Описание технологического процесса
технологический процесс очистки коксового газа состоит из следующих основных этапов:
- отсос коксового газа из газосборников коксовых печей;
- первичное охлаждение коксового газа с конденсацией смолы и аммиачной воды;
- сжатие и транспортировка коксового газа по газовым трактам и газовым аппаратам;
- очистка коксового газа от аммиака.
- очистка коксового газа от бензольных углеводородов
Основным сырьем для цеха улавливания является коксовый газ, который образуется в коксовом цехе в результате химических и физических изменений угля под воздействием высоких температур без доступа воздуха. При этом из угля выделяется первичный коксовый газ, состоящий из свободного кислорода, которые вступают в реакцию с углеродом и азотом угля.
В результате реакции образуется ряд углеводородов:
- насыщенных соединений с общей формулой СnH2n+2, представителем которых является один из главных компонентов коксового газа – метан – СН4;
- ненасыщенных или непредельных с уменьшенным содержанием водорода с общей формулой СnH2n, СnH2n-2 и др., представителями, которых являются этилен – С2Н4 и ацетилен – С2Н2.
Аммиак является продуктом соединения водорода и азота. Процесс образования аммиака в коксовых печах начинается при температуре в подсводовом пространстве около 500° и интенсивно протекает в интервале температур от 650 С° до 750 С°. При дальнейшем повышении температур подсводового пространства образование аммиака замедляется, а уже образовавшийся аммиак начинает разлагаться и переходить в цианистый водород НСN.
Содержание аммиака в коксовом газе при выходе его из печи составляет до 10 г/м³ (до конденсации части водяных паров и растворения в воде части аммиака), что составляет около 0,3% от веса сухой шихты.
В интервале температур от 350 °С до 550 °С выделяющиеся из угля фенолов, которые проходят вместе с коксовым газом через поры в коксе и через подсводовое пространство в стояки и газосборник.
Под воздействием высоких температур фенолы разлагаются с образованием бензольных углеводородов.
При температурах 650-700 °С пары смолы, находящиеся в коксовом газе, подвергаются термическому разложению в результате чего происходит образование тяжелых компонентов сырого бензола. Смола при этом становится более тяжелой.
В дальнейшем повышением температур в подсводном пространстве происходит частичная полимеризация бензольных углеводородов, в результате чего образуются более сложные соединения (нафталин и антрацен, состоящие из двух или трех бензольных колец).
Отсасываемый из коксовых печей коксовый газ до его очистки носит название прямого коксового газа. После очистки газа от химических продуктов газ, передаваемый потребителям, носит название обратного. Выход коксового газа из 1т. Сухой шахты составляет около 370 нормальных кубических метров (при температуре 20 °С и давлении 760 мм вод. Ст.).
В одном кубическом метре прямого коксового газа, выходящего из газосборника коксовых печей содержится, г/м³:
Пары воды 250 - 450
Пары смолы 80 - 120
Бензольные углеводороды 38 - 43
Аммиак 7 - 12
Сероводород 3,5 - 12
Цианистый водород 1,0 - 2,0
Нафталин 6 - 8
Пиридины 0,4 -0,6
Содержание химических продуктов, в %, в коксовом газе
| Н2 | СН4 | СnНn | СО | СО2 | О2 | N | Удельный вес при 20 ºС |
| 56-58 | 24-25 | 2-3 | 7-8 | 2-3 | До 1 | 3-5 | 0,45-0,50 |
Коксовый газ является высококалорийным топливо. Теплотворная способность коксового газа находится в пределах 4300-4500 калорий при 0 ºС теплотворная способность составляет 3900-4000 калорий.
Отделение конденсации предназначено для отсоса коксового газа из газосборников коксовых печей, его охлаждения до температуры, обеспечивающей конденсацию паров воды и смолы в максимальных количествах в первичных газовых холодильниках и дальнейшей транспортировки по газовым трактам завода на дельнейшую переработку в сатураторы сульфатного отделения.
В сатураторах сульфатного отделения происходит связывание аммиака серной кислоты в следствии чего газ очищается от аммиака до содержания NН3 до 0.03-0,13 г/м3. Процесс связывания аммиака сопровождается выделением тепла, которое поднимает температуру ванны сатуратора. Проходящий через слой раствора коксовый газ насыщается парами воды и уносит ее с собой в отделение конечного охлаждения газа и улавливания бензола.
Отделение конечного охлаждения коксового газа предназначено для осуществления двух основных процессов:
- Охлаждение коксового газа и очистка коксового газа от нафталина.
- Очистка коксового газа от бензольных углеводородов.
Процесс охлаждения и очистки коксового газа от нафталина.
Блок-схема и стадии процесса охлаждения и очистки коксового газа от нафталина
Блок-схема
|
Схема движения потоков воды, смолы отделения КОГ 
Технологическая схема дистилляции бензола
Холодильники, в которых охлаждается коксовый газ после сульфатного отделения, называются конечными газовыми холодильниками (далее КГХ) и располагаются по газовой трассе цеха улавливания перед бензольными скрубберами.
1.Стадия охлаждения коксового газа и очистки от нафталина.
Коксовый газ двумя потоками в количестве 60-90 тыс. м3/час поступает в нижнюю газовую часть конечных газовых холодильников № 1(3) первой очереди и № 2 второй очереди, где охлаждается оборотной технической водой энергоцеха. Вода с температурой 20-250С насосом подается на верх газовой части холодильника и охлаждает, восходящий с температурой 40-500С коксовый газ. Непосредственно соприкасаясь с циркулирующей охлаждающей водой, коксовый газ на выходе из КГХ имеет температуру 25-300С.
2.Стадия экстрагирования нафталина из воды.
На рис.1 приведена схема конечного охлаждения коксового газа с применением смолы для вымывания нафталина из воды.
При охлаждении коксового газа, одновременно с конденсацией водяных паров из него вымываются кристаллы нафталина. Вода с нафталином стекает по центральной трубе в нижнюю часть холодильника, служащего промывателем. В промывателе, на верхнюю полку периодически подается смола из отделения насосной конденсации с температурой 60-700С. Смола, соприкасаясь с водой, растворяет содержащийся в ней нафталин. В процессе работы, сопротивление КГХ повышается, что связано с забиванием плоскопараллельной насадки нафталином. С целью предупреждения забивания насадки холодильника и межтрубного пространства кожухотрубчатых холодильников воды замкнутого цикла, технологическая схема предусматривает промывку насадки КГХ и межтрубного пространства кожухотрубчатых холодильников смолой. Часть смолы, подаваемой в нафталинопромыватели, в количестве 3-5 мЗ/час подается на всас насосов и вместе с водой подается на КГХ, промывая таким образом от нафталина насадку холодильника и межтрубное пространство кожухотрубчатых холодильников. Проходя насадку КГХ, смола накапливается в нафталинопромывателе. В нафталинопромывателе смола подогревается в межтрубном пространстве выносных паровых подогревателей (по два подогревателя на один КГХ). Подогрев осуществляется за счет циркуляции восходящих потоков подогретой смолы и нисходящих потоков охлажденной. Объем промывателя позволяет производить отстой смолы от воды за 6-8 часов. Насыщенная нафталином смола с температурой 40-45оС выпускается в хранилище смолы.
3. Стадия отстоя смолы от воды
Отстоявшаяся от воды смола, подогретая наружным подогревателем до 60-700С насосом откачивается из хранилища смолы в газовый сепаратор, откуда попадает на механизированные осветлители насосной конденсации и далее в сборники смолы. Схемой также предусмотрен возврат смолы из хранилища в сборник смолы отделения насосной конденсации. Отстоявшаяся вода по верхнему переливу хранилища отжимается в отстойник воды от смолы и так же откачивается насосом в газовый сепаратор коксовой батареи №1.
4.Стадия охлаждения циркулирующей воды цикла КОГ.
Охлаждение воды цикла конечного охлаждения газа осуществляется в кожухотрубчатых холодильниках технической оборотной водой энергоцеха, а охлаждение этой воды происходит на градирне (двухсекционной). Результативность процесса определяется достижением разности температур между оборотной водой энергоцеха на входе в кожухотрубчатые холодильники и температурой циркулирующей воды цикла КОГ на выходе из КТХ. (разница не должна превышать 2-30С).
Вода из верхней части промывателя перетекает в отстойник V-500 м3, где окончательно освобождается от незначительного количества уносимой смолы и поступает в сборник воды 80 м3, откуда насосом подаётся на охлаждение в кожухотрубчатые холодильники и далее на конечный газовый холодильник т.е. находится в замкнутом цикле. Избыток воды откачивается в отделение насосной конденсации в отстойник воды от смолы.
Рис2. Конечный газовый холодильник.
Очистка газа от нафталина осложняется тем, что часть выпадающего из газа в твердом виде нафталина, уносится с газом из конечного холодильника в виде кристаллов и откладывается в газопроводе на участке от конечного холодильника до первого по ходу газа бензольного скруббера. Периодически, по установленному графику, газопровод промывают поглотительным маслом, которое закачивают насосами через форсунку в верхнюю часть газового стояка, расположенного на выходе газа из конечного холодильника.
Процесс очистки коксового газа от бензольных углеводородов.
Одной из основных задач отделения является обеспечение высокой степени выделения бензольных углеводородов из газа. Содержание бензольных углеводородов в газе на входе в отделение колеблется в пределах 38-46г/м3 и зависит от температурного режима коксовых батарей.
Остаточное содержание бензольных углеводородов в газе для данного типа скрубберов колеблется в пределах 4,5-6,5 г/м3 .
Блок-схема процесса: Стадии процесса:
|
|
1.Стадия улавливания бензольных углеводородов из коксового газа.
Очищенный от аммиака и охлажденный в конечном холодильнике до 25-300С коксовый газ поступает в два бензольных скруббера тарельчатого типа и последовательно проходит из одного скруббера в другой.
Освобожденное от бензольных углеводородов и охлажденное до 30-350С поглотительное масло из сборника обезбензоленого масла отделения дистилляции бензола насосом подается на верх скруббера №2 - последнего по ходу газа. Стекающее с него масло собирается в нижней части скруббера, откуда насосом подается на верх скруббера №1 - первого по ходу газа.
2. Стадия регулирования уровня масла.
Уровень масла в скрубберах №2 первой и второй очереди поддерживается автоматически регулирующим клапаном, установленным на нагнетании насосов первой и второй очереди. Уровень масла во вторых по ходу газа скрубберах можно так же визуально контролировать по уровнемерным стеклам, установленным на корпусе аппаратов.
Для улучшения эффективности улавливания бензольных углеводородов и увеличения плотности орошения газа, поступающего в скрубберы, установлены насосы рециркуляции поглотительного масла, подающие его на тарелки верхней и средней части скрубберов. Установлено по три насоса (два рабочих, один резерв) к каждому скрубберу. Производительность насосов 80-90м3.
Пройдя последовательных два скруббера, поглотительное масло насыщается бензольными углеводородами и по переливному маслопроводу стекает в сборник насыщенного бензолом масла «бензине».
3.Стадия перекачки поглотительного масла «бензине».
Из сборника «бензине», масло насосом подается в отделение дистилляции для извлечения из него бензольных углеводородов. Таким образом, в скрубберах достигается противоток между газом и маслом, при котором газ с наименьшим содержанием бензола орошается маслом также с наименьшим содержанием бензольных углеводородов.
Температура подаваемого на скруббер поглотительного масла должна быть выше температуры газа летом на 2-3 С, зимой на 5-7 С (согласно ПТЭ-2002). Количество подаваемого масла на скрубберы одной очереди должно составлять 140 мЗ/ч -160 мЗ/час при прохождении 30- 45 тыс.мЗ/час коксового газа по одной очереди.
Соприкасаясь с поглотительным маслом, газ освобождается от бензольных углеводородов и по двум ниткам газопроводов и направляется в цех сероочистки
Газовые и масляные коммуникации оборудованы задвижками, перекрытие которых позволяет выключить по газу и маслу любой из работающих скрубберов, не нарушая нормальной работы всего отделения.
В качестве поглотителя для улавливания бензольных углеводородов применяется каменноугольное поглотительное масло, являющееся продуктом переработки каменноугольной смолы. Оно должно удовлетворять следующим требованиям:
- иметь при низкой температуре высокую поглотительную способность к бензольным углеводородам, а при нагреве легко от них освобождаться;
- обладать физико-химической устойчивостью, обеспечивающей стабильность поглотительных свойств при длительной работе;
- иметь оптимальную вязкость при которой достигается равномерное и свободное стекание масла по тарелкам скруббера;
- не должно образовывать с водой эмульсий и легко отслаиваться от воды.
В процессе работы поглотительное масло претерпевает значительные изменения, в результате которых повышаются плотность, вязкость, снижается отгон, в масле появляется осадок, который засоряет насадку скрубберов. Изменение качества масла приводит к снижению результативности процесса улавливания бензола из газа и выделения сырого бензола из насыщенного масла.
Основные факторы, определяющие полноту улавливания бензольных углеводородов из коксового газа:
- плотность орошения восходящего потока газа (кол-во масла в единицу площади сечения скруббера),
- скоростью газа (объем газа) проходящего в единицу времени через единицу поперечного сечения скруббера.
- оптимальная температура процесса улавливания (25-30 С), когда поглотительное масло достаточно подвижное (не вязкое). Чем выше температура улавливания, тем выше давление паров бензола над маслом и меньше полнота извлечения его из газа.
- содержание бензола в масле, поступающем на скрубберы: чем ниже содержание бензола в масле, поступающем на улавливание, тем выше степень улавливания бензольных углеводородов из газа.