Коксовый газ является высококалорийным топливом, используемым для технологических и энергетических целей, а так же важным сырьем для химических производств. Однако для использования в быту и большинстве случаев в промышленности необходима предварительная его очистка от сернистых соединений.
Улавливание сероводорода является завершающим процессом извлечения из коксового газа химических продуктов коксования и подготовки газа к его дальнейшему использованию. Необходимость очистки газа от сероводорода диктуется как стремлением максимально использовать ценные химические продукты коксования, содержащиеся в коксовом газе, так и необходимостью очистки обратного газа от сероводорода, препятствующего квалифицированному использованию его в металлургических процессах, так как сероводород в контакте с расплавленным или нагретым до высокой температуры металлом ухудшает его механические свойства. Наряду с этим сжигание коксового газа с высоким содержанием сероводорода ведет к образованию сернистого ангидрида, загрязняющего окружающую среду и вызывающего интенсивную коррозию металла.
В связи с этим требования к эффективности очистки определяются не только количеством извлеченного из газа ценного продукта, но и остаточным содержанием сероводорода в обратном газе. Существующие требования к очищенному от сероводорода газу допускают содержание в нем сероводорода не более 3,5 г/м3 при использовании газа в металлургических процессах(нагрев металла) и в качестве топлива. Однако из соображений снижения выбросов в атмосферу все более жесткими становятся требования очистки, до 0,5 г/м3 для процессов синтеза аммиака, вдувания коксового газа в доменные печи, эти требования достигают 0,02 г/м3.
При рассмотрении существующих способов очистки коксового газа от сероводорода пришли к выводу, что наиболее освоенными и рассмотренными в промышленности являются вакуум-карбонатные методы сероочистки, что обьясняется относительно низкой стоимостью и доступностью соды и поташа, а также менее жесткими требованиями к охлаждению газа и очистки его от смолы.
Поэтому в данный момент актуально усовершенствование уже существующих вакуум- карбонатных сероочисток, путем внедрения двухступенчатой схемы с совмещением первой ступени очистки с охлаждением коксового газа в конечном газовом холодильнике.
Для охлаждения коксового газа и извлечения химических продуктов применяются насадочные скрубберы, в которых газ и жидкость движутся противотоком. Эффективность работы таких аппаратов зависит от скорости газа и плотности орошения насадки. В процессах, осуществляемых при давлениях, близких к атмосферному, оптимальным гидродинамическим режимом является режим подвисания, обеспечивающий повышенную интенсивность тепломассопереноса при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении.
Режиму подвисания соответствует скорость коксового газа около 3-3,5м/с, однако из-за ограниченности напора газодувок и неустойчивости режима подвисания, легко переходящего в режим "захлёбывания" при колебаниях расхода газа, на коксохимических заводах практикуется плёночный режим работы скрубберов при скорости газа 0,8-1,2 м/с. По этой причине, а также из-за неравномерного распределения газа и жидкости в поперечном сечении, интенсивность тепломассопереноса в насадочных скрубберах сравнительно низкая. По данным исследований коэффициент массопередачи в промышленных абсорберах сероводорода в 2-4 раза меньше, чем в экспериментальных аппаратах. Установка перераспределительных устройств между секциями насадки с целью интенсификации процессов переноса не всегда приемлема из-за усложнения конструкции и увеличения гидравлического сопротивления.
Для решения этой проблемы нами предложено использовать аппарат с сегментными полками, в котором пространство между полками заполнено насадкой из гофрированных металлических листов с перфорацией, сложенных в пакеты с горизонтальными каналами для прохода газа. Жидкость равномерно распределяется полками по поверхности насадки и стекает с одного листа на нижерасположенный через отверстия в них в виде капель, многократно дробящихся и образующих дополнительную поверхность контакта фаз.
Интенсификация процессов переноса в таком аппарате достигается за счет равномерного распределения жидкости полками по всему объёму насадки, турбулизации потока газа при движении в горизонтальных каналах со скоростью 4-5 м/с, многократного увеличения поверхности контакта фаз между полками. Как показывают расчеты, при удельной поверхности металлической насадки до 120 м2/м3 и более, а коэффициент массопередачи в таких аппаратах в 2-3 раза больше, чем в обычных насадочных скрубберах.
При рассмотрении всех возможных путей совершенствования вакуум-карбонатной сероочистки, мы пришли к выводу, что в данный момент наиболее рациональной с экономической и с технической точек зрения является схема двухступенчатой вакуум-содовой сероочистки, с размещением первой ступени сероочистки в конечном газовом холодильнике. Двухступенчатая схема позволяет добиться очистки коксового газа до установленных норм-0,5 г/нм3, а также не нужны огромные инвестиции на внедрение новых методов очистки.
Также использование конечного газового холодильника в качестве абсорбера первой ступени позволяет эффективно охлаждать коксовый газ, и одновременно улавливать из него кислые компоненты и нафталин, при этом размещение насадки в нем, незначительно на 10-15% повышает его гидравлическое сопротивление. В качестве регенератора мы используем регенератор, разделенный в середине на две части перегородкой, что позволяет осуществлять регенерацию растворов с первой и второй ступеней сероочистки в одном аппарате, отсюда мы имеем сокращение расхода тепла на обогрев раствора и снижение гидравлического сопротивления. Для подогрева раствора внизу регенератора, используется низкопотенциальное тепло коксового газа, путем циркуляции теплоносителя в цикле первичный газовый холодильник-регенератор.
1. А.Ф. Гребенюк, С.А. Губанов Контактный тепло-массообменный аппарат с перектестно-противоточным движением газа и жидкости// 1 Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Химия и современные технологии"-с.102-103
2. А.Ф. Гребенюк, С.А. Губанов, А.С. Максименко Совершенствование технологии конечного охлаждения коксового газа//1 Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Химия и современные технологии"-с.118-119
3. Е.Ю. Гармата, А.Ф. Гребенюк Пути повышения эффективности вакуум-содовой очистки коксового газа от сероводорода. // VIII Всеукраїнська наукова конференцiя аспірантiв та студентiв "Охорона навколишнього середовища та рацiональне використання природних ресурсiв" . 14 - 16 квiтня 1998 року. Том 1, стр. 35-36.
4. А.Ф. Гребенюк, Е.Ю. Гармата, А.В. Милютин Исследование равновесия при абсорбции сероводорода из коксового газа и регенерации поглотительного раствора вакуум-содовой сероочистки//Кокс и химия.-1999.-№1-с.
5. А.Ф. Гребенюк, В.И. Коробчанский, Г.А. Власов Улавливание химических продуктов коксования. Учеб. пособ.-ч.1.-Донецк: Восточный дом, 2002.-228с.
6. А.Ф. Гребенюк, В.И. Коробчанский Об оптимизации схемы улавливания химических продуктов коксования//Кокс и химия.-1996.-№4-с.31-32.
7. В.И. Редин Совершенствование технологии очистки коксового газа от сероводорода// Кокс и химия.-1992.-№4-с.32-34.
8. А.Ф. Гребенюк Об использовании тепла надсмольной воды цикла газосборников// Кокс и химия.-2001.-№5-с.26-30.