксиду вуглецю над розчином. Тому очищення гарячим розчином поташу доцільно сполучати з підвищенням тиску в системі. Встановлено, що швидкість абсорбції діоксиду вуглецю розчином карбонату калію лімітується хімічною реакцією, а не дифузією. Тому до складу розчину вводять добавки абсорбції, що збільшують коефіцієнт (сполуки селену, телуру, миш’яку, етанол аміни).
При температурі 115°С та зниженому тиску відбувається розкладання бікарбонату калію. Тому для регенерації розчину використовуються теплова десорбція [4].
Найбільш відпрацьованою в промисловості з використанням поташу з схема очищення технічного газу від СО2 в агрегатах синтезу аміаку великої потужності. Схема очищення (процес «Карсол») відрізняється гарними техніко- економічними показниками (низька витрата тепла, малі витрати на теплообмінні поверхні ) [5].
Спрощена технологічна схема процесу «Карсол» приведена на рисунку 1.3.
1 – двокорпусний абсорбер; 2 – сепаратори; 3 – гідравлічна турбіна; 4 – двокорпусний регенератор; 5 – кип’ятильник регенератора; 6 – теплообмінник; 7 – повітряний холодильник.
Рисунок 1.3 Схема очистки азотно-водяна суміш від СО2 розчином поташу в агрегаті синтезу аміаку великої потужності (процес «Карсол»).
Як поглинач використовують розчин наступної сполуки: 25 - 28 % К2СО3 – абсорбент, 1,9 діетаноламін – активатор, 0,4 % – V2O5 – інгібітор корозії. Абсорбція здійснюється під тиском 1,9 – 2,7 МПа за двопоточною схемою у насадочному абсорбері 1. Перший потік розчину (80 % усього розчину), що має температуру 100–103°С, подається на зрошення нижнього корпуса абсорбера. При цьому вміст СО2 у газі знижується з 17 % (об.) до 1,7 %(об.). Другий потік розчину, що має температуру 65 – 70 °С, подається на зрошення верхнього корпуса регенератора. Розчин стікає в низ по насадці і підігрівається парогазовою сумішшю, що надходить з нижньої частини регенератора. При цьому відбувається часткове розкладення бікарбонату калію й утворюється грубо регенерований розчин. 80 % цього розчину направляють через повітряний холодильник 7, на зрошення нижнього корпуса абсорбера 1, інший розчин у нижньому корпусі регенератора 4 і кип’ятильнику 5 регенерується прибільш високій температурі (у кубі регенератора підтримується тиск 0,07 МПа і температура не більш 119°С) і тонко регенерований («бідний») розчин, що утворюється при цьому, після охолодження використовується для зрошення верхнього корпуса абсорбера 1. З верхньої частини регенератора 4 приділяється парогазова суміш, що містить діоксид вуглецю і водяну пару [4].
Таким чином, за допомогою розчину поташу можна здійснити ретельне очищення газу від діоксиду вуглецю[4].
Більш економічна, очевидно, грубе одноступінчате поташне очищення газу з
наступним тонким очищенням розчином моноетаноламіну. Вміст СО2 у газі знижується при очищенні розчином поташу в двох скруберах до 2%, потім після абсорбції 18 – 20 %-ним розчином МЕА до 0,1 % СО2 і 6 см3/см3 H2S.
- Очищення миш’яково – поташними розчинами (процес «Джамарко – Ветрокк»)
Підвищення температури і добавки ДЕА при абсорбції гарячим розчином поташу прискорює процес, однак в остаточному підсумку це дозволяє лише незначно зменшити розміри апаратури. Було встановлено, що значно більш активними каталізаторами реакцій, що протікають при абсорбції СО2 і регенерації розчину, є сполуки тривалентного миш’яку [2].
Механізм процесів , що протікають при поглинанні кислих газів миш’яково-поташними розчинами і їхньої десорбції, вивчений не повністю. Один з варіантів можна представити в наступному виді:
6CO2 + 2K2AsO3 + 3H2O = 6KHCO3 + As2O3, (1.5)
CO2 + K2CO3 + H2O = 2KHCO3.
При регенерації рівновага цих реакції зрушується вліво [2]. Вивчено вплив різних добавок на швидкість абсорбції діоксиду вуглецю поташними розчинами в статистичних умовах у реакторі з електромагнітною мішалкою [2].
Найбільше прискорення процесу абсорбції спостерігається при вмісті до 30 г/дм3 As2O3. У цих умовах швидкість абсорбції збільшується в 2,7 рази в порівнянні зі швидкістю абсорбції розчином неактивованого поташу. Подальше підвищення концентрації As2O3 приводить до відносно збільшення, швидкості абсорбції, однак до вмісту 102 г/дм3 As2O3 (або 0,5 м) дія, що прискорює, As2O3 знижується по досягненні концентрації його в розчині 0,75 моль/дм3. Оптимальні умови: співвідношення миш’яку і калію в розчині [As]/[К] = 0.145, температура абсорбції 60 °С.
1 – абсорбер; 2 – агрегати мотор – насос – турбіна; 3 – експандери; 4 – теплообмінники; 5 –холодильник розчина; 6 – регенератор; 7 – насос; 8 – кип’ятильник; 9 – конденсатор; 10 – холодильник газу; 11 – колонна лужної очистки.
Рисунок 1.4 — Схема промислової установки очистки газу від СО2 миш’яково - поташним розчином
Зі збільшенням ступеня карбонізації розчину зростає дія, що прискорює, AS2O3. При миш’яково – поташному очищенні вміст СО2 в очищеному газі може бути знижене до 0,05 %, однак при тонкому очищенні помітно зростає витрата пари на регенерацію розчину, тому найбільше раціонально знижувати вміст СО2 до 1 %, але не нижче 0,2 – 0,5 %.
Економічність цього методу очищення значно зростає, якщо регенерацію розчину проводити продувкою його повітрям [2].
Схема промислової установки миш’яково – поташного очищення газу високотемпературної конверсії метану з наступним промиванням газу від СО2 рідким азотом приведена на рисунку 1.4. Швидкість газу в абсорбері близько 0,1м/с, загальна висота насадки 26 м.
Об’єм насадки регенератора 85 м3 на 100 м розчину, що регенерується, висота насадки (у зоні масообміну) близько 25 м [2].
Найбільш підходящим методом витягу СО2 з газів печей, що відходять, випалу вапняку є метод очищення за допомогою розчинів поташу, тому що даний метод має ряд позитивних особливостей, що дозволяють істотно знизити витрати тепла. Наприклад, при моноетаноламіновому очищенні приблизно 40 – 60 % тепла втрачається на підігрів розчину в наслідок недокуперації в теплообмінниках. При очищенні розчином поташу ця стаття витрати значною мірою (при глубокому очищенні - повністю ) відпадає. Крім того, при моноетаноламіновому очищенні 25 – 30 % тепла витрачається на розкладання сполук моноетаноламіна з діоксидом вуглецю. При поташному очищенні, як зазначено вище, ця величина зменшується в 2,5 рази, тому пару витрачають в основному лише на віддувку СО2 у десорбері, а також на покриття теплових витрат у навколишнє середовище .
Крім економії пари, очищення розчином поташу має інші переваги. Процеси абсорбційного очищення звичайно зв’язані з необхідністю охолодження конвертованого газу, що надалі знову повинен нагріватися (наприклад, при наступному метануванні), тому у випадку очищення поташним розчином зменшується витрата води на охолодження конвертованого газу, а також частково відпадає її витрати на охолодження розчинника. Крім того, знижуються витрати на абсорбент (у порівнянні з іншими методами очищення). Капітальні витрати знижуються головним чином за рахунок зменшення поверхні теплообмінної апаратури.
Також даний метод відрізняється високою швидкістю абсорбції, відносно невеликими габаритами апаратури і простотою експлуатацією.
- ФІЗИКО – ХІМІЧНІ ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
Метод очищення газів гарячим розчином поташу заснований на тім, що розчинність солей у воді зростає зі збільшенням температури, тому в процесі очищення можуть бути використані більш концентровані розчини. Оскільки розчинність солей калію у воді більше розчинності солей натрію, для абсорбції, застосовують розчин поташу [2].
Теплота розчинення СО2 у поташних розчинах приблизно в 2,5 рази нижче теплоти розчинення у водному моноетаноламіні і дорівнює 603,36 кДж/кг СО2. Тому що теплота розчинення визначає швидкість зменшення розчинності газу зі збільшенням температури, то розчинність СО2 у розчинах K2CO3 змінюється з температурою повільніше розчинності в моноетаноламіні [2].
Розчинність діоксиду вуглецю в гарячому поташі в більшому ступені залежить від тиску, чим у розчинах моноетаноламіна, тому регенерацію розчину варто проводити шляхом зниження тиску [2].
Основною перевагою ведення процесу абсорбції при високих температурах є значне збільшення швидкості гідратації діоксиду вуглецю й отже, швидкості абсорбції в цілому. Ці фізико - хімічні особливості дозволили здійснити такий процес очищення, у якому абсорбція і регенерація проводяться майже при однакових температурах, причому абсорбція протікає при підвищеному тиску, а
регенерація - при тиску, близькому до атмосферного [2].
Найбільш подібні значення про розчинність солей у системі K2CO3 – КНСО3 – Н2О приведені на рисунку 2.1 для 18 – 40 % - них розчинів K2CO3 при різному ступені перетворення карбонату в бікарбонат.
1 – ступінь перетворення 20%; 2 – те ж ,30 %; 3 – те ж, 40%; 4 – те ж ,60 %; 7– те ж, 70%; 8 – те ж 80%.
Рисунок 2.1 - Розчинність у системі К2СО3 – КНС03 – Н2О при різноманітній температурі та різноманітних ступенях перетворення карбонату в бікарбонат.
Температура розчину не повинна перевищувати температуру кипіння при атмосферному тиску. Максимальна концентрація поташу вибирається таким чином, щоб ступінь перетворення карбонату в бікарбонат до випадання осаду при цій температурі складала 80-90 % [2].
К2СО3 + Н2СО3 = 2КНСО3
К = [КНСО3]2/[ К2СО3]∙[ Н2СО3].
При цьому незв’язаний діоксид вуглецю знаходиться в розчині частиною у вільному стані (розчинений СО2), частиною в гідратованому (Н2СО3). З приведених малюнків випливає, що гранична концентрація поташу в робочому розчині не повинна перевищувати 40 %. На рисунку 2.2 приведені дані про розчинність СО2 у 20,30 і 40 % - них розчинах поташу [3].
а – у 20% розчині; б – у 30% розчині; в – у 40 % розчині ;1 – при 83,5°С ; 2 – при 94,6°С; 3 – при 105 °С; 4 – при 117 °С; 5 – при 128 °С; 6 – 140 °С; 7 – при 152°С.
Рисунок 2.2 – Розчинність СО2 при різних концентраціях поташу
Результати показують, що коефіцієнт масопередачі знижується зі збільшенням Р(СО2). Це свідчить про значну роль дифузії в рідкої фазі при абсорбції гарячим розчином поташу, тому збільшення рушійної сили абсорбції в газової фазі мало впливає на швидкість абсорбції [2].
Максимальна поглинальна здатність 40 % – нього розчину поташу при повному переході карбонату в бікарбонат дорівнює 90 м3/м3. Практично унаслідок використання поглинальної здатності карбонату на 70 – 80 % і неповній регенерації вона складає 28 – 35 м3/м3 (може коливатися від 20 до 50 м3/м3) [2].