Vii улавливание и получение сырого бензола состав и свойства сырого бензола



Дата15.10.2018
өлшемі334.92 Kb.
түріЛекция




ЛЕКЦИЯ 5

VII. УЛАВЛИВАНИЕ И ПОЛУЧЕНИЕ СЫРОГО БЕНЗОЛА

7.1. Состав и свойства сырого бензола


Сырой бензол извлекается из прямого коксового газа абсорбцией органическими поглотителями. Сырой бензол представляет собой сложную смесь химических (ароматических) соединений, главными из которых являются бензольные углеводороды (бензол и его гомологи), их содержание составляет 80–90%. В качестве примесей в сыром бензоле содержатся непредельные и сернистые соединения, фенолы, пиридиновые основания и др. При улавливании бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами в сыром бензоле содержатся легкие погоны поглотительного масла и нафталин.

Сырой бензол получают в бензольном отделении цеха улавливания методом дистилляции обензоленных поглотительных масел. Выход сырого бензола составляет 0,8–1,2% от массы сухой шихты. Содержание паров бензольных углеводородов в прямом коксовом газе колеблется в пределах 30–40 г/м3.

Сырой бензол представляет собой прозрачную легкоподвижную жидкость слабо-желтого цвета, быстро темнеющую при хранении в результате окисления и полимеризации непредельных соединений в смолистые вещества. Плотность сырого бензола колеблется в пределах 845–920 кг/м3. Следовательно, он значительно легче воды. В воде сырой бензол практически не растворяется и легко от нее отстаивается. Средняя молекулярная масса сырого бензола 83. Сырой бензол легко воспламеняющаяся жидкость, горит коптящим пламенем. Пары сырого бензола с воздухом образуют взрывоопасную смесь при следующих пределах концентрации, % (объемн.): нижний 1,4 и верхний 7,5.

Качественная характеристика сырого бензола определяется величиной отгона до 180°С. Чем больше количество отгона до 180°С, определяемое лабораторной разгонкой, тем выше качество сырого бензола. Хороший сырой бензол должен иметь величину отгона до 180°С не менее 92–95%. Остаток сырого бензола, кипящий выше 180°С, представляет собой поглотительное масло и нафталин (сольвент-нафту). При улавливании бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом сырой бензол получается более тяжелым, т.е. с меньшим содержанием отгона до 180°С по сравнению с сырым бензолом, полученным при применении солярового масла (соответственно 89–91 и 90–92%). Следовательно, качество сырого бензола в значительной мере определяется качеством применяемого поглотительного масла.

На отечественных коксохимических заводах получают сырой бензол трех марок: сырой бензол (БС), отгон до 180°С составляет 91–95% (объемн.); первый бензол (Б-1), отгон до 150°С составляет 95–97% (объемн.) и второй бензол (Б-2), кипящий в пределах 150–200°С. Качество сырого бензола нормируется техническими условиями.

Примерная характеристика трех марок сырого бензола приведена ниже:







БС

Б-1

Б-2

Плотность при 20°С, кг/м3

870–920

873

927

Начало кипения,°С

73

74,5

139,0

Отгон, %, до температуры, °С










100

62

81,0



120

82

92,0



150

89

98,0

9,5

180

94



54,0

200





63,0

Сырой бензол сам по себе не находит практического применения и подвергается дальнейшей переработке в цехе ректификации для получения чистых продуктов.



7.2. Способы улавливания бензольных углеводородов
из коксового газа


Бензольные углеводороды, образующиеся при коксовании углей, находятся в коксовом газе в виде паров и улавливаются из газа различными способами.

1. Абсорбция бензольных углеводородов специальными поглотительными маслами при атмосферном или повышенном давлении коксового газа. В качестве поглотителей применяют каменноугольное масло, получаемое на коксохимических заводах при ректификации смолы, и соляровое масло, являющееся продуктом перегонки нефти. Улавливание бензольных углеводородов может осуществляться в скрубберах или в абсорберах тарельчатого типа.

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами при атмосферном давлении получило повсеместное применение в отечественной коксохимической промышленности.

2. Адсорбция бензольных, углеводородов твердыми поглотителями (активированным углем, кизельгуром или силикагелем), обладающими большой внутренней поверхностью пор. Например, 1 г активированного угля имеет от 200 до 1000 м2 активной поверхности, поверхность 1 г силикагеля достигает 450 м2.

Извлечение бензольных углеводородов из газа активированным углем практически полное, что позволило применить этот метод для лабораторного контроля, т.е. количественного определения бензола в газе.

Промышленное применение этого способа пока очень ограничено, главным образом из-за необходимости тщательной очистки газа от смолы, масел, сероводорода и других примесей и частично из-за высокой стоимости поглотителя.

3. «Вымораживание» бензольных углеводородов. Коксовый газ под давлением охлаждается в несколько ступеней до –45°С, при этом бензольные углеводороды конденсируются и удаляются из газа. Сырой бензол, получаемый этим методом, по своему качеству значительно чище и не содержит сольвет-нафты. Однако этот метод из-за сложности процесса и необходимости применять дорогую аппаратуру для охлаждения газа не получил распространения.

7.3. Конечное охлаждение коксового газа


Бензольные углеводороды улавливают из коксового газа, прошедшего сульфатное отделение. Температура газа после сульфатного отделения не бывает ниже 52–55°С, а иногда достигает 60–70°С. Газ содержит значительное количество нафталина (1,0–1,2 г/м3) и водяных паров. Для успешного выделения бензольных углеводородов коксовый газ должен быть охлажден до 25–30°С, очищен от нафталина и освобожден от некоторой части содержащихся в нем водяных паров. Это охлаждение газа называют конечным, т.к. после этого газ больше не охлаждается. Холодильники, в которых происходит охлаждение газа, называются конечными. Эти холодильники располагаются по газовой трассе цеха улавливания перед бензольными скрубберами. На коксохимических заводах страны существует два способа конечного охлаждения газа: с нафталиновым отстойником и с экстрагированием нафталина из воды смолой. В настоящее время широкое применение получил второй способ как более эффективный.

На рис. 12 приведена схема конечного охлаждения коксового газа с применением горячей смолы для вымывания нафталина из воды. Верхняя газовая часть конечного холодильника оборудована полками и служит для охлаждения газа. В полках имеется значительное количество отверстий диаметром 10 мм. Нижняя часть холодильника служит промывателем и поэтому оборудована восемью полками с отверстиями 3 мм.



Рис. 12. Схема конечного охлаждения газа с экстрагированием нафталина из воды смолой:

1 – верхняя газовая часть холодильник; 2 – нижняя часть холодильника (промыватель); 3 – сборник; 4, 6 – насосы; 5 – отстойник; 7 – градирня

Коксовый газ с температурой 52–60°С поступает в газовую часть холодильника 1, поднимаясь вверх, охлаждается технической водой до 25–30°С и направляется в бензольные скрубберы. Охлаждение газа производится оборотной технической водой, находящейся в замкнутом цикле холодильник–отстойник–градирня–насос–холодильник.

Охлажденная в градирне 7 техническая вода с температурой 20–25°С насосом 6 подается на верхнюю газовую часть холодильника 1 и охлаждает идущий противотоком коксовый газ. При охлаждении газа из него одновременно с конденсацией содержащихся в нем водяных паров вымываются кристаллы нафталина. Выделяемый из газа нафталин вместе с водой стекает по центральной трубе (или боковой) в нижнюю часть холодильника 2, служащую промывателем.

В промыватель на одну из верхних полок (или на каждую) непрерывно подается смола с температурой 70–80°С. Смола, соприкасаясь с водой, растворяет содержащийся в ней нафталин.

Промыватель снабжен паровым подогревателем для подогрева стекающей смолы. Объем этой части промывателя позволяет производить отстой смолы от воды за 5–8 ч. Отстоявшаяся смола из промывателя при температуре 50–60°С выводится через смолоотводчик в сборник 3, а затем в хранилище отделения конденсации. Вода из верхней части промывателя перетекает в отстойник 5, где окончательно освобождается от незначительного количества уносимой ею смолы и поступает на охлаждение в градирню 7. Охлажденная вода снова поступает в холодильник для охлаждения газа.

Извлечение нафталина в промывателе достигает 95–100%. Для извлечения нафталина в промыватель подается товарная смола отделения конденсации, которая дополнительно обогащается нафталином и фенолами, и облагораживается в результате уменьшения содержания солей хлора, которые вымываются водой. Расход смолы на извлечение нафталина из воды составляет 2,0–2,5% от количества подаваемой в холодильник охлаждающей воды. Опыт эксплуатации нафталиновых промывателей показал высокую их эффективность.

Для конечного охлаждения коксового газа применяют газовые холодильники непосредственного действия с нафталиновым промывателем (либо без промывателя) диаметром 4,5–6,0 м, высотой 37,4–46,0 м. Изготавливаются холодильники из стали. В газовой части предусматривается 18 полок, в промывателе 8 полок. Дальнейшая интенсификация процесса конечного охлаждения коксового газа, с учетом больших потоков коксового газа, предполагает использование колонных аппаратов с регулярными пластинчатыми насадками из которых наиболее простой является плоскопараллельная. В таких аппаратах при скорости газового потока 3–5 м/с коэффициент теплопередачи увеличивается в 2 и более раз. Аппараты имеют малые габариты, что значительно сокращает капитальные затраты на их сооружение и улучшает технико-экономические показатели работы установок.

7.4. Основы улавливания бензольных углеводородов поглотительным маслом. Регенерация поглотительного масла


На большинстве отечественных коксохимических заводов в качестве поглотителя для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа применяют каменноугольное масло и только на некоторых заводах соляровое масло. Хорошее поглотительное масло должно обладать следующими свойствами:

1) достаточная поглотительная способность по отношению ко всем компонентам сырого бензола при низких температурах и малая концентрация их в газе, а также хорошая способность легко выделять их при нагреве;

2) температура начала кипения поглотительного масла должна быть значительно выше температуры кипения компонентов сырого бензола, чтобы при отгонке сырого бензола в него попадало минимальное количество поглотителя;

3) достаточная физико-химическая стойкость, обеспечивающая стабильность поглотительных свойств масла при длительной работе;

4) оптимальная вязкость, при которой может быть достигнуто равномерное и свободное стекание масла по насадке скруббера;

5) минимальная теплоемкость, при которой расход тепла на нагрев масла при отгонке сырого бензола был бы невысоким;

6) масло должно не образовывать с водой эмульсий и легко отстаиваться от воды.

В качестве каменноугольного поглотительного масла применяют фракцию каменноугольной смолы, выкипающую в пределах 230–300°С. Для использования указанной фракции в качестве поглотителя сырого бензола она предварительно подвергается химической очистке для удаления фенолов и пиридиновых оснований.

Приведенным выше требованиям, предъявляемым к жидким поглотителям сырого бензола, полностью не отвечают ни каменноугольное, ни соляровое масло. Каждое из этих масел обладает достоинствами и недостатками.

Свежее каменноугольное масло должно отвечать следующим техническим условиям (масло не должно давать осадка при охлаждении до температуры 0°С):


Плотность, кг/м3

1040

Содержание воды, %, не более

0,5

Отгон до 230°С, %, не более

1

Отгон в интервале 230–300°С, %, не менее

95

Содержание фенолов, %, не более

0,7–0,8

Содержание нафталина, %, не более

8–13

Вязкость при 250°С, Э, не более

2

Молекулярная масса

170–180

Содержание фенолов в масле ограничивается потому, что они образуют с водой трудно разделяемые эмульсии и повышают вязкости масла.

Повышенное содержание низкокипящих погонов приводит к возрастанию в сыром бензоле балластных компонентов, т.к. при дистилляции насыщенного бензольными углеводородами масла они переходят в сырой бензол, увеличивая выход сольвент-нафты, кипящей, как правило, выше 180°С. Установление минимального отгона до 300°С обеспечивает малое содержание в масле высококипящих компонентов, обладающих повышенной вязкостью и склонных к образованию осадков. Выпадение кристаллических осадков на насадке скрубберов и в оросительных устройствах является одной из серьезных причин, приводящих к ухудшению работы абсорбционной аппаратуры и к значительному повышению расхода масла.

Потеря поглотительным маслом значительной части легких погонов с сырым бензолом повышает температуру кристаллизации масла, что вызывает необходимость повышения температуры улавливания даже в холодное время года. На практике это приводит к уменьшению степени улавливания бензольных углеводородов. Достоинством каменноугольного поглотительного масла является его большая по сравнению с соляровым поглотительная способность. Поэтому энергетические затраты, связанные с перекачкой оборотного масла, будут меньше, чем при работе на соляровом масле. Каменноугольное масло хорошо отделяется от воды, не образуя стойких эмульсий.



Недостатком каменноугольного поглотительного масла является его Недостаточная химическая стойкость. В процессе длительной работы увеличиваются плотность масла и его вязкость, а также повышается температура его кипения, снижается количество отгона до 300°С, увеличивается молекулярная масса (с 170–180 до 200–220).

Эти изменения качества масла связаны с отгонкой его легкокипящей составляющей при многократном нагревании, с уплотнением (полимеризацией) масла от воздействия на него компонентов коксового газа (кислорода, сероводорода и непредельных соединений). Образующиеся полимеры растворяются в каменноугольном масле, снижая его поглотительную способность. При накоплении в Поглотительном масле значительного количества полимеров они могут выпадать из него в виде осадков, которые забивают насадку скрубберов и ухудшают процесс улавливания бензольных углеводородов.



Свежее соляровое масло должно иметь следующую характеристику: плотность не более 890 кг/м3; содержание воды не более 0,2%; отгон до 350°С не менее 95%, молекулярная масса 230– 240, начало кипения не ниже 265°С.

Так как температура кипения солярового масла более высокая, его потери при улавливании и отгонке сырого бензола меньше, чем потери каменноугольного масла. Отгон сырого бензола до 180°С больше, чем при улавливании каменноугольным маслом. Соляровое масло обладает меньшей поглотительной способностью по сравнению с каменноугольным. Т.к. поглотительная способность масел обратно пропорциональна их молекулярным массам, то поглотительная способность солярового масла составляет 180 : 240 = 0,75 поглотительной способности каменноугольного масла. Значит для обеспечения одинаковой степени улавливания сырого бензола при работе с соляровым маслом его необходимо иметь в обороте в 1,32 раза больше, чем каменноугольного. Учитывая, однако, большую стойкость солярового поглотительного масла по сравнению с каменноугольным, а также то, что в процессе работы оно почти не изменяет своей поглотительной способности, указанная выше разница количества масла в обороте практически несколько ниже.

Соляровое масло в противоположность каменноугольному не изменяет в процессе работы вязкости и молекулярной массы. Следовательно, поглотительная способность его почти не изменяется и отличается высокой стабильностью. Однако и при работе на соляровом масле также образуются полимеры, которые в нем не растворяются, а выпадают, образуя так называемый шлам. Последний оседает на скрубберной насадке, увеличивая сопротивление газовому потоку, и в теплообменной и дистилляционной аппаратуре, приводит к серьезному нарушению технологического режима и понижению ее эффективности.

Наличие шлама в масле способствует образованию с водой весьма стойкой эмульсии, для разрушения которой требуются специальные аппараты деэмульсаторы, где происходит нагрев эмульсии до 70–80°С и отстаивание.

Основными причинами, вызывающими образование шлама в соляровом масле и загустевания каменноугольного масла, являются:

1) наличие в коксовом газе смоляного тумана, т.е. несконденсировавшихся легкокипящих частей смолы, которые растворяются в масле;

2) содержание в газе сероводорода и кислорода, что способствует полимеризации непредельных соединений, находящихся в масле в результате поглощения их из газа;

3) наличие в газе аммиака, который, растворяясь в масле, способствует поглощению сероводорода и образованию сульфидов и элементарной серы, ускоряющих процесс полимеризации;

4) повторяемое многократное подогревание масла до температур, при которых происходит полимеризация непредельных соединений, находящихся в самом масле и поглощенных из газа.

Для стабилизации качества поглотительного масла, обеспечения чистоты аппаратуры и полного улавливания бензольных углеводородов из коксового газа применяют два метода регенерации (восстановления) поглотительного масла: паровой и в трубчатой печи. На регенерацию непрерывно отводится около 1% масла, находящегося в обороте.



Паровой метод осуществляется в паровом регенераторе путем подогрева масла до 170–175°С с последующей отгонкой масла от полимеров большим количеством острого пара. Подогрев масла в регенераторе производится глухим паром. При паровой регенерации не удается резко улучшить качество оборотного поглотительного масла, особенно каменноугольного.

Более эффективным методом является регенерация масла путем его подогрева в трубчатой печи до 300–310°С. Подогрев, масла до столь высокой температуры производится для ускорения полимеризации ненасыщенных соединений и перевода потенциальных смол в фактические. При этом температура нагрева масла должна быть выше максимальной температуры подогрева масла при дистилляции бензола, что позволяет предупредить забивание аппаратуры.

Для четкого разделения компонентов масла и полимеров установлена ректификационная тарельчатая колонна, орошаемая подогретым маслом. На рис. 13 приведена технологическая схема установки регенерации каменноугольного поглотительного масла. Регенерируемое масло после выделения сырого бензола насосом 1 прокачивается через конвекционную и радиантную секции трубчатой печи 2 и с температурой 300–310°С направляется в ректификационную колонну 3, куда вводится также перегретый водяной пар. Под действием острого пара большая часть масла переходит в парообразное состояние. На верхнюю тарелку подается орошение и происходит ректификация паров с выделением полимеров. Последние стекают в нижнюю часть колонны и через гидрозатвор 8 выводятся в сборник полимеров 9. Пары масла и воды из верхней части ректификационной колонны отводятся в конденсатор 4 и холодильник 5, охлаждаемые в противоточном направлении технической водой. В сепараторе 6 масло отстаивается от воды и возвращается в цикл улав-


Рис. 13. Схема регенерации каменноугольного поглотительного масла с применением трубчатой печи:

1 – насос; 2 – трубчатая печь; 3 – ректификационная колонна; 4 – конденсатор; 5 – холодильник; 6 – сепаратор; 7 – рефлюксный насос; 8 – гидрозатвор; 9 – сборник полимеров

ливания. Часть масла рефлюксным насосом 7 прокачивается через расположенный в трубчатой печи нагревательный экран и в подогретом виде подается в качестве орошения на верхнюю тарелку ректификационной колонны. Через воздушники конденсатора 5 и сепаратора 6 непрерывно выводятся из оборотного масла соединения, вызывающие коррозию аппаратуры (H2S, HCN и др.).

Выход регенерированного масла зависит от качества оборотного масла и колеблется в пределах 80–90% от исходного масла.

7.5. Улавливание бензольных углеводородов в скрубберах


Процесс абсорбции бензольных углеводородов из коксового газа, как и любой абсорбционной процесс, характеризуется следующим основным уравнением

G = KобFРср кг/г, (1)

где G – количество абсорбированного вещества, кг/ч; Коб – общий коэффициент скорости абсорбции; F – поверхность контакта фаз, м2; Р – среднелогарифмическая движущая сила абсорбции, Па (мм рт. ст.).

Это уравнение не отражает, однако, влияния всех факторов, определяющих течение процесса абсорбции. Количество этих факторов значительно больше и влияние их на степень абсорбции определяются весьма сложной математической зависимостью.

Увеличение движущей силы процесса абсорбции, а также полнота улавливания бензольных углеводородов связаны с рядом факторов.

1. Содержание бензольных углеводородов в коксовом газе. С повышением концентрации бензольных углеводородов в газе возрастает их парциальное давление и движущая сила процесса абсорбции. При этом увеличивается содержание бензольных углеводородов в поглотительном масле в состоянии равновесия. При обычной концентрации бензольных углеводородов 35–36 г/м3 (~1% объемн.) равновесная концентрация их в масле не более 2,5–3% (объемн.) (при обычных условиях).

При сжатии газа содержание в нем бензольных углеводородов возрастает пропорционально давлению. Это способствует увеличению скорости абсорбции и росту концентрации бензола в масле. Следовательно, повышение давления, т.е. сжатие газа, является одним из методов интенсификации процесса улавливания.

2. Температура улавливания. С повышением температуры улавливания давление паров бензола над маслом увеличивается, движущая сила абсорбции уменьшается, а равновесная концентрация бензольных углеводородов в газе после скрубберов увеличивается. Насыщение поглотительного масла бензолом снижается, а потери их с газом увеличиваются.

В промышленности оптимальной температурой улавливания считается 25–30°С. При температуре ниже 10°С вязкость поглотительного масла резко возрастает, что затрудняет его подачу на скруббер и равномерное распределение по насадке скруббера, что резко ухудшает процесс улавливания. При этой температуре из масла могут выпадать осадки, которые загрязнят насадку и увеличат сопротивление скруббера.

В скрубберах происходит уравнивание температур: температура газа повышается, а масла понижается.

Для предупреждения конденсации водяных паров из газа и обводнения поглотительного масла температура масла поддерживается несколько выше температуры поступающего газа в скрубберы, примерно на 3–8°С.

3. Концентрация бензольных углеводородов в поглотительном масле. Чем выше концентрация бензола в поглотительном масле, поступающем на улавливание, тем больше упругость его паров над маслом и, следовательно, равновесная концентрация в газе. Поэтому скорость абсорбции уменьшается, а потери с обратным газом увеличиваются.

Содержание бензольных углеводородов в масле, поступающем на улавливание, должно быть не выше 0,2% для солярового и 0,3–0,4% (объемн.) для каменноугольного. Уменьшение этого количества связано с увеличением расхода пара на десорбцию бензольных углеводородов из масла, с уменьшением в сыром бензоле отгона до 180°С, увеличением выхода сольвент-нафты и потерь масла.

4. Молекулярная масса поглотителя. Возрастание молекулярной массы жидкого поглотителя связано с уменьшением степени абсорбции. Увеличение молекулярной массы масла приводит к ухудшению его поглотительной способности.

Молекулярная масса солярового масла выше, чем каменноугольного. Поэтому солярового масла требуется на 30% больше, чем каменноугольного.

В производственных условиях расход масла на улавливание бензола в 1,5 раза больше теоретического минимума и составляет 1,5–1,6 л/м3 газа для каменноугольного и 2,0–2,1 л/м3 газа для солярового масла. По нормам Гипрококса расход каменноугольного масла на 1 т шихты составляет 0,5 м3, солярового 0,65 м3.

5. Поверхность орошения. Для перехода бензола из газа в масло, необходимы определенная поверхность орошения и продолжительность контакта между газом и маслом.

Оптимальной величиной, обеспечивающей удовлетворительное улавливание бензольных углеводородов, является норма поверхности 1,1–1,3 м23 газа в час. При этом величина потерь бензольных углеводородов с обратным газом не должна превышать 2 г/м3 газа. Поверхность насадки должна быть чистой, чтобы газ и масло равномерно распределялись по сечению скруббера. Между газом и маслом должен соблюдаться строгий противоток, в результате чего газ с большим содержанием бензола встречается с маслом, имеющим также повышенную концентрацию бензола. В верхней части скруббера газ содержит мало бензола, он орошается свежим маслом, также содержащим мало бензола и соответственно имеет большую поглотительную способность.

Таким образом, для улавливания бензола из газа требуется соблюдение следующих условий: минимальное содержание бензола в масле, поступающем на улавливание; низкая температура улавливания; достаточное количество масла; противоток газа и масла; достаточная поверхность насадки для создания необходимого контакта между газом и маслом.

Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа поглотительными маслами осуществляется в скрубберах, устанавливаемых по газовой трассе после конечных холодильников. Основной задачей скрубберного отделения является обеспечение высокой степени выделения бензольных углеводородов из газа. Потери бензольных углеводородов в газе после скрубберов не должны превышать 1,8–2,0 г/м3 газа в зимний период и летом до 3,0 г/м3. Типовая технологическая схема скрубберного отделения системы Гипрококса предусматривает установку на линии газового потока одной очереди трех скрубберов, в которых полностью соблюден принцип противотока газа и поглотителя, причем размеры скрубберов, а следовательно, и поверхность расположенной в них насадки определяются количеством газа.

Скрубберы имеют штуцеры для ввода и вывода газа и масла. Для пропарки скрубберов с целью очистки насадки от всяких отложений предусмотрен подвод пара из скруббера через продувную свечу, вмонтированную в верхнюю крышку. Скрубберы по высоте оборудованы люками для контрольного осмотра.

Очищенный от аммиака и смолы и охлажденный в конечном холодильнике до 25–30°С коксовый газ поступает в три насадочных бензольных скруббера и последовательно проходит из одного в другой (рис. 14).

Освобожденное от бензольных углеводородов и охлажденное до 25–30°С поглотительное масло из промежуточного сборника обезбензоленного масла 1, насосом 2 подается наверх последнего по ходу газа скруббера III. Стекающее с него масло собирается в нижней части скруббера, откуда насосом 3 подается наверх скруббера II. Масло, стекающее со скруббера II, насосом 4 подается на скруббер I.

Соприкасаясь с поглотительным маслом, газ освобождается от бензольных углеводородов и по газопроводу направляется в цех сероочистки. Пройдя последова-



Рис. 14. Схема улавливания бензольных углеводородов из коксового газа в скрубберах:

I, II и III – скрубберы; 1 – промежуточный сборник обезбензоленного масла; 2–4, 6 – насосы; 5 – сборник обезбензоленного масла

тельно все скрубберы, поглотительное масло насыщается бензольными углеводородами и из нижней части первого по ходу газа скруббера I поступает в сборник обезбензоленного масла 5, откуда насосом 6 подается в бензольно-дистилляционное отделение для десорбции из него бензольных углеводородов. Таким образом, в скрубберах достигается строгий противоток между газом и маслом, при котором газ с наименьшим содержанием бензола орошается маслом также с наименьшим содержанием бензольных углеводородов.

Газовая и масляная коммуникации оборудованы соответствующим числом задвижек, перекрытие которых позволяет выключить по газу и маслу любой из работающих скрубберов, не нарушая нормальной работы всей установки в целом.

Для предотвращения уноса мелких капель масла газовым потоком верхняя секция насадки скруббера III не орошается маслом. Таким образом, эта насадка осушает газ от увлеченных им брызг и капель масла. Как осушающая насадка может применяться лишь деревянная. Металлическую осушающую насадку применять не следует, т.к. не защищенная масляной пленкой металлическая насадка корродирует под действием содержащегося в коксовом газе сероводорода и цианистоводородной кислоты.

Чтобы избежать обводнения масла в скрубберах за счет конденсации водяных паров из коксового газа (особенно в зимнее время), необходимо поддерживать температуру масла выше температуры газа на 2–3°С в летнее время и на 5–8°С в зимний период.

Для обеспечения хороших условий поглощения бензольных углеводородов скорость газа через живое сечение насадки скруббера должна быть ниже критической (1,5–1,8 м/с), или в пересчете на общее сечение скруббера около 0,8 м/с.

Постоянство уровня масла в скрубберах и равномерная подача на них орошения обеспечиваются автоматически с помощью регуляторов уровня, сблокированных с насосами, подающими масло на скруббер.

Орошение скрубберов поглотительным маслом должно производиться таким образом, чтобы насадка оказалась полностью смоченной маслом, что обеспечивает полноту улавливания бензольных углеводородов из газа. Необходимое условие нормальной работы скрубберной установки – строгое соблюдение принципа противотока газа и масла и исключение возможности смешения масла, стекающего из разных скрубберов.

Показатели работы скрубберного отделения характеризуются следующими данными:


Температура,°С:




коксового газа, поступающего в скрубберы

20–28

поглотительного масла, подводимого в первый
по ходу масла скруббер

25–30

Содержание бензольных углеводородов, г/м3 газа:




до скрубберов

30–40

после скрубберов, не более:




летом

1,8–2,0

зимой

3,0

Содержание бензольных углеводородов
в обезбензоленном масле, % (объемн.):




каменноугольном

0,3–0,4

соляровом

0,2–0,3

Насыщение бензолом поглотительного масла, % (объемн.):




каменноугольного

2–3

солярового

1,5–2,0

Для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа при атмосферном давлении широкое применение получили скрубберы с деревянной хордовой насадкой, диаметром 4,0–6,0 м, высотой 33,4–40,05 м, с поверхностью орошения от 13550 до 35070 м2 с центральным или форсуночным орошением; скрубберы с металлической спиральной насадкой диаметром 5,0–5,5 м, высотой 25,4–23,066 м, поверхностью орошения 30600–36600 м2 с центральным или форсуночным устройством для орошения. Скрубберы изготавливаются из стали.

Для интенсификации процесса улавливания бензольных углеводородов из коксового газа, с учетом значительного увеличения мощности газовых потоков, в промышленности получают применение аппарата с высокой интенсивностью процесса и с малыми габаритами: скрубберы с плоскопараллельной насадкой, абсорберы с регулярными листовыми насадками – решетчатой или волокнистой, абсорберы с пластинчатыми тарелками и с клапанными переливами масла и др. Эти аппараты позволяют значительно улучшить технико-экономические показатели работы установок.

7.6. Улавливание бензольных углеводородов под давлением


Одним из факторов интенсификации процесса улавливания бензольных углеводородов является использование повышенных давлений. Пропорционально повышению давления возрастает содержание бензольных углеводородов в газе, и согласно закону Генри, равновесная концентрациях этих продуктов в поглотительном масле также возрастает. Так при обычных условиях содержание бензольных углеводородов в поглотительном масле составляет 2,5% при давлении 0,8 МПа (8 ат) и 1,2 МПа (12 ат) соответственно 16 и 20%. С увеличением давления увеличивается также скорость абсорбции.

Таким образом, при улавливании бензольных углеводородов под давлением процесс абсорбции значительно интесифицируется, в результате чего резко снижается норма расхода поглотительного масла и необходимая поверхность насадки скрубберов.

Для улавливания бензольных углеводородов под давлением применяют тарельчатые абсорберы барботажного типа диаметром 2,8–3 м, высотой 13–16 м. На тарелках такого абсорбера обеспечивается хороший контакт газа с маслом, расход которого очень невелик.

Применение улавливания бензольных углеводородов под давлением позволяет на 15–20% снизить себестоимость сырого бензола, повысить степень его извлечения из газа до остаточного содержания 0,3–0,5 г/м3.

С повышением давления резко возрастает полнота извлечения из газа нафталина. Улавливание под давлением может быть рентабельным, если коксовый газ используется при повышенном давлении (передача газа в сеть дальнего газоснабжения, фракционная конденсация газа с выделением водорода, использование коксового газа для вдувания в доменные печи). Оптимальное давление составляет 0,8 МПа (8 ат).

7.7. Выделение бензольных углеводородов из поглотительного масла


Бензольные углеводороды из насыщенного поглотительного масла с получением сырого бензола выделяются дистилляцией с острым паром в дистилляционных колоннах тарельчатого типа.

Обензоленное масло, поступающее на дистилляцию, представляет собой раствор бензольных углеводородов в поглотительном масле. Выделение бензольных углеводородов из такой смеси основано на различных температурах кипения компонентов. Бензольные углеводороды, входящие в состав сырого бензола при нормальном давлении выкипают до 180°С, а каменноугольное поглотительное масло начинает кипеть при 230°С, соляровое при 265°С. Содержание бензольных углеводородов в насыщенном масле очень мало и составляет всего 2–3% (объемн.). Следовательно, каменноугольное масло является основным компонентом в смеси. Согласно закону Генри–Дальтона температура кипения бензольных углеводородов при этих условиях значительно возрастает. Поэтому полное их выделение из масла возможно только при 250–300°С.

Для предупреждения нагрева масла до слишком высокой температуры, достаточно полного отгона растворенных в нем бензольных углеводородов дистилляцию ведут с острым паром. Применение последнего дает возможность снизить температуру кипения бензольных углеводородов и проводить процесс дистилляции при подогреве каменноугольного масла до 130–145°С и солярового до 125–135°С.

Важным фактором, существенно влияющим на процесс десорбции бензольных углеводородов из насыщенного поглотительного масла, является давление внизу колонны. Повышение давления в колонне отрицательно влияет на переход бензольных углеводородов из жидкой фазы в паровую. Рабочее давление в колонне должно поддерживаться в пределах 30–50 кПа (0,3–0,5 ат).

Выделение бензольных углеводородов из поглотительного масла требует значительного расхода тепла (пара), который складывается из тепла, необходимого на подогрев насыщенного поглотительного масла до температуры выделения бензола и дистилляции с острым паром. Экономия тепла достигается путем утилизации тепла выходящих из колонны паров бензольных углеводородов и обезбензоленного масла для предварительного подогрева насыщенного масла.

Практически расход пара на 1 т сырого бензола составляет 4,5–5,0 м3 при паровом нагреве масла перед дистилляцией и 1,6 м3 при огневом подогреве масла.



7.8. Технологические схемы выделения бензольных углеводородов
из поглотительного масла


Выделение бензольных углеводородов из насыщенного поглотительного масла осуществляется в настоящее время на отечественных коксохимических заводах по двум схемам: получение сырого бензола, выкипающего до 180°С (марки БС) и получение двух бензолов.

Получение при дистилляции насыщенного масла двух продуктов может осуществляться по схеме с паровым нагревом масла перед дистилляцией и с огневым нагревом.

На рис. 15 приведена технологическая схема получения сырого бензола при работе на каменноугольном масле с паровым нагревом насыщенного масла перед дистилляцией.

Насыщенное бензольными углеводородами поглотительное масло из последнего по ходу масла бензольного скруббера центробежным насосом передается на десорбцию. Масло проходит через паромасляный теплообменник (дефлегматор) 1, в котором нагревается отходящими из колонны 2 парами сырого бензола. Насыщенное масло поступает в трубное пространство нижних трубчаток, а пары из колонны проходят в межтрубном пространстве снизу вверх. Верхняя трубчатка дефлегматора охлаждается технической водой. Из дефлегматора насыщенное масло проходит масляный теплообменник 3, где нагревается стекающим из колонны обезбензоленным маслом и поступает в паровой подогреватель 4. Подогретое глухим паром насыщенное масло из подогревателя поступает на питательную тарелку бензольной дистилляционной колонны 2. В колонне с помощью острого пара из масла отгоняются бензольные углеводороды, а также часть поглотительного масла и воды.

Из нижней части колонны 2 обезбензоленное масло откачивается насосом 5 в трубчатый теплообменник 3, где отдает тепло поступающему на дистилляцию насыщенному маслу. Окончательное охлаждение обезбензоленного масла происходит


Рис. 14. Схема получения сырого бензола при паровом нагреве поглотительного масла:

1 – паромасляный теплообменник (дефлегматор); 2 – дистилляционная колонна; 3 – масляный теплообменник; 4 – паровой подогреватель; 5, 8, 10, 11, 19, 20 – насосы; 6 – оросительный холодильник; 7 – сборник; 12, 13, 17, 24 – сепараторы; 14 – разделительная колонна; 15 – холодильник; 16 – конденсатор-холодильник; 18 – сборник; 21 – рефлюксный бачок; 22 – регенератор; 23 – сборник для полимеров
технической водой в оросительных холодильниках 6, после чего оно поступает в сборник 7, а затем насосом 8 подается в скрубберы для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа.

Пары бензольных углеводородов, легких погонов поглотительного масла и воды с верхней тарелки дистилляционной колонны 2 поступают в межтрубное пространство паромаслянного теплообменника (дефлегматора) 1.

В нижней секции дефлегматора пары охлаждаются насыщенным маслом, а в верхней секции – холодной технической водой. Тяжелая и легкая флегмы из паромаслянного теплообменника 1 поступают в соответствующие сепараторы 12 и 13. Тяжелую и легкую флегмы из обеих сепараторов объединяют и добавляют в цикл насыщенного масла, идущего на дистилляцию, а воду после дополнительного отстоя из масла отводят в фенольную канализацию.

Необходимость установки двух сепараторов объясняется тем, что образующаяся в паромаслянных теплообменниках флегма по плотности приближается к воде и плохо от нее отстаивается. Поэтому из нижней части паромаслянного теплообменника отводится флегма с большей, а из верхней части с меньшей плотностью. Это приводит к лучшему и более быстрому отделению флегмы от воды в обоих сепараторах. При работе на соляровом масле устанавливается один сепаратор, т.к. флегма хорошо отстаивается от воды.

Пары сырого бензола и неконденсировавшиеся пары воды из верхней части паромаслянного теплообменника 1 поступают в низ верхней ректификационной части разделительной колонны 14, в которой смесь бензольных углеводородов разделяются на две составляющие: легкую – первый сырой бензол (Б-1) и тяжелую – второй сырой бензол (Б-2).

Разделительная колонна состоит из двух частей: нижней, испарительной и верхней, ректификационной. Бензольные углеводороды и вода с нижней тарелки верхней части колонны стекают в сепаратор 24, откуда, после отделения от воды возвращаются на верхнюю тарелку нижней испарительной части разделительной колонны. В нижней части колонны глухим и острым паром из тяжелого бензола отгоняются более легкие фракции и поступают в ректификационную часть колонны. Из нижней части колонны через холодильник 15 выводится на склад второй бензол.

Пары первого бензола и неконденсировавшаяся часть паров воды из верхней части разделительной колонны 14 отводится в конденсатор-холодильник 16, из которого конденсат стекает в сепаратор 17. В сепараторе после отделенеия от воды первый сырой бензол поступает в рефлюксный бачок 21, из которого избыток продукта стекает в сборник 18 и насосом 19 подается на склад. Часть первого сырого бензола из бачка 21 насосом 20 подается на верх ректификационной части разделительной колонны 14 в виде рефлюкса. Соотношение между количествами отводимого на склад продукта и возвращаемого в колонну рефлюкса составляет примерно 1 : 3.

Сепараторная вода из сепаратора 17 направляется в канализацию фенольных вод. Для вывода конденсата воды, образующегося вверху разделительной колонны, с верхних ее тарелок отводится первый бензол и вода в верхнюю часть сепаратора 24 и после отделения от воды первый бензол возвращается в колонну на третью сверху тарелку.

Для восстановления поглотительных свойств масло, находящееся в обороте, непрерывно подвергают регенерации. С этой целью небольшая часть масла (около 1,0%) с одной из верхних тарелок дистилляционной колонны 2 или из трубопровода для насыщенного бензолом масла (перед подачей его на дистилляцию) отводится в регенератор 22, где оно нагревается глухим паром до 160–170°С и продувается большим количеством острого пара. Масло при этом испаряется и вместе с водяным паром поступает в нижнюю часть колонны 2, а неиспарившиеся полимеры и высококипящие погоны масла выпускаются в сборник 23 для полимеров.

Количество выводимых из регенератора полимеров составляет от 10 до 40% от масла, взятого на регенерацию.

По мере надобности в цикл оборотного масла добавляется свежее из сборника свежего масла.

Для улучшения работы охлаждающей аппаратуры техническая вода умягчается и отстаивается от механических взвесей. Температура воды, поступающей на охлаждение, не должна превышать 25°С.

Показатели режима работы установки характеризуются следующими данными:


Температура насыщенного масла,°С, после:




скрубберов

25–30

паромасляных теплообменников

75–85

масляных теплообменников

105–115

паровых подогревателей

135–145

Температура обезбензоленного масла,°С, после:




колонны

130–135

масляных теплообменников

90–100

холодильников масла

30–35

Температура бензольных углеводородов,°С, после:




паромасляных теплообменников

90–92

разделительной колонны

73–75

Температура продуктов после конденсатора холодильника, °С, не выше

30

Расход пара на 1т сырого бензола составляет 4,5–5,0 т, воды 120–130 м3. Количество сточных вод находится в пределах 2,5–3,0 м3.

При улавливании бензольных углеводородов соляровым маслом технологическая схема дистилляции сырого бензола имеет некоторые особенности. Для выделения из солярового масла шлама, образующегося в процессе работы, в технологической схеме предусматривается специальная аппаратура.

Обезбензоленное масло после охлаждения в оросительных холодильниках сначала поступает в отстойник, на входе которого промывается технической водой, а затем отстаивается от шлама, воды и эмульсии. Освобожденное от шлама масло перетекает в сборник, откуда насосом подается в скрубберы. Вода из отстойника отводится в фенольную канализацию, шлам и эмульсия в деэмульсатор, где при нагреве глухим паром эмульсия разрушается с разделением на масло, воду и шлам. Масло из деэмульсатора возвращается в цикл, вода отводится в фенольную канализацию, а шлам является отходом производства.

Остальные технологические операции дистилляции сырого бензола те же, что и в схеме при работе на каменноугольном масле.

В настоящее время получила применение схема дистилляции сырого бензола с использованием огневого подогрева насыщенного поглотительного масла в трубчатых печах.

На рис. 15 приведена технологическая схема получения сырого бензола при работе на каменноугольном масле с огневым нагревом.

Отличительной особенностью схемы является: нагрев насыщенного масла в трубчатой печи и охлаждение обезбензоленного масла в кожухотрубных холодильниках: для лучшего выделения из оборотного масла нафталина и, следовательно, понижения его содержания в газе после бензольных скрубберов, принята нафталиновая колонна. Работа бензольного отделения по этой схеме отличается температурным режимом дистилляционной и теплообменной аппаратуры, что сказывается на габаритах последней.

Насыщенное бензольными углеводородами масло после скрубберов насосом подается в дефлегматор 8, где нагревается до 50–60°С парами, поступающими из дистилляционной колонны 4. После дефлегматора масло направляется в масляные теплообменники 24, где нагревается обезбензоленным маслом до 130–145°С и поступает в трубчатую печь 1. В трубчатой печи масло нагревается до 180°С, при этом образуется двухфазная система из жидких продуктов и парообразных, поступающих на питательную тарелку дистилляционной колонны 4. Пары бензольных углеводородов, воды и масла из дистилляционной колонны поступают в дефлегматор 8 и далее в разделительную колонну 14, где сырой бензол делится на два продукта – первый бензол и второй (тяжелый). Пары первого бензола поступают в конденсационно-охладительную аппаратуру, в сепаратор и сборник. Часть продукта используется на орошение колонны 14 в виде рефлюкса. Второй бензол после охлаждения подается на склад.

В дефлегматоре также образуется две флегмы (легкая и тяжелая), которые после отстаивания в сепараторах 9 и 10 объединяются и направляются в сборник 11, откуда насосом 12 флегма подается на верхнюю тарелку дистилляционной колонны 4 и частично на питательную тарелку нафталиновой колонны 3.

Обезбензоленное масло из нижней части дистилляционной колонны 4 забирается насосом 6 и подается для охлаждения в теплообменники 24, а затем в кожухотрубные холодильники 20, охлаждаемые технической водой, и направляется в скрубберы для улавливания бензольных углеводородов.

Масло для регенерации (около 1%) в паровом регенераторе отбирается из трубопровода, по которому оно из трубчатой печи подается в дистилляционную колонну. Образовавшиеся полимеры из регенератора направляются в сборник, а затем их добавляют к смоле.

Для выделения нафталина из поглотительного масла, находящегося в обороте, в нафталиновую колонну 3 отводится часть флегмы, подаваемой насосом 12, либо масло с верхних тарелок дистилляционной колонны 4. В нафталиновой колонне с помощью острого пара отгоняются легкокипящие погоны, пары которых отводятся в дистилляционную колонну, а остаток – нафталиновая фракция стекает из нижней части этой колонны в резервуар для смолы.


Рис. 15. Схема получения сырого бензола с огневым нагревом поглотительного масла:

1 – трубчатую печь; 3 – нафталиновая колонна; 4 – дистилляционной колонна; 6, 12 – насосы; 8 – дефлегматор; 9, 10 – сепараторы; 11 – сборник; 14 – разделительная колонна; 20 – кожухотрубный холодильник; 21 – сборник; 24 – масляный теплообменник; 25 – паровой подогреватель

Убыль поглотительного масла, находящегося в обороте, непрерывно пополняется свежим маслом, которое из сборника 21 подается в дистилляционную колонну.

В качестве резерва на случай ремонта трубчатой печи по схеме предусматривается паровой подогреватель 25 для подогрева насыщенного масла перед дистилляционной колонной.

Технологический режим установки характеризуется следующими показателями:




Температура масла, насыщенного бензолом, °С:




до дефлегматоров

30

после дефлегматоров

50

после теплообменников

138

после трубчатой печи

180

Температура обезбензоленного масла, °С, после:




дистилляционной колонны

175

теплообменников

83

холодильников

30

Температура паров, °С, после:




дистилляционной колонны

110

дефлегматоров

80–82

разделительной колонны

75

Применение трубчатой печи для подогрева насыщенного масла перед дистилляцией позволяет:

1) резко сократить расход пара на подогрев 1 кг сырого бензола до 180°С;

2) увеличить степень отгонки сырого бензола из масла, что при применении парового подогрева сопряжено с резким возрастанием расхода пара;

3) уменьшить объемы десорбционной и конденсационной аппаратуры в связи с сокращением объема паров и этим снизить расход металла на ее изготовление;

4) уменьшить расход воды, потребляемой для конденсации в основном водяных паров и охлаждения водного конденсата.

Для интенсификации десорбции бензольных углеводородов на некоторых заводах применяется колонна с провальными тарелками. В трубчатых печах предусматривается нагрев поглотительного масла для дистилляции и для регенерации.

Обезбензоленное масло и пары сырого бензола охлаждают в аппаратах воздушного охлаждения.



7.9. Основные аппараты бензольного отделения


Современные бензольные отделения оснащаются дистилляционной и ректификационной колоннами, теплообменной аппаратурой для утилизации тепла паров бензольных углеводородов и обезбензоленного масла, трубчатой печью или паровым подогревателем для окончательного подогрева насыщенного масла перед дистиляцией, конденсационно-охладительной аппаратурой для продуктов дистилляции и др.

Размеры и конструкция аппаратуры зависят от производительности установки и технологической схемы отделения.

В дистилляционной колонне бензольные углеводороды отгоняются острым паром из предварительно нагретого масла.

В установках с паровым подогревом масла применяются колонны диаметром 2,6–3,2 м с 12–14 тарелками, имеющими колпачки туннельного типа, производительностью от 80 до 180 м3/ч поглотительного масла. В установках с огневым подогревом масла получили применение колонны, имеющие 23 тарелки с колпачками капсульного типа. Диаметр колонны 2,6–2,8 м. Корпус колонны изготавливается из двухслойной стали, тарелки и колпачки из стали специальных марок.



Разделительная колонна применяется для получения двух фракций сырого бензола и состоит из двух частей: нижней – испарительной и верхней – ректификационной. В зависимости от принятой схемы колонны имеют диаметр 1,6–2,2 м с 14–18 тарелками. Колонны изготавливаются из стали.

Для окончательного подогрева масла глухим паром применяют паровые подогреватели цилиндрической формы с горизонтальной трубчаткой, заключенной в стальной кожух. Масло движется по трубам, пар подают в межтрубное пространство, поверхность теплопередачи 140 м2. Корпус подогревателя и трубы изготавливается из стали. Для нагрева насыщенного масла перед дистилляцией получили применение трубчатые печи конструкции Гипронефтемаша с панельными беспламенными горелками. Печи имеют высокий коэффициент полезного действия: 0,80–0,85 против 0,60–0,78 у печей с пламенным горением. Конвекционную часть этих печей можно использовать для нагрева масла перед регенератором, а также для нагрева пара, необходимого для технических нужд завода.



Регенератор поглотительного масла представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 2,8 м, оборудованный в нижней части выдвижными трубчатками для нагрева масла глухим паром. Под ними расположено устройство для подачи в регенератор острого пара. Неотогнанное масло и нелетучие полимеры отводятся снизу регенератора.

Паромасляные теплообменники (дефлегматоры) служат для выделения из смеси паров, поступающих из бензольной колонны, высококипящих частей и конденсации возможно большего количества водяных паров. Наиболее совершенными являются четырех- и трехсекционные трубчатые дефлегматоры системы Гипро-кокса.


Достарыңызбен бөлісу:


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет