ОЧИСТКА КОКСОВОГО ГАЗА ОТ СМОЛЫ И НАФТАЛИНА
Б.Д. Зубицкий, С.Н. Дьяков, В.А. Чимаров, В.Г. Назаров, С.П. Симонов, В.И. Экгауз
Современные технологии улавливания химических продуктов коксования, как правило, предусматривают в своем составе сульфатных отделений. Аммиак улавливается из газа водой или раствором ортофосфатов аммония, десорбируется из растворов; его уничтожают каталитическими или термическими способами. Широкое распространение получили наиболее совершенные аммиачные – круговые и каталитические способы очистки коксового газа от сероводорода и цианистого водорода. Такое развитие технологии, основанное на непрерывных процессах, создало предпосылки для компьютеризации управления процессами обработки коксового газа, а также обеспечило выполнение требований в области экологии и условий труда.
В настоящее время эксплуатируются цехи улавливания химических продуктов коксования, представляющие собой комплексно-компьютеризированные агрегаты, управляемые двумя операторами из диспетчерского пункта. В этих цехах практически отсутствует загрязнение атмосферы. Вместе с тем внедрение непрерывных круговых процессов улавливания аммиака и аммиачных способов очистки газа от сероводорода и цианистого водорода потребовало более эффективного первичного охлаждения и очистки коксового газа от смолы и нафталина в отделении конденсации, чем это требуется при улавливании аммиака в сатураторах. При улавливании аммиака водой и сероводорода аммиачной водой в круговых процессах содержание смолы и нафталина в газе после нагнетателей не должно превышать соответственно 0,04 и 0,8 г/м3. Менее жесткие требования к содержанию нафталина в газе предъявляются при аммиачных окислительных способах очистки газа от сероводорода и круговом фосфатном способе очистки газа от аммиака, так как в этих технологиях процессы абсорбции происходят при 45 – 480С и при содержании нафталина в газе 0,2 г/м3 не возникает осложнений. При улавливании аммиака раствором орфтофосфатов аммония в абсорбционно-десорбционном контуре циркулирует 30 м3 раствора на 100 тыс. м3/ч коксового газа. Раствор при небольшом расходе очищается от примесей смолы, извлеченной из газа, отстоем или флотацией. Таким образом, практически не возникает осложнений при содержании смолы в газе после нагнетателей до 0,4 г/м3.
Процесс очистки коксового газа от смолы и нафталина исследовали в промышленных условиях первичного охлаждения газа до 30 – 200С в холодильниках с горизонтальными трубами, а также последующей промывки газа в скрубберах Вентури. Промывку осуществляли циркулирующей надсмольной водой в одну или две ступени при обмене цикла газовым конденсатом, освобожденным от смолы (содержание смолы в циркулирующей воде менее 2,5 г/дм3). Скрубберы работали в практически изотермическом или незначительном испарительном режимах (газ нагревался в скрубберах Вентури на 2 – 30С).
На ОАО «Кокс» (Кемеровский коксохимический завод) в межтрубное пространство холодильников с горизонтальными трубами подавали смоловодяную эмульсию обычным способом [1]. Для его упрощения провели отборы проб воды и надсмольной воды по высоте механизированного осветлителя объемом 650 м3 с целью определения наличия и толщины эмульсионного слоя воды со смолой; из этого слоя насосом подавали эмульсию на орошение наружной поверхности труб холодильников. Эмульсионный слой в механизированных осветлителях содержит от 20 до 25% смолы плотностью 1,17 – 1,19 г/дм3 и зольностью 0,4 – 0,5%. При подаче 5 – 7 м3/ч этой эмульсии на один холодильник отложений нафталина на трубах холодильников не наблюдали при охлаждении газа до 200С.
Определение содержания смолы и нафталина проводили по методике ВУХИНа[2]. Пробы газа отбирали до и после холодильников, до и после нагнетателей.
Известно, что смола в газе перед холодильником находится более чем на 90% в конденсированном состоянии. Капли смолы микронной величины имеют развитую поверхность и пары растворимых в воде органических соединений находятся с каплями смолы в равновесном состоянии [2]. При орошении наружной поверхности труб холодильника смесью смолы и надсмольной воды с этой поверхности не только смываются отложения нафталина, но и происходит процесс абсорбции на развитой поверхности легких компонентов смолы, сырого бензола, пиридина каменноугольной смолой. Одновременно из газа абсорбируются компоненты паровой фазы органических соединений охлаждаемыми каплями смолы. Эффективность очистки газа от нафталина в холодильниках с горизонтальными трубами зависит, по-видимому, прежде всего от температуры охлажденного газа, состава и содержания капель смолы и паровой фазы органических соединений в газе до и после холодильников, состава смолы, подаваемой на поверхность труб со смоловодяной эмульсией.
Экспериментальная оценка влияния этих факторов на содержания нафталина в газе после холодильников с горизонтальными трубами проводилась и ранее для конкретных условий различных предприятий и при охлаждении газа до > 300C. [1,3,4,6]. Равновесная концентрация паров нафталина в коксовом газе над смолой меньше, чем над чистым нафталином, даже при охлаждении газа до 150С (таблица 1).
Таблица 1.
| Температура газа, 0С | Содержание насыщенных паров нафталина, г/100м3 | ||
над чистымнафталином[5] |
над смолой Алтайского завода |
над смолой коксохим. произ-ва НТМК | |
15 |
23,7 |
18,41 |
21,21 |
20 |
43,9 |
37,27 |
нет св. |
30 |
134,3 |
54,12 |
84,6 |
40 |
362,3 |
131,87 |
174,6 |
При охлаждении коксового газа в трех секциях холодильника с горизонтальными трубами (поверхность 2200 м 2), расходе газа на холодильник в среднем 20 тыс. м3/ч, содержании капель смолы в газе до холодильника 30 – 40 г/м3 и нафталина 6 – 6,5 г/м3 снижение температуры охлажденного газа с 30 до 200С приводило к увеличению содержания аэрозолей в газе в пересчете на нафталин с 0,45 – 0,55 до 0,65 – 0,8 г/м3 и снижению содержания паров нафталина с 0,8 до 0,34 г/м3 (таблица 2).
Таблица 2.
| Температура газа после холодильника, 0С | Содержание в газе после холодильников, г/м3 | |||||
в аэрозоле |
в парах |
аэрозоль+пар | ||||
смола |
нафталин |
смола |
нафталин |
смола |
нафталин | |
30 |
7,5 |
0,48 |
1,01 |
0,8 |
8,51 |
1,28 |
27 |
4,99 |
0,46 |
0,65 |
0,7 |
5,64 |
1,16 |
20 |
4,16 |
0,8 |
0,18 |
0,34 |
4,34 |
1,14 |
Далее газ промывали циркулирующей надсмольной водой в двух последовательно включенных по газу скрубберах Вентури при удельном расходе жидкости 2 – 2,5 дм3/м3 газа. Содеожание аэрозолей в пересчете на нафталин в охлажденном газе снизилось до 0,09 - 0,13 г/м3 (таблица 3).
Таблица 3.
| Температура газа после холодильника, 0С |
Содержание в газе после холодильников, г/м3 |
Содержание нафталина в аэрозоле, %(массовые доли) | |||||
аэрозоль |
пар |
аэрозоль+пар | |||||
смола |
нафталин |
смола |
нафталин |
смола |
нафталин | ||
30 |
0,24 |
0,09 |
0,03 |
0,8 |
0,27 |
0,89 |
27 |
21 |
0,35 |
0,13 |
0,03 |
0,43 |
0,38 |
0,56 |
24 |
20 |
0,28 |
0,1 |
0,03 |
0,45 |
0,31 |
0,53 |
27 |
Нагнетатели коксового газа эффективно улавливают аэрозоли смолы (таблица 4). При работающих двух ступенях скрубберов Вентури и охлаждении газа до 200С содержание нафталина в газе после нагнетателей не превышает 0,5 г/м3. Снижение расхода газа на холодильник с горизонтальными трубами до 14 тыс. м3/ч общий расход газа 70 тыс. м3/ч при работе пяти холодильников) и промывка газа в одной ступени скрубберов Вентури при 24 – 250С обеспечивают эффективность очистки газа после нагнетателей до остаточного содержания нафталина 0,4 – 0,45 г/м3. При этом эффективность очистки от смолы снижается и в очищенном газе после нагнетателей содержится 0,2 г/м3 аэрозолей смолы.
Таблица 4.
| Показатели | Значения | |||
Температура газа после холодильников, 0С |
20 |
20 |
20 |
24 |
Число ступеней СВ |
2 |
2 |
2 |
1 |
Расход газа в холодильнике, тыс. м3/ч |
20 |
20 |
20 |
14 |
Содержание смолы в газе после нагнетателей, г/м3 |
0,036 |
0,038 |
0,037 |
0,2 |
То же нафталина, г/м3 |
0,48 |
0,45 |
0,5 |
0,4 |
Сопоставляя данные равновесных концентраций нафталина (см. табл. 1) с практическими данными содержания паров нафталина в газе (см. табл. 3), приходим к заключению, что при низкой температуре охлаждения газа (до 200С) абсорбционное поглощение нафталина каплями смолы также имеет место, как и при более высокой температуре охлаждения.
Снижение температуря газа после холодильников с горизонтальными трубами до 200С следует считать определяющим фактором высокоэффективной очистки газа от смолы в последовательно включенных каплеуловителях: холодильник – скруббер Вентури – нагнетателей (см. табл. 2 – 4).
При снижении температуры газа после холодильников с 30 до 200С содержание смолы в газе снижается с 7,5 – 8,5 до 3,5 – 5 г/м3 при расходе газа на холодильник 20 тыс. м3/ч. Степень улавливания смолы в двух последовательно включенных скрубберах Вентури, работающих в изотермическом режиме, находится в пределах 96 – 80%. При этом при низкой температуре эффективность процесса в скрубберах снижается. Содержание смолы в газе перед нагнетателями находится в пределах 0,3 – 0,4 г/м3. Нагнетатель при температуре газа и аэрозолей смолы 200С улавливает смолу с эффективностью 90%; содержание смолы в газе после нагнетателей не превышает 0,04 г/м3. При повышении температуры газа до 240С степень очистки газа от смолы в нагнетателе снижается. Можно предложить, что капли смолы при низкой температуре с большей вязкостью эффективнее коагулируют в центробежном поле нагнетателя и легче выводятся из него с газовым конденсатом.
Выводы.
- При охлаждении коксового газа до 200С в холодильниках с горизонтальными трубами, очистки газа в двух ступенях скрубберов Вентури степень очистки газа от смолы и нафталина отвечает требованиям новых процессов улавливания аммиака. При низкой температуры газа капли смолы с высокой эффективностью (90%) улавливаются в центробежном поле нагнетателя и выводятся с газовым конденсатом.
- При температуре коксового газа 200С (как и при более высокой температуре) наблюдается абсорбционное улавливание каменноугольной смолой нафталина из газа в холодильниках с горизонтальными трубами.
Список литературы
- Назаров В.Г., Вшивцев В.Г. Очистка коксового газа от нафталина в отделении конденсации// Кокс и химия – 1986, № 5 – с.36 – 39.
- Назаров В.Г., Вшивцев В.Г., Симонов С.П. Определение характеристик тумана смолы прямого коксового газа// Кокс и химия – 1982, № 4 – с. 29 – 31.
- Лебедев Г.Н., Бунаков Н.Г., Патрикеев В.С. Возможная степень очистки коксового газа от нафталинапри первичном охлаждении// Кокс и химия – 1973, № 6 – с. 39 – 41.
- Назаров В.Г., Вшивцев В.Г., Галашев Р.Г. Очистка коксового газа от нафталина и тумана смолы в низконапорных форсуночных скрубберах Вентури// Кокс и химия – 1986, № 3 – с. 33 – 35.
- Михайлов Н.Ф., Зайченко В.М. Коломиец Л.П. К вопросу о концентрации насыщения нафталина в коксовом газе// Кокс и химия – 1969, № 12 – с. 26 – 28.
- Антонов А.В., Лебедев Г.Н., Шашмурина Л.А. Распределение компонентов между коксовым газом и конденсатом в холодильниках с горизонтальными трубами// Кокс и химия – 1977, № 2 – с. 30 – 32.
Кокс и химия – 2002, № 3 – с.27 – 30.
на начало страницы