Электродиализатор для регенерации органических абсорбентов углекислого газа
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0„„) 233894
15114 B 01 D 13/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /
К АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3771768/23-26 (22) 17.07.84 (46) 30.05.86. Бюл. № 20 (71) Кубанский государственный университет (72) В. И. Заболоцкий, В, П. Королев, Ю. Н. Омельченко, Н. П. Гнусин, Л. И. Гаврилов, Г. 3. Нефедова и Ю. Г. Фрейдлин (53) 621.359.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 108568, кл. С 10 К 1/02, 1969.
Авторское свидетельство СССР № 707590, кл. В 01 D 13/02, 1977. (54) (57) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ДЛЯ
РЕГЕНЕРАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ АБСОРБЕНТОВ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА на основе алканоламинов, включающий корпус, патрубки ввода и вывода абсорбента, анод и катод и расположенные между ними ионообменные мембраны, отли кающийся тем, что, с целью повышения выхода по току и производительности процесса при регенерации абсорбснта, содержащего менее 0,5 моль
СО/моль амина, электродиализатор содержит чередующиеся биполярные мембраны, обращенныс катионообмснной стороной к катоду, и мембраны, выполненные из параллельных чередующихся участков катионита и анионита, расположенных в поперечном сечении мембраны, прн содержании компонента в мембране 20 — 40%.
1233894
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 аммиака, очистка конверторных газов, газов коксохимического производства и нефтеперерабатывающей 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 СО /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 — 40Я. Биполярные мембраны 7 ориентированы катионообменной стороной к катоду 2. Анионообменная сторона биполярной мембраны 7 и смещенная мембрана 8 образуют камеры деминерализации 11. Камеры, образованные смешанной мембраной 8 и катионообменной стороной биполярной мембраны 7, образуют камеры концентрирования 12 для углекислого газа.
Электродиализатор работает следующим образом.
Прошедший 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- (НСО ) и карбонат-(СО ) анионов через анионообменные 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 в камеры концентрирования 12, в которых устанавливается динамическое равновесие
Н + RNHCOO КМН + СО
Н + НСОз -= — Н СОз — Н О + СО
Н + КМН =- КХНз
Образовавшиеся аммониевые катионы (RNHg) под действием постоянного электрического поля переносятся через катионо5
1О
IS
2S обменные участки смешанной мембраны 8 обратно в камеру деминерализации !1, где ионы гидроксила переводят абсорбент в основную форму
КМН + OH МНаОН
Известно, что в зависимости от степени карбонизации состав сорбционного раствора меняется следующим образом: при стемоль СО пенях карбонизации 0 менееС!5 моль амина содержание карбамат иона уменьшается до
10,8Я, а бикарбонат иона увеличивается до 89,2Я. Таким образом, при О (: 0,5 моль СО основным переносчиком уг моль амина лекислоты является карбамат-ион. Применение смешанной мембраны совместно с биполярной позвол яет осу ществл ять перенос анионов (RNHgCOO, НСОз, СОз) из камеры деминерализации и катионов (КИНА) 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 СО
0,5 основным переносчиком газа моль амина явл яется ион НСО, который взаи модействует с Н генерируемым биполярной мембраной
H + НСОз — Н СО; < — H>)0 -+ СО
При этом ионы сорбентов в переносе через ионообменную мембрану участия не принимают. Поэтому при степенях карбонизации более 0,5 моль СО /моль амина нецелесообразно применять смешанную мембрану.
Пример. Регенерацию 5О-ного раствора моноэтаноламина со степенями карбонизамоль COг ции 0,3 — 0,5 проводили в десямоль амина тикамернсм аппарате, состоящем из винилпластового корпуса 1, катода 2 и анода 3 из нержавеющей стали, чередующихся биполярных мембран МБ — 3 7 и смешанных мембран 8, содержащих 10, 20 и 40О,, 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—
5 А 2
В таблице представлены результаты электродиализной регенерации 5Я-ного раствора моноэтансламина предлагаемого аппарата и известного.
Как видно из таблицы, выход по току в расчете на выделившийся газ в предлагае1233894 гаемый электродиализатор (смешанмбрана + биполярная мембрана) Известный электродиализатор
Плот ност
Удельная проВыход в расчете по току на вытока, A/äì
Выход по току в расчете на выде— лившийся газ, i: изводительность и Со и-", ч ая производисть, делившийся газ, 7 при степени карбонизации
0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5
0,5 0,3 0,4 0,5
8 9 10 11 12 13
Смешанная мембрана (402 ЕУ вЂ” 2)
0,5 0,007 0,008 0,009 16,5 20,1 20,5 О О 0,001 0 О 2,39
1,0 0,017 0,022 0,024 19,8 26,6 28,2 G 0,001 0,014 О 1,20 16,6
1,5 0,031 0,040 0,041 24,7 32,0 32,6 О 0,006 0,035 0 4,79 27,9
Смешанная мембрана (20i: ЕУ-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 (10Я ЕУ-2)
0 5 О 0,0002 0,001 О 0,4 2,5
1,5 О О 0013 О 015 О 1,6 17 4
1,5 О 0,006 0,037 О 5,1 29,2
Смешанная мембрана (407 ЕУ-2) Данные нестабильны в связи с разогревом раствора и деструкцией мембран
Составитель Г. Гуменюк
Техред И. Верее Корректор А. Ференц
Тираж 663 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. 4 5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4
Редактор А. Гулько
Заказ 2676/4 мом аппарате при содержании катионита
КУ вЂ” 2 в смешанной мембране 10о практически имеют ту же величину, что и в известном аппарате. При повышении содержания катионита КУ вЂ” 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 вЂ” 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 катион ита
КУ вЂ” 2 менее 20% снижается выход по току и удельная производительность в расчете на выделившийся газ вследствие несбалансированности потоков анпонов через анионообменные участки и катионов через соответствуюгцие катионообменные участки смешанной мембраны, т.е. поток аммониевых катионов не обеспечивает вывод сорбента из камер концентрирования. При содержании
КУ вЂ” 2 в смешанной мембране более 40% не10 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.
