Absorbeur de gaz

Source : Michael G. Benton et Kerry M. Dooley, département de génie chimique, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiane

Absorbeurs de gaz sont utilisés pour enlever des contaminants du flux gazeux. Plusieurs modèles sont utilisés pour accomplir cet objectif¹. Un garnissage colonne usages gaz et liquide flux exécutant contraires les uns aux autres dans une colonne emballée avec lâche, matériel d’emballage, tels que des céramiques, des métaux et matières plastiques, ou structuré d’emballage¹. Le garnissage utilise superficie créée par l’emballage pour créer un maximum de contact efficace entre les deux phases¹. Les systèmes sont de peu d’entretien et peuvent manipuler des matériaux corrosifs avec taux de transfert de masse élevée¹. Les colonnes de pulvérisation sont un autre type d’amortisseur, qui utilise constamment en contact direct entre les deux phases, avec gaz se déplaçant vers le haut et le liquide pulvérisé vers le bas dans le flux de gaz¹. Seulement, ce système comporte un stade et des taux de transfert de masse pauvre, mais est très efficace pour les solutés avec haute solubilité d’un liquide¹.

L’objectif de cette expérience est de déterminer l’incidence des variables dont le débit de gaz, débit d’eau et de dioxyde de carbone sur le coefficient de transfert de masse dans l’ensemble dans un absorbeur de gaz. Comprendre comment ces paramètres affectent CO₂ suppression permet d’enlèvement de contaminants d’être optimisée. L’expérience utilise une colonne d’absorption eau aléatoirement emballés contre-courant gaz. Huit fonctionne avec deux différents débits de gaz, liquide de débits et concentrations de CO₂ ont été utilisées. Au cours de chaque série, les pressions partielles ont été prises depuis le bas, milieu et haut de l’unité de la colonne, et les pressions partielles d’équilibre ont été calculées. Ces pressions ont ensuite été utilisées pour trouver le coefficient de transfert de masse, et les coefficients de transfert de masse ont été comparés aux valeurs théoriques.

Une unité d’absorption de gaz (Figure 1) utilise le contact avec un liquide pour enlever une substance d’un mélange de gaz. Masse est transféré depuis le mélange gazeux au liquide par absorption.

Figure 1 : Colonne d’absorption typique gaz.

Le coefficient de transfert de masse dans l’ensemble est la vitesse à laquelle la concentration d’une espèce se déplace d’un fluide à l’autre (équation 1).

(1)

Dans l’équation 1, G_s est le débit molaire de gaz par la section transversale de la colonne, p_Ag est la pression partielle de CO₂, p^*_A est la pression en équilibre avec p_Ag, a est la surface interfaciale ou » surface utile » (une fonction de l’emballage de la colonne), z est la hauteur de l’emballage, et K,_G est le coefficient de transfert de masse globale à mols / (pression x surface interfaciale x temps). Transfert de masse dépend des coefficients de transfert de masse dans chaque phase et le montant de la zone d’interface disponible dans l’absorbeur. Loi de Henry ou loi de Raoult s’applique pour approcher les pressions partielles. Ils sont deux lois qui décrivent la pression partielle d’un composant dans un mélange et sont utilisés ensemble pour décrire complètement le comportement du mélange à la limite de la relation d’équilibre de vapeur-liquide. L’objectif d’une colonne d’absorption de gaz est de contrôler la pression partielle effluent contaminants. Un solvant liquide circule à contre-courant dans le flux de gaz pour éliminer les contaminants par l’intermédiaire de transfert de masse convectif. Le transfert de masse dans l’ensemble d’une colonne à garnissage contre-courant l’eau est mesuré dans cette étude pour déterminer les effets de la concentration de gaz CO₂ débit d’eau et débit de gaz. Les coefficients seront ensuite comparées aux valeurs théoriques.

L’expérience utilise une colonne d’absorption eau aléatoirement emballés contre-courant gaz. La colonne est dotée de 34 cm de selles berl 13 mm avec 465 m2/m³ (en vigueur) superficie. La pression à l’entrée du système est d’environ 1,42 bar avec une température d’environ 26 ° C et vannes à l’entrée et la sortie de la colonne de laisser le gaz s’échapper. Un spectromètre « Oxy Baby » Infra-rouge, directement relié à l’appareil à divers endroits, mesures de gaz composition et réservoirs de gaz pur sont utilisées pour l’étalonnage.

1. fonctionnement de l’absorbeur de gaz

1. Mettez sur le maître et fermer la vanne de régulation permettant de contrôler la quantité d’eau dans la colonne
2. Ouvrir complètement la vanne de débit d’air et le réglage des soupapes de pression dans la colonne.
3. Régler le débit d’air au niveau souhaité (utiliser un minimum de 20 L/min et augmentation au besoin) et la pression de la colonne la valeur ~ 1,4 bar à 25° C, en utilisant le réglage des soupapes de pression.
4. Commencer le débit de gaz carbonique à ~ 4 L/min.
5. Régler le débit d’eau à ~ 75 L/h et d’ajuster le niveau d’eau pour conserver une hauteur constante. Ajuster si nécessaire lors de l’exécution afin d’assurer une hauteur constante.
6. La pression de partielle de CO₂ à la base, le centre et la tête de la colonne à l’aide de que la pression robinets et le spectromètre infrarouge de l’échantillon.
7. Effectuer huit pistes différentes, à l’aide de deux débits de gaz différents débits liquide et les concentrations de CO₂ . Cela permettra de déterminer les variables les plus importantes.
8. Permettre au système d’atteindre équilibre lorsque n’importe quel débit est altérée. Généralement, cela prend 30-45 min.

Pressions partielles sont tirées de chaque essai. Coefficients de transfert de masse ont été calculées à partir de ceux-ci et par rapport aux valeurs prédites (Figure 2). Les valeurs prédites découlent de la marge calculée pour l’absorbeur (voir référence 2 pour un examen approfondi de la marge). Les lignes pleines représentent les valeurs calculées à l’aide de la ligne d’opération, tandis que les triangles représentent les valeurs de coefficient de transfert de masse expérimentale. Intervalles de confiance pour les valeurs du modèle et le coefficient de transfert de masse moyenne ont été tracées avec des lignes en pointillés. Ces valeurs ont été comparées pour déterminer comment les paramètres expérimentaux (débit du liquide, débit de gaz et pression partielle de CO₂ ) affecté du coefficient de transfert de masse dans l’ensemble. Ces conditions d’utilisation, taux d’écoulement liquide seulement avait un effet statistiquement significatif sur le transfert de masse par rapport à l’intervalle de confiance. Les résultats ont montré que débit de gaz et se nourrissent de composition n’avaient peu ou aucun effet sur le coefficient de transfert de masse.

Figure 2 : Modèle des valeurs prévues et réelles du coefficient de transfert de masse.

Les valeurs de K_G théoriques pour une haute (30 L/min) et faible (20 L/min) ont été calculées à partir des corrélations de coefficient de transfert de masse et sont présentés sous forme de lignes bleues et vertes, respectivement, à la Figure 3. Les valeurs expérimentales de K_G à divers débits liquides ont comploté contre les valeurs théoriques et des tendances similaires, vérification de la dépendance à l’égard de K_G débit du liquide. Les valeurs théoriques ont montré une variation se situe entre les valeurs expérimentales, attribuables à des erreurs expérimentales mineures.

Figure 3 : Une représentation graphique de la valeur expérimentale par rapport aux valeurs théoriques.

L’objectif de cette expérience était d’utiliser les facteurs de débit de gaz, débit d’eau et de dioxyde de carbone afin de déterminer le coefficient de transfert de masse dans l’ensemble dans un absorbeur de gaz. L’expérience a utilisé au hasard GUNT CE 400 eau contre-courant gaz absorption colonne à garnissage. Huit fonctionne avec deux différents débits de gaz, les taux de débit des liquides et des concentrations de CO2 ont été effectuées. Pressions partielles ont été tirées de la bas, milieu et haut de l’unité de la colonne, et ces pressions ont ensuite été utilisées pour trouver le coefficient de transfert de masse.

Ces conditions d’utilisation, seulement le débit du liquide avait un effet statistique significatif sur le transfert de masse par rapport à l’intervalle de confiance pour les conditions données. Le processus est le transfert de masse de phase liquide contrôlé. Facteurs liés au gaz tels que la concentration de CO₂ et de la vitesse d’écoulement de gaz n’aura peu ou aucun importance.

Absorption de gaz est un mécanisme important pour la sécurité dans la production de chlore³. En fonctionnement normal, absorbeurs de gaz traitent toutes les fuites constamment présents. Le lancement d’une opération de chlore doit être traité jusqu'à ce qu’il fabrique un produit exempt de gaz. En cas de panne dans le processus, absorbeurs doivent être utilisés pour traiter le gaz qui a été produit. En outre, quelle nouvelle forme de fuites, l’unité d’intervention d’urgence principale est les absorbeurs de gaz veille. Unités de traitement sont primordial dans ces conditions d’exploitation, car ils aident à créer un environnement sécuritaire lorsqu’ils traitent avec un produit dangereux³.

Raffinage du gaz naturel, tours d’absorption sont utilisés pour enlever des liquides de gaz naturel de la phase gaz⁴. Une huile absorbante avec une affinité pour les liquides de gaz naturel élimine le liquide de la phase gazeuse, purifier le produit. L’huile avec des liquides de gaz naturel est alors ensuite purifiée pour récupérer les liquides, tels que le butane, pentanes et d’autres molécules. L’huile peut alors servir à nouveau pour le traitement.

L’absorption est également utilisée pour retirer les impuretés principales CO₂ et H₂S de gaz naturel de tête de puits, convertissant pour canalisation de gaz. Le processus utilise des amines aqueux ou glycols comme solvants à basse température (typiquement < 40 ° C)⁵.