ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Получение экзогаза основано на сжигании углеводородного сырья (топлива) с коэффициентом избытка воздуха 0,6...0,98 и последующей переработке продуктов горения. В зависимости от значения коэффициента избытка воздуха а дымовые газы могут иметь многокомпонентный состав и содержать СО, СОг, Н2, Н20, СН4, Ns и др.

Переработка продуктов сжигания заключается в их охлажде­нии и очистке от С02 и Н20. Атмосферу, состоящую из охлажденных и частично осушенных продуктов сжигания при а =0,9...0,98 и содержащую около 10 % СОг и примерно 2,4 % НгО, называют неочищенным бедным экзогазом. Такая атмосфера применяется в основном для снижения углеродного потенциала в цементацион­ных печах, продувки печей, отжига некоторых сплавов на медной основе и т.д. В зависимости от степени очистки и коэффициента избытка воздуха из продуктов сжигания могут быть получены бед­ный очищенный, богатый очищенный и богатый неочищенный экзогазы. В экзогенераторах газ сжигают в топках, а последующее охлаждение продуктов горе­ния производят в холодильниках контактного типа (скрубберах) или трубчатых теплообменниках. Топки генераторов обычно рабо­тают при некотором избыточном давлении (до 10...15кПа), равном сумме сопротивлений внутреннего тракта генератора, трубопро­водов от генератора до печей и газовых вводов. Для приготовления газовоздушной смеси применяют такие же смесители, как в эндо-генераторах (с мембранным устройством и поворотным стаканом), смесители инжекционного типа (инспираторы) и др.

В зависимости от требований к конечному влагосодержанию газа применяют различные методы осушки. Охлаждение проточной водой в трубчатых холодильниках и скрубберах (последние приме­няются также в тех случаях, когда нужно отмыть газ) обеспечивает содержание водяного пара, соответствующее температуре точки росы, примерно равной 15...20°С. Более глубокое охлаждение воз­можно при использовании фреоновых холодильников. Чтобы полу­чить экзогаз с отрицательной температурой точки росы, обычно используют колонки с адсорбентами.

Процессы адсорбции обратимы и избирательны. Поглощающая способность на границе газ — адсорбент обусловлена неуравнове­шенностью сил молекулярного притяжения. Поверхность адсор­бента — пористого вещества — очень велика, например, поверх­ность частиц силикагеля общей массой 1г достигает 500 м2. Адсорбция — экзотермический процесс. При определенном времени контакта адсорбента с газом наступает адсорбционное равновесие. Соотношение между концентрацией влаги в газе и адсорбенте при равновесии зависит от температуры и давления. Адсорбция уско­ряется при понижении температуры и повышении давления. На про­цесс десорбции эти же факторы влияют в обратном направлении. Десорбция применяется для восстановления поглотительной спо­собности адсорбента.

В качестве адсорбентов в экзогенераторах используют силикагель или активный оксид алюминия. Силикагель (продукт обезво­живания геля кремниевой кислоты) представляет собой стекло­видную массу с высокой однородной пористостью.

Зернистый адсорбент помещают в адсорберы — вертикальные теплоизолированные колонки, снабженные решетками для укладки зерен и водоохлаждаемыми трубами для отвода тепла после реге­нерации нагретым до температуры десорбции воздухом или готовым (осушенным) газом. Влажный газ на адсорбцию подается сверху вниз, а нагретый (регенерирующий) — в обратном направлении. При непрерывной работе генератора применяют два адсорбера: один находится на рабочем режиме, другой — на регенерации.

Очистку газов от СОг в экзогенераторах часто осуществляют жидкими сорбентами. В качестве поглотителя может использо­ваться водный раствор моноэтаноламина (МЭА), который образует с диоксидом углерода нестойкие соединения. в результате следую­щей реакции:

где R = СН2СН2ОН.

При кипении раствора (t= 105...140 °С) реакция проте­кает справа налево, СОг выделяется и удаляется. Регенерирован­ный раствор после охлаждения может быть вновь использован для абсорбции углекислоты. Следует отметить, что раствор моноэтано­ламина применяют также для очистки газа от сероводорода. Очистка моноэтаноламином производится в абсорбционных колон­ках, заполненных насадкой (в качестве насадки применяют фарфо­ровые кольца Рашига или высокоглиноземистые седла Берля). Газ движется снизу, а сверху по насадке стекает водный раствор моноэтаноламина. Для определения объема насадки можно вос­пользоваться соотношением

где х1,х2 — объемные доли СОг в газе до и после абсорбции соот­ветственно; Vг — расход газа, подлежащего очистке; Ка — коэф­фициент абсорбции С02 при среднелогарифмической движущей силе абсорбции ∆ра.

В последнее время получают распространение экзотермические генераторы, в которых очистка от СОг и одновременно глубокая осушка производится цеолитами или, как их иногда называют, молекулярными ситами. Такой метод очистки проще, чем очистка жидким сорбентом, а основанные на этом способе генераторы отли­чаются компактностью и сравнительно небольшими габаритами.

Цеолиты представляют собой полигидраты алюмосиликатов.