Переработка химических продуктов коксования как способ минимизации негативного воздействия на окружающую среду

Статья посвящена исследованиям по переработке поглотительной фракции каменно-угольной смолы в поглотительное масло для бензольных углеводородов. Улучшенное поглотительное масло характеризуется минимальным содержанием нафталина, что значительно повысит его сорбционную емкость и снизит выбросы нафталина в окружающую среду.

Коксохимическая промышленность обеспечивает ресурсами черную, цветную металлургию и ряд других производств, где необходимы топливо и восстановитель, а также является источником разнообразного химического сырья. Кроме кокса, продуктами коксохимии являются фракции каменноугольной смолы, сырой бензол и др. Технологии улавливания химических продуктов коксования, их очистки и переработки требуют постоянного совершенствова- ния, поскольку далеко не всегда соответствуют современным требованиям экологии и ресурсосбережения. Для улавливания сырого бензола используется поглотительная фракция камен- ноугольной смолы. Она содержит множество компонентов, основными из которых являются, нафталин, метилнафталины, аценафтен. Сорбцию бензола обеспечивает присутствие в поглотительном масле метилнафталинов, а нафталин обладает незначительными сорбционными способностями. Кроме того, при адсорбции бензола происходят значительные выбросы нафталина в атмосферу. Таким образом, поглотительное масло, получаемое при фракционировании смолы, низкого качества из-за высокого содержания (до 60 % масс.) в нем нафталина. Получение улучшенного поглотительного масла на основе поглотительной фракции каменноугольной смолы будет способствовать снижению выбросов нафталина в атмосферу и получению его в качестве товарного продукта, увеличению абсорбционной спо- собности поглотительного масла. Таким образом, процесс улучшения масла предполагает удаление из него нафталина.

Нафталин и метилнафталины обладают относительно близкими температурами кипения (218 °С, 241 °С, 245 °С), поэтому для выделения нафталина из поглотительной фракции каменноугольной смолы мы предлагаем азеотропную ректификацию. Согласно литературным данным, азеотропным агентом может служить капроновая кислота, которая образует азеотропную смесь с нафталином, а с метилнафталинами смеси зеотропны. Для создания ректификационной схемы производства улучшенного поглотительного масла, прежде всего, необходимо было изучить парожидкостное равновесие в бинарных системах, образованных компонентами изучаемой смеси. Это позволяет изучить закономерности ректификационного разделения в вычислительном эксперименте. Прогнозирование парожидкостного равновесия производилось с помощью групповой модели UNIFAC, а описание полученных псевдоэкспериментальных данных осуществлялось с использованием уравнения Вильсона, в результате чего были определены параметры бинарного взаимодействия веществ в исследуемой смеси (таблица 1). Зависимость упругости пара индивидуальных веществ от их температур кипения моделировалась уравнением Антуана. Результаты математической обработки - параметры уравнения Вильсона для всех двухкомпонентных систем исследуемой смеси были положены в основу расчета процесса ректификации.

Ректификационное разделение в вычислительном эксперименте принято было проводить на колонне периодического действия диаметром 1 м. Критерием параметрической оптимизации режима работы колонны служил минимум энергозатрат при заданном качестве продуктов разделения. Оптимизируемыми параметрами являлись: общая эффективность колонны (число теоретических тарелок)– NТ.Т, флегмовое число – R, продолжительность ректификационного разделения - ?. Перед нами были поставлены 2 задачи:
1. Удалить нафталин из поглотительной фракции с помощью азеотропной ректификации.
2. Провести регенерацию разделяющего агента.

Регенерация разделяющего агента будет проводиться также путем ректификации при изменении давления с 760 мм рт. ст. до 20 мм рт. ст. В ходе моделирования нами было выявлено, что азеотропная смесь капроновая кислота – нафталин при понижении давления обогащается капроновой кислотой (рисунок 1). При давлении 10 мм рт. ст. происходит инверсия, смесь становится зеотропной, и нафталин является низкокипящим компонентом. Исходя из этого, с целью минимизации расхода разделительного агента, было принято проводить разделение поглотительной фракции при давлении 20 мм рт.ст., т.е. смесь еще азеотропная и она максимально обогащена нафталином. Нами была предложена технологическая схема получения улучшенного поглотительного масла. Основной разделительный элемент – ректификационная колонна периодического действия, на которой попеременно реализуются процессы отделения нафталина и регенерации азеотропного агента. На первой стадии нафталин выделяется в виде азеотропной смеси с капроновой кислотой в дистиллят, а в кубе колонны

Список использованной литературы

1. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропные смеси.-С-Пб.: Химия, 1971.- 848 с.
2. Гарбер Ю.Н., Караваев Н.М., Зыков Д.Д. // Украинский химический журнал, Т. 21, вып. 2, 1955. - С. 177-179.