|
|
|
ДонНТУ>
Портал магістрів ДонНТУ> |
Головна сторінка |
Бібліотека |
Посилання |
Звіт про пошук |
Індивідуальне завдання
|
|
Рисунок 1 – Схема кінцевого охолодження газу з екстрагуванням нафталіну зі смоли водою 1 – холодильник; 2 – промивач; 3 – збірник; 4 – насос для смоли; 5 – відстійник; 6 – насос для води; 7 – градирня з вимушеним дуттям |
| Кінцеве охолодження коксового газу призначене для зниження його температури після сульфатного відділення від 55 – 57 °С до 25 – 30 °С, яка є сприятливою для абсорбції бензольних вуглеводнів, і очищення його від нафталіну та смолистих речовин. За класичною технологією для кінцевого охолодження коксового газу застосовуються апарати з полицями або насадками, у яких газ і охолоджуюча вода рухаються у протилежних напрямках, а теплообмін проходить при безпосередньому контакті між ними. Нагріта до 35 – 37 °С вода охолоджується повітрям у спеціальній градирні до 23 – 25 °С і знову подається насосом до газового холодильника (відкритий водяний цикл). Під час охолодження газу у холодильниках відбувається конденсація пари нафталіну, який виділяється у вигляді дрібних кристалів і уноситься разом з охолоджуючою водою. Перед поданням цієї води у градирню нафталін виділяють у відстійниках або екстрагують камя'новугільною смолою у апараті з полицями, розташованому у нижній частині холодильника (рис. 1). |
| Мотивація теми: недоліком класичної технологіі кінцевого охолодження коксового газу є те, що під час контакту з газом вода насичується ціаністим воднем, сірководнем, нафталіном, бензольними вуглеводнями та іншими шкідливими компонентами, більша частина з яких при охолодженні води на градирні виділяється у атмосферу. Практика роботи коксохімічних підприємств показує, що градирні для охолодження оборотної води кінцевих газових холодильників є найбільшим джерелом шкідливих викидів у цехах уловлювання хімічних продуктів коксування, тому вдосконалення цієї технології дозволить вирішити цю проблему. |
| Метою дослідження є розробка ефективної технології кінцевого охолодження коксового газу, що потребує вирішення наступних задач: |
| - разробки схеми і конструкції холодильників кінцевого охолодження коксового газу, що виключають шкідливі викиди у атмосферу; |
| - розрахунка процесу охолодження газу у апаратах різного типу (холодильники Діпрококсу з горизонтальними трубами, горизонтальні кожухотрубчасті холодильники, вертикальні кожухотрубчасті холодильники); |
| - порівняльного аналізу різних типів кінцевих газових холодиьників и вибору оптимальної конструкції. |
| Наукова новизна: проведений вивід и теоретичне обгрунтування конструкції холодильника, яка забезпечує максимальну інтенсивність теплообміну. |
| Практична цінність: зниження шкідливих викидів в атмосферу і капітальних витрат. |
| Огляд існуючої ситуації з данї теми: |
| Аналіз цієї проблеми показує, що можливі два шляхи її вирішення: |
| - закриття циклу оборотної води кінцевого газового холодильника (КГХ), тобто охолодження її не у градирні, а в кожухотрубчастих, пластинчатих або спіральних теплообмінниках технічною водою; |
| - охолодження коксового газу технічною водою в холодильниках, що виключають безпосередній контакт фаз, тобто через стінки, які їх розділяють. |
| Закритий цикл кінцевого охолодження коксового газу наведений на рис. 2.За даною схемою оборотна вода після відстійниківв охолоджується в кожухотрубчастих теплообмінниках. Надлишкова вода (газовий конденсат) подається у колону 6, де гострою парою з неї віддувають кислі газі та інші леткі компоненти. Утворена парогазова суміш з верхньої частини колони направляється до газопроводу прямого коксового газу перед первинними холодильниками, а очищена вода виводиться знизу колони через пекоуловлювач 7 у збірник 8, з якого подається насосом через теплообмінник 9 на біохімічне очищення. |
| Установки закритого циклу води кінцевого охолодження коксового газу застосовані на Новоліпецькому металургічному комбінаті, Авдїївському коксохімічному заводі, Алтайському коксохімічному заводі, Запорізькому коксохімічному заводі. |
| Закриття циклу призводить до накопичення в оборотній воде ціанідів, роданідів та інших солей, які викликаютькоррозию оборудования. Решением этой проблемы могут быть такие методы: |
| 1. Деціанізація води циклу кінцевих газових холодильників з використанням форма-льдегіду за методом „Формекс - ціан”. |
| 2. Вакуумна деціанізація оборотної води циклу кінцевих газових холодильників. |
| 3. Віддувка ціану з води циклу кінцевих газових холодильників інертним носієм. |
| 4. Обробка води сірчанокислим залізом (II). |
| Роздивимось перший спосіб: ціаністий водень, що поглинається з газу оборотною водою циклу кінцевого охолодження газу, зв'язується формальдегідом (його водним розчином - формаліном) з утворенням нітрилу гліколевої кислоти (гліконітрила), добре розчинної у воді та нелеткої сполуки (tкип~183 °С) за реакцією: |
| HCN + СН2О –> НОСН2СN. |
| Механізм взаємодії у водному розчині ціаністого водню і формаліну має вигляд: |
| HCN <-> Н+ + CN-, |
| Н2С(ОН)2 <-> Н2СО + Н2O, |
| Н2СО + CN- <-> OCH2CN-, |
| OCH2CN- + Н+ <-> HOCH2CN. |
| При мольному відношенні формальдегіду до ціанід-іона М рівному або меншому від одиниці кінцевим продуктом реакції є гліконітрил, у тому числі й у тих випадках, коли реакція здійснюється в розчинах, що вже містять значну кількість гліконітрила (до ~20 кг азота/м3), тобто при 30 - 50 °С С і за відсутності каталізаторів формальдегід із гліконітрилом не реагує. При 30 - 50 °С и рН 6,5 - 12 ступінь зв'язування ціанід-іону (від теоретично можливого) при вихідному вмісті ~300 г/м3 і часі реакції 15-20 хв. склала від 97,3 до 99,6 %. У штучному розчині, що містить ціанід-іон (300 - 400 г/м3) і інші речовини (335 фенолу, 85 аміаку, 11 г/м3 сірководню) при M<=1 і часу реакції 15-20 хв. ціанід-іон реагував з формальдегідом майже повністю (ступінь зв'язування 99 %). |
| Феноли, аміак і сірководень при їхніх звичайних концентраціях в оборотній воді циклу кінцевого охолодження газу не перешкоджають основній реакції формальдегіду з ціанід-іоном, причому час повного зв'язування ціанід-іона значно менше, ніж час реагування цих речовин при надлишку формаліну. |
| За вторим способом, очищення оборотної води здійснюється у деціанізаторі із залишковим тиском у системі 7кПа, що сприяє зниженню температури кипіння води до 38 °С ( це дозволяє не підігрівати воду, яка подається на деціанізатор) і зменшенню теоретичної витрати пари на дистиляцію. |
| Технологічна схема процесу наведена на рис. 3. Вода після кінцевого холодильника надходить на верх деціанізатора 1 при 38 °С, а очищена вода відкачується насосом знизу. Парогазова суміш з верхньої частини деціанізатора надходить в конденсатор 2, причому подача здійснюється знизу, а вихід газу - зверху конденсатора, що дозволяє змивати водою нафталін, що сублімується. Конденсат відкачують насосом і направляють на зрошення деціанізатора, а гази вакуумним пароежекторним насосом 3 разом з водяними парами направляють на вхід пародистилятного конденсатора сіркоочищення. |
| У генератор пари 4 надходить перегріта циркулююча вода, що охолоджується в ньому в результаті випарення і повертається насосом у бензольне відділення для охолодження поглинальної обезбензоленої олії. Поповнення циклу в парогенераторі здійснюється деціанізованою водою, що у кількості 5,5 м3/год (1 % від води, що подається на деціанізацію) проходить фільтри з коксом 7 для видалення домішок смоли і нафталіну, причому фільтри працюють по черзі. |
| Технологія характеризується наступними основними показниками (на газовий потік 100 тис.м3/год): витрата оборотної води на деціанізатор 550 м3/год, пари (600 кПа) на пароежектор 600 кг/год, електроенергії (орієнтовно) на деціанізатор 2,4 млн. кВт/рік. |
| У третьому способі використовується віддувка ціаністого водню з оборотної води зворотним коксовим газом у спеціальному скрубері. Однак при цьому відбувається забруднення зворотного газу, підвищуються його температура і вологість, різко посилюється корозія зворотних газопроводів, а при використанні газу як палива атмосфера забруднюється оксидами азоту. Окрім цього інертного носія також треба виділити розробки ВУХІНа по використанню для цієї мети доменного. |
| Використання четвертого способу засновано на зв'язуванні ціанід-іону за допомогою сірчанокислого заліза (II), з утворенням солей: феро-фероціаніду, фері-фероціаніду, феро-феріціаніду і ціаніду заліза (II). Нерозчинні солівиділяють за допомогою флотації з додаванням катіонних поверхнево-активних речовин. |
| До недоліків закритого циклу також можна віднести: |
| - швидке зниження ефективності роботи водяних холодильників через відкладення у них нафталіну та смолистих речовин, що потребує частого пропарення їх або промивання гарячим кам'яновугільним маслом; |
| - погіршення якості поглинального масла у бензольному відділенні через підвищену концентрацію ціаністого водню у газі; |
| - збільшення витрати соди та кількості баластних солей у цеху сіркоочищення. |
| Другий шлях вирішення проблеми забруднення атмосфери у відділенні кінцевого охолодження коксового газу, тобто охолодження газу у холодильниках поверхневого типу, є більш простішим і ефективнішим. У 70-х роках минулого сторіччя з цією метою на заводе у Н'юпорті (Англія) був встановлений газовий холодильник з горизонтальними трубами. Для забезпечення безперервної стійкої роботи міжтрубний простір холодильників зрошується поглинальним маслом або смолою, щоб вивести з них нафталін. Експлуатація таких холодильників супроводжувалась виділенням водяного конденсату, який містив шкідлива компоненти, що віддуваються з води повітрям у окремому апараті і спалюються у котлах установок контактного одержання сірчаної кислоти. При цьому основна частина ціаністого воднюконвертується до елементного азоту. |
| Є також пізніший досвід застосування газових холодильників с горизонтальними трубами на Маріупольському КХЗ. Для видалення відкладень нафталіну на трубах міжтрубний простір таких холодильників зрошується поглинальним маслом або смолою. Недоліками таких апаратів є громіздкість, велика кількість трубних решіток і водорозподільних кришок, складність обслуговування. |
| Фірмою «Альфа Лаваль» розроблений та виготовлений на замовлення АКХЗ спіральний теплообмінник для кінцевого охолодження коксового газу за типом апаратів, які використовують на деяких коксохімічних заводах у якості дефлегматорів і конденсаторів у бензольних відділеннях. В цьому апараті вода рухається по спіральному каналу висотою приблизно 2 м і шириною 15 мм від периферії до центра апарату, а газ рухається у перехресному напрямці зверху вниз між стінками спірального водяного каналу. На даний час проводиться налагодження режиму роботи холодильника і оцінка його ефективності. Через небезпеку забивання твердими відкладеннями водяных спіралей, недоступних для чищення, необхідне ретельне очищення охолоджуючої води від завислих домішок. |
| Нами був розроблений кінцевий газовий холодильник, який складається зі стандартних кожухотрубчастих теплообмынників, розташованих горизонтально один над одним і з'єднаних послідовно по газовому і водяному потокам. Він має простішу конструкцію і забезпечує високу інтенсивність теплообміну. Для видалення відкладень нафталіну передбачено зрошення міжтрубного простору водосмоляною емульсією. У відповідності до розрахунків для охолодження 120000 м3/год газу від 55 до 30 °С необхідна поверхня теплообміну 2300 м2, що відповідає 9 теплообмінникам Ø 1200 мм з довжиною труб 4 м і Ø 25*2 мм, розділених на 3 паралельні секції по 3 теплообмінники, які з'єднані послідовно, у кожній. За другим варіантом передбачено використовувати стандартні конденсатори-холодильники з трубами Ø 38*2 мм і довжиною 4 м. Для охолодження заданого об'єму газу необхідна поверхня теплообміну 2800 м2, яка відповідає 2 паралельним секціям по 2 теплообмінника у кожній. |
| Планується проведення розрахунків холодильників Діпрококсу з горизонтальними трубами, вертикальних кожухотрубчастих холодильників і вибір оптимального апарату. А також дослідження процесу охолодження коксового газу на ЕОМ, а саме, вплив довжини, діаметру трубок на теплообмін між газом і водою. |
| Висновки: |
| 1. Класична схема кінцевого охолодження коксового газу з відкритим водяним циклом пов'язана зі значними викидами шкідливих речовин у атмосферу і на даний час є неприйнятною. |
| 2. Схеми охолодження газу з закритим водяним циклом не забезпечують стабільного охолодження газу через забивання водяних холодильників смоляними речовинами і посилення корозії обладнання. |
| 3. Застосування кожухотрубчастих теплообменників для охолодження газу дозволяє спростити схему і виключити шкідливі викиди в атмоферу. |
| Використана література: |
| 1. Гребенюк А. Ф., Коробчанский В. И., Власов Г. А., Кауфман С. И. Улавливание химических продуктов коксования. Учебное пособие. – ч2. – Донецк «Восточный издательский дом»,2002. – 228 с. (С. 143 – 145 ) |
| 2. Пинчугов В. Н., Куркин В. В, и др. Закрытый цикл конечного охлаждения коксового газа// Кокс и химия. 1989. №5. С. 24 – 28 |
| 3. Кагасов В. М., Дербышева Е. К., Копытова Л. А. и др. Исследование и разработка технологии формальдегидной цианоочистки оборотной воды цикла конечного охлаждения коксового газа // Кокс и химия. 1989. №9. С. 23 – 24 |
| 4. Резуненко Ю. И., Подорожанский М. М, Лавров О. И., Розенгурт И. М., Коржан Л. А. Усовершенствование закрытого цикла конечного охлаждения коксового газа // Кокс и химия. 1990. №5. С. 44 – 47 |