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
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.
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.