Проект улавливания бензольных углеводородов из газа (стр. 2 из 11)
При сжатии газа значительное количество бензольных углеводородов конденсируется в газовых холодильниках и передается в сборник масла, насыщенного бензольными углеводородами.
Достоинствами данного метода являются следующие критерии:
1) Уменьшение потерь бензольных углеводородов с обратным коксовым газом. Остаточное содержание бензольных углеводородов в газе примерно 1 г/м3.
2) Уменьшение количества поглотительного масла подаваемого на абсорбер.
3) Уменьшение объема и веса скрубберов.
4) Уменьшение размеров аппаратуры отделения дистилляции насыщенного поглотительного масла.
5) Уменьшение энергозатрат на перекачивание поглотительного масла и теплообменные процессы используемые в технологии дистилляции насыщенного поглотительного масла.
Основным недостатком данного метода является высокий расход энергии на сжатие коксового газа до необходимого давления.
Адсорбция бензольных углеводородов твёрдыми поглотителями
В качестве твердых поглотителей для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа нашли практическое применение активированные угли, имеющие наиболее развитую внутреннюю поверхность.
Количество адсорбируемых из газа бензольных углеводородов зависит от свойств угля и условий протекания процесса, в первую очередь от парциального давления паров и температуры. Зависимость между количеством адсорбируемого вещества и парциальным давлением его паров при средних давлениях выражается эмпирическим уравнением Фрейндлиха:
x/m=a*p1/n (1.2)
где х – количество адсорбированного вещества;
m – количество адсорбента;
р – парциальное давление паров данного вещества при достижении равновесия;
а, n – константы, зависящие для данного адсорбента от природы поглощаемого вещества и температуры.
3ависимостъ количества адсорбируемого вещества от парциального давления его паров в газе при определенной температуре может быть представлена прямыми или кривыми (в зависимости от выбранной системы координат), называемыми изотермами адсорбции.
Они характеризуют статическую активность адсорбента, определяемую при достижении равновесия между концентрацией данного вещества в газе и его количеством в адсорбенте. Практически важнее динамическая активность, определяемая количеством поглощенного в адсорбере вещества до проскока.
Для активированного угля в адсорберах промышленного типа она составляет 85—95% от статической. Адсорбция активированным углем сопровождается выделением тепла.
Если в газе присутствует несколько веществ, то, как правило, в первую очередь и в значительно большем количестве поглощается вещество с более высокой температурой кипения. Существенное влияние на адсорбцию бензола активированным углем оказывают водяные пары.
Поглощенные активированным углем бензольные углеводороды извлекают из него продувкой перегретым водяным паром.
Установка разделена на два потока газа с соответствующей аппаратурой. Обе половины могут работать и как одно целое и независимо друг от друга. На каждом потоке имеется по четыре адсорбера, вмещающих до 7 т активированного угля каждый, диаметр адсорбера 2,7 м, длина 8,2 м. Адсорберы снабжены змеевиками для охлаждения и нагрева угля и оборудованы решетками, на которые засыпают уголь. При выгрузке решетки опускают и уголь легко высыпается в специальные пыленепроницаемые контейнеры, в которых его доставляют на регенерацию для удобства обслуживания и опорожнения адсорберы расположены на 3,3 м выше отметки пола.
Адсорберы работают параллельно, причём при максимальной нагрузке по газу в работе должно находиться пять адсорберов, два адсорбера в это время стоят на пропарке и один в резерве или на замене активированного угля. После адсорберов газ поступает на охлаждение в газовые холодильники непосредственного действия, где он охлаждается водой, циркулирующей через градирню.
Перед отключением из газового тракта адсорбера с насыщенным углем включается свежепропаренный адсорбер. В змеевики отключенного адсорбера прекращают подавать воду и вводят пар. Одновременно в адсорбер подают острый пар. Температура в адсорбере быстро повышается, при этом из активированного угля выделяются пары бензольных углеводородов, этилена и других окклюдированных газов. Пройдя испаритель и конденсаторы, неконденсирующиеся газы возвращаются в газопровод перед установкой (на схеме не показано). Бензольные углеводороды вместе с парами воды конденсируются и поступают в сепараторы. Пропаривание адсорбера занимает 30—40 мин (в зависимости от срока работы активированного угля).
К концу пропаривания температура угля достигает примерно 120° С, а содержание бензольных углеводородов в нём снижается до 1 – 3%.
Снижение остаточного содержания в активированном угле адсорбированных веществ требует увеличения удельного расхода пара, поэтому на практике не стремятся к слишком высокой полноте извлечения бензольных углеводородов, что в свою очередь обуславливает и не слишком высокий коэффициент улавливания их из газа.
После прекращения подачи пара в адсорбер подают воду (около 15% к углю), которая при последующем включении аппарата в газовый поток испаряется и способствует быстрому охлаждению угля, а также устранению полимеризации непредельных соединений в его порах, легко протекающей при высокой температуре в начальный период. Благодаря этому, естественно, дольше сохраняются высокие адсорбционные свойства угля. Через 20 мин после включения адсорбера подают в змеевики охлаждающую воду из резервуара градирни.
На установке используют пар высокого давления (14ати) с температурой 250°С, пар низкого давления (около 1атм) после турбин газодувок и пар, получаемый в испарителях. Для испарения поступающего в испаритель из напорного бака конденсата используется тепло, выделяющееся при охлаждении и конденсации проходящих в межтрубном пространстве паров воды и бензольных углеводородов. Температура последних большую часть времени отгонки их из угля лежит ниже 100° С, поэтому к испарителю подключен эжектор, работающий на паре высокого давления, который создает в нем необходимый для испарения воды вакуум.
Из общего количества тепла, затрачиваемого на отпарку из угля бензолъных углеводородов, только около 6% идет на сам процесс отгонки. Большее количество тепла 16,5% расходуется на нагрев адсорбера и угля. Преобладающая часть тепла (68—70%) уносится из адсорбера неконденсирующимся водяным паром. В испарителях используется около 34% этого тепла.
Опыт работы описываемой установки показал, что адсорбционная способность активированного угля о процессе эксплуатации снижается примерно с 25 до 5%, после чего уголь нужно заменять свежим. При регенерации угля его адсорбционная способность почти полностью восстанавливается, но срок дальнейшей работы уменьшается. К недостаткам адсорбционного метода можно отнести большое сопротивление адсорберов проходу газа и периодичность процесса. Но при этом методе достигается более полное извлечение из газа бензольных углеводородов и значительно снижается содержание в газе цианидов, окислов азота и сераорганических соединений
Следует отметить, что в результате лучшего улавливания активированным углём сераорганических соединений их концентрация в сыром бензоле увеличивается на 30—40%.
Применение активированного угля для улавливания бензольных углеводородов требует глубокой предварительной очистки газа от сероводорода и смолистых веществ. Поэтому выбор метода обусловлен в основном требуемой очисткой газа. При потреблении его для бытовых нужд требуется глубокая очистка от сероводорода, нафталина и других примесей. В этом случае можно применять адсорбционный метод.
” Вымораживание” бензольных углеводородов при температуре – 45° С
При обычных условиях, в которых ведется улавливание бензола, пары бензола в коксовом газе находятся в перегретом состоянии, для конденсации бензольных паров при температуре газовой смеси, равной 30°С, необходимо, чтобы давление их было не ниже 118,4 мм рт. ст. Фактическое давление паров бензола в коксовом газе определяется по закону Дальтона:
Рп=
(1.3)Если содержание паров бензола в газе равно 25 г/м3 и общее давление газовой смеси равно 760 мм рт. ст., парциальное давление паров бензола в газе составит:
Рп=(25/78*22,4)/1000=5,46 мм. рт. ст.
Температура, при которой пары бензола, при давлении 5,46 мм рт. ст., становятся насыщенными, т. е температура, при которой начнется конденсация бензольных паров из газа, может быть определена по формуле:
(tб – t’б)/(tв – t’в)=q (1.4)
где tб – t’б – температура кипения бензола при нормальном давлении tб и при давлении 5,46 мм рт. ст. t’б;
tв – t’в – температура кипения воды при нормальном давлении tв и при давлении 5,46 мм рт. ст. t’в;
q – Постоянная величина (для бензола = 1,18);
Откуда t’б= - 34,1
Таким же путем можно подсчитать температуру начала конденсации для паров толуола, ксилола и др. составных частей сырого бензола.
Чтобы при нормальном давлении достигнуть полного или близкого к полному выделения паров бензольных углеводородов из коксового газа, необходимо понижать температуру до минус 70°С.
Кроме низких температур, для выделения бензольных углеводородов можно воспользоваться сжатием газа. При этом упругость паров бензольных углеводородов в газе повышается и при некотором давлении наступает насыщение газа этими парами и конденсация их. Это давление Р определится из такого соотношения:
Р=P0/Pп (1.5)
или, для ранее принятых условий,
Р=118,4/5.46=22 атм.
Чтобы достигнуть полного или почти полного, выделения бензола из газа при температуре 30° С, потребуется давление свыше 1000 атм.