Усовершенствование технологии процесса улавливания сырого бензола

При абсорбции бензольных углеводородов из коксового газа применение решётчатых провальных тарелок  со стандартной шириной щели может  оказаться недостаточным для  надёжной работы. Поэтому для исключения забивания перфорации потребуется, по-видимому, использовать тарелки с большими размерами щелей и отверстий. Для условий абсорбции, по мнению многих исследователей, увеличение размеров отверстий или щелей перфорации провальных тарелок на эффективность почти не влияет.

Весьма интересным в  этом направлении являются исследование [7] в пенных аппаратах с противоточными (провальными) тарелками, имеющими большую перфорацию в виде весьма крупных отверстий диаметром > 35 мм. Экспериментальные и опытно - промышленные испытания этих тарелок показали, что по сравнению с обычными провальными тарелками они имеют меньшее сопротивление и практически не забиваются отложениями. Кроме того, высота пены на таких тарелках в несколько раз выше, чем в обычных провальных тарелках, что интенсифицирует массообмен.

Ввиду того, что противоточные тарелки с крупными отверстиями изучены недостаточно, сейчас ещё рано судить о полной пригодности их для улавливания углеводородов бензольного ряда из коксового газа, однако по уже имеющимся данным они могут оказаться наиболее перспективными.

При строительстве новых и реконструкции действующих коксохимических предприятий, как правило, предусматривается сооружение коксовых батарей с печами большой ёмкости, что влечёт за собой значительное увеличение мощности газовых потоков. Так внедрение в промышленную практику коксовых батарей с объёмом печных камер 41,6 м³ привело к росту мощности газовых потоков до 100 - 110 тыс.м³/ч. В этих условиях дальнейшее укрупнение применяемой до последнего времени абсорбционной аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования (в основном с деревянной хордовой насадкой) сопряжено с дальнейшим ухудшением равномерности распределения потоков по сечению аппаратов и, как известно [8], эффективности процесса.

Переработка газовых  потоков в нескольких параллельных технологических нитках приводит к высоким капитальным и энергетическим затратам и создаёт определённые эксплутационные трудности. В этой связи несомненный практический интерес представляет использование высокопроизводительных аппаратов, в которых интенсификация процесса достигается за счёт повышения рабочих параметров: скорости газовой фазы, коэффициентов массопередачи, современных достижений гидро- и аэродинамики. К последним, применяемые к процессу улавливания бензольных углеводородов, могут быть отнесены аппараты с регулярными листовыми насадочными элементами.

Широкие исследования, проведенные  УХИНом и Гипрококсом [9-13] в стендовых, полупромышленных и опытно-промышленных условиях, послужили основой для внедрения аппаратов с регулярными насадочными элементами на Донецком и Харьковском коксохимических заводах, и в результате было разработано технологическое задание на проектирование промышленной технологической линии по извлечению бензольных углеводородов из потока коксового газа мощностью 100 - 110 тыс.м³/ч. Основные элементы схемы и аппаратов в УХИНе, проектирование осуществлено Сибирским филиалом Гипрококса применительно к условиям Алтайского коксохимического завода.

Технологическая линия, согласно заданию  на проектирование, состоит из двух последовательно включенных по газу и поглотительному маслу абсорберов с плоскопараллельной насадкой диаметром 3,6 м и высотой 37,5 м.

Каждый из абсорберов (см. рис. 7.) выполнен в виде многоступенчатого аппарата, ступени которого разделены между собой перераспределительными устройствами. В нижней части аппарата, сразу же над штуцером входа газа 1 установлено устройство для первоначального распределения газовой фазы 9, представляющего собой скошенный пакет плоскопараллельной насадки, При проектировании была добавлена перфорированная тарелка, установленная на входе газа в первый аппарат. Над устройствами 9 располагается первая ступень абсорбера, состоящая из отдельных блоков плоскопараллельной насадки 2. Над первой ступенью абсорбера располагается устройства для перераспределения взаимодействующих фаз 3.

Над этим устройством  располагаются следующие степени  абсорбера, основные размеры которых  тождественны первой.

В качестве устройства для  распределения каменноугольного поглотительного  масла применили перераспределительное  устройство 5 с разделительным движением фаз [16] в сочетании с вторичными в виде розеток 4.Для подачи каменноугольного масла в устройство 5 предусмотрен трубчатый коллектор 6. Над трубчатым коллектором по проекту предусматривалась установка жалюзийного отстойника 7, на заводе он заменён шестью кругами деревянной хордовой насадки. Из аппарата газ выходит через патрубок 8. В нижней части аппарата имеется патрубок выхода жидкости 10. Скрубберы имеют по всей высоте теплоизоляцию, выполненную на Алтайском коксохимическом заводе.

Исследование процесса извлечения бензольных углеводородов  по разработанной технологической  схеме из двух последовательно включённых скрубберов проводили круглосуточно, длительность опытов 5-6 ч.

Основные расчётные  параметры технологической схемы с абсорберами большой единичной мощности были следующими:

 

Количество коксового  газа, м3/ч	110
Расход каменноугольного масла, м3/ч	200
Содержание С6Н6:         в прямом газе, г/м3         в обратном газе, г/м3         в масле «дебензине», %         в масле «бензине», %	35 2 0,2 2 в масле «бензине», %
Молекулярная масса	160-170
Температура, С0:         масла на входе в абсорбер         газа	30 25
Число абсорберов, шт.	2
Габаритные размеры  абсорберов, м:         диаметр         высота	3,6 37,5
Расчётное гидравлическое сопротивление одного абсорбера	1,2

 

После вывода схемы на режим, близкий к проектному, провели  несколько серий опытов. В первой серии проверяли эффективность  работы технологической схемы с  большой единичной мощностью  на каменноугольном масле со следующими характеристиками:

Отгон, %:         до 2300С         до3000С	15 89
Плотность при 200С, кг/м3	1075-1085
Молекулярная масса	180

 

Основные показатели работы исследуемой технологической  схемы в этот период были следующие:

Количество коксового газа, тыс.м3/ч	100-110
Расход каменноугольного масла, м3/ч	165
Содержание бензольных углеводородов: -в коксовом газе, г/м3 до абсорбера после абсорбера -в поглотительном масле, % : поступающем на абсорбцию насыщенном	28-30 3-4   0,1-0,2 1,84,2,43
Степень извлечения бензольных углеводородов, %	87-89

 

Газодинамические испытания  показали, что сопротивление технологической  нитки скрубберов составляло 3,0-3,5 кПа, при этом сопротивление, собственно скрубберов, не превышало 1,8-2,3 кПа.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о том, что применение технологической схемы извлечения бензольных углеводородов с абсорберами большой единичной мощности позволяет обеспечить высокую степень извлечения бензольных углеводородов при допустимом гидравлическом сопротивлении проходу газа. В настоящее время по такой технологической схеме работает Алтайский коксохимический завод.

3. Оперативное управление процессом улавливания бензольных углеводородов.

Поскольку режим работы коксовых печей  строго стабилизирован, количество и состав коксового газа изменяются в узких пределах. Это положение является основным при построении систем автоматического регулирования технологических процессов цехов улавливания.

Исходя из этого, для  автоматизации процессов улавливания химических продуктов коксования, в принципе достаточно было бы создать системы автоматической стабилизации. Практически же из--за отклонений от средних значений в количестве и качестве угольной шихты и, главным образом, ввиду того, что изменяются статические и динамические характеристики технологической аппаратуры по причине загрязнения и изменения качества, возникает необходимость в применении, наряду со схемами стабилизации, схемы каскадно-связанного регулирования и даже самонастраивающихся систем типа экстремального регулирования.

Основные объекты автоматизации, схемные и аппаратурные решения  по автоматическому регулированию, сведены в таблицу 1 [19].

Схема на рис.8 отражает современные  направления в автоматизации  и учитывает имеющиеся в этом отношении достижения. Улавливание бензола из коксового газа является сложной функцией температуры, количества газа и поглотительного масла, содержания бензола в газе.

Автоматизация процесса улавливания может быть наиболее просто решена схемой по прямому параметру (рис. 8): потеря бензола с обратным газом – количество поглотительного масла, подаваемого на абсорберы, - соотношение количества масла с количеством газа. При этом показатель потерь бензола с газом является обобщающим параметром, учитывающим все отклонения в технологическом процессе от установившегося режима.

Таблица 1

Основные объекты и  аппараты автоматического регулирования  технологических процессов в  бензольном отделении цеха улавливания.

Объект автоматического регулирования	Регулируемый параметр   и регулирующее воздействие	Устанавливаемая основная аппаратура автоматизации
1	2	3
Конечные   холодильники	Регулирование температуры смолы в отстойной части подачей пара	Мост автоматический с пневматическим регулирующим устройством КСМ-3 П. Термометр сопротивления  ТСМ-50М. Регулирующий клапан 25ч-30нж.
Бензольные   абсорберы	Расход масла на первый по ходу масла абсорбер в соотношении с количеством обратного газа и с коррекцией по содержанию бензольных углеводородов в обратном газе.	Регулирующий орган РП3.34, Метран-100-ДД.  Хроматограф ХПУ-310М.  Регулирующий клапан 25ч--30нж.
	Уровень масла.	Датчик уровня Метран-100М, Регулирующий орган РП3.32, регулирующий клапан 25ч--30нж

 

При такой схеме количество масла  в обороте непрерывно изменяется, что усложняет регулирование работы дистилляционного отделения. Эти затруднения решаются построением САР бензольной колонны, регенератора и разделительной колонны по прямому параметру с применением анализаторов качества и состава сырого бензола.