Назад в библиотеку

Анализ условий работы оборудования для улавливания бензольных углеводородов

Автор: А. В. Аленичев, А. А. Завитковская, В.Н. Боровлев
Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Матерiали ХХII всеукраїнської наукової конференцiї аспірантів і студентiв. – Донецьк, ДонНТУ – 2012, Том 1

Аннотация

А. В. Аленичев, А. А. Завитковская, В.Н. Боровлев — Анализ условий работы оборудования для улавливания бензольных углеводородов В данной работе проанализированы условия работы оборудования для улавливания бензольных углеводородов. Рассмотрены меры для увеличения эффективности работы данного оборудования. Представлены обязательные условия, соблюдение которых гарантирует нормальную работу аппаратов.

Общая постановка проблемы

Бензольные углеводороды относятся к числу важнейших химических продуктов, которые получаются из коксового газа. Выход бензольных углеводородов из коксового газа составляет до 1,5 % на сухую массу шихты. Бензольные углеводороды используются для производства важнейших полупродуктов в промышленности пластических масс, синтетического каучука, волокон, моющих средств, красителей, фармацевтических препаратов. Основными потребителями бензола являются производства этилбензола, фенола и циклогексана.

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами осуществляется в скрубберах, устанавливаемых по газовой трассе после конечных холодильников. Основной задачей скрубберного отделения является обеспечение высокой степени выделения бензольных углеводородов из газа. Потери бензольных углеводородов в газе после скрубберов не должны превышать 1,8—2,0 г/м3 газа в зимний период и летом до 3,0 г/м3.

Внутренний объем скруббера заполнен насадкой. Назначение насадки — обеспечить большую поверхность контакта между газом и поглотителем (жидкостью).В коксохимической промышленности наибольшее распространение получили деревянная хордовая и металлическая спиральная насадки. Деревянную хордовую насадку изготавливают из сосновых реек толщиной 10—12 мм и высотой 100—120 мм. Рейки собирают в пакеты. Конфигурация пакетов подбирается такой, чтобы круг, составленный из пакетов перекрывал все поперечное сечение скруббера. Металлическая спиральная на¬садка изготавливается из стальной ленты шириной 10 мм и толщиной 0,2мм, которая закручивается в спиральные куски длиной 380 мм. Удельная поверхность такой насадки 130 м2/м3. Металлическая спиральная насадка имеет более сложную конфигурацию, чем хордовая, и поэтому быстрее, забивается осадками. В настоящее время в скрубберах применяется также плоскопараллельная насадка. В пакетах плоскопараллельной насадки металлические листы располагаются вертикально. Hа расстоянии 35—40 мм друг от друга. Жидкость стекает по поверхности листов в виде тонкой шишки. Газ движется противотоком к жидкости в пространстве между листами. Достоинством плоскопараллельной насадки является низкое гидравлическое сопротивление, что позволяет увеличить скорость движения газа. Пленочный режим движения жидкости и турбулентный режим движения газа обеспечивают высокий коэффициент массообмена.

Бензольный скруббер работает в сложных условиях, среди которых можно отметить химически-активные рабочие среды (коксовый газ, поглотительное масло), содержащие включения; пожаро-взрывоопасность рабочих сред; протекание комплекса технологических процессов – массобменные, теплообменные, гидромеханические; сложное напряженно-деформированное состояние ответственных деталей и узлов.

Все это вызывает ряд деградационных процессов, в результате которых характеристики аппарата в процессе эксплуатации изменяются. Причем эти процессы зачастую протекают по-разному, в разных частях скруббера.

С повышением концентрации бензольных углеводородов в газе возрастает их парциальное давление и движущая сила процесса абсорбции. При этом увеличивается содержание бензольных углеводородов в поглотительном масле в состоянии равновесия. При обычной концентрации бензольных углеводородов 35—36 г/м3 (1 % объемн.) равновесная концентрация их в масле не более 2,5—3% (объемн.) (при обычных условиях). При сжатии газа содержание в нем бензольных углеводородов возрастает пропорционально давлению. Это способствует увеличению скорости абсорбции и росту концентрации бензола в масле. Следовательно, повышение давления, т. е. сжатие газа, является одним из методов интенсификации процесса улавливания.

Оптимальной температурой улавливания считается 25-30°С. С повышением температуры улавливания давление паров бензола над маслом увеличивается, движущая сила абсорбции уменьшается, а равновесная концентрация бензольных углеводородов в газе после скрубберов увеличивается. Насыщение поглотительного масла бензолом снижается, а потери их с газом увеличиваются. При температуре ниже 10°С вязкость поглотительного масла резко возрастает, что затрудняет его подачу на скруббер и равномерное распределение по насадке скруббера, что резко ухудшает процесс улавливания. При этой температуре из масла могут выпадать осадки, которые загрязнят насадку и увеличит сопротивление скруббера.

Содержание бензольных углеводородов в масле, поступающем на улавливание, должно быть не выше 0,2 % для солярового и 0,3–0,4 % (объемн.) для каменноугольного. Уменьшение этого количества связано с увеличением расхода пара на десорбцию бензольных углеводородов из масла, с уменьшением в сыром бензоле отгона до 180 °С, увеличением выхода сольвент-нафты и потерь масла. Чем выше концентрация бензола в поглотительном масле, поступающем на улавливание, тем больше упругость его паров над маслом и, следовательно, равновесная концентрация в газе.

Для эффективной работы скруббера необходимо обеспечить определенную поверхность орошения и продолжительность контакта между газом и маслом. Оптимальной величиной, обеспечивающей удовлетворительное улавливание бензольных углеводородов, является норма поверхности 1,1 – 1,3 м2/м3 газа в час. При этом величина потерь бензольных углеводородов с обратным газом не должна превышать 2 г/м3 газа.

Поверхность насадки должна быть чистой, чтобы газ и масло равномерно распределялись по сечению скруббера. Между газом и маслом должен соблюдаться строгий противоток, в результате чего газ с большим содержанием бензола встречается с маслом, имеющим также повышенную концентрацию бензола. В верхней части скруббера газ содержит мало бензола, он орошается свежим маслом, также содержащим мало бензола, и соответственно имеет большую поглотительную способность.

Таким образом, для улавливания бензола из коксового газа требуется соблюдение следующих условий: минимальное содержание бензола в масле, поступающем на улавливание; оптимальная температура улавливания; достаточное количество масла; противоток газа и масла; обеспечение требуемой поверхности насадки и равномерность её орошения для создания необходимого контакта между газом и маслом. Эти технологические требования необходимо обеспечивать на протяжении всей эксплуатации скруббера, в условиях протекающих деградационных процессов.