Сорбционные процессы

Очистка газов от диоксида углерода. 
Потребность в удалении этого 
вещества возникает в процессах низкотемпературного разделения воздуха, в 
производстве полиэтилена, при получении защитных атмосфер и иногда при 
очистке природного газа. В примере Р.24 мы показали, что из-за высокой 
концентрации диоксида углерода очистить топочный газ (сырье для 
получения защитного газа) в процессе с прямой регенерацией 
теплоносителем – газом невозможно. В трех других случаях исходная 
концентрация диоксида углерода достаточно низка (коэффициент 
распределения велик, предельная возможность значительна) и процессы 
очистки этих газов возможны (см. пример Р.23). Ниже рассмотрены 
особенности очистки воздуха перед его низкотемпературным разделением. 
Этот промышленный процесс предназначен для получения кислорода, 
азота и аргона. Его осуществляют ректификацией жидкого воздуха на 
«азотном» уровне температур (77 К). Поступающий на разделение воздух 
должен быть освобожден от паров воды и диоксида углерода – веществ, 
легко переходящих в конденсированное состояние и забивающих 

---

97 
аппаратуру. Требования производства к остаточному содержанию примесей 
таковы: вода не более – 70 º С по точке росы (1,9.10.
-3
г/м
3
), диоксид 
углерода не более 3 – 5 ppm. 
В воздухе, поступающем на разделение, содержится примерно 20 г/м³ 
воды и 0,03 об. % диоксида углерода (3.10
4
ppm). Степень очистки 
составляет: по воде – (20 – 1,9.10
-3
).100/20 = 99,99 % и по диоксиду углерода 
– (30000 – 5).100/30000 = 99,98 %. Это высокие степени очистки. 
Единственным 
типом 
адсорбента, 
обладающим 
большой 
поглотительной способностью и по воде, и по диоксиду углерода являются 
цеолиты. Вода прекрасно поглощается цеолитом в силу того, что это 
вещество является диполем, диоксид углерода - благодаря наличию у 
молекул квадрупольного момента. В паре «вода – диоксид углерода» вода 
всегда вытесняет диоксид. Вытесняющий эффект воды очень значителен. 
Условно можно считать, что диоксид углерода не адсорбируется до тех пор, 
пока в газе, пропускаемом через слой цеолита, содержание воды в газе не 
понизится до остаточного влагосодержания –50 º С. После этого начнется 
сорбция диоксида углерода: вначале конкурентная, а после того, как 
влажность газа упадет до – 70 º С и ниже, почти такая же, как его адсорбция 
из газа с полным отсутствием воды. 
Процесс одновременной осушки воздуха и очистки его в зернистом 
слое по соображениям, которые были приведены в предыдущем подразделе, 
проводят при повышенных давлениях; они равны 2 –20 МПа. Наличие 
сравнительно высоких давлений предъявляет дополнительные требования к 
качеству адсорбента, который должен обладать хорошей диффузионной 
проницаемостью. Этому качеству лучше других отвечают сравнительно 
широкопористые цеолиты марки NaХ. Однако выбор цеолита даже этого 
типа далеко не всегда обеспечивает успешное протекание процесса. 
Конкретную партию цеолита приходится подбирать в специальных опытах 
из мелко гранулированных (1,5 – 2 мм) партий адсорбента. 
Отмечают, что требуемая степень осушки газа обеспечивается легче, 
чем степень очистки. Поэтому кажется, что различия в степенях очистки 
(осушки) связаны с особенностями диффузионного переноса воды и 
диоксида углерода в структуре гранул цеолита. Для воды, видимо, 
характерен преимущественный перенос по поверхности транспортных пор в 
виде 
конденсированного 
потока. 
Транспорт 
диоксида 
углерода 
осуществляется только в объеме вторичных пор. Давление не оказывает 
влияния на поверхностную диффузию, но очень сильно подавляет диффузию 
в объеме. Поэтому цеолит хорошего качества – это цеолит с большим 
объемом вторичных пор. 
Технология и аппаратурное оформление совмещенного процесса 
осушки-очистки во многом подобно тому, что имеет место в процессах 
только осушки. Единственное отличие заключается в использовании в 
качестве регенерирующего агента не части осушенного воздуха, а азота, 
выходящего из установок низкотемпературного разделения. 

---

98 
Количество адсорбента определяют по сумме потребностей – 
т.е.количество адсорбента определяют отдельно для воды, отдельно для 
диоксида углерода. Расходы регенерирующих потоков находят из тепловых 
балансов того же вида, который был приведен для процесса осушки.