Показанный на рис. VIII-23 смеситель может иметь небольшие габариты и может быть установлен непосредственно на трубопро­ воде перед реактором. Поток из смесителя выходит с нестабилизировапным профилем осевой скорости, имеющим максимумы вблизи стенки трубопровода. Поэтому на выходе смесителя желательно установить перфорированную решетку, вызывающую обращение профиля [59], т. е. меняющую местами зоны максимальных и мини­ мальных скоростей. Растекание потока по решетке улучшает пере­ мешивание, газ перемещается из периферийной зоны трубопровода в центр.

При неравномерном распределении потока по слою катализатора в тех областях слоя, где газ движется с наименьшей скоростью, неизбежно повышается температура и начинают протекать побочные реакции. Это характерная особенность селективных каталитических процессов. Поэтому требования к распределению потока при селек­ тивном окислении окиси углерода значительно выше, чем для несе­ лективных процессов (гидрирования, конверсии окиси углерода и т. п.).

Большинство известных распределителей потока, применяемых в полочных аппаратах, подобных описанным в этой главе, не обеспе­ чивают достаточной степени равномерности. Для селективных ката­ литических процессов целесообразнее применять радиальные реак­ торы, в которых конструктивные размеры подобраны таким образом, что это позволяет добиться' практически равномерного распределе­ ния потока по слою катализатора.

2. ТОНКАЯ ОЧИСТКА ОТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ АДСОРБЦИИ

Тонкая очистка газа от двуокиси углерода необходима в техноло­ гических установках с глубоким охлаждением, например при про­ мывке газа от окиси углерода жидким азотом в производстве аммиака, при разделении воздуха, коксового и других газов.

Адсорбционный метод для дополнительной тонкой очистки газа можно применять после удаления основного количества С 02 одним из известных методов, например водной промывкой.

Теоретические основы процесса и технология адсорбции газов твердыми поглотителями подробно освещены в известных моногра­ фиях и статьях различных авторов [2, 3, 130—133], поэтому в насто­ ящей книге они не рассматриваются.

Исследована [134] адсорбция С 02 на силикагелях в широком интервале температур и давлений. Изучена также адсорбционная

Предложен [144] и экспериментально разработан [145] адсорб­ ционный способ тонкой очистки от СОо при низкой температуре

ратуре минус 40 — минус 50 °С, а десорбция — потоком инертного газа при низкой температуре и давлении, близком к атмосферному.

промышленных марок, а также синтетические цеолиты (молекуляр­ ные сита) (табл. VIII-11).

При адсорбционной очистке водорода в одинаковых условиях силикагели обладают значительно меньшей емкостью по С 02, чем активированные угли, из которых наиболее эффективен уголь марки СКТ (табл. VIII-12). Среди синтетических цеолитов наибольшую емкость по двуокиси углерода имеет цеолит [120 ] СаА (табл. VIII-13).

Изотермы адсорбции С 02 на цеолитах отличаются от изотерм адсорбции на угле более крутым начальным участком кривой, т. е. цеолиты характеризуются высокой адсорбционной емкостью в обла­ сти малых парциальных давлений (рис. VIII-24). Однако в процессе очйстки конвертированного газа при парциальном давлении дву­ окиси углерода 0,13 -105—,0,26-Ю6 Па синтетические цеолиты не имеют преимуществ перед активированным углем СКТ. Кроме того, десорбция СО2 при низкой температуре идет на цеолите значительно

Таблица VIII-12. Адсорбция СО2 различными адсорбентами при —42 °С

(в мг/г)

"

медленнее, чем на угле СКТ. При температурах выше О °С цеолиты обладают большей емкостью по С 02, чем уголь СКТ в широком интер­ вале давлений.

Таким образом, синтетические цеолиты типа СаА могут быть использованы для адсорбционной очистки газа от С 02 под давле­ нием и при температуре 15—20 °С, если содержание двуокиси угле­ рода в газе не превышает нескольких десятых долей процента. Регенерация адсорбента проводится при 250—350 °С.

Таблица VI11-14. Зависимость равновесного давления С02

над углем СКТ от температуры

Теплота адсорбции 1 хмоля С 02 при давлении 30,4• 105 Па соста­ вляет 17,5—20,3 кДж/моль.

Зависимость количества адсорбируемой С 02 при данном парци­ альном давлении от общего давления обусловлена главным образом адсорбцией других компонентов газовой смеси. Уравнение изотермы адсорбции компонентов из смеси имеет вид:

альное давление компонентов; аА, 61э b2 — коэффициенты-уравнений изотермы

адсорбции соответствующих компонентов.

Изотермы адсорбции в интервале парциальных давлений от 0,013• 105 до 0,532-105 Па могут быть описаны уравнением

А — KpQot (VI И,32)

Это уравнение удобно для расчетов и воспроизводит опытные данные с точностью 1—2%. Однако коэффициенты К и п , входящие в уравнение, зависят не только от температуры, но и от общего дав­ ления [145].

Применив потенциальную теорию адсорбции для обработки экспериментальных данных, авторы работы [125] показали, что

Таблица VII1-15. Коэффициенты уравнения (VIII,31) изотермы адсорбции С02 из смеси с водородом под давлением

уголь СКТ относится к первому структурному типу. Уравнение характеристической кривой, определяющее адсорбцию чистых ком­ понентов, можно применять только при общем давлении 0,98*105 Па (рис. VII1-26). Таким образом, использование характеристической кривой для расчета изотермических данпых при различных темпера­ турах и повышенном давлении не дает удовлетворительных резуль­ татов.

Рис. VI1I-26. Характеристическая кривая адсорб­ ции на угле СКТ, Р = 0,98 • 10б Па.

Количество С 02, адсорбированной активированным углем СКТ, свидетельствует о достаточно высокой эффективности адсорбента при рекомендуемых условиях. При температуре —42 °С и давлении 27,4*105 Па (28 кгс/см2) на 1 т угля можно очистить за один цикл от 8000 до 10 000 м3 азотоводородной смеси, содержащей 0,5—1,0% С 02. Степень очистки конвертированного газа при этом составит 99,8—100%, что соответствует остаточному содержанию двуокиси углерода не более 5 см3/м3 (табл. VII1-16).

Расход десорбирующего газа составляет 15—25% объема очи­ щенного газа (в зависимости от содержания С 02 в исходном газе).

Описанная схема рекомендуется для очистки конвертированного газа, содержащего до 1,5% (об.) С 02. Следует указать, что в про­ цессе адсорбционной очистки газовой смеси активированным углем СКТ возможно одновременное удаление из нее и окиси азота [148] (см. главу IX).

Рис. VIII-27. Принципиальная схема совмещения блока предварительного охлаждения агрегата промывки конвертированного газа от СО жидким азотом и тонкой адсорбционной очистки от С02 при низкой температуре:

Ниже приведена характеристика одного из промышленных агре­ гатов адсорбционной очистки газа от С 0о на активированном угле СКТ:

* В зависимости от содержания СО* в очищаемом газе.

ЛИТЕРА ТУРА

1. Wagman t). D. е. a., J. Research, 1945, v. 34, № 2, р. 143—156.

2.Справочник ааотчика. Т. 1. Под ред. Н. А. Сумгошна. М., «Химия», 1967. 491 с.

3.Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водо­ рода. Пер, с англ. Под ред. В. П. Семенова. М., «Химия», 1973. 245 с.

4.Томас Ч., Промышленные каталитические процессы и эффективные катали­ заторы., Пер. с англ. Под ред. А. М. Рубинштейна. М., «Мир», 1973. 335 с.

5.Schmidt J Verfahren der Gasaufbereitung. Leipzig, VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, 1970. 508 S.

т. 12, № 5, с. 1283—1289.

И. Фуреп Э. Л., Герпет Д. В., Семенова Т. А ., Хим. пром., 1972, № 4, с. 285— 289.

12. Weychert S-, Petryn / . , Przem. chem., 1971, v. 50, № 10, p. 643—647.

13.Маркина M. Я ., Воресков Г. if., Ивановский Ф. ГГ, «Кинетика и катализ», 1961, т. 2, № 6, с. 867—871.

14.Borgars D. Л , Bridger / . W., Chem. a. Ind., 1960, v. 68, № 47, р. 1426— 1432.

15.Tsuchimoto К. е. а.%«Коге кагаку дзасси» (J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sec.), 1969, v. 72, № 9, p. 1953-1957.

16.Mackinger Я ., Pangratz Я ., «Erdol und Kolile», 1970, Bd. 23, № 9, S. 588— 590.

17.Lehmann O. e. a., ChemTechn., 1975, Bd. 27, j\« 1, S. 30—32.

18.Tetner R., Przem. Chem., 1975, № 2, p. 91—96.

19.Семенова T . A . , Штейпберг Б. Я ., Хим. пром., 1968, Л® 9, с. 680—682;

Азотная пром., 1970, № 5, с. 22—27.

20.Катализаторы в азотной промышленности. Обзорная информация. М., изд. НИИТЭхим, 1974. 75 с.

21.Семенова Т. А ., Штейпберг Б. И., Черкасова Г. П., Авт. свид. № 216647; Открытия. Изобр. ПроМ. образцы. Товарн. знаки, 1970, № 14, с. 185; Те же, Авт. свид. № 228005; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1970, № 14, с. 186; Бельг. пат, 747357 (1970).

22.Семенова Т. А ., «Труды ГИАП», 1971, вып. И , с. 119—128.

23. Morita / . , Tsuchimoto Я ., «Нэнрё кёкай си», 1967, v. 46, № 487, р. 802—818.

24.Англ. пат. 1220860 (1971).

25.Пат. США 3546140 (1970).

26.Австрал. пат. 428299 (1972).

27.Joung Р. W., Clark С. И., Chem. Eng. Progr., 1973, v. 69, № 5, p. 69—74.

28. Campbell / . S ., Ind» Eng. Chem., Proc. Des. Develop., 1970, v. 9, № 4,

p.588—595.

29.Uchida Я . e. a., Bull. Chem. Soc. Japan, 1967, v. 40, № 8, p. 1981—1986;

«Кого кагаку дзасси» (J. Cliem. Soc. Japan, Ind. Chcm. Sec.), 1969, v. 72,

№10, p. 2195-2201.

30.Tsuchimoto К ., Morila / . , «Кого кагаку дзасси», (J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sec.), 1967, v. 70, № 9, p. .1473-1477.

31.Семенова T. A ., Маркина M. И., Штейнберг Б. И. В кн.: Методы исследо­ вания катализаторов и каталитических реакции. Под род. Л. М. Кефели.

Т.2. Новосибирск, изд. СО АН СССР, 1965, с. 346—357.

32.Ray N. е. а., «Technology», 1972, v. 9, № 4, р. 305—309.

33.Юрьева Т. М., Боресков Г. Я ., Поповский В. В ., «Кинетика и катализ», 1971, т. 12, № 1, с. 140—146.

34.Uchida II. е. a., Bull. Chem. Soc. Japan, 1968, v. 41, № 2, p. 479—485.

35. Юрьеав T. M., Боресков Г. К., Грувер В. Ш., «Кинетика и катализ», 1969, т. 10, № 4, с, 862 -868 .

36. Василевич А. А. идр. , «Кинетика и катализ», 1975, т. 16, № 6, с. 1571 —1577.

37.Ray N. е. a., J. Res. Inst. Catal., Hokkaido Univ., 1973, v. 21, № 3, p. 187— 199. '

38.Morita J. e. а., «Коге кагаку дзасси» (J. Chem. Soc. Japan, Ind. Chem. Sec.), 1970, v. 73, № 6, p. 1079—1082.

39.Семенова T. A ., Штейнберг Б. И., Будкина О. Г., Хим. иром., 1970, № 8, 592_594

40.Lombard J. Я., Hydrocarb. Ргос., 1969, v. 48, № 8, р. 111—116.

41.Приставко Е. В ., Шутов 10. М., Штейнберг Б. И. Авт. свнд. № 264358; Открытия. Изобр. Пром. Образцы. Товарн. знаки, 1970, № 9, с. 22.

42.Topsol Я ., «Nitrogen», 1974, JV° 91, р. 43—44.

43.Штейнберг Б. Я ., Семенова Т. А ., Авт. свид. № 394991; Открытия. Изобр. Пром. Образцы. Товарн. знаки, 1974, № 23, с. 185.

44.Bohlbro Я ., An Investigation on the Kinetics of the Conversion of Carbon Monoxide with Water Vapour over Iron Oxide Based Catalysts. Ed. 2nd. Copenhagen, Gjellerup, 1969, 135 p.

45. Щибря Г . Г., Морозов II. М., Темкин М. Я ., «Кинетика и катализ», 1965,

т. 6, № 6, с. 1057-1068, 1115-1117.

46.Чередник Е. М., Морозов II. М., Темкин М. Я ., «Кинетика и катализ», 1969, т. 10, № 3, с. 603-606.

51.Слинъко М. Г. Моделирование химических реакторов. Новосибирск, «На­ ука», 1969. 318 с.

52.Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М., «Наука», 1967. 491 с.

53.Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.—Л ., «Химия», 1966. 535 с.

с.1 5 -2 1 .

59.Идельчик И. Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. М.—Л., «Энергия», 1964. 287 с.

60.Аэров М. Э., Тодес О. М. Гидравлические и тепловые основы работы аппа­ ратов со стационарным и кипящим зерпистым слоем. М., «Химия», 1968. 510 с.

61. Генкин В. С., Дилъм и В. В., Сергеев С. Я ., Хим. пром., 1972, № 2, с. 140-143.

62.Сергеев С. 77., Дилъмап В . 7?., Генкин В. С., Инж.-физ. журн., 1974. т. 27, № 4, с, 588-595.

63.Дильман В. В ., Сергеев С. Я ., 7>/* и В. С., Теорет. основы хим. технол..

1971, т. 5, № 4 , с. 564—571.

64. Генкин В. 6’., Дильман В. Я., Сергеев С. 77., «Труды ГИАП», 1972, № 17,

с. 264—272.

65.Генкин В. С., Дильман В. Я., Сергеев С. Я ., Газ. дело, 1972, № 7, с. 10—13.

66. Боресков Г. К., Слинько М. 71., Хим. пром., 1956, № 2, с. 69—77.

67.Семенова Т. А. и др. Очистка технологических газов. М. «Химия», 1969. 392 с.

68.Власенко Я. 717., Каталитическая очистка газов. Киев, «Технша», 1973. 199 с.

69.Березина Ю. Я ., Новосельцев Б- 7\, Гаврилов Я. С., В кн.: Химия и техно­ логия азотных удобрении. Очистка газов. Вып. 16. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1965, с. 140-153.

70. Mills G. A ., Steffgen F. W., Catal. Rev., 1973, v. 8, № 2 , p .159 —210.

71.Алексеев A. 717., Егеубаев С. X ., Шишкова В. 77., Авт. свид. № 237115; Изобр., пром. образцы. Товарв. знаки, 1969, № 8, с. 15.

72.Галкина А . Я ., Крейнделъ А. Я ., Козлов Л. Я ., Авт. свид. N° 272283; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1970, № 19, с. 23.

73.Бутов В. В., Березина Ю. Я . , Семенова Т. А . , Авт. свид. № 284978; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1970, N° 33, с. 23.

74.Березина Ю. Я . и др., В кн.: Химия и технология азотных удобрении. Очистка газов. Вып. 17. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1972, с. 193—223.

75.Березина 10. 77., Мельникова И. 7\, Жигальцов К. Я ., Авт. свид. N° 434059; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1974, N° 24. с. 35.

76.Березина Ю. 77., Нечуева Л. 7\, Жигальцов К. II. В кн.: Химия и техноло­ гия азотных удобрений. Очистка газов. Вып. 17. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1972, с. 223-234.

77. Лалейкина Т. Н. , Семенова Т . А. , Маркина М. Я. Азотная пром., 1973, N° 3, с. 9 - 1 3 .

78.Platin. Metal. Rev., 1968, v. 12, № 1, p. 19.

79.Семенова T. А., Маркина 717. 77., Штейнберг Б. 77., Авт. свид. № 187736; Изобр., пром. образцы. Товарн. знаки, 1966, N° 21, с. 31.

83.Bousquet J. L., Gravelle Р. Ch., Toichner S . / . , Bull. Soc. chim. France. 1972, N° 10, p. 3693-3699.

84.Randhava S., Camara Я-, Rehinat A ., Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Develop., 1969, v. 8, N° 4, p. 347—352.

85.Слинько M. Г . и др., ДАН СССР, 1972, т. 204, N° 5, с. 1174-1177; т. 205, N° 5, с. 1142-1145.

86.Pour F., Coll. Czech. Chem. Comm., 1970, v. 35, № 7, p. 2203—2208.

91.Пат. США 3380800 (1968).

92.Франц, пат. 2057633 (1971).

93.Пат. ФРГ 1249835 (1967).

94.Фрапц. пат. 1460570 (1966).

95.Англ. пат. 1072674 (1967); 1171581 (1969).

98.Англ. пат. 1182738 (1970).

99.Англ. пат. 1233935 (1971).

100.Сокольский Д. В. и др., «Труды института химических наук АН Казахской ССР», 1965, т. 13, с. 174—201.

101.Козлов Л . И. и др., Авт. свпд. № 238069; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1969, № 9, с. 64.

102.Яп. пат. 7224354 (1972).

103.Рогинский С. 3. и др., ДАН СССР, 1971, т. 196, № 4, с. 872—873.

104.Пат. США 3433581 (1969).

105.Scvrirajan S., Accomazzo М ., Can. J. Chem., 1960, v. 38, № 10, р. 1990— 1998.

106.Чагунава В. Т. и др., Сообщ. АН ГрузССР, 1968, т. 49, № 1, с. 97—102.

107.Алексеева Г . Я. и др., «Труды института химических наук АН Казахской ССР», 1968, т. 22, с. 24—30.

108.Марголис Л . Я ., Гетерогенное каталитическое окисление углеводородов. Изд. 2-е. Л., «Химия», 1967. 363 с.

109. «Труды института химических паук АН Казахской ССР», 1968, т. 22,

179с.

110.Крылов О. В ., «Кинетика и катализ», 1962, т. 3, № 4, с. 502—508.

111.Пат. ФРГ 1206871 (1965); 2016055 (1970).

112.Пат. США 3216782, 3216783 (1965); 3631073 (1971); 3790662 (1974).

113. Brown М ., Green A ., Cohn G., Ind. Eng. Chem., 1960, v. 52, № 10, p. 841 — 844.

114.Andersen Я ., Green A ., Ind. Eng. Chem., 1961, v. 53, № 8, p. 645—646.

115.Oil a. Gas J., 1967, v. 65, № .16, p .166 —167.

116.Гаврилов В . С. и др., Авт. свид. № 197847; Изобр. Пром. Образцы. Товарн. знаки, 1967, № 13, с. 97; Сокольский Д . В . и др., Авт. свид. № 217389; Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, 1968, Ns 16, с. 20.

117.Англ. пат. 882563 (1962); 1034621 (1966).

118.Пат. ФРГ 1088944 (1960).

119.Пат. США 3224831 (1965).

120.Сокольский Д. В. и др., Изв. АН КазССР. Сер. хим., 1966, № 2, с. 42—49;

«Труды института химических наук АН Казахской ССР», 1965, т. 13,

с. 118—125.

121.Лилейкина Т. Н ., Семенова Т. А., Маркина М. И. В кН.: Химия и техно­ логия азотных удобрений. Очистка газов. Вып. 17. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1972, с. 251-255.

122.Пат. США 3224981 (1965).

123.Яп. пат. 19206 (1968).

124.Голл. пат. 7111354 (1972).

125.Третьяков И. И., Скляров А. В. В кн.: Процессы глубокого окисления. Под ред. О. В. Крылова. Всесоюзная конференция по кинетике каталитиче­ ских реакций. Новосибирск, изд. СО АН СССР, 1973, с. 77—87.

126.Фесенко А . В., Корнейчук Г. П ., Там же, с. 66—76.

128.Антонов В. Н., Лапидус А . С., Производство ацетилена. М., «Химия», 1970. 415 с.

129.Иванов Ю. В., Основы расчета и проектирования газовых горелок. М., Гостоптехиздат, 1963. 360 с.

130.Адсорбенты, их получение, свойства и применение. Труды III Всесоюзного совещания по адсорбентам. Л., «Наука», 1971. 280 с.

131.Адсорбция и адсорбенты. Респ. межвед. сборник. Киев, «Паукова думка», Вып. 1 — 1972. 138 с.; вып. 2—1974. 117 с.

132.Серпионова Е. Н ., Промышленная адсорбция газов и паров. М., Госхнм-

издат, 1969. 414 с.

133.Дубинин М. М ., В кн.: Получение, структура и свойства адсорбентов. М., Госхимиздат, 1959, с. 7—15.

134.Васильев Б. Н. и др., ДАН СССР, 1957, т. 114, № 1, с. 141—143.

135.Мирский Я . В., Митрофанов М. Г., Дорогочинский А . 3., Новые адсор­

136.Си^етически© цеолиты. Под ред. М. М. Дубинина. М., изд. АН СССР,

1962. 286 с.

137. Литвин Г -, «Металловедение и термообработка металлов», 1963, № 6,

с. 60—63.

138.Келъцев Я- Газ. пром., 1964, № 4, с. 51—55.

139. Боброва Л-, «Нефтепереработка и нефтехимия», 1963, № 10, с. 19—22.

140.Синтетические цеолиты, их применение в СССР и за рубежом. Вып. 4. М., изд. НИИ1Э*им, 1971. 41 с.

S.30—36. ^

144. " Зельвен е к и й Я . Д ., Авт. свид. № 110676 (1957); Бюлл. нзобр., 1958, № 2,

с. 14.

145.Зелъвенский Я. Д ., Харьковская Е. Я ., Хим. пром., 1960, № 4, с. 293—302.

146.Харьковская Е. Я ., Зелъвенский Я. Д ., В кн.: Химия и технология азотных удобрений. Очистка газа, Вып. 16. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1965, с. 77—91.

147.Харьковская Е. Я ., Зелъвенский Я. Д ., В кн.: Химия и технология азотных удобрений. Очистка газа. Вып. 16. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1965, с. 99—113.

148.Харьковская Е. Я ., Зелъвенский Я . Д ., В кн.: Химия и технология азот­

ных удобрений. Очистка газа. Вып. 16. М., изд. ОНТИ ГИАП, 1965, с. 114—

120.