Моделювання двопотокового очищення газу від оксиду карбону (IV) розчином метилдіетаноламіну

The object of research is the stage of purification of process gas of ammonia production with a capacity of 1360–1500 t/day in a two-section plate absorber. The paper substantiates the possibility to replace the monoethanolamine (MEA) absorbent solution with the activated solution of methyl diethanolamine (aMDEA) on the example of the Ukrainian multi-tonnage production, working under the two-flow purification scheme. One of the most problematic areas is the lack of a mathematical model for the absorption of carbon monoxide (IV) by a new absorbent for two-flow purification schemes. In the course of the study, the method of compiling the material balance was used, which takes into account the peculiarities of the interaction of the aMDEA components with CO2, and numerical integration to calculate the number of plates.An algorithm for calculating material and heat balances for finely and roughly regenerated solutions has been developed and implemented in Excel. The algorithm and the program provide for multivariate calculations with varying concentration parameters for gas and solution and their temperature. Thermal calculations take into account the adiabatic heating due to the exothermic absorption reaction and determine the temperature of the solutions at the outlet of each part of the absorber. Analysis of the material balance calculations in comparison with the data on the MEA solution shows a decrease in the solution consumption by 5.5 % when using aMDEA, which will help to reduce the energy costs for pumping and regeneration. By kinetic calculation, the number of plates for the absorber was determined to be 13. With the number of 15 in a standard absorber, the calculated number of plates allows the gas to be purified to a content of 0.01 % CO2. An increase in the temperature of the solutions at the inlet to both sections by 10 degrees does not significantly affect the number of plates. Thus, mathematical modeling of a two-section plate absorber showed a real possibility of replacing an 18 % MEA solution with a 40 % aMDEA solution. It is proposed to implement this on existing equipment without changing the technological scheme.Объектом исследования является стадия очистки технологического газа производства аммиака мощностью 1360–1500 т/сутки в двухсекционном тарельчатом абсорбере. В работе обоснована возможность замены раствора абсорбента моноэтаноламина (МЭА) активированным раствором метилдиэтаноламина (аМДЕА) на примере украинского многотоннажного производства, работающего по двухпоточной схеме очистки. Одним из наиболее проблемных мест является отсутствие математической модели поглощения оксида углерода (IV) новым абсорбентом для двухпотоковых схем очистки. В ходе исследования использовались метод составления материального баланса, который учитывает особенности взаимодействия компонентов аМДЕА с СО2, и численное интегрирование для расчета числа тарелок абсорбера.Разработан и реализован в среде Excel алгоритм расчета материального и теплового балансов по тонко и грубо регенерированным растворам. Алгоритм и программа предусматривают проведение многовариантных расчетов с варьированием концентрационных параметров по газу и раствору, и их температуре. Тепловые расчеты учитывают адиабатический разогрев за счет экзотермической реакции абсорбции и определяют температуру растворов на выходе из каждой части абсорбера. Анализ расчетов материального баланса по сравнению с данными по раствору МЭА показывает уменьшение расхода раствора на 5,5 % при использовании аМДЕА, что будет способствовать уменьшению энергетических затрат на перекачку и регенерацию. Кинетическим расчетом определено количество тарелок абсорберу равное 13. При количестве 15 тарелок в стандартном абсорбере расчетное количество тарелок позволяет проводить очистку газа до содержания 0,01 % СО2. Повышение температуры растворов на входе в обе секции на 10 градусов не влияет значительно на количество тарелок. Таким образом, математическое моделирование двухсекционного абсорбера показало реальную возможность замены 18 % раствора МЭА на 40 % раствор аМДЕА. Это предлагается реализовать на существующем оборудовании без изменения технологической схемы.Об’єктом дослідження є стадія очищення технологічного газу виробництва аміаку потужністю 1360–1500 т/добу в двосекційному тарілчастому абсорбері. В роботі обґрунтовано можливість заміни розчину абсорбенту моноетаноламіну (МЕА) активованим розчином метилдіетаноламіну (аМДЕА) на прикладі українського багатотоннажного виробництва, що працюють за двопотоковою схемою очищення. Одним з найбільш проблемних місць є відсутність математичної моделі поглинання оксиду карбону (IV) новим абсорбентом для двопотокових схем очищення. В ході дослідження використовувалися метод складання матеріального балансу, що враховує особливості взаємодії компонентів аМДЕА з СО2, та числове інтегрування для розрахунку кількості тарілок абсорберу.Розроблено та реалізовано в середовищі Excel алгоритм розрахунку матеріального та теплового балансів за тонко та грубо регенерованими розчинами. Алгоритм і програма передбачають проведення багатоваріантних розрахунків з варіюванням концентраційних параметрів по газу та розчину, та їх температурі. Теплові розрахунки враховують адіабатичний розігрів за рахунок екзотермічної реакції абсорбції та визначають температуру розчинів на виході з кожної частини абсорберу. Аналіз розрахунків матеріального балансу в порівнянні з даними по розчину МЕА показує зменшення витрати розчинів на 5,5 % при використанні аМДЕА, що сприятиме зменшенню енергетичних витрат на перекачування та регенерацію. Кінетичним розрахунком абсорберу встановлено кількість тарілок, що дорівнює 13. При кількості 15 тарілок у стандартному абсорбері розрахована кількість тарілок дозволяє проводити очищення газу до вмісту 0,01 % СО2. Підвищення температури розчинів на 10 градусів на вході в кожну секцію не впливає значимо на кількість тарілок. Таким чином, математичне моделювання двосекційного абсорберу показало реальну можливість заміни 18 % розчину МЕА на 40 % розчину аМДЕА. Це пропонується реалізувати на існуючому обладнанні без зміни технологічної схеми