Первинне охолодження коксового газу

 

1.АНАЛІЗ НАУКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

1.1. Аналіз інформації, яка  стосується первинного охолодження  коксового газу.

Газ ,що виходить з коксової печі з температурою 650-670⁰С, піддають двостадійному первинному охолодженю і переробці, схема якої описана нижче. Спочатку газ охолоджуюєть до 85-90⁰С водою, що впорскується на вході в газозбірник, в якому збирається газ із усіх печей коксової батареї. Охолодження потоку відбувається за рахунок випаровування води, що подається з температурою 70-75⁰С. Внаслідок такого охолодження конденсується приблизно половина смоли, а також виділяються у вигляді пастоподібної маси фуси - суміш вугільного і коксового пилу зі смолою.

Невипарена частина охолоджуючої води абсорбує з газу деяку кількість  аміаку, сірководню, двооксиду вуглецю, ціаніду водню з утворенням амонійних  солей. Рідку фазу і фуси відділяють від газу в сепараторах і направляють у відстійник, звідки прояснена вода повертається на охолоджування в газозбірник. Фуси скребковими транспортерами виводять з відстійників і направляють у вуглепідготовчий цех, де використовують як добавку до шихти. Смолу подають в кінцевий холодильник для вилучення нафталіну.

Газ з температурою 80-90⁰С направляють на другий рівень первинного охолоджування в трубчасті холодильники або холодильники змішування, де його температура знижується до 25-35⁰С. У цих апаратах відбувається конденсація парів води і смоли, в якій розчинена деяка частина нафталіну, що міститься в газі.Порівняння цих даних із складом прямого коксового газу показує, що внаслідок первинного охолодження найбільш різко знижується кількість водяних парів і смоли. Смола, що залишилася в газі знаходиться у вигляді туману і вловлюється в трубчастих електрофільтрах, що забеспечують ступінь вилученняння 98-99 %.

Очищений від смоли  газ стискують до 20-30 кПа, підігрівають паром до 50-60⁰С і направляють на вилучення аміаку, яке здійснюють шляхом його взаємодії з сірчаною кислотою. Утворений при цьому сульфат амонію використовується як добриво. Сірчана кислота зв'язує також луги, що є в газі, піридинові - в сульфат піридину, з якого потім в окремій установці виділяють піридинові луги.

Наступним етапом очищення коксового газу є його кінцеве  охолоджування до 25-30⁰С з одночасним вилученням нафталіну. При охолоджуванні газу відбувається конденсація водяних парів, що містяться в ньому і вимивання кристалів нафталіну, які нагромаджуються в нижній частині холодильника. Сюди ж для розчинення нафталіну подають смолу, відділену на стадії первинного охолоджування газу. Після відстоювання смолу направляють на фракціонування і переробку, а газ йде на вилучення сирого бензолу. Останній процес здійснюють абсорбційним методом, використовуючи як вбирач поглинальне кам'яновугільне масло.

Далі газ очищають від  ціаніду водню та сірчаних сполук і отримують так званий "зворотний  коксовий газ", що складається з  СО₂ (1,5-2,7 %), N₂ (1,4-2,3 %), О₂ (0,3-0,8 %), Н₂ (53-62 %), СО (4,6-6,3 %), СН₄ (22,6-25,7 %) і гомологів метану (1,5-2,7 %).

Охолодження коксового газу в стояках та газозбірниках

Коксовий газ з коксових камер, що знаходяться на різних стадіях  коксування, пройшовши стійки і сполучні коліна, надходить в газозбірники коксової батареї (по машинній і коксовій сторонам). У газозбірнику відбувається усереднення газу за складом, охолодження і виділення смоли і фусів (вугільної та коксового пилу, змішаної зі смолою). На рис.1.1 показані стояк, коліно і газозбірник.

 

 

 

 

 

 

Рис.1.1 Стояк,коліно та газозбірник 

1-газозбірник,2-стояк,3-футировка  стояка,4-коліно,5-форсунка,6-ввід пари  для бездимної загрузки,7-клапан  для відключення камери від  газозбірника,8-важіль для управління  клапаном,9-клапан для видачі газу  в атмосферу під час видачі  коксу.

 Охолодження газу в  газозбірниках досягається безперервним  зрошенням його надсмольною аміачною  водою, яка під тиском 100-150кПа  (1,0-1,5 ат) інтенсивно розпилюється  спеціальними форсунками, встановленими  в колінах стояків і в газозбірниках.  Із загальної кількості тепла,  яке вноситься до газозбірників  гарячим газом, переважна частина,  а саме 85-90%, витрачається па випаровування  охолоджуючої води і лише 10-15% на її підігрів, 3-5 %, тепла втрачається  випромінюванням зовнішньою поверхнею  газозбірників в навколишнє середовище. В результаті випаровування води  відбувається різке охолодження  газу, температура води при цьому  підвищується незначно, що призводить  до підвищення точки роси газу, тобто до підвищення його вмісту  вологи. Однак газ по виході  з газозбірників не повністю  насичений водяними парами, так  як температура газу продовжує  залишатися трохи вище його  точки роси. Точка роси газу 78-82°С. Воду, яка застосовується для  зрошення, називають аміачною або  надсмольною водою, тому що  вона містить поглинений з  газу аміак. Друга назва пов'язана  з тим, що щільність смоли більше одиниці і вода при поділі завжди знаходиться над смолою. Витрата надсмольної води складає  5-6 м³ на 1т шихти, 2-3% цієї води випаровується. Для зрошення газозбірників застосовують гарячу воду з температурою 70-75°С. У газозбірниках вона нагрівається  на 2-3°С. Так як охолодження газу досягається головним чином за рахунок випаровування води, подача більш холодної води потягне за собою найгірше охолодження газу через менше випаровування. Надсмольна вода, що йде з газозбірника, має температуру 73-78°С. У газозбірнику конденсується від 50 до 60% які міститься в газі смоли, при цьому в першу чергу конденсується її висококиплячі логони. Крім смоли, в газозбірнику в результаті його інтенсивного зрошення водою вимиваються фуси. Дослідження охолодження газу в газозбірниках показало, що температура газу після газозбірників залежить в основному від вологості шихти, температури газу перед газозбірниками та кількості охолоджувальної води.

При зрошенні газу в стояках  та газозбірниках надсмольна аміачна  вода частково абсорбує з нього аміак, сірководень, вуглекислоту, ціаністий  водень та інші кислі гази з утворенням солей аміаку. Склад солей і  утримання їх у надсмольній воді залежать від температури газу, що залишає газозбірники.

Конденсат,що утворився в  газозбірниках, складається зі смоли, над смольної води і фусів, відводиться  по прямому газопроводу (з машинної сторони) в відстійну апаратуру  відділення конденсації. Із газозбірника коксової сторони батареї конденсат  відводиться по спеціальному трубопроводу. Після відстою і освітлення надсмольна аміачна вода знову подається на зрошення газозбірників.

Технологічні схеми первинного охолодження коксового газу

Друга ступінь охолодження  коксового газу здійснюється в первинних  газових холодильниках, розташованих на початку газової траси цеху вловлювання. Так як охолодження  газу супроводжується конденсацією з нього парів води і смоли, це відділення  отримало назву відділення охолодження газу і конденсації смоли.

Воно повинно забезпечити  охолодження коксового газу, виділення  з нього смоли, нафталіну, водяних  парів, відстоювання надсмольної, води від смоли і фусів, а також  відстоювання, зневоднення і обеззолення  смоли до установлених технічними умовами  норм; відстоювання конденсату первинних  газових холодильників.

Подальше охолодження  газу в первинних холодильниках  проводиться для того, щоб зменшити його обсяг і знизити витрату  енергії на подальше його стиснення  в нагнітачах і для конденсації  парів що в ньому міститься,який утворюється з вологи вугільної  шихти, що завантажується в печі, пірогенетичної води, а також водяних парів, що виходять від випаровування надсмольної  води при зрошенні газозбірників.

Виділення переважної частини  пароподібної смоли в холодильниках  важливо і тому, що це виключає можливість забруднення апаратури для вловлювання  хімічних продуктів коксування і  відкладення смоли і нафталіну  в газопроводах. Разом з тим  більш повне виділення смоли  необхідно тому, що

присутність в газі забруднює  сульфат амонія, знижуючи його якість, і погіршує якість поглинаючого масла, яке використовується для вловлювання  бензольних вуглеводнів.

Температура газу після первинних  газових холодильників повинна  знаходиться в межах 25-35°С. Підвищення температури газу неминуче відбивається на роботі всієї апаратури цеху вловлювання. Для первинного охолодження коксового  газу та конденсації смоляних і водяних  парів коксохімічній промисловості  застосовуються трубчасті газові холодильники з теплопередачею через стінку і  холодильників безпосередньої дії. Залежно від типу застосовуваних холодильників розрізняють кілька схем первинного охолодження коксового  газу, схема з холодильниками безпосередньої дії; з використанням трубчастих газових холодильників (з вертикальним розташуванням труб або холодильників з горизонтальним розташуванням труб); схема охолодження газу в конденсаторах і трубчастих газових холодильниках і ін. Застосування холодильників того чи іншого типу вносить характерні особливості в технологічній схемі охолодження газу і зміни в режимі роботи установок.

На рис.1.2 приведена технологічна схема первинного охолодження коксового  газу в трубчастих газових холодильниках  з горизонтальним розташуванням  труб.

Рис 1.2 Первинна схема первинного охолодження коксового газу з  застосуванням трубчатих холодильників.

За цією схемою коксовий газ, надсмольна вода, смола і фуси з газозбірника 1 відводяться по  прямому  газопроводу в сепаратор 2, де газ відокремлюється від  рідкої фази. Щоб надсмольна вода і  смола вільно стікали по газопроводу  і несли з собою фуси, газопровід від печей до сепаратора має нахил 10-15мм на кожен погонний метр. Конденсат  з сепаратора 2 стікає по трубопроводу в механізований відстійник - освітлювач 3 для відстоювання і освітлювання надсмольної води.

Коксовий газ після  сепаратора 2 по прямому газопроводу  надходить у верхню частину міжтрубного  простору трубчастих холодильників 9, де охолоджується технічною водою. Охолоджуюча вода надходить у  холодильники по трубах знизу і виходить зверху. Так як труби розташовані  горизонтально, здійснюється перехресний  рух газу та води. Вода надходить  з температурою 20-28°С і нагрівається в холодильнику до температури не вище 45^оС. Гаряча технічна вода охолоджується в градирнях примусового дуття і знову повертається в цикл. Спад технічної води систематично поповнюється.

У первинних холодильниках  одночасно протікають такі процеси: охолодження газу, конденсація і  виділення залишків парів смоли  в кількості 40-50% від їх ресурсів в газі, виділення нафталіну, який розчиняється в смолі; конденсація  водяних парів до стану насичення  ними газу при даній температурі (25-30°С); часткове розчинення в утворювальному водяному конденсаті аміаку, сірководню, діоксиду вуглецю, ціаністого водню  та інших компонентів коксового  газу з утворенням хімічних сполук, частково розчиняються феноли, піридинові основи та інші суміші.

З холодильників 9 коксовий газ прямує в електрофільтри 10 для  очищення від туманоподібної смоли, потім газ надходить в нагнітачі 11, з яких під тиском йде в апаратуру  для вловлювання хімічних продуктів  коксування. Простежимо шлях руху при  охолодженні газу конденсату газозбірників  і газового конденсату первинних  газових холодильників.

Утворений при охолодженні  газу в холодильниках газовий  конденсат по трубах міжтрубному  простору холодильників стікає зверху вниз, змиваючи  при цьому відкладення  фусів і нафталіну в нижню  частину холодильника. Із нижньої  частини конденсат, що складається  зі смоли надсмольної води і незначної  кількості фусів, стікає самопливом в гідрозатвір (кондексатовідвідник) 12, потім надходить у загублений проміжний збірник 13. В цей збірник  через гідрозатвори 14 поступає також  конденсат газу з машинного відділення та електрофільтрів. Рівень конденсату в збірнику 13 підтримується автоматично. Із збірника 13 конденсат газу насосом 15 подається у відстійник 16, де здійснюється його розподіл за щільністю на два шари: верхній - надсмольна аміачна вода і нижній - смола.

Освітлена надсмольна вода з верхньої частини відстійника 16 через перелив самопливом надходить  у сховище надлишку надсмольної  води 17, звідки насосом 18 відкачується на переробку в аміачне відділення.

Відстояна у відстійнику  смола через смоловідвідник надходить  в механізоване сховище для смоли 6, а звідти в резервуари складу смоли.

У механізованих відстійниках-освітлювачах 3 через різке зменшення швидкості  рідкої фази компоненти якої мають  різні щільності, вона розшаровується на три шари: верхній - надсмольная  аміачна вода щільністю 1010 -1020 кг/м³, середній - кам'яновугільна смола щільністю 1170-1180 кг/м³  і нижній - фуси щільністю близько 1250 кг/м³. Фуси із освітлювача безперервно видаляються скребковим транспортером у бункер, звідки направляються у вуглепідготовчі цехи, де використовуються як добавка до шихти, що йде на коксування.

Смола з освітлювача самопливом через регулятор рівня смоли (смоловідник) надходить в заглиблений збірник 4, звідки насосом 5 відкачується в механізоване сховище для смоли 6. У сховищі  при температурі 70-80°С смола додатково  відстоюється від води і фусів, які  видаляються зі сховища скребковим транспортером. Із сховищ 6 відстояна  смола насосом 19 подається в кінцевий газовий холодильник для вимивання  нафталіну з води, що охолоджує  коксовий газ.

Відстояна від смоли і  фусів надсмольна аміачна вода з  верхньої частини освітлювача 3 надходить  в проміжний збірник 7, звідки насосом 8 подається на охолодження коксового  газу в газозбірниках коксових печей. В освітлювачі вода охолоджується  на 3-5°С.

Таким чином, надсмольна вода, що подається на зрошення газозбірників  знаходиться в циклі газозбірник-освітлювач-проміжний збірник-газозбірники. В результаті випаровування частини надсмольної води при охолодженні газу в газозбірниках кількість її в обороті зменшується.

Це зменшення води циклу  газозбірників поповнюється надсмольною  водою циклу первинних газових  холодильників, яка надходить в  збірник 7 з відстійника конденсату газу первинних холодильників 16.

При поділі води циклу холодильників  і циклу газосборників в останній  можуть накопичуватися нелеткі солі амонію - хлориди та роданіди, які  викликають корозію газозбірник, трубопроводів  та апаратури відділення.

При значному вмісті цих  солей у воді циклу газозбірник  підвищується концентрація їх і в  смолі, сприяючи посиленню корозії  апаратури і трубопроводів в  цеху по переробці смоли.