Склад та призначення коксового газу для заводів

Вступ

газозбірник коксовий газ теплоємність Хімічні продукти, що утворюються при коксуванні кам’яного вугілля, виходять з подсводового простору коксових печей з температурою, що дорівнює 650−700 С. Для подальших технологічних процесів коксовий газ повинен бути охолоджений до 25−35 С.

Це необхідно з наступних причин:

а) у результаті охолодження газу і конденсації паров води і смоли різко зменшується об'єм газу і, отже, зменшуються продуктивності нагнітачів і витрата енергії на стиснення і переміщення газу через уловлювану апаратуру;

б) уловлювання хімічних продуктів коксування (аміаку, бензольних углеводороводов, сірководню, та ін) при температурі 25−35 С забезпечує досить високу ступінь поглинання;

в) виділення з коксового газу, при його охолодженні, смоли дозволяє зменшити забруднення апаратури для уловлювання хімічних продуктів коксування і газопроводів. Крім того, виділення парів смоли з коксового газу необхідно для покращення якості сульфату амонію. Присутність смоли в газі погіршує також якість поглинаючого масла, вживаного для уловлювання бензольних вуглеводнів. Тому першою технологічною операцією, якій піддається газ на виході з коксових печей, є його охолодження.

Незважаючи на простоту фізичного охолодження коксового газу, конструктивного його оформлення зустрічає певні труднощі технічного порядку. Це пояснюється великим обсягом газів, що підлягають охолодженню, виділенням на поверхні апаратури плівок смоли і відкладень нафталіну, що порушують нормальний тепловий режим, а також агресивністю утворюється в процесі охолодження коксового газу.

Несприятливі умови роботи охолоджуючої апаратури коксового газу повинні бути враховані при виборі технологічної схеми і розрахунку апаратури з тим, щоб забезпечити необхідну продуктивність апарата та встановлені правилами технічної експлуатації режимні показники.

Первинне охолодження коксового газу виробляється у дві стадії:

а) охолодження коксового газу в колінах стояків і газозбірника при зрошенні водою до 80−85 С;

б) охолодження коксового газу в первинних газових холодильниках до 25−35 С.

У вітчизняній коксохімічної промисловості застосовують в даний час дві схеми первинного охолодження коксового газу:

1) в трубчастих холодильниках;

2) в холодильниках безпосередньої дії.

Кожна з цих схем має свої переваги і недоліки, які детально розглядаються в спеціальній літературі по технології коксохімічного виробництва.

В останні роки в якості типовой застосовується схема первинного охолодження коксового газу в трубчастих холодильниках як більш економічна.

1. Склад і властивості коксового газу; охолодження коксового газу і вошденсація парів води і смоли

1.1 Склад прямого коксового газу

Склад прямого (сирого коксового газу), що виходить з камер коксових печей, змінюється протягом періоду коксування; змінюється також вихід і щільність газу.

У з'єднувальному газозбірнику відбувається усереднення з різних камер, складових в різні години коксування з різних камер, складових коксову батарею.

Вихід і склад коксового газу залежить від технологічного режиму процесу коксування і якості перероблюваної вугільної шихти. При незмінному режимі коксування і постійному складі шихти вихід і склад коксового газу на конкретному коксохімічному заводі залишається практично постійним. Виділяющійся з печей коксовий газ являє собою суміш, що складається з водню, метану, окисю вуглецю, азоту і його окислів, вуглекислого газу, бензольних вуглеводнів, етилену і його гомологів та ін Таблиця 1. вихід окремих компонентів газу і хімічних продуктів коксування в масових відсотках від сухої шихти

Прямий коксовий газ переробляється в хімічних цехах коксохімічного підприємства. Процес переробки зводиться до охолодженню коксового газу і виділення з нього кам’яновугільної смоли, вилученню аміаку, нафталіну, піридинових підстав, ароматичних вуглеводнів, сірководню і ряду інших продуктів. Питання вилучення перелічених продуктів з коксового ряду розглядаються у наступних главах.

1.2 Склад зворотнього коксового газу

Коксовий газ, що прийшов конденсаційну і уловлює апаратуру хімічних цехів (зворотний) має наступний зразковий склад.

Таблиця 2. Склад зворотного коксового газу

Середня щільність зворотного коксового газу дорівнює 0,44 кг/м3, нижча теплота згорання — 18 226, 5 кДж/м3.

1.3 Склад коксового газу для заводів, коксівного шихти з вугілля різних басейнів СНД

Склад коксового газу для заводів, коксівного шихти з вугілля різних басейнів СНД неоднаковий. У табл. 3 представлений середній склад коксового газу, отриманого з вугілля різних басейнів СНД.

Таблиця 3. Склад коксового газу по групах заводів СНД.

Газ заводів, які використовують шихти з підвищеним вмістом вугілля Кузнецького басейну, має підвищену густину і меншу теплоту згорання, містить велику кількість азоту і менше водню. Газ, одержуваний із шихт з високим вмістом вугілля Кизеловського родовища, містить велику кількість метану і неграничних вуглеводнів.

1.4 Вихід газу і хімічних продуктів коксування

Вихід газу на 1 т сухої шихти може бути виражений у вагових одиницях (G Кг), об'ємних одиницях (V, м3), при нормальних умовах або приведених до 16 760 кДж/м3 (Vпрів).

Ці величини пов’язані між собою наступними співвідношеннями:

G/с=V (1.1)

V· Q/16 760=V_прив (1.2)

Де с-густина газу, кг/м3; Q — нижча теплота згорання газу, кДж/м3.

Для характеристики коксових печей як генераторів коксового газу користуються виходом наведеного газу. (табл. 4)

Виходячий з газозбірников прямий газ містить водяні пари, одержувані за рахунок випаровування вологи шихти, пірогенетичной води, частини води газозбірикового циклу, і за рахунок інжекції при бездимної завантаженні печі. Для вугілля Донбасу залежність виходу пірогенетичной води від виходу летких речовин вугілля можна представити по рівнянню [2]:

Н2О_пир.=4.64−0.354· V^с+0.0118 (V^с)?, (1.3)

Де Vс-вихід летких речовин на суху шихту.

Зміст окремих складових в газі для широкого діапазону шихт приведено в табл. 5, г / м? очищеного газу.

Таблиця 5. Зміст окремих складових в газі

Також в коксовому газі міститься оксиди азоту, сполуки германію та ін. Зміст водяної пари в газі після газозбірника визначається точкою роси, яка на 1−2° С нижче температури надсмольної води, що виходить з газозбірника.

1.5 Властивості газу і його компонентів. Стисливість. Газова постійна. Густина

Об'єм ідеального газу (до яких можна віднести двоатомні гази), температура і тиск зв’язані рівнянням:

рх = RT (1.4)

де р-тиск газу, кг/м3;

х — питомний об'єм газу, м? / кг;

R-газова постійна, Н м / кг° К;

Т — абсолютна температура,° К.

Газова постійна, може бути виражена в: ккал / (кмоль° К), в ккал / (кг° К). Питомний об'єм газу пов’язаний з його густиною співвідношенням:

х=1/с, (1.5)

де с — щільність газу, кг / м ?;

об'єм реальних газів обчислюють за спрощеною формулою:

рх=КRТ, (1.6)

К-коефіцієнт стисливості газу, що характеризує відхилення даного газу від ідеального, для газових сумішей визначаються за правилом адитивності.

Наближені значення К для коксового газу представлені в табл. 6, величини с і R компонентів коксового газу наведено в табл. 7.

Таблиця 7. наближені величини коефіцієнтів стисливості компонентів коксового газу

При розрахунках процесу згорання необхідно також враховувати тепловий еквівалент газу (число Вобба). Для коксового газу середнього складу цей показник дорівнює:

W=Q/с=4350/?0.44=6600. (1.7)

1.6 Теплоємність

У табл. 7 наведені значення середньої об'ємної теплоємності компонентів коксового газу при постійному тиску Ср в інтервалі температур 0−2500° С, мольну теплоємність виражають в ккал / (кмоль° С) і ккал / (м ?° С).

Мольна теплоємність ккал / (кмоль° С) компонентів коксового газу приблизно може бути обчислена за форму С_р= а+вТ+сТ?, (1.8)

Де Т — абсолютна температура, К;

А.В, з — коефіцієнти. В табл. 7 наведено коефіцієнти для деяких газів.

Таблиця 7. значення коефіцієнтів для визначення мольной теплоємності компонентів коксового газу

Теплоємність коксового газу може бути обчислена за правилом адитивності:

С_см=(а₁с+а₂с₂+…а_nс_n)/100, ккал/(м?°С) (1.9)

Де а1… аn — вміст компонентів, % (об'емн);

с1… сn — середні теплоємності компонентів, ккал / (кмоль° С).

Таблиця 8. середня теплоємність компонентів коксового газу та повітря, ккал / (м ?° С)

1.7 Теплопровідність

Залежність теплопровідності газу від температури обчислюють за формулами:

л=л₀(273+С/Т+С) (Т/273)^3/2; (1.10)

л=л₀ + бt (1.11)

де Т — абсолютна температура, К;

t — температура,° С;

л₀ — теплопровідність при 0° С, ккал / (м * год *° С) б і С — постійні;

Таблиця 9. Значення л₀, С і б для компонентів коксового газу

Теплопровідність газової суміші не підкоряється закону адитивності. Залежність теплопровідності двох-трьохатомних газів від температури показана в табл. 10.

Таблиця 10. залежність теплопровідності двох-трьохатомних газів від температури. (л₀ * 10? ккал / (м * год *° С)).

1.8 Динамічна в’язкість

Динамічна в’язкість — сила тертя, віднесена до одиниці поверхні і одиниці градієнта швидкості.

Для середнього складу коксового газу динамічну в’язкість при 0° С можна прийняти рівною 1.1 * 10−6 кг / м * с.

Кінематична в’язкість визначається як динамічна в’язкість, віднесена до щільності газу, м2 / с. (табл. 11 — 12)

Таблиця 11. залежність коефіцієнта динамічної в’язкості від температури, з * 105, кг / (см * с).

Таблиця 12. залежність коефіцієнта кінематичної в’язкості від температури, х * 105, м2 / с

Кінематична в’язкість коксового газу середнього складу при 0° С дорівнює 23 * 106 м? / с, а при 25 * 10−6 м? / с. Залежність кінематичної в’язкості коксового газу від температури і тиску виражається формулою:

нр.t=н_760.20 (0.88+0.06t) 760/р (1.12)

де нр. t, н_760.20 — кінематична в’язкість при робочих і нормальних умовах, м? / с, р — абсолютний тиск газу, мм рт. ст.,

t — температура газу,° С.

1.9 Вибуховості і займистість

Боковий вівтар вибуховості компонентів коксового газу наведено в табл. 13

Таблиця 13. Межі вибуховості коксового газу

Межі вибуховості газової суміші визначають за формулою:

n=100/(а1/n1+a2/n2+ … +an/nn), (1.13)

де n, n1,… nn — межа вибуховості (нижній і верхній), % (об'емн);

а1, а2… аn — вміст компонентів газу, % (об'емн).

для коксового газу середнього складу експериментально встановлені межі вибуховості наступні: нижній — 6%; верхній — 30%. температура займання — 600−650° С, максимальна швидкість займання-75 см / с.

1.10 Вологість

Вологість коксового газу (абсолютна) — це зміст водяної пари в 1 м? сухого або вологого газу. Виражається в об'ємних або вагових одиницях. Залежність вологості від температури і тиску ілюструє табл. 14.

Таблиця 14. вологість газу при різних температурі і тиску

1.11 Теплотехнічні засоби

Теплота згорання коксового газу складає 4250 — 4400 ккал / м ?. Теоретична кількість сухого повітря, необхідне для згорання газу середнього складу — 4.35 м? / м ?. При коефіцієнті надлишку повітря б = 1.2 кількість повітря складе 5.2 м? / м ?. склад і кількість продуктів згорання при теоретичной кількості повітря і коефіцієнті б = 1.2 наведено в табл. 15.

Таблиця 15. Характеристика продуктів згорання при різних значеннях б.

1.12 Склад надсмольної води

Однією з основних функцій відділення конденсації є зрошення газозбірника надсмольної води, ретельно окремої від домішок (смоли, фусів і т.д.). в цьому відділенні є 2 різновиди надсмольної води:

1. вода, що циркулює між освітлювачами і газозбірника.

2. конденсат газових холодильників.

У газозбірнику частина зрошающей надсмольної води випаровується і конденсується вже в газових холодильниках спільно з вологою шихтою і пірогенетіческою вологою. Поповнення випарованої частини води циклу газозбірників проводиться за рахунок аміачної води циклу холодильників; надлишок вологи направляється в аміачне відділення для виділення аміаку. За хімічним складом ці води трохи різняться. У воді циклу газозбірників переважають пов’язані солі амонію (NH4Cl, NH4CNS та ін); у воді циклу холодильників переважають солі летючого аміаку ((NH4) S, (NH4) CO3), т. е. солі, які при підвищенні температури розкладаються. Зразковий склад надсмольних вод наведено в табл. 16.

Таблиця 16. Склад надсмольной води, г / л

У воді циклу холодильників зміст летючого (вільного) аміаку вище, ніж у воді циклу газозбірників.

При схемі конденсації з трубчастими холодильниками змішання вод циклів газозбірника і холодильника не тільки допустимо, але і бажано, т. я в результаті цього припиняється накопичення хлористих і роданистих (тобто найбільш корозійних) солей амонію. В результаті змішання вод зміст цих солей знижується в 6−8 разів.

1.13 Очищення надсмольної води і смоли від фусів

Відстоювання надсмольної води газозбірникового циклу від смоли і фусів є необхідною технологічною операцією, що забезпечує кА необхідне охолодження коксового газу. Так і безперервну роботу форсунок, встановлених у газозбірника і стояках.

Поділ конденсату засноване на гравітаційному відділенні смоли і фусів від основної маси надсмольної води під дією сил тяжіння. Надсмольна вода з розчиненими в ній солями і ін домішками має густину 1020−1050 кг / м ?, смола 1120−1220 кг / м ?, а фуси до 1250 кг / м ?. Поділ здійснюється в механізованих освітлювачах різних конструктивних виконань. На коксохімічних виробництвах України застосовуються освітлювачі прямокутної форми ємністю 210 і 380 м? і циліндричні об'ємом 650 м ?. При часу відстоювання? 30 хв, продуктивність по воді становить 420, 760, і 1300 м? / год відповідно.

Швидкість випадання фусів залежить від в’язкості смоли, яка, в свою чергу, пов’язана з температурою надсмольнойї води в освітлювачі. Для її підвищення нижня частина корпусу і днище обігріваються глухим паром. Помічено, що чим рівномірніше обігрів, тим менше виникає конвективних струмів води і тим легше і ефективніше відбувається розподіл фаз.

1.14 Очищення смоли від фусів

Погіршення якості смоли, викликане впровадженням бездимного завантаження з використанням паро-і гідроінжекціей ускладнює і здорожує процес поділу надсмольної води і смоли. Тому представляється доцільним перехід на двоступеневі схеми поділу надсмольної води і смоли. [3−4].

Характерною особливістю таких схем є застосування гравітаційної апаратури на першій ступені, а остаточне очищення смоли від фусів виробляють на другому ступені із застосуванням осаджувальних центрифуг. Одна з таких технологічних схем наведена на рис. 1

Рис. 1 Двоступенева технологічна схема поділу надсмольної води і смоли: 1 — механізований відстійник — освітлювач; 2 — збірка; 3 — циркуляційний насос, 4 — теплообмінник; 5 — осаджувальна центрифуга; 6, 7, 8 — Збірники; 9 — насос циркуляційний; 10 — насос; 11 — переливне влаштування; 12-регулятор рівня; 13-збірник. I — надсмольная вода зі смолою і фусамі; II — освітлена вода на зрошення газозбірника; III — надмірна аміачна вода на переробку; IV — Смола; V — Фуси; VI — аміачна вода з процесу зневоднення смоли; VII — пар.

Надсмольная вода (містить смолу і aуси) подається в механізований відстійник-освітлювач 1 для відділення крупнодисперсних фусів. Освітлена вода стікає в збірник 2, з якого частина її направляється на зрошення газозбірника, а надлишок — на переробку. Смола з вмістом води 20−30% перекачується циркуляційним насосом 3 через теплообмінник 4, що обігрівається парою в осадительную центрифугу 5. В ній відбувається остаточне очищення смоли з виділенням води, смоли і фуси, що надходять у відповідні збірники 6,7,8. Воду циркуляційним насосом 9 повертають у відстійник, а смолу з вмістом вологи менше 5% подають насосом 10 в переливний пристрій 11. регулятор 12 забезпечує підтримання постійного рівня смоли у відстійнику стабільну роботу центрифуги. Надлишкова смола надходить у збірник 13.

1.15 Схеми первинного охолодження коксового газу в трубчастих холодильниках

На рис. 2 представлена технологічна схема первинного охолодження коксового газу в холодильниках з вертикальними трубами. Коксовий газ після охолодження в газозбірнику 80−85° С надходить через сепаратор 2 в міжтрубний простір холодильників 3 з вертикальними трубами. За ним протитечією рухається технічна вода, з початковою температурою 20−24° С. При теплообміні між цими двома потоками газ охолоджується до 30−35° С, в ньому відбувається конденсація пари смоли і води.

Рис. 2 Технологічна схема первинного охолодження коксового газу в холодильниках з вертикальним розташуванням труб.

1 — газосборнік; 2 — сепаратор; 3 — первинний трубчастий холодильник; 4, 19 — гідравлічний затвор; 5 — проміжний збірник конденсату; 6-освітлювач механізований; 7 '* - проміжний збірник; 8,13,15, 16 — насоси; 9 — регулятор рівня смоли; 10 — промсборнік смоли; 11 — збірник смоли; 12 — відстійник для води; 14 — збірник для надлишкової води; 17 — нагнітач; 18 — електрофільтр; 20 — трубопровід технічної води.

I — прямий коксовий газ; II — охолоджений коксовий газ; III — технічна вода; IV — аміачна вода на переробку; V — смола на склад.

Охолоджений газ газодувки 17 через електрофільтр 18 подається в сульфатне відділення, а конденсат з газових холодильників стікає через гідрозатвор 4 в проміжний збірник 5, з останнього конденсат насосом 13 подається в відстійник 12.

З відстійника 12 смола через смолоотводчік вступає у збірник 11, а з нього насосом 15 відкачується в резервуари складу смоли. У свою чергу, надсмольна вода з відстійника 12 вступає у збірник 14, з якого частина її перетікає в проміжний збірник 7 для поповнення газозбірникового циклу, а надлишок подається насосом 16 для переробки в аміачну дистиляційну колону.

Обстеження роботи газових холодильників з вертикальними трубами і подальший аналіз отриманих даних показав, що їм властиві низькі коефіцієнти теплопередачі (50−90 Вт / м? К) через низькі швидкості води в трубах і інтенсивного відкладення смолистих в міжтрубному просторі. До переваг цих холодильників відносять їх невисоку вимогливість до якості технічної води, що охолоджує.

На рис. 3 представлена?? технологічна схема первинного охолодження коксового газу в холодильниках з горизонтальними трубами.

Рис., 3 Технологічна схема первинного охолодження коксового газу в холодильниках з горизонтальним розташуванням труб.

1 — газозбірнік; 2 — сепаратор; 3 — освітлювач механізований; 4-заглиблена проміжна збірка для смоли; 6 — механізоване сховище для смоли; 7 — проміжний збірник для води; 9 — первинні трубчасті газові холодильники; 10 — електрофільтр; 11 — нагнітач; 12,14 — гідрозатвори; 13 — проміжний збірник конденсату; 16 — відстійник для конденсату; 17-сховище для надлишкової води; 5,8,15,18,19 — насоси.

I — прямий коксовий газ; II — охолоджений коксовий газ; III — вода на охолодження; IV — вода після холодильника; V — вода у відстійники; VI — вода на переробку; VII — смола на кінцеві газові холодильники.

За цією схемою, коксовий газ, охолоджений в газозбірнику до 80−85° С надходить через сепаратор 2 в міжтрубний простір холодильників 9 і рухається зверху вниз, омиваючи злегка похилі труби. По висоті холодильника труби розділені на окремі секції. Охолоджуюча вода подається в нижню частину холодильника і рухається вгору через всі пучки труб, з'єднані послідовно за допомогою водяних камер. При температурі охолоджуючої води 20−25° С газ охолоджується до 25−35° С, очищається від туманообразной смоли в електрофільтрі 10 і подається нагнітачем 11 в сульфатне відділення.

Конденсат з 9, 10, 11 надходить через гідрозатвори в збірник 13, звідки насосом 15 перекачується у відстійник 16.

Смола з останнього надходить в механізоване сховище 6, а надсмольна вода — в проміжний збірник 7 для поповнення газозбірникового циклу. Надлишкова надсмольная вода стікає в сховище 17, звідки насосом 18 передається на переробку в аміачне відділення.

При роботі з окремими водяними циклами газозбірників і холодильників у першому відбувається накопичення нелетких солей амонію, що викликають корозію апаратури і комунікацій відділення конденсації. Погіршується відстоювання надсмольной води від смоли і фусів. При цьому відбувається збільшення вмісту апаратури в смолоперегонном цеху.

Для підтримки концентрації хлористих і роданистих солей амонію у воді газосборнікового циклу на рівні? 6 г / л, частина її відводиться з проміжного збірника 7 в відстійник газового конденсату 16. при цьому відповідну кількість конденсату перетікає з відстійника 16 в збірник 7.

Як показав промисловий досвід, застосування холодильників з горизонтальним розташуванням труб, забезпечує більш ефективне охолодження газу, полегшує роботу нагнітачів т всієї наступної апаратури цеху уловлювання. Ці апарати мають цілий ряд переваг (у порівнянні з холодильниками з вертикальними трубами):

— Охолоджуюча вода рухається в трубах під напором, має більшу швидкість (0.8−1.0 м / с), що дозволяє інтенсифікувати теплопередачу від труб до води, зменшити відкладення зважених часток в трубах;

— Низхідний потік конденсату змиває з зовнішньої поверхні труб відкладення смоли і нафталіну, завдяки чому сповільнюється зростання гідравлічного опору апарату;

— Наявність самостійних трубних секцій дозволяє використання різних холодоагентів в одному апараті. Тим самим дозволяючи використовувати тепло коксового газу для технологічних потреб.

Разом з тим, експлуатаційники відзначають ряд недоліків:

— Підвищені вимоги до якості технічної води;

— Складні умови ремонту (особливо заміна труб);

— Необхідність підтримки швидкості води в трубному пучку не менше 1 м / с;

— Неможливість заміна окремих секцій.

На ряді нововведених коксохімвиробництва для первинного охолодження коксового газу встановлюються сучасні холодильники безпосередньої дії. Коксовий газ проходить холодильники безпосередньої дії знизу вгору, контактуючи з розбризкуючою через форсунки циркулюючої водою. Вода, що подається на верхній (перший) щабель зрошувального холодильника. Стікає на проміжну перегородку 2 і далі насосом 3 під тиском подається на розбризкуючий пристрій нижній (другий) ступені зрошення, нагнітаючи циркулююча вода з відстійника другого ступеня надходить в освітлювач 4 для осадження смоли, твердих включень і освітлення води. Циркуляційний насос 5 подає осветлювану воду в холодильник 6 для охолодження її перед подачею на зрошення. Добавка смоли до зворотньої води сприяє запобіганню відкладень нафталіну та інших забруднень.

Питома поверхня охолодження в зрошувальних холодильниках складає 0.04−0.06 м? * ч / м? газу, витрата охолоджуючої води — 0.024−0.03 м? на 1 м? газу. Подібні холодильники безпосередньої дії встановлені на комплексі для уловлювання і переробки ГПК потужністю 100 тис. м? / год коксового газу.

Високий ступінь видалення нафталіну з коксового газу в результаті подачі в холодильник безпосередньої дії смоли циклу газозбірників і холодильників і змішання її з циркулюючої надсмольною водою.

В одній з технологічних схем відділення первинного охолодження передбачено 2 триступеневих зрошувальних холодильника (один резервний), в які на перші дві ступені зрошення подають оборотну охолоджену надсмольну воду, а ні третю-рециркулят з перших двох ступенів. Оборотну аміачну воду охолоджують в спеціальних холодильниках водою, охолоджуваної на градирні. Обсяг оборотної води підтримують постійним, а задану температуру коксового газу — шляхом регулювання кількості води, що охолоджує.

Порівняння прямого охолодження коксового газу в холодильниках безпосередньої дії і непрямої (в трубчастих газових холодильниках) вказує на більш низькі капітальні вкладення і більш високі енергетичні витрати при використанні схеми прямого охолодження.

Вибір найбільш доцільної схеми та її апаратурного оформлення визначається економікою виробництва; при цьому в кожному окремому випадку необхідний облік специфічних особливостей конкретної установки.

Непряме охолодження вигідно тоді, коли потрібно досить низька температура. У цьому випадку різниця між температурою входу охолоджуючої води і температурою виходу газу Дt = 2−3° С, в той час, як при прямому охолодженні 5−8° С. Якщо ж це не є першочерговим вимогою, то спосіб прямого охолодження має незаперечні переваги: ??поверхня теплообміну в холодильниках для циркулюючою надсмольної води набагато менше, ніж при непрямому охолодженні. Більш того, якщо холодильник виконаний у вигляді порожнього апарату, то він нечутливий до забруднень.

1.16 Обгрунтування вибору технологічної схеми

газозбірник коксовий газ теплоємність Вибір технологічної схеми застосовуваної в даній роботі, заснований на промисловому досвіді роботи коксохімічних заводів, і удосконаленнях схеми уловлювання, розроблених Гипрококс.

За схемою, коксовий газ з газозбірників надходить у первинні газові холодильники з горизонтальним розташуванням теплообмінних труб. Холодильники технологічно розділені на дві зони охолодження. Кожна зона працює на своєму холодоагенті. На першому ступені по ходу газу, тепло коксового газу відбирається регенерувати поглинювальним розчином цеху сіркоочищення. На другій, технічною водою. Таким чином, у перших секціях холодильників відбувається нагрів розчину сіркоочищення, і за рахунок цього є можливість економити енергію, що йде на отримання гострої пари для підігріву поглинаючого розчину в теплообмінниках, що робить процес уловлювання хімічних продуктів коксування економічно дешевше.

Застосування холодильників такої конструкції, пов’язано ще і з тим, що холодильники з горизонтальним розташування труб, мають наступні переваги:

* Інтенсивне охолодження газу в холодильнику з горизонтальним розташуванням труб обумовлено перпендикулярним рухом газу і води

* Більш високими швидкостями руху охолоджувальної води, що виключають можливість випадання суспензій і забезпечують турбулентний характер руху рідини * Значно мале обволікання поверхні труб плівкою конденсату, безперервно змивається при його стогони зверху вниз Для постійного видалення відкладень нафталіну на поверхні теплообмінних труб і на стінках холодильника, що знижують гідравлічний опір апарату, застосовується його постійна промивка водо-смоляною сумішшю через форсунку, розташовану під входом газопроводі в холодильник.

Для кращого поділу смоли від води, передбачається два механізованих освітлювача. Один призначений для відстоювання надсмольной (аміачної) води. Він так і називається — механізований освітлювач для надсмольной води. А інший для остаточного поділу важкої смоли і знаходиться залишкової надсмольної води. Смола з механізованого освітлювача для надсмольної води по перетіканню самопливом надходить в механізований освітлювач для смоли.

Відстояна смола в збірнику і відстійниках стікає в колектор смоли і направляється в проміжний збірник смоли після механізованого освітлювача для смоли.

Розташування електрофільтрів перед нагнітачами коксового газу засноване на наступних факторах:

* Коксовий газ поступає в електрофільтр вільним від смоли

* Виключається можливість проходу газу назовні і загорання його в ізоляторних коробках, що робить роботу електрофільтрів більш надійною.

Подібна схема відділення охолодження і конденсації коксового газу була спроектована Гипрококс і успішно працює на ВАТ КХП «Криворіжсталь».

1.17 Основна апаратура первинного охолодження коксового газу та конденсації парів моли і води. Холодильник з вертикальним розташуванням труб

Холодильник (рис. 4) являє собою овальний апарат з плоским днищем 1, верхньої та нижньої трубними гратами 3, до яких кріпляться вертикально розташовані труби 4. вертикальні перегородки 5 ділять міжтрубний простір, на 6 ходів. Коксовий газ через штуцер 6 надходить в міжтрубний простір, проходить послідовно всі 6 ходів і покидає апарат через штуцер 9. Т.к. при охолодженні коксового газу та конденсації парів води і смоли, об'єм значно зменшується, для збереження постійної швидкості газу перегородки встановлені таким чином, щоб поперечний переріз ходів зменшувалася до виходу з апарату. Трубний простір, в свою чергу, поділено на 6 ходів.

Рис. 4 Холодильник з вертикальним розташуванням труб.

1-днище холодильника; 2 — перегородки; 3 — трубні решітки; 4-труби; 5 — вертикальні перегородки міжтрубному простору; 6 — штуцер введення газу; 7 — додаткова перегородка; 8 — корпус холодильника; 9 — штуцер виходу газу; 10 — штуцер входу води; 11 — штуцер виходу води; 12-штуцер для виходу конденсату

1 — вхід коксового газу в; II — вихід коксового газу; III — вхід охолоджуючої води; IV — вихід охолоджуючої води.

Охолоджуюча технічна вода входить в нижню частину трубного простору через штуцер 10 — проходить назустріч газу послідовно 6 ходів (з нижньої камери у верхню по трубах і назад) і виходить через штуцер 11 з нижньої водяної камери. У кожному з ходів здійснюється противоточний рух газу і води. Тепло від газу до води передається через поверхню труб, яка і є поверхнею теплопередачі холодильника. Конденсат, що утворився при охолодженні газа, в міжтрубному просторі видаляється через штуцери 12.

Технічна характеристика холодильника з вертикальним розташуванням труб:

Номінальна продуктивність по газу, м? / год… 10 000

Площа поверхні охолодження, м … 2100

Площа прохідного перерізу, м ?:

— Для газу… 1.25

— Для технічної води… 0.82

Число труб… 1265

Зовнішній діаметр труби, мм… 76

Довжина труб, мм… 7000

Габарити, мм:

— Висота… 9532

— Довжина… 6500

— Ширина… 2600

Маса, т… 79.9

Для ефективної роботи холодильника необхідно забезпечити проектні швидкості газу і води чистоту зовнішніх і внутрішніх поверхонь труб.

Відхилення від проектних швидкостей газу відбувається через відкладення нафталіну в міжтрубному просторі холодильника. Для очищення міжтрубному простору холодильника, на нього припиняють подачу води і газу, і в міжтрубний простор подають пар протягом 4−6 годин. Така пропарювання повинно проводитися регулярно за спеціальним графіком.

Відхилення від проектної швидкості води може відбуватися в результаті утворення накипу всередині трубок. Для зменшення накипоутворення оборотна вода повинна бути відфільтрована, додано відповідну кількість речовин, що перешкоджають утворенню накипу (мідний купорос, триполіфосфат і т. п.), а температура нагрітої води після холодильника не повинна перевищувати 42° С.

Періодично (раз на 2−3 роки) необхідно промивати трубний простір спеціально підготовленим розчином соляної кислоти, а труби чистити механічним способом.

Основними недоліками холодильників з вертикальними трубами є:

— Велике гідравлічний опір;

— Трудомісткість промивання зовнішньої поверхні труб;

— Порівняно низькі коефіцієнти теплопередачі (до 90 Вт / (м? К))

1.18 Холодильники з горизонтальним розташуванням труб

На рис. 5 представлений первинний газовий холодильник з горизонтальними трубами.

Рис. 5 Холодильник з горизонтальним розташуванням труб.

1 — вертикальні стінки з трубними гратами; 2 — труби для теплообміну; 3-кришка; 4 — прокладки; 5 — ребра жорсткості; 6 — анкерні стяжки; 7 — штуцер входу газу; 8 — штуцер виходу газу; 9 — штуцер входу води; 10 — штуцер виходу води; 11 год-штуцер для виходу конденсату; 12 — люки; 13 — стропові пристрої; 14 — форсунки.

1 — вхід коксового газу в; II — вихід коксового газу; 111 — вхід охолоджуючої води; IV — вихід охолоджуючої води.

Корпус холодильника має прямокутний перетин, до двох вертикальних стінок 1 якого кріпляться теплообмінні труби 2. По висоті холодильника труби розташовані у вигляді окремих пучків. Суміжні пучки нахилені в різні боки (1° до горизонталі). Зближені кінці трубних пучків перекриваються загальною кришкою 3, ущільнюваної зі стінками холодильника м’якими прокладками 4. Кришки разом із кроком, рівним 82 мм. Плоскі стінки холодильника посилені ребрами жорсткості 5 і внутрішніми анкерними стяжками 6, виготовленими з труб. Штуцер входу газу 7 розташований на верхній кришці холодильника, штуцер виходу газу 8 — в нижній частині корпусу. Штуцери входу води 9 виконані у нижній водяний камері, штуцери виходу води 10 — верхній.

Збирається в нижній частині холодильника конденсат стікає по похилому днищу (3−4°) в сторону штуцера 11 для виходу конденсату.

Холодильник має монтажні та обслуговуючі люки 12. апарат по висоті розбитий на окремі блоки, збірка яких виробляється при монтажі холодильника; для стропування кожної секції передбачені стропувальні пристрої 13. Для очищення зовнішніх поверхонь від відкладень нафталіну і фусів міжтрубний простір зрошується смолоконденсаціонной сумішшю. Для цих цілей встановлені вводи з форсунками 14.

Коксовий газ охолоджується при русі по міжтрубному просторі, з нього послідовно конденсуються вода, смола і нафталін. Т.к. охолоджуваний газ рухається зверху вниз, що конденсується у верхній частині холодильника смола розчиняє нафталін, кристалізується на трубах, і виводить його з холодильника. Цей ефект посилюється зрошенням міжтрубному простору. Промивання зовнішньої поверхні труб зменшує їх забруднення та збільшує період між пропарювання холодильника.

Для запобігання утворення накипу і відкладень у трубах рекомендується підтримувати карбонатну жорсткість води менше 3 мг-екв. / Л, а вміст завислих речовин — не більше 30 мг / л. При цьому швидкість води в трубах повинна бути не менше 0.8−1.0 м / с, а її температура на виході з холодильника не повинна перевищувати 42° С.

В даний час Гипрококс розробив холодильники підвищеної одиничної потужності, що дозволяють збирати з компактних блоків загальну поверхню до 4500 м ?. так, зокрема, холодильник ХПГ 3600 призначений для первинного охолодження до 24−25° С неочищеного коксового газу з газозбірників коксових батарей з температурою 82° С. Технічна характеристика холодильника з горизонтальним розташуванням труб:

Типорозмір холодильника ХПГ 3600

Площа поверхні охолодження загальна, м? 3600

У тому числі:

— Верхньої секції… 1156

— Середньої секції… 1156

— Нижньої секції… 1348

Номінальна продуктивність по газу, м? / год… 31 000

Тиск, МПа:

— В трубному просторі… 0.6

— В міжтрубному просторі… 0.095

Площа прохідного перерізу, м ?:

— Одного ходу в трубному просторі… 0.343

— Міжтрубному простору… 2.64

Кількість подаваної технічної води, м? / год… 1290

Температура середовища,° С в трубному просторі техн. води:

— Початкова… 24−25

— Кінцева… 37

У міжтрубному просторі коксового газу… 82−85

Кількість водо-смоляний суміші для промивки, м? / год… 25

Габарити, мм… 21 767×4040×3370

Маса холодильника, т… 230.0

1.19 Апарати повітряного охолодження коксового газу

Апарат АВОГ-1 (Рис. 6) складається з шести секцій 1 з шатровим розташуванням. У кожній секції є 8 рядів оребрених труб, развальцованних в двох трубних гратах прямокутної форми. Газ надходить паралельно у всі секції. До трубним гратам кріпляться кришки 2 із штуцерами для введення і виведення охолоджуваного газу. Трубні решітки мають жалюзійні пристрої 11, керовані за допомогою пневматичного приводу.

Рис. 6. Апарат повітряного охолодження для коксового газу.

1 — трубна секція теплообміну; 2 — кришки зі штуцерами для введення і виведення охолоджуваного газу; 3 — рама для монтажу трубних секцій; 4-опорна металоконструкція; 5 — дифузор; 6 — колектор вентилятора; 7-робоче колесо вентилятора; 8 — привід вентилятора; 9 — зволожувач повітря; 10 — жалюзійних пристрій.

I — вхід коксового газу в трубні секції; II — вихід коксового газу з трубних секцій; III — вода в зволожувач Трубні секції встановлюються на рамі для монтажу за допомогою опорних металоконструкцій 4. до рами кріпиться дифузор 5 із колектором вентилятора 6. В нижній частині встановлений осьовий вентилятор, робоче колесо 7 посаджено на вертикальний вал безредуктівного приводу 8. Апарат укомплектований зволожувачем повітря 9, розташованим усередині дифузора (використовується для зниження температури повітря в літній період). У зимовий період апарат може працювати з включеним вентилятором. Охолодження газу в трубах відбувається за рахунок природної конвекції.

Технічна характеристика АВГО — 1:

Число секцій… 6

Число рядів труб в секції… 8

Число труб в секції… 220

Теплообмінна труба:

— Діаметр х товщина, мм… 38×2.0

— Коефіцієнт оребрення… 7.8

— Довжина, м… 6

Площа поверхні теплообміну, м ?:

— Секції по оребрені… 1337

— Внутрішня… 141

— Апарату по оребрені… 8020

— Внутрішня… 846

Число ходів газу по трубному простору… 1

Площа прохідного перерізу апаратура по газу, м … 1.2

Тиск робочий, МПа… 0.09

Матеріал… вуглекисла сталь Габаритні розміри апарату (без несучої конструкції), мм:

— Довжина… 6000

— Ширина… 7950

— Висота… 6510

Вентилятор поставляється з ручним регулюванням кута установки кожної з лопастей з пневмоприводом.

Характеристика вентилятора:

Діаметр колеса, м… 5

Число лопастей… 4

Профіль лопастей… ЦАГІУК-2М Продуктивність, м? / год… 735 000

Потужність номіналу, кВт… 90

Частота обертання, с-1… 4.16

Показники роботи апарату повітряного охолодження: пропускна спроможність за обсягом газу — 16 000 нм? / год; коефіцієнт теплопередачі 25−30 Вт / (м? * К); швидкість газу в трубах 10−13 м / с. Гідравлічний опір апарату 500−1000 Па (в залежності від обсягу минаючого газу).

1.20 Охолодження коксового газу і конденсація з нього води і смоли

Коксовий газ по виході з газосборніков має все ще високу температуру (85−90° С) і великий об’ем водяної пари. Це виключає можливість безпосереднього уловлювання з гарячого газу хімічних продуктів коксування. Тому першою обов’язковою технологічною операцією, якою газ піддається по виході з газозбіринків, є його охолодження, що протікає в так званих первинних холодильниках. При цьому головним завданням охолодження газу є різке зменшення його обсягу для зниження витрати енергії на подальший стиск його в нагнітач.

Охолодження газу в первинних холодильниках супроводжується не тільки зниженням його температури, але і конденсацією парів води і смоли. В результаті охолодження газу обсяг його після холодильників різко зменшується. Це підтверджується даними, наведеними в табл. 23 (обсяг, тепломісткість і зміст водяної пари в коксовому газі при різних температурах.) Як видно з даних, наведених у графі 5 цієї таблиці, при охолодженні газу від 80 до 30° С об'єм його зменшується в 2.429 / 1.158 = 2.10 рази, при цьому з обсягу, отриманого після насичення 1 м? газу при 0° С, виділиться (сконденсіруется) 712.5−35.2 = 677.3 г. водяної пари.

Виділення переважної частини пароподібної смоли в холодильниках важливо тому, що ото виключає можливість забруднення апаратури для уловлювання хімічних продуктів коксування і відкладення смоли нафталіну в газопроводах. Разом з тим більш повне виділення парів смоли необхідно і тому, що їх присутність в газі забруднює сульфат амонію, знижуючи його якість і погіршує якість поглотительного масла, використовуваного для уловлювання бензольних вуглеводнів.

Температура газу після первинних газових холодильників повинна знаходиться в межах 25−30° С. Саме ця температура є оптимальною для уловлювання з газу деяких хімічних продуктів коксування. Цей температурний режим охолодження коксового газу. Встановлений правилами технічної експлуатації коксохімічних заводів, на багатьох заводах не витримується з ряду причин, найважливіші з яких: недостатньо низька температура охолоджуючої води, недостатня поверхня теплопередачі, конструктивні дефекти холодильників, градирень, недостатня потужність насосів, накипоутворення і т. п. підвищена температура газу після первинних газових холодильників викликає ускладнення в роботі хімічних цехів, а саме:

а) у зв’язку зі збільшенням обсягу газу потрібна додаткова продуктивність нагнітачів і, отже, підвищені енергетичні витрати;

б) водний баланс сатураторів (см. гл. ЙV, стр. 303 Джерело: «Технологія коксохімічного виробництва» Лейбович Р.Є., Обухівський Я.М., Сатановський С. Я. Москва 1966 р) стає більш напруженим; в) ускладнюється робота пристроїв кінцевого охолодження газу у зв’язку з підвищеним вмістом в ньому нафталіну. На практиці це призводить до засмічення відкладеннями нафталіну кінцевих холодильників і окремих ділянок газопроводу, що змушує проводити часті пропарювання їх на шкоду уловлюванню бензольних вуглеводнів з газу;

г) знижується вміст аміаку, вуглекислоти і сірководню в надсмольной аміачної воді і, отже, в парах після аміачної колони, що направляються в піридинову установку. Це призводить до зменшення вироблення легких піридинових підстав, до поганого відділенню їх від водного розчину і, отже, до втрат піридину;

д) зростає забрудненість сульфату амонію маслянистим і смолистим речовинами, підвищується його кислотність і збільшуються втрати кислоти з сіллю; знижується вміст азоту в сульфаті амонію;

е) знижується продуктивність центрифуг сульфатного відділення в зв’язку з забрудненням отворів сит ротора смолистими речовинами;

Таким чином, цілком очевидно те величезне значення, яке має оптимальний температурний режим охолодження газу в первинних холодильниках для подальших процесів уловлювання аміаку, бензольних вуглеводнів і інших хімічних продуктів коксування.

Залежно від типу застосовуваних холодильників — трубчастих з теплопередачею через стінку або безпосередньої дії - розрізняють дві відмінності одна від одної схеми первинного охолодження газу. Обидві ці схеми знайшли широке застосування в практиці вітчизняної коксохімічної промисловості.

В останні роки в якості типова застосовується схема первинного охолодження коксового газу в трубчастих холодильниках, як більш економічна.

Таблиця 17. Об’ем, тепломісткість і зміст водяної пари в коксовому газі при різних температурах

1.21 Технологічна характеристика основного устаткування відділення первинного охолодження газу і конденсація з нього води смоли

У відділенні первинного охолодження газу здійснюються наступні основні операції:

а) поділ надходять з газозбірників по газопроводу газової і рідкої фаз. Ця операція здійснюється в сепараторі 2 (див. ріс.62) внаслідок великої різниці щільності обох фаз. При цьому газ піднімається догори і виходить із сепаратора в газопровід через верхній боковий штуцер. Рідка фаза відводиться з сепаратора через штуцер в нижні конічні його частини;

б) відстоювання надсмольної води від смоли та виділення фусів здійснюється в механізованих відстійниках — освітлювачах;