Канд. техн. наук Е. Т. КОВАЛЕВ, И. М. ДАВИДЕНКО (НПО«Коксохимия»)
Вмире в настоящее время используют более 15 вариантов технологий очисткикоксового газа от сероводорода. При этом промышленный интерес представляюткруговые абсорбционно-десорбционные и жидкостные окислительные процессы. Средидействующих сероочисток преобладают круговые: вакуум-карбонатные (содовые, поташныеили их смеси), аммиачные (метод комплексной очистки фирмы «Штиль», ФРГ) иамин-ные (Сульфибан-процесс — очистка газа водным раствором моноэтаноламина)способы очистки газа.
Вакуум-карбонатныйспособ, модифицированный в двухступенчатый с предварительной очисткой газа отцианистого водорода, характеризуется простотой аппаратурного оформления иэксплуатации, сравнительной дешевизной поглотителя, что позволило рекомендоватьэтот процесс для внедрения на заводах Юга. Фирма «Крупп-Копиерс» на заводах ФРГи других стран также применяет этот процесс. К недостаткам процесса относятсяего энергоемкость, дефицит содопродук-тов в нашей стране и несовершенствомокрого катализа.
Аминныеспособы сероочистки нашли широкое применение в нефте- и газоперерабатывающейпромышленности, а также в коксохимии (например, на Баглейском коксохимическомзаводе), обеспечивая практически полную очистку газа не только от сероводорода,но и, в отличие от известных способов, от сероорганических соединений [1].Процесс не имеет неутилизированных отходов, так как на основе кубовых остатковот регенерации моноэтаноламина и пиридиновых оснований получают ингибиторкоррозии. В то же время освоенные в промышленности производства аминоспиртовеще не удовлетворяют потребности различных отраслей в этих эффективныхабсорбентах, что в свою очередь сдерживает развитие перспективной технологииочистки газов от сероводорода аминным способом.
Впоследние годы развивается аммиачный способ сероочистки коксового газа, известныйза рубежом как процесс фирмы «Штиль» [2]. В нашей стране этот метод исследованВУХИНом и предложен к внедрению преимущественно на заводах Востока, а также наКоммунарском коксохимическом заводе. Достоинство его — отсутствие потребности вдополнительных реагентах благодаря использованию аммиака коксового газа. Способнаиболее целесообразен в сочетании с получением аммиака методом Фосам [3].Однако на заводах Юга, где соотношение аммиака и сероводорода составляет 1:2вместо 2-7-2, 5:1, для его реализации необходимо достичь охлаждения раствораиз-за экзотермического характера реакции взаимодействия кислых газов и аммиакана стадии абсорбции и подобрать доступный коррозионностойкий материал дляизготовления регенерационной аппаратуры, так как аммиачный раствор обладаетповышенной агрессивностью.
Средижидкостных окислительных способов наибольшее рас¬пространение получили процессысероцианоочистки Холме — Стретфорд, Фу макс Родякс, Такахакс — Хайрохакс и др.[4, 5]. При этом предварительное извлечение цианистого водорода в началегазового тракта позволяет существенно сократить расход щелочных реагентов. Вотечественной коксохимической, сланцеперерабатывающей и других отрасляхпромышленности распространена мышьяково-содовая сероочистка (система «Тайлокс»)с использованием солей мышьяка в качестве катализатора.
Главныйнедостаток всех применяемых технологических схем с использованием окислительныхметодов низкая героем кость поглотительных и сложность переработки отработанныхрастворов. Большое количество и многовариантность окислительных сероочистоксвидетельствуют о стремлении подобрать наиболее рациональную композициюреактивов.
ВУХИНе в последние годы исследовали и подготовили к внедрению в промышленностьновые и усовершенствованные способы очистки коксового газа от сероводорода.Однако трудно рассчитывать на повсеместную замену существующих сероочистокпринципиально новыми технологиями. Поэтому на заводах, имеющих цехивакуум-карбонатной и мышьяково-содовой сероочистки, целесообразно проводить ихреконструкцию с переводом на двухступенчатую схему.
/>
Рис.I. Зависимость равновесной концентрации сероводорода и паргазовой фазе отсодержания NaCNS и H2S в растворе при 360 С, г/л: 1 — 0, 6; 2 — 1, 0; 3 — 2, 0;4 — 3, 5; 5 — 7, 1
Проводилиисследования, связанные с разработкой усовершенствованной технологии очисткикоксового газа вакуум-карбонатным способом в две ступени [5]. Установили, чтодля достижения глубокой очистки газа от сероводорода необходимо снизитьконцентрацию балластных солей с 250—280 до 50 г/л, в результате чегоравновесная концентрация сероводорода над раствором уменьшится в 4 раза, арастворимость соды (и, следовательно, сероемкость раствора) возрастет почтивдвое. Эти закономерности подтверждены экспериментально и описаны математически(рис. 1). Схема процесса показана на рис. 2.
Напервой ступени абсорбции используется раствор с содержанием свободной щелочи до5 % и концентрацией балластных солей до 250 г/л, плотность орошения 3, 5 л/м3;на второй — соответственно до. 10 %, до 50 г/л и 2, 5 л/м3. Вся сода подаетсятолько на вторую ступень. Диаметр абсорберов первой и второй ступеней 3, 6 м, высота 37—38 м, материал корпуса — сталь (с прибавкой на коррозию). Основная насадка —плоскопараллельная, норма насадки 0.22 мм2/м3 газа. Регенераторы первой ивторой ступеней могут быть соединены последовательно, противоточно по парупаропроводяшей тарелкой. Внутренние элементы регенератора изготавливаются изстали 12Х18Н10Т.
Внедрениев промышленность описанной схемы сдерживается отсутствием абсорберов единичноймощностью 100 тыс. м3/ч газа с низким сопротивлением, тарельчатых регенераторовдиам. 7 м вместо выпускаемых диам. 5, 5 м и вакуум-компрессоров ЦКС-390. Головная установка двухступенчатой. вакуум-карбонатной сероочистки сооружается наКриворожском коксохимическом заводе. ТЛЗ на строительство таких установоквыданы также для Авдеевского и Донецкого коксохимических заводов.
ВУХИНс разрабатывается процесс моноэтаноламиновой сероочистки, который помимоБаглейского будет внедрен и на Днепродзержинском заводе. Задача Проводимых винституте исследований, направленных на совершенствование и интенсификациюпроцесса очистки коксового газа аминным способом, состоит в разработкетехнологической схемы извлечения сероводорода из коксового газа композитнымипоглотителями аминного происхождения. Оценивается эффективность использованиянового абсорбента метилдиэтаноламина, селективность по сероводороду которого внесколько раз выше широко применяемого моноэтаноламина. Внедрение даннойтехнологической схемы, оснащенной современными аппаратами с регулярныминасадочными элементами, обеспечит низкие энергетические, капитальные затраты икомпактность установки. В сочетании с процессом переработки регенераторногогаза в серную кислоту по безотходной схеме ДК — ДА процесс аминной сероочисткипозволит комплексно решить экологические проблемы технологии сероцианоочистки.
Технологическаясхема очистки газа моноэтаноламином приведена на рис. 3. Абсорберы представляютсобой аппараты диам. 3, 2 м, включающие по четыре слоя плосконараллельной насадки с секцией 2-образной насадки вверху каждого слоя. В верхней частиаппарата предусмотрена промывка газа конденсатом для улавливания паровмоноэтаноламина. Материал абсорбера сталь 08Х13АГ19. Регенератор из стали 10х17Н13М2Т оборудован клапанными тарелками.
Следуетподчеркнуть, что рассмотренные варианты круговых методов сероцианоочисткипредусматривают переработку сероводородного газа в серную кислоту по новойтехнологии методом ДК — ДА. Оснащение сероочисток установками ДК — ДА позволитне только сделать технологию переработки сероводородного газа экологическичистой, но и улучшить качество получаемой серной кислоты.
Благодарямодернизации существующей технологической аппаратуры с применением современныхэлементов внутренней структуры, этот перевод достигается с минимальнымикапитальными затратами без привлечения больших материальных и людских ресурсов.Технологические задания на установки выданы Запорожскому, Мариупольскому иДнепропетровскому коксохимическим заводам.
/>
Рис.3. Схема процесса моноэтаноламиновой (МЭА) очистки коксового газа отсероводорода: 1 — насос-дозатор; 2 — абсорбер с плоскопараллельной насадкой; 3— холодильники; 4 — теплообменники; 5 — регенератор; 6 — трубчатая печь; 7 —воздушный конденсатор; 5 — сепаратор газ — жидкость; 9 — емкость растворащелочи; 10 — куб для отгонки моноэтаноламина; 11 — сборники дистиллированногораствора; 12 — сборник для нерегенерированмого продукта; 13, 14 —соответственно промежуточный сборник и сборник насыщенного растворамоноэтаноламина перед отгонкой; 15 — емкость свежего раствора моноэтаноламина;16 — фильтры; /, /// — соответственно исходный и очищенный коксовый газ; //—конденсат водяного пара (умягченная вода); IV — сероводородный газ в отделениепроизводства серной кислоты
Наопытной установке УХИНа исследовали процесс очистки коксового газа отсероводорода щелочным раствором комплексоната железа с высокой сероемкостью[7]. Этот процесс обеспечивает глубокую очистку газа от сероводорода, прост поаппаратурному оформлению абсорбционной части. В то же время необходимообеспечить процесс комплексонато.м железа (трилон Б) и упростить узлыпереработки раствора. На украинских заводах с действующими одноступенчатымиустановками экономически целесообразна реконструкция их на двухступенчатуюсхему, которая обеспечит относительную экономию капитальных и эксплуатационныхзатрат за счет общецехового хозяйства, коммуникаций, хранилищ и т. д. Наотдельных заводах это позволит снизить удельные капитальные затраты на 20— 30 %(до 11 12 руб/1000 м3 газа). Кроме того, вакуум-карбонатный способ обеспечиваетвозможность снижения текущих издержек при использовании вместо пара теплапрямого коксового газа. Например, применение вторичного тепла коксового газа вцехе сероочистки № 2 Авдеевского завода позволило снизить эксплуатационныерасходы на 0, 85 руб/1000 м, а для двухступенчатой вакуум-карбонатнойсероочистки Криворожского завода, по проектным данным, обеспечит снижениетекущих издержек с 4, 3 до 2, 8 руб/1000 м3.
Следуетотметить, что внедрение аммиачного метода сероочистки на украинскихкоксохимических заводах вызовет относительное увеличение эксплуатационныхзатрат из-за более высокой стоимости энергетических средств по сравнению сВостоком (на Украине стоимость электроэнергии в среднем на 25 %, воды — болеечем в 3 раза выше стоимости на восточных заводах). Учитывая, что вэксплуатационных расходах аммиачной сероочистки, стоимость энергетикисоставляет 25— 30 %, на украинских заводах они возрастут на 0, -2—0, 3 руб/1000м3. Эта величина будет еще более существенна в перспективных отпускных ценах, таккак ожидается увеличение стоимости пара на 60, а электроэнергии более чем на 40%. Таким образом, при выборе метода глубокой очистки коксового газа для конкретногозавода необходимо учитывать ряд факторов: физическое состояние основногооборудования действующих цехов очистки коксового газа от сероводорода; составкоксового газа; обеспеченность процесса сырьевыми и материальными ресурсами;энергоемкость процесса и т. д. Только учет всех этих факторов в их взаимосвязипозволит определить наиболее целесообразный вариант сероочистки для ускорениярешения экологических проблем в коксохимической подотрасли.
Список литературы
1.Очистка коксового газа от серы процессом Сульфнбан: Экспресс-информ. / Реф. И.И. Иванов // Черная метал лургия. Сер. Коксохимическое производство / Ин-т«Чермет-информация». 1982. Вып. 2.— 20 с.
2.NH3 recovery in the “Phosam – W” process// Chem.Eng. Progr 1984. № 10. Р.61—63.
3.Антипова В. В. Улавливание и переработка химических продуктов коксования вЯпонии // Черная металлургия: Бюл'НТИ. 1982. Вып. 13. С. 35—42.
4. Wilson B.M., Newell R.D.H2S removal in the Stredfordprocess//Chem. Eng. Progr 1984. № 10. Р. 40—47.
5.А. с. 1337397 СССР. Способ очистки коксового газа от сероводорода / Ю. И.Резуненко и др. // Открытия, Изобретения. 1987. № 34. С. 12.
6.Совершенствование процессов очистки коксового газа от сероводорода:Экспресс-информ. / Реф. В. В. Марков и др. // Черная металлургия. Сер.Коксохимическое производство / Ин-т «Черметинформация». 1989. Вып. 2. 42 с.
7.Латышева Л. А. и др. Тенденция развития технологии очистки коксового газа //Кокс и химия. 1988. .V» 1. С. 33— 38.
8/Совершенствование процессов сероочистки коксового газа за рубежом: Обзор, информ./ Реф. В. В. Антипова, Г, С. Ухмылова II Черная металлургия. Сер.Коксохимическое производство / Ин-т Черметинформация. 1985. Вып. К— 12
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua/