Утилізація СО2 з димових газів котельної

 

Ці дані використовуються для подальших розрахунків.

Кількість води на зрошення холодного скрубера визначаємо з теплового балансу скруберу (втрати тепла не враховуємо):

 

                                                                              (5.1)

Тепло, що вноситься димовими газами, які мають температуру 110 °С, визначаємо за формулою:

 

  ,         (5.2)

 

де Vі – обсяг компонентів димового газу, м3/год (таблиця 5.1);

Cі – питома теплоємкість компонентів, кДж/(м3×град) (таблиця 5.2).

 

Таблиця 5.2 – Питома теплоємкість газів, кДж/(м3×град) [10]

Компонент	СО2	N2	О2	Н2О
	1,7090	1,2963	1,3188	1,5069
	1,6500	1,2953	1,3118	1,4997

 

кДж/год

Тепло, що потрапляє разом з водою при температурі 30 °С, дорівнює:

 

        ,                           (5,3)

 

де - питома теплоємкість води, кДж/(кг×град); 

=4,18 кДж/(кг×град) [10]

 

Тепло, що уноситься димовими газами при температурі 50 °С дорівнює:

 

          (5.4)

 

Тут необхідно попередньо визначити обсяг водяної пари у димових газах. Зміст водяної пари у повітрі при насичені та при тиску 745 мм.рт.ст. та температурі 50 °С дорівнює 82,94 г/м3 [10]. Приймаємо такий же влагозміст для димових газів. Тоді,

                                     ,                                        (5.5)

 

=12900×82,94×10-3=1069,92 кг/год,

 

де                                 ,                                                         (5.6)

 

=15000-2100=12900 нм3/год,

 

 нм3/год.

 

Розрахуємо величину :

 

=(1350×1,6500+10800×1,2953+750×1,3118+1331,463×1,4997)×50 =

=959869,25 кДж/год.

 

Тепло, що уноситься водою при температурі 30 °С дорівнює:

 

                                  ,                                (5.7)

 

де =4,18 кДж/(кг×град).

 

Режим рівняння теплового балансу:

 

2250685,8+125,4× mводи=959869,25+209×mводи,

 

(209-125,4)× mводи=2250685,8-959869,25,

 

 кг/год.

 

Щільність води r=1000 кг/м3. Тоді VВОДИ = 15,4404 м3/год.

Визначаємо розчинність компонентів димових газів у воді, враховуючи дані таблиці

 

Таблиця 5.3 – Розчинність газів у воді при температурі 50 °С та тиску 101325 Па [10]

Компонент	СО2	N2	O2
Розчинність нм3/м3	0,856	0,0096	0,0209

 

                                              ,                                                  (5.8)

де α – розчинність газів у воді, нм3/м3;

- об’єм води, м3/год.

 

=0,856×15,4404=13,220 нм3/год,

 

=0,0096×15,4404=0,148 нм3/год,

 

=0,0209×15,4404=0,323 нм3/год.

 

Отримані дані зводимо у таблицю теплового балансу процесу охолодження димових газів водою.

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 5.4 – Таблиця теплового та матеріального балансу процесу охолодження димових газів водою

Добуток					Витрата
Статті	нм3/год	%об	кг/год	% мас	Статті	нм3/год	%об	кг/год	% мас
Димові гази, у тому числі   СО2 N2 O2 H2O	1350 10800 750 2100	9 72 5 14	2651,786 13500 1071,429 1687,5	14 71,4 5,6 9	Димові гази, у тому числі   СО2 N2 O2 H2O	1336,7 10799,85 749,48 1331,463	9,4 75,94 5,3 9,36	2625,82 13499,815 1070,686 1069,926	14,3 73,9 5,9 5,9
Разом	15000	100	18910,715	100	Разом	14217,575	100	1826,247	100
Вода на охолодження	-	-	15440,390	-	Вода зі скруберу	-	-	16084,858	-
Усього					Усього		34351,105

 

5.2 Матеріальний розрахунок процесу  абсорбції 

 

Абсорбція СО2 здійснюється карбонат – бікарбонатним розчином. У якості вихідного розчину використовується 20%-вий розчин карбонату калію, який у процесі многоразової циркуляції у циклі абсорбер – регенератор стає карбонат – бікарбонатним розчином (КБР). Приймаємо для розрахунку такий склад КБР (% мас): К2СО3 – 15, КНСО3 – 14,1, Н2О – 70,9. Щільність розчину – 1139 кг/м3 [10].

Концентрація СО2 на виході з абсорбера – не більш 2 % об.

Визначимо кількість поглинутого діоксину вуглецю:

                                       ,                                    (5.9)

 

 нм/год,

 

                                             ,                                        (5.10)

 

 кг/год.

 

Кількість карбонату калію, що йде на зв’язування 2067,134 кг/год СО2 визначаємо за рівнянням реакції:

 

                  К2СО3      +      СО2      +     Н2О      ®     2КНСО3                        (5.11)

138 кг/кмоль        44 кг/кмоль      18 кг/кмоль       2×100 кг/кмоль

 

138 кг  К2СО3   –   44 кг СО2;

             -    2067,134 СО2.

 

Звідси,    

 кг/год.

 

У результаті реакції утворюється бікарбонат калію. Його кількість визначаємо пропорцією:

 

                                       ,                                      (5.12)

 

кг/год.

 

Витрати води на зв’язування 2067,134 кг/год СО2 дорівнює:

 

кг/год,

 

Концентрація K2CO3 у розчині на вході у абсорбер дорівнює 171 г/л, на виході – 35 г/л [1]. Визначаємо ступінь використання карбонату калію:

 

                                       .                                   (5.13)

 

Визначаємо кількість карбонату калію, яка повинна міститися у розчині, з пропорції:

 

6483,284 кг/год   –     79,5%

          –     100%,

 

 кг/год.

 

У розчині міститься (% мас.): К2СО3 – 15; КНСО3 – 14,1; Н2О – 70,9(вихідні дані). Звідси:

 

кг/год,

 

 кг/год.

 

Загальна маса карбонат – бікарбонатного розчину складає:

 

                              ,                                   (5.14)

 

кг/год.

 

При щільності розчину 139 кг/м3 обсяг карбонат – бікарбонатного розчину складає:

 

                                                 ,                                              (5.15)

 

м3/год.

 

Визначаємо склад димових газів після абсорбції СО2 карбонат – бікарбонатним розчином враховуючи ступінь виробітки поташу у розчині 79,5%.

Кількість СО2 в очищених димових газах складає:

 

                                             ,                                       (5.16)

 

нм3/год.

 

Розчинністю N2 та O2 у КБР нехтуємо, так як вона незначна. Тоді,

 

                                   та                                       (5.17)

 

Кількість водяної пари у очищених димових газах визначаємо за величиною вологонасичення повітря при 70 ºС та 745 мм. рт. ст.. При цих умовах кількість водяної пари у повітрі складає 197,95 г/м3 [10].

 

                                        ,                                        (5.18)

 

нм3/год,

 

                                          ,                                   (5.19)

 

кг/год,

 

                         нм3/год.                         (5.20)

 

Визначимо склад карбонат – бікарбонатного розчину після процесу абсорбції СО2:

 

                                        ,                                   (5.21)

 

 кг/год,

 

                                                ,                                  (5.22)

 кг/год,

 

                

,                     (5.23)

 

 кг/год.

 

Складемо зведену таблицю матеріального балансу процесу абсорбції СО2 карбонат – бікарбонатним розчином.

 

Таблиця 5.5 – Матеріальний баланс процесу абсорбції

Добуток					Витрата
Статті добутку	нм3/год	%об	кг/год	% мас	Статті	нм3/год	%об	кг/год	% мас
Димові гази, у тому числі   СО2 N2 O2 H2Oпар	1336,78010799,852 749,48 1331,463	9,4 75,94 5,3 9,36	2625,820 13499,815 1070,686 1069,926	14,38 73,9 5,86 5,86	Димові гази, у тому числі     СО2 N2 O2 H2Oпар	284,421 10799,852 749,48 2915,099	1,93 73,23 5,08 19,76	558,684 13499,815 1070,686 2342,490	3,20 77,27 6,13 13,40
Разом	14217,575	100	18266,247	100	Разом	14748,852	100	17471,675	100
Карбонат – бікарбонатний розчин, у тому числі   К2СО3 КНСО3 Н2О			8155,074 7665,770 38546,316	15 14,1 70,9	Карбонат – бікарбонатний розчин, у тому числі     К2СО3 КНСО3 Н2О			1671,79 17034,834 36455,108	3,03 30,88 66,09
Разом			54367,16	100	Разом			55161,732	100
Усього			72633,407		Усього			72633,407

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. АЛГОРИТМ КОНСТРУКТИВНОГО РОЗРАХУНКУ АБСОРБЕРУ ДЛЯ УЛОВЛЮВАННЯ ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ

 

Розрахунок швидкості газу в колоні ведеться за формулою:

                                

,                                               (6.1)

 

де dk – діаметр ковпачка;

 – відстань від верхнього краю ковпачка до вище розташованої тарілки, м;

Н – відстань між тарілками.

 

                                                     ,                                                  (6.2) 

де – висота ковпачка.

 

Діаметр абсорберу розраховуємо виходячи із рівняння витрати:

 

                                                  ,                                                        (6.3)

 

де V – витрата димового газу при фактичних умовах, м3/год.

 

                                                                                         (6.4)

 

Приймаємо стандартний внутрішній діаметр обичайки абсорбера та уточнюємо дійсну швидкість газу в колоні.

Для ковпачкових тарілок віднос рідини розраховують за наступною залежністю [6]:

 

                              ,                                (6.5)

де Е – маса рідини, яка відноситься з 1 м2 робочої площі перерізу колони, кг/м2∙с;

 – динамічна в’язкість розчину, мПа∙с;

  – поверхневе натягнення розчину, мН/м.

Визначаємо відсотковий вміст К2СО3 у розчині.

Динамічний коефіцієнт в’язкості розчину розраховуємо за формулою [6]:

 

                                            ,                                              (6.6)

 

де – динамічний коефіцієнт в’язкості чистої рідини,

φ – об’ємна частка фази у суспензії.

 

Якщо поглинальний розчин уноситься, то

                                                          

,                                              (6.7)

де – загальний переріз колони, м2,

 

                                              

,                                                      (6.8)

 

Виходячи з залежності (6.5) [6] знаходимо hc.