автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка и реализация в промышленности технологии очистки коксового газа в скрубберах Вентури

• Шнгетврстао иэталястрэт: CGC?

.. eoctoml о?дш тщогоро îtacucid mmn КДТ^ОЧЯСШЩШТЕШЛСЙ шзяаз-гшлп:!! !ЯЯГ:ЮТ

(BSHîH)

Н"3 w'^cr*4*' ^

Для слугло'пого ПОЛЬЗОЮ!;.::! Экз.Я _1_

СТАР0Д7Н1ЕЗ Альберт Икполаевгч

разработка я решзот в проошеввосш ТЕХНОГОПК ОЧИСТИ! КОКСОВОГО ГАЗА В скрубберах ВМП7Л

Спошальноота 05.17.07 - Химическая гелюлсг::;; • тошшвз -J газа

Автореферат

дпссортзш;; ¡ra сопскаппе ученой огзпекя капли ля?? тззшячэскпг. пэт~

Q-ргап^-гг.'-^г, - /531

Работа выполнена в лаборатории уЯавлпвайкя химических продуктов коксования Восточного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского углехпмического института.

старший научный сотрудник, доктор '»технических наук, Назаров В.Г.

доктор технических наук, нрофессо! Харлашович Г.Д.

кандидат технических наук, доцонг Котлик С.Б,

Губахшскнй йоксохгошческпЛ завод

Защита состоится " 21 " 1ШНЯ_ 1991 г. в 15 ~~

часов на заседании специализированного совета 0~5.01 в

Восточном ордена Трудового Красного Знамена научно-лсследовагел: ском углехштеческом инстнтута.

Отзывы и замечания в 2-х экзеглплярах, аавэрешшо гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620213, г.Свердловск, ГСП-117, ул.8 Марга, 14, ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан " 20 " мм__ 19Э1 Г.

Ученый секретарь специализированного. /

совета, к.т.н. ' ™7Л.Я.Рытиико£а

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Бедущео нредприятпэ:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследования и разработки по защите окружающей среды в настоящее время являются важнейшими в нашей стране и за рубежом. Несовершенство действующей технологии обработки коксового газа па коксохимических предприятиях в современных условиях приводит к значительным выбросам в атмосферу и водоемы Н^, НСМ в цехах улавливания; оксидов серы и азота из дымовых труб коксовых батарей; низкой рентабельности очистки газа; загрязнению смолистыми веществами технологических растворов установок обработки газа и, как следствие, к тяжелым условиям труда.

Вышеуказанные недостатки наиболее эффективно преодолеваются в схемах комплексной очистки коксового газа, сочетающих аммиачную круговую сероочистку с извлечением аммиака водой или растворами ортофосфатов аммония в высокопроизводительных аппаратах.

Сведения о гидродинамике и кинетике тепломассообменпнх процессов обработки газа являются важнейшим условием для промышленного осуществления этих схем. Теоретические представления о кинетике абсорбции аммиака и кислых компонентов коксового газа водой затрагивают только изучение химических процессов, происходящих в жидкой фазе. На основе этих знаний решаются задачи селективного извлечения сороводороца из коксового газа. Однако, дальнейшее совершенствование технологии аммиачной сероочистки коксового газа невозможно без изучения процессов, происходящих как в жидкой, так и в газовой фазе, особенно при рецикле газообразного аммиака в прямой коксовый газ. Полученные сведения о кинетике абсорбции позволят обосновать упрощение технологических схем и использование нового высокопроизводительного оборудования, что является актуальной задачей.

Работа выполнена в составе комплекса НИР по реализации за-< дания 0.7 программы ГКНТ Совета Министров СССР по проблеме 0.08.03 1980-1990 гг.

Цель работы: интенсификация абсорбционного процесса в аммиачном способе очистки коксового газа от сероводорода с упрощением аппаратурного оформления узла обработки газа.

Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований получены ноеыз сведения о кинетике совместной абсорбции аммиака, сероводорода, диоксида углерода во-1 дой и аммиачным раствором в пленочном-режиме; о закономерное-

тях улавливания из газа кислых компонентов, ассоциированных с аммиаком в .газовой фазе; установлены количественные зависимости показателей очистки коксового газа от ашиака и кислых компонентов в низконапорных форсуночных скрубберах Вентури (СВ) от технологических факторов. Впервые получены сведения о развитии поверхности контакта фаз (ПКФ)' в низконапорных СВ при очистке газа с низко! плотностью в зависимости от гидродинамических условий в аппарате.

Цра^гичесуая значимость работы. Разработан усовершенствованный способ аммиачной очистки коксового газа от сероводорода, позволяющий значительно ускорить продасо взаимодействия оерово-дорода с ашиаксм и резко сократить объем абсорбционной аппаратуры в технологических схемах комплексной очистки коксового газа.

Результаты работы реализованы при сооружении промышленного агрегата очистки коксового газа от аммиака водой на Калининградском коксогазовом заводе (ККПЗ), узлов подготовки газа на Кемеровском коксохимическом заводе (ККХЗ) и Новолипецком метком-бинате (НЛЖ) с экономическим эффектом 430 тыс.руб.

Полученные сведения использованы в технологических заданиях для проектирования реконструируемых и новых промышленных объектов на Алтайском коксохимзаводе (АКХЗ), ГККЗ, Кузнецком (КМК), Орскс-Халиловском (ОХМК), Карагандинском (Квр.МК), Ново-липепком металлургических комбинатах, Коимунарском коксохимза-воде (Ком.КХЗ) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 550 тыс.руб.

На защиту выносятся: I. Особенности процесса абсорбции аммиака и кислых газов водой и аммиачными растворам.

2..Закономерности массопередачи, сопрсвовдаемой химической реакцией, в скруббере Вентури.

3. Новые сведения о формировании и развитии ПКФ в низконапорных форсуночных СВ.

4.. Реализация в промышленных условиях разработок по совершенствованию аппаратурного и технологического оформления.схем обработки коксового газа.

Апробзияя работы. Материалы диссертации докладывались на 3-й научно-технической конференции молодых специалистов по проблеме "Исследование углей, процессов и продуктов их переработки" в г¿Свердловске, 1982 г.; на Всесоюзной конференции "Очист-

ка газовых выбросов иа предприятиях различных отраслей промшь i ;л.с!Шостп" (г.Москва, 1993 г.); на 3-П Всесоюзной научной конфе-ренцпп "Современные машины п аппараты хю-лтропэгодства" (г.Ташкент, 1983 г.); на 2-м Всесоюзном совещании по проблема "Абсорбция газов" (г.Гродно, IS83 г.); на 3-м Всесоюзном совещании "Лб-сорбция-87" (г.Таллпнн, 1987 г.); на отраслевом семпнаро "Новцэ методы обработки коксового газа" (г.Свердловск, 1390 п).

Публикехг-т. Шториалн дпссертацпонной работы опублпкопзни в 7 статьях, 6 тезисаз докладов и в 2-х авторских свидетельствам.

Структура п обт-ет.' работн. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Библиографический список включает 161 источ-пик. Работа изложена ка ISI страипцо машинописного текста, а том числе 28 рисунков и 13 таблиц.

ШСПЕИШТГЛЛКШ ЧАСТЬ

В работе на лабораторной стадии для приготовления газовых смесей использовали сжижешшй сероводород, полученный гдцроллэсм сернистого алюминия.

Концентрацию Н$~ и ^ в растворах определяли потенцпо-метрпчеекпм титрованием. Рассеяние света частицами охлаадепной парогазовой смеси cot - «¿о аргон измеряли на нефэ-

лометре ЛМЗ-69. Фильтрованием газа через ало ил, заполненный ватой из стеклоЕолокна, осаядалп аэрозоли, газовуя с".:ссь до а после фильтра анализпровалу на хроматографе ЛХМ-8 í.vl; покпо-моле-куллрнув структуру аэрозолей последовали методом ПК-спектроскопии иа спектрофотометре Spencd-JfHs. Дисперсность аэрозолей определяли методом осегхэяил па стеклянную пластинку, покрытуя слоем пкмерепониой гпдкосги, с последующим расчетом рагпзра частиц под шшроскопом "Виолам".

При проводонип исследований па стендовой установка по изучению закономерностей формирования и развития поверхности контакта Зйз в скрубборо Вэптурл использовали химический ''отод Данквертса.

Пробы газа па иро-'.-кплегзг'г: установках отбирались методом внутрзтшй фильтрации по методике ВУлПЯа. Диспзрспко характеристики частиц аэрозолей исследовались с помощью жяактора конструкции ШВЮГаза с использованием фильтров пз ткани Погряпова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. ОСОБЕННОСТИ АБСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА ИЗ КОКСОВОГО ГАЗА И АППАРАТЫ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

Из современных представлений о химизме и кинетике абсорбционных процессов, происходящих в аппаратах аммиачной сероочистки коксового газа, обосновывают основные приемы селективного поглощения сероводорода раствором - сокращение времени контакта фаз газ-жидкость и максимальное развитие мевфазиой поверхности с возможно меньшей степенью ее обновления.

Во всех применяемых в настоящее время сероводородных абсорберах (тарельчатых, форсуночных, насадочннх) создаются условия для незначительного гидролиза диоксида углерода и быстрого протекания химической реакции в жидкой фазе между улавливаемым Н^ и аммиаком, находящимся в растворе. Учитывается такжо.что лимитирующими стадиями в данных условиях могут быть диффузия взаимодействующих газов в водном растворе и скорость вывода продуктов реакции из зоны контакта фаз в основное ядро жидкости.

В работе теоретически обосновано п экспериментально подтверждено , что сероводород можно селективно извлекать из газа на стадии формирования аэрозолой водных ассоциатов с аммиаком перед сероводородным абсорбером. Поскольку значения коэффициентов диффузии реагирующих компонентов в газовой фазе на несколько порядков вше, чем в жидкости, ускорения процесса хеыосорб-ции Нг2> аммиаком достигаем, создавая условия для химического взаимодействия реагентов в газовой фазе и получения продуктов реакции в виде взвешенных в газовой фазе частиц, с последующим удалением та из газового потока методом мокрой фильтрации, что дает возможность резко сократить объем абсорбционной аппаратуры за счет уменьшения числа единиц переноса в аппарате.

Перспективным является использование в качестве промывате-лей коксового газа агрегатов большой единичной мощности - низконапорных форсуночных скрубберов Бентурн. Эти аппараты предложена ВУХИНом для охлазденпя л очистки коксового' газа от взвешенных частиц.

■ 2. ХШИЧЕСКОБ ВЗАШ.ВДЕЯСТЕИЕ АШАКА II КИСЛЫХ КОШОНЕНТОВ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ В ПРИСУТСТВИИ ПАТОВ ВОДИ

Проводя исследования по абсорбции аммиака, сероводорода и

дпркоцда углерода плзпг.с!2 вод« и еккзачпого рэетзорэ з груот.а о орошаемой отсшсоЯ, мн воогадаш) обяарзтляь чхо пггаптзл условия, при которых когцфгапеп^ц гассоперодачз сероводорода езввся':-но только от чзстншс козффзштснтоз г.-лссоотдачи в гзаовоИ п<я-коЗ фазах, но и от дЕфТузцого состояния газовой (Т-зои - Fr.er~-.a-пий турбулентности газовой фасы виззналу неадекгэгпоэ погкгсяпу значений коэфТ'ягювгоа госссаер-эд'.та!. Этот ф?.пт нозволпл из;-; усгяпогпгь» что по алчсной газоэс'! среда яря опрсдо-тзап:«: ВШ1Х ¿«же? происходи?* хнютоскоо вэаямодэЯсгего п глс-

лнх газов с образованием в гаоо шдглг чзстптд. Ни

пашш, что поклеппс гсгаэратурп яарс2»?.шглясй сггосп до 70-1С03П к введение по в нгскгоппуп водоП газспуп ссоду, содергяща гпс-леэ когяотгентп, способствует ускорэпЕЮ прсиоссо ябссрбшя пр-услсвпн удэло1Шл взгеаяшп: тастзц непосредственно исоле яя образования, 1'.о. на с-хйдас полгогоепз гаса. Получо.гш'э ?пспорг~ мвя'гсльпке дошшо позволило яроглогпгг» сзй.".;? пронесся сбрэбог::-га?а, изобрпсеязуп па ряс,!«

Схема образовзтл :ллтсп:с пзве'лзнкш: чзотяц в газозой <Тпз<п Л В

М,5 -\К С

• • • ¡пн

• с

СРг-НгО

{Г«(«и,-игд1|1 ХН5

{г«пм)п м?г>~ • v .о]" ннгс<?о-.нее: •

п

т « г-13-373 к

Гомогййяэя о» с х « гаг.

тт гсо-соа г:

Гетерогенная глстр:.','

¡;н3-м,3-се,- Ы,р - газ

То -- "оз-сСй

Фпэико-хишческие свойства аэрозолей изучались на лабораторной установке. Результатами исследований на модельных системах ( - сог - «2.0 - инертный газ) установлено, что при изменении соотношения нн}: аммиак расходуется не только на химическую реаисго, но и участвует в процессе формирования аэрозоля (рис.2). Сероводород в присутствии аммиака в пересыщенном влагой газе в пределах температур 303-32? К полностью переходит во взвешенные в газе частицы при мольном отношении МН,:Н15>3 • Корреляции меаду влэейостью среда и степенью перехода аммиака в аэрозоль не обнаружено. При сшгаеппи концентрации сероводорода в газовой фазе наблюдается увеличение относительной доля аммиака в аэрозоле (кривые 3, 4, ряс.2).Эксперименты проводились в двух диапазонах концентраций сероводорода, что соответствует различным областям счетной концентрации. Весовая концентрация образующегося аэрозоля увеличивалась за счет роста размеров частиц о увеличением мольного отношения

ММ}:иг!> (рис.3). При осаадении аэрозолей из парогазовой смеси наш обнарукеш частицы размером 2-5 мкм. По даннш спектрального анализа в составе взвеаенных частиц фиксируются как молекулярные, так п ионные формц реагирующих соединений ( ин^; н^о; иг" ; НС<£; ЫН + ; ки^о" ).

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЮШЩКИ СОВЕСТНОЙ АБСОРБЦИИ г1н,, 4,5 , сог ВОДОЙ И АММИАЧНЫМИ РАСТВОРАМИ ! В СКРУББЕРА! ВШГУРИ

Исследования проводились на опнтно-проглшышнной установке производительностью 15000 нм3 газа/ч па ШВ. СВ установлен после газовых нагнетателей, удельный расход аммиачной.воды измз-йялся от I до 3 кг/м3, скорость газа в горловине СВ - от 20 до 35 (д/о. В рецикл добавляли 0,5 кг/м3 газа свежей технической воды. В качестве распшгитлелей циркулирующей через СВ ©едкости ис-пнтнвались пакеты центробеяно-отруйинх форсунок и форсунок типа "Варкаус", создающих экокцпошшй эффект. Коксовый газ содержал, моль/нм3: аммиака 0,24-0,57; сероводорода 0,044-0,(774 я 2 % об. диоксида углерода.

Орсгаенпо СВ проводилось рабочим ашиачшм раствором цеха, содеркащим, г/да3: МН^ 4-6; Н^ - 0,3-0,7; нем - 0,3-0,5;

Сог ~ 4-6. Температура абсорбции изменялась в пределах 301312 К.

Степень перехода ^ ц HtS да газа в азроеоль, газ-посптель-эдгок о относительной влаппоогкэ 100 % - и 30 %

й1 о

и

и а и о

10 15 Мольное отношение

в газовой фазз

1,2 - сороводород; 3,4 - аммиак при концентрация -0,225 /5оо.; 5,6 - агялпак при концентрации - 0,450 х а а - относительная влайность газа-нооателя 100

до«

- то се 30 %

Риа.З

Изменение светорассеяпзя в потоке насшпэниого влагой аргона прз смошэгога ого оо смеоьа мн» п HfS я состоянии пересыщения (Т - 303 К)

м

о и о я о

О 10 £0 30 40 50 Молх.гоп отпою??;!!5 ¡-и^: HLb 2 ст"зсгс гзгоз 1,2 - содопсашто м,5 в газосой сшзсп (сукярао), :0,225, 04(30

Рло.З

В результате получены эмпирические зависимости коэффициентов массопередачи для сероводорода в ашиака (К, ыольЛг.ч.Па) от скорости rase в горловин? СВ ( Wr , ц/о) я массовой скорости раствора ( */„, , кг/i^.o) :

«4s" 6'<5 < • i

Установлено, что при дроблении .жидкости форсунками СВ о времени контакта газа и жидкости в аппарате десятые доли секунды, химические реакции в жидкой фазе не имеют завершения и практически не влияют на коэффициент массопередачи - кинетика массопередачи определяется поверхностью п временем контакта фаз. Таксе было установлено, что значения коэффициентов массопередачи при работе установки в вкекцпонноы режиме ( м/ист = 30-35 м/с) того же порядка, что и при обычном режиме ( WMeT. = 15-20 м/с):

Таблица I

Значения коэффициентов массопередачи в СВ

Режим работы КСО,

Обычный 16-50 6-II

Эжекционный 20-60 8-15 0,2-1,0

Влияние химических взаимодействий в газовой фазе на кинетику абсорбции аммиака и кислых газов исследовалось на стендовой установке в модели форсуночного СВ производительностью по газу 200 ш^/ч. Циркулирующей водой абсорбировали компоненты из двух искусственно приготовленных газовоздушных смесей мн1-со^-н10-воздух и сог- Нг$ - Н,о -воздух. Содержание аммиака и диок-

сида углерода в' первой смеси поддерживали постоянным ва уровне: 5 гДг и 2 % об. соответственно. Режимы подготовки газовоздушной смеси перед СВ варьировались: менялась температура пароаммиачлой смеси, подаваемой в газовоздушную смесь п, относительная влажность исходной газовоздушной смеси. Температура абсорбции в СВ около 295 К. На рис.4 представлены кривые насыщения аммиаком и диоксидом углерода циркулирующей в СВ воды. Увеличение скорости насыщения раствора указанными компонентами (несмотря на повыше-, ние температуры газовоздушной смеси перед СВ на 2-3 градуса) является доказательством механизма извлечения п СОг из газовоздушной смеси, в котором сочетаются абсорбция и осакдешш

, сбразокштлхсп в газе аэрозолей тамзчоохи связанных акягака, дп-»'окспда углерода и водц. Во второй оерпя экопорпмзнтов варьировалось содерглшо п Нг5> -в газовой смеси прп постоянной тсияоратуро пвроагжлачной скоси 383 К и относительной влашостп газа 100 %. Результаты экспериментов пряводвны в таблице 2.

Ветянпд'га.шоратури аммпачншс паров п относительной гласности газа на скорость насыщения воды аммиаком и диоксидом углерода

Продолжительность опыта., /мян

1.3 - Т = 303 К, = 100 % 1,2 - аммиак

2.4 - Т = 295 К, 1С = 100 Í, . 3-5 - диоксид 5 - Т а 363 К, I? = 29 % углерода

füc.4

Установлено, что с увеличенном -г.онцоптращт аммиака в газовой фззо, посшастся содорганпо а поглотительном растворо длоксщц. углорода. Конструкция и компоновка оросительных устройств практически но влияют на коэффициенты пассопередачи, однако, прп улавливанза аэрозоля папболео эффективны цонтробозио-струЕшо форсунки с мэлкодпспорЬннм распылом. Степень улавлазатя ( Ь ,%) диоксида углерода аммиачнш.» раствором n СВ с продеарптолытон подачей пароаьмиачиой сизси в газ с плотностью 0,5 кг/пм3 нппрогс-

симируется следующим уравнением:

К =^06+ 0,094-+ ,

где: ( у/ и м/нп- скорости газа в горловине СВ и истечения жйд ' ' кооти из форсунки, м/с;

е1<р - диаметр сопла форсунки.

Таблица 2

Данные по селективному извлечению сероводорода в скруббере Вентури с подачей в газ аммиачных паров

К Содержание в газе Содержание в ра- Мольное от- Степень

опы- на . БХОД5 в СВ, створе на выходе из СВ, г/доЗ ношение в улавли-

та ' г/т*- 1 газ.Фазе вания

по СВ

МНг н,* Сог

I 5,85 0,90 6,12 1,75 2,64 13,00 96

2 6,10 1,15 6,19 2,21 2,42 10,60 95

3 5,85 1,25 6,46 2,34 2,IX 9,36 94

4 5,67 . 1,40 7,31 2,52 1,94 8,10 90

5 5,90 1,55 7,65 2,75 1,85 7,60 89

6 1,70 0,90 2,90 1,15 1,49 3,80 64

7 2,78 0,90 3,50 1,27 - 6,20 71

8 4,12 0,90 5,89 1,60 - 9,20 89

9 4,81 0,90 6,73 1,73 1,87 10,70 96

10 6,12 0,90 7,22 1,75 2,50 13,60 97

Точность уравнения и коэффициентов при переменных определе-; на с доверительной вероятностью 95 %. Степень поглощения сероводорода с подготовкой газа перед СВ, установленном на Ш, воз; росла с. 15-25 % до 40-60 % в условиях действующего цеха. Нами I установлено, что оелективное извлечение сероводорода из газа

• происходит при химическом взаимодействии газов в условиях первичного охлаадения газа в холодильниках о горизонтальными труб' каш. По литературным данным и нашим исследованиям сопоставлен

фактический и равновесный с газом состав ковденсата по ступеням охяаздения в ГШ. При охлаждении газа с 353 до 303 К в внтерва-1 ле температур 310-305 К с од ери кие , нсч , ннь в конденсате газа достигает максшдука, затем в четвертой по ходу га; за секции холодильника при постоянной температура наблюдается

• деоорбшеткомпонентов из конденсата и концентрация их в конденсате на, выходе ив холодильника снижается на 15-20 %. Во второй

секши холодильника, в которой завершается кондонсация водяных паров, содержание компонентов в конденсата превышает равновво-. ное с газом. Этот факт можно объяснить только наличием химических процессов, происходящих в объеме газовой фазы ПГХ. Состав конденсата по секциям ПГХ представлен в таблице 3 ( СЫЧ)= = 6 г/нм3; С^ = 20 г/тА сгием = 2 г/нм3).

Таблица 3

Состав конденсата после первичнпх газовых . холодильников о горизоптальнши трубками

Место отбора пробы Температура газа. к • Сопеожли те. г/лм*3

нем с<ч

После второй секции Щл После четвертой секции ПГХ 303-308 303-308 9,8-14 8-12 8,0-9,7 2,СЪ5.5 0,7-0,9 2,7-4,7 1,3-3,0

' В усовершенствованной технологической схеме аммиачной сероочистки первичные газовые холодильники совместно о СВ предлагается использовать в качестве первой ступени для селективного извлечения сероводорода.

4. ПОВЕРХНОСТЬ КОНТАКТА ФАЗ В СКРУББЕРЕ ВЕНТУРИ

Для более полной характеристики работы СВ при различных режимах его эксплуатации нами били выполнены исследования по изучении закономерностей формирования и развития поверхности контакта фаз (ПКФ) в аппарате.

Установлено, что в низконапоряых СВ при обработка газов о низкой плотностью развитие ПКФ в незначительней степени зависит от скорости газа в горловине СВ. Решающим фактором развития ПКФ в исследованном диапазоне гидродинамических режимов является скорость истечения жидкости из форсунки (рис.5). Гидравлическое сопротивление СВ п эффективность очистки коксового газа при одновременно прогекаших в нем процессах - абсорбции и улавливании из газа аэрозолей паходятся в прямой зависимости от условий формирования и развития ПК® в аппарате, т.е.-от гидродинамических условий в СВ (рпс.£).

После мзтеЕлатино-статистяческсй обработки данных на ЭВМ были подучены зависимости величины ПКФ ( Б .м2) от различных факторов в виде уравнений:

3 = 0,0*56

0 &

1

13

о

о

Зависимость поверхности контакта фаз S от скорости истечения еидкости из форсунки w _„_ ( с/= 3 л/кЗ) при различной скорости газа в горлойине СВ/ м/о: I - 45, 2 - 35, 3 - 25

0,9 • 0,7

0,5 | j 2

и

О 5 10 15 20

Скорооть истечения, v/о 4'

Рис.5

Зависимость ПКФ, дР в и зффективности улавливания капель тумана вода ^ от гидродинамических условий взаимодействия фаз в СВ < у, = 3 дмЗ/мЗ газа)

v/r

100 300 500 700 900 1100 Гидравличаокое сопротивление СВ, Па I - 25 и/о , Í4 - 3,8-мм ( »/„„ = 8,3-14,9 м/с

2-35 м/с

3-45 м/с

¡И 5 - 6,0 мм I 6 - 8,0 мм

Рис. 6

( »/„„ = 3,3-6,0 к/с) ( V^.tr= 1,9-3,4 м/с)

S = 4 ооо^ v/r-oooSy + otob6 v/ueTt,

где - удельная плотность орошения, да^/нм3 газа

Результаты изучения ПКФ в СВ использованы при обработке экспериментальных данных, полученные при предыдущих исследованиях кинетики абсорбции NHS и кислых ко.чпонентои. Ранее результаты экспериментов аппроксимировались в виде условных коэффициентов массоперадачи (отнесенных к I м^ сечения горловины СЗ), но затем полученные данные по ПКФ в СВ бшш введена в расчеты по определению истинных коэффициентов массопередачп (рпс.7. С). На основании проведенных исследований выбран тез оросительного устройства в СВ промышленного масштаба - пакет центробекпо-стр^~ них форсунок со скоростью кстэчения киддосгя не »"нее 15 м/с п диаметром выходного отверстия 25-30 ш.

6. ТЕКНйКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ПРАКЛЯЕСКАЯ РЕЛЛЙЗАЕи.Л РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЩОВАНЙ1

В настоящее время сооружены п сданы в промышленную эксплуатация СВ па ККПЗ, ШшК, ККХЗ производительностью по газу 150 50 и 100 тыс.ш^/ч каждый. Скруббера Вентурп предказначены для отметки газа от смолистых веществ, нафталина, аммиака п кпелнх кся-понентов (таблица 4). Реальный экономический эффект от впедрекгя СВ на НЖЖ составил 79,5 тыс.руб/год.

На основании исследований в промышленных условиях пол'чзпэ исчерпывающая информация, позволяющая рекомендовать низконапэр» 1шо форсуно-чные СВ дал реализации в различных процзссах оСрэбст-ки отходящих газов. Результаты изучения кинетики абсорбция а??-миака и кислых компонентов с учетом и::с химического взаимодействия в газовой фазе использованы при разработке узлов абсорбции сероводорода в технологии комплексной очистки коксового гээо. Разработана перспективна! технологпчесгля схема отюткз кокзоео-го газа от сероводорода, отличительная особенность которой -

- ступенчатая очистка коксового газа ог кг3 с использошшгг::? ПГХ и СВ в одном узле. Прозгэтоство ступенчатой схемы очаска -

- ликвидация экстремальных ситуаций з работа отдзлянзя серопп-аноочистгаь Крокз того,- аппараты подгогока газа яаяэсп?зз резервными па случай аварл1нсй ¡ш плзпозей остэпог-кл сероЕэл?-* родного абсорбера. В настоящее врзмя схемы подготовки газа в СВ

Зависимость условных коэффициентов массопередачи при абсорбции водой аммиака (1,2) я оероводорода(3,4) от скорости газа в горловине СБ в удельного орошения ^

35

25 35 45 Скорость газа, к/с

_I I —•——

1,5 2,5 3,5 Удельное орошение, я/ч?

_от скорости газа в горловине СВ ( и/г )

__ от удельного орошения (у)

Рис.7

Зависимость коэффициентов иассопередачи К_ ври абсорбции водой аммиака (1,2) в сероводорода (3,4) от скорости газа в горловине СВ ыг и удельного орошения у

25 35

Скорость газа, м/с ;-

1,5 2,5 3,5

Удельное орошение, л/м3

, ]_от скорости газа в горловине СВ ( и/г )

__от удельного орошения ( ^ )

Рио.8

Эксплуатационные показателя прошияеннш: установок очвсткл коксового газа п скрубберах Еенгтрп

Предприятие: конструкционные рззгоры СВ Д г срловакн/шс ота

КйГЗ 400/2020

шщ

800/5200 .

шз

(проектная мог,--Нйота - 100 таг. вкЗ/ч) 1000/7£Ш

Производительность по гаду, тые.ькуч

И-16 40-50

60-70

Текература га-¡Ссдвряазпв азве-

гз, ос

частиц,

газа

до СВ

поме '01?'до СВ

'Л -42 23-32

29-33

37-42 28-32"

23-32

1-2

4.-7

9-11

поста СВ

0,25-0,45 0,2-0,3

0,3-0,4

сдельное орояэ-

кг/к3

1-2 2-3

3,5-4,5

Сотоо-УЗБЛ'О-

шге СВ, гЛа

0,3-0,4 0,7-1,1

0,6-0,8

оч^стхш,

Колзчост -Стеяспь во раствора на попсиао-нзсыаз« ,СВ, .

1-2

3-4

1-2

75-60

94-95

55-25

сл

запроектированы Гппрококсом для Гусинского КХЗ (П очзредъ реконструкции) и АКХЗ (Ш очередь строительства). Утверждены Найме тпромом СССР и согласованы заказчиками ТЛЗ комплексной очистки газа, в которых агрегаты промывки газа в СБ являются обязательной составляющей технологической схемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Экспериментально установлен механизм и определяй условия неравновесного гетерогенного осакдения сероводорода и диоксида углерода из коксового газа аммиаком в присутствии паров воды с образованием аэрозолей - ассоциированных соединений Нг0(

MHj п кислых компонентов коксового газа.

Установлено, что сероводород в присутствии аммиака в пересыщенном влагой газе в продолах температур 303-327 К полностью переходит в жидкие, ассоциированные с акшзком и водой соедвнэ-нпя, образующие аэрозоли крупностью 2-5 мкм. По данным спектраль ного анализа в составе взвеизнных в газе частиц фиксируются как молекулярные, так и ионные формы реагирующих соединений ( М,

иг0 , мн^ -, HS" , iicoj , IJHZC00~ ).

Проведение химической реакции мевду riK} и líj.5 на стадии подготовка газа с получением оссоциатов в газовой фазе и последующим их улавливанием дает возможность снизить концзнтрацка HtS в коксовом газе на 30-50 % от походного.

Представление о механизме газофазного химического взашло- . действия аммиака.с сероводородом в условиях пересыщения по влаге использован пра разработке технических приемов пнтбпеяфакацпп аммиачного кругового метода очистки коксового газа от nLS .

2. Впервые определены закономерности кикетшеп совместной абсорбции вьмиака, сероводорода, цианистого водорода, диоксида углерода водой и вммаачвиш раствора:,™ в низкоавпорянх форсуночных скрубберах Вентурв (СБ).

При дроблении поглотительного раствора форсунками в СВ и времени контакта газа и шдкостп десятые дола седувдк, химические реакции в аппарате не имеют полного завораешя и протекают только на поверкпости контакта фаз (11М>); скорость массопорэда-'ш сероводорода определяется величиной ПКФ и времзнем контакта' фаз.

В условиях рецикла в пероекценннй по влаге газ МП, моха-

нязм поглощения H¿S из газа определяется но только абсорбцией, ■ 'но я осввдеиием аэрозолей из газа. При этом достигав*.ся максимальная селективность пэвлеченпя сероводорода из коксового газа.

3. Впервые при обработке газа с низкой плотностью в тптзко-напоргик форсуночных СВ определена эффективно дойствушая в процессах хемосорбцни меяфаэная поверхность.

Установлено, что при снижении скорости гап? (увеличение времени контакта) и возрастания массовой скорости еидеостн с одновременным увеличением скорости истечения из форсунок (уволпченпо ПКФ) значения коэффициентов массопередачн в СВ возрастают.

Гидравлическое сопротивление низкенапорного форсуночного скруббера Вентури и эффективность очистки коксового газа в пен при одновременно протекающих процессах - абсорбции и улавлпван^п из газа водного аэрозоля находятся в прямой зависимости от скорости истечения шздкостп и величины выходного отверстия форсунки, т.е. от условий форггирования и развития ШС<5 в аппарате.

В зависимости от гидродинамических условий в СВ при обработке коксового газа величина удельной поверхности контакта фаз в СВ составляет от 400 до 1000 ы*Ум3 объема аппарэта.

На основании проведенных псслэдований выбран тпп срсси-телыюго устройства в СВ прошяленного масштаба - пакот центро-бешо-струйных форсунок со скоростью истечения падкоегп 15-20 ir,/а.

4. Получены пригодные для расчета прокетленных процессов аналитические зависимости, описывающие закономерности гашотшш абсорбпнп компонентов коксового газа аммиачкап растворам! в СВ.

5. В качестве базы для япрокого тиражирования промызкп коксового газа в СВ внедреиз технология очистки коксового газа о? взвешенных частиц в скрубберах Беятурн, устойчиво рзботапгглх в промаалоншяс условиях в диапазоне единичной мощности агрегатов по газу от 15 до ICO ть'с.нм^/н.

Установлено, что при увеличении шелтабз прогыолэнной уста-повгл, эффективность работы скруббора Вентури увеличивается.

G. Вариант технологической схекн очистки коксового газа ст сероводорода включает слекуЕнцю повке решения:

- дозирование амгл^экз з (яяаенц-эпннй влагой газ при абсорбции с использованием аффекта осоадензя аэрозолей позволяет увеличить поглстатольнувчнюсобпсоть раствора оороотлетпи в 1,5-2 раза я при сохранении глубзнп счистки газа увзллчять допусгнцул температуру абсорбента и газа до 308 X;

- рецикл ин3в виде концентрированной аммиачной воды даез возможность осуществлять ступенчатую очистку коксового газа с регулированием компонентного состава газа на каждом этапе;

- в качестве первой ступени очистки газа используются первичные газовые холодильники и скруббер Вентури;

- аппараты предварительной обработки газа (ПЕС, СВ) ликвидируют пиковые нагрузки по h4s на сероводородный скруббер и являются резервными при аварийной или плановой остановке нг5-промывателя. ,

7. Находятоя в постоянной промышленной эксплуатации окруб-бера Вентури на Новолипецком меткомбипате и Кемеровском коксохимическом заводе общей производительностью более 250 тыс.нм3/ч

Ожидаемый экономический эффект, утвержденный заказчиками, составляет 430 тйс.руб/год.

Основное содержание дасоертаЦии изложено в следующих работах:

1. Равновесное распределение ашлага, сероводорода и диоксида углерода при абсорбции их водой. В сб."Вопросы технологии улавливания и переработки продуктов коксования". М.'.Металлургия, 1979. С.16-18. В соавт. с В.Г.Назаровнм, Л.А.Забелло, В.И.Экга-узом.

2. Применение скруббера Веитурп для очистки коксового газа от аммиака, сероводорода и цианистого водорода водой. Кокс и химия, 1981, № И. С.42-43. В соавт. с В.Г.Назаровш, Л.П.Городни-чей, В.И.Клвмекко.

3. Кинетические особенности совместной абсорбции аммиака, сероводорода, диоксида углерода в пленочном решше. В сб."Улав-

; ли вопле, переработка и использование химических продуктов кок-í сования". М.¡Металлургия, 1981. С.12-14. В соавт.с В.Г.Пазаро-! вым, Л.А.Забелло.

4. A.c. II35750, ССОР. Способ очистки коксового газа от сероводорода. Б.И. й 3, 1985. В соавт. с В.Г.Назаровнм.

5.. О кинетике абсорбции кислых компонентов коксозого газа ¡ в скруббере Вентури. Тезисы докладов 3-й научно-технической кон-форэпцви молодых специалистов "Исследование углей, процессов в ! продуктов пх переработки". Свердловск, 1982. С.13. В соавт. с В.Г.Пазароваы, Л.П.Городничей.

6. Совершенствование аммиачного способа очистки серооодер-•-«!ащих газов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Очистка râ-

зовых выбросов на предприятиях различных отраслей промышленности." М. :ШШЖимнефтемат. 1983. С.57-58. В соавт. с В.Г.Назаровым, К.В.Зелинским.

7. Разработка и внедрение низконапорннх форсуночных скрубберов Вентури в технологических процессах обработки коксового газа. В кн."Тезисы докладов Ш Всесоюзной научной конференции "Хим-техника-83". Ташкент, IS83. С.138-140. В соавт. с В.Г.Нвзаровым, Н.Б.Волгиной, В.Г.Вшивцевшл.

8. Промышленные исследования абсорбции аммиака, сероводорода, диоксида углерода из кокоового газа водой в скруббере Вентури. Тезисы докладов 2-го Всесоюзного совещания "Абсорбция газов". Гродно: ГИАП, 1983. С.252-255. В соавт. с В.Г.Назаровым.

9. Интенсификация процесса очистки коксового газа от сероводорода в скрубберах Вентури. Тезисы докладов П заводской конференции "Снижение и ликвидация выбросов вредных веществ в атмосферу и реку Томь". Кемерово, ККХЗ, 1934. С.48-49. В соавт. с В.Г.Назаровнм.

10. Повышение эффективности работы скруббера Вентури при улавливании сероводорода из коксового газа аммиачными растворами. Промышленная и санитарная очистка газов. М. :ЦИШЖимнефтемаш, 1985, № I. С.12-13. В соавт. с В.Г.Назаровнм и Ф.С.Югаем.

11. Влияте гидродинамических условий в скруббере Вентури

на поверхность контакта Яаз при очистке коксового газа. В сб."Новые процессы и аппараты для обработки коксового газа". М.:Метал-лургия, 1985. С.5-9. В согшт. с В.Г.Назаровым и Ф.С.Егаем.

12. Влияние гидролитических условий в низковапорннх форсуночных скрубберах Вентури на поверхность контакта фаз при очистке газов с различной плотностью. ЕПХ, 1985, 7 с. (Рукопись деп. в ВИНИТИ от 6.03.85, № 1693-35 ДП). В соавт. о В.Г.Назаровнм и Б.С.Югаем.

13. Интенсификация абсорбционного процесса в агаиачном методе очистки коксового газа от сероводорода.-Тезисы докладов 3-го Всесоюзного совещания "Абсорбцяя гозов-87", Таллинн, П1АП, 1987. 3.74-75. В соавт. с В.Г.Назаровым и В.И.Бутаковой.

14. A.c. по заявкер&782383/26, решение ЕНИИГПЭ от 20.11.90. 5пособ 0ЧИСТ1Ш коксового газа от сероводорода. Заявл. 15.01.90

(в печати). В соавт. о В.Г.Назаровым, В.Г.Вшнвцевым, К.В.Зелинским, Н.Б.Волгиной.

15. Роль химических взаимодействий в газовой фезе при абсорбции аммиака в кислых газов. Тезисы докладов отраслевого семинара "Новые метода обработки коксового газа". Свердловск,1990* С.26-27,

Ромаьринп ЦНииМ.Зои. л-¿7. {с Ротапринт ЦНиИМ