Двоступенева очистка коксового газу від сірководню вакуум-карбонатним методом

Така міра очищення коксового газу від сірководня може бути забезпечена моноетаноламиновим або окислювальним методами. Проте зміна технології сіркоочищення зажадала б значних капіталовкладень.

2.2 Технологічна схема двоступеневої очистки коксового газу від сірководню вакуум-карбонатним методом

Гіпрококс, не міняючи існуючого на заводі методу очищення, розробив робочий проект реконструкції цеху очищення коксового газу від сірководня з 16 г./нм³ до 0,5 г/нм³ вакуум - карбонатним методом за двоступінчатою схемою уловлювання і регенерації (ТЛЗ виконане УХІНом), з отриманням з сірководня сірчаної кислоти на установці ВСА за технологією фірми «Хальдор Tопсе» (Данія) відповідно до технічного завдання Гіпрококса.

Використання високоефективного каталізатора фірми «Хальдор Топсе» забезпечує міру конверсії SО₂ в SО₃ до 99,6%.При цьому об'ємна концентрація у викидах з димаря складає: SО₂ ~79 ссm, SО₃ ~3 ссm.

Застосування спеціальної системи охолодження технологічного газу за допомогою сольового розплаву дозволяє утилізувати його тепло і отримати пару під тиском 2,5 МПа. Збільшення кількості отримуваної сірчаної кислоти (за рахунок поглиблення очищення коксового газу від сірководня), використовуваної в діючому сульфатному відділенні цеху уловлювання, використання вторинних енергоресурсів (тепло прямого коксового газу), а також утилізація тепла, з отриманням пари дозволяють поліпшити техніко-економічні показники роботи цеху сіркоочищення і коксохімічного виробництва в цілому.

2.2.1 Характеристика основного технологічного устаткування

Об'єм коксового газу, що очищається, складає 200 тис. нм³/ч, очищення ведеться двома технологічними потоками по 100 тис. нм³/ч. При цьому зміст компонентів в коксовому газі (г/нм³) знижується: сірководня - з 12,0-16,0 до 0,5; ціаністого водню - з <2,0 до 0,3.

Цех, що реконструюється, складається з двох ниток, розташований компактно, із забезпеченням під'їздів для ремонту устаткування і має у своєму складі наступні об'єкти:

- відділення уловлювання;

- відділення регенерації;

- відділення отримання сірчаної кислоти;

- установка утилізації розчину;

- вузол подання утилізованого розчину в шихту;

- склад соди і сірчаної кислоти.

Як перший ступінь уловлювання сірководня використовуються

дві технологічні лінії існуючих скруберів. Для другого ступеня уловлювання сірководня для кожної лінії передбачено по одному новому скруберу.

Коксовий газ після бензолового відділення двома потоками поступає в цех і проходить послідовно скрубери I і II східців. Після скруберів II ступеня коксовий газ передається споживачам в якості енергетичного палива.

Піднімаючись від низу до верху по насадці скруберів, коксовий газ промивається регенерованим поглинювальним розчином загальною лужністю 30-40 г./л, що подається з відповідних східців регенератора.

Насичений поглинювальний розчин після скрубера кожного ступеня уловлювання подається на свій ступінь регенерації. Таким чином, поглинювальний розчин по кожному ступеню має свій контур циркуляції:

- I ступінь: два існуючих послідовно працюючих скрубера - насоси - теплообмінники - регенератор (I ступінь) - резервуар - насос - теплообмінники - холодильники - скрубер I ступеня;

- II ступінь: скрубер II ступеня - насос - теплообмінники - регенератор (II ступінь) - резервуар - насос - теплообмінники - холодильники - скрубер II ступеня.

Продування насиченого поглинювального розчину в регенераторі, працюючому під вакуумом, робиться водяною парою, отриманою з регенерованого розчину: на I ступеня - водяною парою, що піднімається з регенератора II ступеня; на II ступеня - за рахунок нагріву регенерованого розчину коксовим газом у верхніх секціях трубчастих газових холодильників цеху уловлювання і за рахунок нагріву в циркуляційних підігрівачах.

З метою запобігання обводненню циклу у зв'язку з втратами тепла в довкілля і на ендотермічні реакції на I ступеня регенерації передбачається циркуляційний підігрівач для нагріву розчину водяною парою.

Парогазова суміш з регенератора поступає в теплообмінники (конденсатори-холодильники), в яких технічною водою охолоджується до температури 35 °С. При цьому в конденсаторах-холодильниках водяні пари конденсуються, а сірчановодневий газ (Н₂S, СО₂) поступає на вакуум - компресорну установку. Конденсат з конденсатора-холодильника повертається в II ступінь регенератора.

Глибоко регенерований поглинювальний розчин з II ступеня регенератора по барометричній трубі стікає в резервуар II ступеня, з якого насосом подається в спіральні теплообмінники для охолодження що поступає на регенерацію насыщен-ным поглинювальним розчином, після чого доохлаждается в спіральних холодильниках техни-ческой водою до температури 30-35 °С. Охолоджений регенерований поглинювальний розчин поступає на уловлювання сірководня в сірчаний скрубер II ступеня.

Схема руху насиченого і регенерованого розчинів ступеня аналогічна схемі II ступеня.

Поповнення циркулюючого розчину II ступеня здійснюється свіжим содовим розчином, який подається в скрубери II ступеня насосом з резервуару свіжого содового розчину, встановленого в складі соди. Розчин II ступеня, що виводиться з циклу, подається на поповнення і освіження циркулюючого розчину I ступеня. Відпрацьований розчин I ступеня, що виводиться, подається на установку утилізації розчину.

Сірчановодневий газ з температурою 35 °С після конденсаторів-холодильників двома самостійними потоками поступає у відбійники сірчановодневого газу для уловлювання крапель води і аерозольного нафталіну і далі на вакуум - компресорну установку. Для запобігання надмірному розігріванню сірчановодневого газу при стискуванні передбачається установка проміжних теплообмінників, де газ охолоджується від 190 °С до 60 °С.

Після II ступеня стискування газ з температурою ~217 °С поступає в циклони, де відбувається очищення газу від твердих і рідких уносов (нафталін, олія, вода), і де також передбачено охолодження сірчановодневого газу від температури до 105 °С. Охолодження здійснюється поданням холодної технічної води в охолоджувальну сорочку циклонів. Для остаточного охолодження сірчановодневого газу (до температури 35 °С) передбачені кінцеві холодильники. Охолодження газу здійснюється технічною водою.

З вакуум - насосною сірчановодневий газ поступає в котел для спалювання сірчановодневого газу. Необхідне для спалювання сірководня повітря подається турбокомпресором. З метою запобігання утворенню оксидів азоту в циклонній топці котла (I ступінь спалювання) спалювання сірководня робиться при недоліку повітря (коефіцієнт надлишку повітря - 0,97), при цьому ~5% сірководня згорає до сірки. Температура продуктів його згорання в циклонній топці котла складає 1400-1500 °С.

Другий ступінь спалювання сірчановодневого газу робиться в камері дожига котла, при цьому сірка згорає до сірчистого ангідриду (802). На виході з камери дожига температура димових газів складає 740 °С, коефіцієнт витрати повітря - 1,1. Зниження температури димових газів до 415 °С робиться в камері змішення котла шляхом подання в неї холодного повітря. Охолоджений сірчистий газ після камери змішення подається на установку отримання сірчаної кислоти ВСА.

Технологія отримання сірчаної кислоти ВСА фірми «Хальдор Топсе» складається з наступних процесів:

- конверсія 802 в 803 в реакторі (контактний апарат);

- конденсація пари сірчаної кислоти в конденсаторі ВСА;

- охолодження сірчаної кислоти.

Сірчистий газ після котла для спалювання сірчановодневого газу поступає в реактор, що має три каталітичні шари. Для зняття тепла реакції конверсії 802 в 803 в реакторі передбачені два міжшарові охолоджувачі. Газ, що виходить з реактора, охолоджується в охолоджувачі технологічного газу. Загальна міра конверсії 802 в 803 в реакторі складає 99,6%.Охолоджувальним середовищем міжшарових охолоджувачів і охолоджувача технологічного газу є розплав солі.

Технологічний газ після охолоджувача з температурою 290 °С поступає в конденсатор ВСА, в якому відбувається конденсація пари сірчаної кислоти. Охолодження технологічного газу в конденсаторі ВСА робиться поданням в міжтрубний простір охолоджувального повітря. Концентрація отримуваної сірчаної кислоти складає не менше 97,5% (по масі). Кислота насосом подається в резервуари складу сірчаної кислоти, заздалегідь охолоджуючись в пластинчатому холодильнику технічною водою до температури ~35 °С.

Охолоджувальне повітря виходить з конденсатора ВСА з температурою ~220 °С. Основна частина гарячого повітря змішується з очищеним технологічним газом і через димар скидається в атмосферу.

При очищенні коксового газу від сірководня вакуум - карбонатним методом з метою виключення накопичення нерегенерованих солей поглинювальний розчин I ступеня передається в нейтралізатор установки утилізації розчину, ТЛЗ на проектування якої було виконано УХИНом.

З відпрацьованого розчину, що подається в шихту, відбувають шкідливі речовини (сірководень, ціаністий водень). Перед отдувкой нейтралізується надмірна лужність розчину поданням в нейтралізатор 20%-й сірчаної кислоти. Нейтралізований розчин поступає у верхню частину відпарної колони. Газова зона нейтралізатора і відпарна колона підключені до вакуумної лінії регенерації. Пари з колони і нейтралізатора поступають в трубопровід сірчановодневого газу.

З нижньої частини колони нейтралізований розчин через гідрозасув виводиться у збірку, а потім перекачується в автоцистерну і доставляється на вузол подання в шихту. Відпрацьований розчин через розподільні пристрої насосом подається на стрічки конвеєрів, що подають шихту на усі діючі коксові батареї.

Технічні проекти на основне устаткування цеху очищення коксового газу від сірководня (скрубери II ступеня для уловлювання сірководня Д = 5000 мм, регенератори Д = 5000 мм, циркуляційні підігрівачі та ін.) розроблені Гипрококсом.

Регенератор Д = 5000 мм є двостуеневим апаратом, в кожному ступені якого в якості контактного пристрою встановлена структурована насадка з тонколистової нержавіючої сталі. У кожен ступінь регенератора подається 350 м³/ч насиченого розчину. У кожному ступені рівномірність зрошування верхнього ярусу насадки насиченим розчином досягається за допомогою розподільної тарілки.

Для більше рівномірного розподілу насиченого розчину по висоті насадки в кожному ступені регенератора над другими ярусами також встановлені перерозподільні тарілки, конструктивно аналогічні розподільним.

Регенератор Д = 5000 мм є двоступінчатим апаратом, в кожному ступені якого в якості контактного пристрою встановлена структури-рованная насадка з тонколистової нержавіючої сталі. У кожен ступінь регенератора подається 350 м³/ч насиченого розчину. У кожному ступені рівномірність зрошування верхнього ярусу насадки насиченим розчином досягається за допомогою розподільної тарілки.

Для більше рівномірного розподілу насиченого розчину по висоті насадки в кожному ступені регенератора над другими ярусами також встановлені перераспределительные тарілки, конструктивно аналогічні розподільним.

Насоси для поглинювального розчину і повітродувки для подання повітря в котли застосовані серійного виробництва. Конденсатори-холодильники сірчановодневого газу, холодильники, теплообмінники поглинювального розчину, котли для спалювання сірчановодневого газу розроблені по технічних завданнях Гіпрококса.

Для охолодження сірчановодневого газу, що виходить з регенератора і поступає до вакуум-компресорів, передбачені пластинчаті теплообмінники типу «Компаблок» (конденсатор-холодильник) фірми «Альфа Лаваль», а для охолодження поглинювального розчину - спіральні теплообмінники також фірми «Альфа Лаваль».

Подібні апарати мають більш високий коефіцієнт теплопередачі в порівнянні з кожухотрубчатими теплообмінниками, що дозволяє скоротити кількість апаратів, трубопроводів, апаратури і зменшити експлуатаційні витрати по їх обслуговуванню.

Для подання сірчановодневого газу після регенераторів в котли для спалювання сірчановодневого газу передбачені розроблені ЗАТ «НДІ Турбокомпресор» (м. Казань) за завданням Гіпрококса і заводу вакуум - компресорні установки тип 5ГЦ1-300/0,1-1,2 (продуктивність - 300 м³/хв, абсолютний початковий тиск - 9,8 кПа, кінцеве, - 117,7 кПа.

Котел для спалювання сірчановодневого газу розроблений АОЗТ НТП «Котлоенергопром» (м. Харків) і має наступні відмінності:

- камера змішення входить до складу котла;

- з метою забезпечення надійності і довговічності роботи котла (за рахунок виключення корозії металу внаслідок конденсації кислоти на поверхнях нагріву) тиск пари, що виробляється, складає 2,5 МПа;

- забезпечується стабільна робота при різній продуктивності по сірчановодневому газу. Передбачена установка двох котлів (один резервний) типу ПКС-Ц-12/26, що мають продуктивність по сірчановодневому газу 1500-3000 нм³/ч.

У робочому проекті Гипрококсом була передбачена герметизація устаткування і фланцевих з'єднань трубопроводів шляхом застосування спеціальних матеріалів прокладень. Застосування спеціальних прокладень на вакуумних лініях виключає підсос повітря, що зменшує кількість нерегенерованих солей, що утворюються при контакті поглинювального розчину з киснем повітря, а, отже, зменшує витрату соди.

У робочому проекті передбачені усі необхідні заходи по охороні водойм від забруднення стічними водами, по пожежній безпеці, виробничій санітарії, ергономіці, культурі виробництва і механізації трудомістких процесів. З метою забезпечення безпечних умов праці обслуговуючого персоналу і захисту технологічного устаткування цеху передбачена сучасна система автоматизації технологічних процесів.

Технологічне устаткування і трубопровіди оснащені сучасними первинними приладами контролю і регулювання, передбачена аварійна сигналізація і необхідне блокуюче устаткування.

2.3 Розрахунок сірчаного скрубера

Вихідні дані:

У скрубери надходить газ наступного складу:

	кг/год	м3/год
Сухий коксовий газ	209542	115248
Водяні пари	2391	2976
Бензольні вуглеводні	5380	1452
Сірководень	492	324
Разом	217805	120000

Температура газу, що надходить 25 єС і тиск 847 мм рт. ст. приймаємо втрати сірководню з вихідним газом, рівним 0,5 г/м³ сухого газу, що складає

Тоді ступінь уловлювання

Кількість поглиненого сірководню (Н₂S):

Таким чином, із скруберів виходить:

	кг/год	м3/год
Сухий коксовий газ	209542	115248
Водяні пари	2391	2976
Бензольні вуглеводні	5380	1452
Сірководень	57,6	37,95
Разом	217370,6	119713,32

Фактичний зміст сірководню в газі, що надходить

і у вихідному

Максимальний вміст сірководню в розчині карбонату калія, що надходить визначаємо за рівнянням, справедливому для невеликих концентрацій

Де - вміст сірководню у вихідному газі, г/м³, =0,9 г/м³;

Р₂ - тиск газу на виході із скруберу, Р₂ = 825 мм рт. ст.;

М_п - молекулярна маса поглинача, М_п = 138;

- пружність парів сірководню над поглинальним розчином, який надходить, мм рт. ст., при t = 30 єC, Р = 56 мм рт. ст.

Таким чином, максимальний вміст сірководню в розчині, що надходить:

Дійсний вміст С повинно бути менше рівноважного для створення рушійної сили абсорбції вгорі скрубера і рівним

Де n - коефіцієнт зсуву рівноваги, який можна прийняти рівним 1,1 - 1,2.

Приймаючи n = 1,15, отримаємо

Максимальний вміст сірководню у вихідному з скруберів розчині за умови рівноваги внизу скрубера визначається за рівняння

Для зсуву рівноваги внизу абсорбції приймаємо коефіцієнт зсуву рівноваги n = 1, 5.

Тоді

Мінімальна кількість поглинача

Дійсна кількість поглинача

Що складатиме на 1 м² сухого газу

Таким чином, в розчині, що надходить міститься сірководню

І у вихідному

Отже, розчином карбонату калію поглинається

506,8 - 72,4 = 434,4 кг/год сірководню.

Визначення поверхні абсорбції і розмірів скрубера

Для скруберів приймаємо дерев'яну хордовую насадку (перша ступінь) з наступною характеристикою:

Товщина рейки а, м	0,01
Відстань між рейками b, м	0,02
Висота рейки с, м	0,1

Критична швидкість газу визначається рівнянням

В'язкість коксового газу при температурі виходу газу 30єC Z=0,01307 спз.

Еквівалентний діаметр насадки d_э=2b=0,04 м.

Таким чином, критична швидкість газу дорівнює

Необхідний рідкий перетин насадки

Де V - фактичний обсяг газу на виході з скрубера

Звідси

Загальна перетин насадки скруббера



І діаметр скруббера

Поверхня абсорбції визначається за рівняння

Де G - кількість поглиненого сірководню, кг/год;

- середня рухома сила абсорбції, мм рт. ст.;

К - коефіцієнт абсорбції, кг/(м²·год·мм рт. ст.).

Рушійна сила абсорбції вгорі скрубера

де - парціальний тиск сірководню в коксовому газі,

- пружність парів сірководню над поглиначем, що надходить

Тоді

Рухома сила абсорбції знизу скрубера

де - парціальний тиск сірководню в газі, що надходить

- пружність парів сірководню над поглиначем, що виходить

Тоді,

Середня рухома сила абсорбції

Коефіцієнт абсорбції визначається за рівнянням

де - коефіцієнт масовіддачі при абсорбції через газову плівку визначається з рівняння:

Число Нусельта

Число Рейнольдса

Число Прандтля

де - кінематична в'язкість газу при середніх умовах, м²/сек,

Середня густина газу дорівнює = 0,55 кг/м³

Тоді

Коефіцієнт дифузії бензольних вуглеводнів в коксовому газі Dг при нормальних умовах визначаємо за формулою

де - молекулярна маса коксового газу, , тоді

Доводимо коефіцієнт дифузії до фактичних умов за формулою

Так як

то

Тоді

Таким чином,

І коефіцієнт масовіддачі через газову плівку

Або

Коефіцієнт масовіддачі при абсорбції через рідинну плівку визначаємо за рівнянням

Число Рейнольдса

де - густина зрошення, м³/(м·год);

- кінематична в'язкість поглинача, м²/год;

Величину визначаємо за рівнянням



де - густинапоглинача, =1052 кг/м³;

- кількість поглинача, кг/год;

- периметр сбігу поглинача в одному колі насадки

де l - довжина рейок в одному колі,

тоді

В'язкість поглинального розчину при температурі 30? дорівнює 1,03 спз, що в перерахунку на кінематичну в'язкість складе

або

Тоді

Число Прандтля для поглинача визначаємо за рівнянням

Коефіцієнт дифузії сірководню в поглотительном розчині карбонату калію за 30 дорівнює

Тоді

Таким чином,

Звідси коефіцієнт масовіддачі через рідинну плівку

Для перерахунку на рушійну силу абсорбції в міліметрах ртутного стовпа необхідно отримане значення Кж розділити на константу рівноваги Генрі

Н - константа Генрі (мм рт. ст.·м³)/кг.

Так як пружність парів сірководню над розчином, що надходить , вона рівна 0,45 мм рт. ст., а величина - вміст сірководню в розчині, що надходить

То константа Генрі буде рівна

Аналогічно отримаємо з умов рівноваги над вихідним поглинальним розчином.

То константа Генрі буде рівна

Таким чином,

Коефіцієнт масовіддачі тоді буде дорівнювати

Необхідна поверхня абсорбції

Поверхня круга насадки

де U - периметр сбігу рідини по насадці, м;

С - висота рейки насадки, рівна 0,1 м.

Необхідна кількість кіл насадки

Приймаємо один скрубер з 125 колами і 5 секції по 25 кіл.

Вважаючи відстань між секціями 0,5 м, висоту опорних рейок 0,12 м і відстань від верху насадки до кришки насадки і від низу насадки до дна 5 м, отримаємо загальну висоту скрубера:

Н = 126 · 0,12 + 4 · 0,5 + 5 = 22,12 м.

Висновки

В курсовому проекті розглянуті основні методи очистки коксового газу від сірководню, особливості їх апаратурного оформлення та вимоги до проведення процесу.

На підставі огляду, враховуючи екологічні норми, економічну доцільність, особливості технології, запропоновано двоступеневу сіркоочистку по вакуум - карбонатному методу.

Гипрококс, не міняючи існуючого на заводі методу очищення, розробив робочий проект реконструкції цеху очищення коксового газу від сірководня з 16 г./нм³ до 0,5 г/нм³ вакуум - карбонатним методом за двоступінчатою схемою уловлювання і регенерації (ТЛЗ виконане УХИНом), з отриманням з сірководня сірчаної кислоти на установці ВСА за технологією фірми «Хальдор Tопсе» (Данія) відповідно до технічного завдання Гипрококса.

Використання високоефективного каталізатора фірми «Хальдор Топсе» забезпечує міру конверсії SО₂ в SО₃ до 99,6%.При цьому об'ємна концентрація у викидах з димаря складає: SО₂ ~79 ссm, SО₃ ~3 ссm

В курсовому проекті було розраховано матеріальний баланс коксування на підставі якого розраховано сірчистий скрубер. Згідно розрахунку отримали, що при продуктивності насадкового абсорбера по коксовому газу 120000 м³/год і вміст сірководню в коксовому газі на вході в абсорбер 4,2 г/м³ і 0,5 г/м³ сірководню в коксовому газі на виході з нього необхідна поверхня абсорбції склала 30678 м². Висота насадкового абсорбера склала 22,12 м.

коксовий газ сірководень скрубер

Перелік посилань

1. А.Г. Касаткин «Основні процеси і апарати хімічної технології».

2. Литвиненко М.С. Очищення коксового газу від сірководня.

3. Глинка Н.Л. Загальна хімія.

4. Очищення промислових газів і питання воздухораспределения. Збірка статей. Л., 1969

5. Гребенюк Уловлювання хімічних продуктів коксування. Частина 1, 2002.

6. Глущенко І.М Хімічна технологія горючих копалин.

Размещено на Allbest.ru