Проект улавливания бензольных углеводородов из газа (стр. 7 из 11)
Характеристика сырого бензола марок БС, Б-1, Б-2:
| БС | Б-1 | Б-2 | |
| Плотность при 20°С, кг/м³ | 870-920 | 873 | 927 |
| Начало кипения, °С | 73 | 74,5 | 139 |
| Отгон, %, до температуры, °С | |||
| 100 | 62 | 81 | - |
| 120 | 82 | 92 | - |
| 150 | 89 | 98 | 9,5 |
| 180 | 94 | - | 92 |
| 200 | - | - | 98 |
Сырой бензол сам по себе не находит практического применения и подвергается дальнейшей переработке в цехе ректификации для получения чистых продуктов.
Состав и свойства коксового газа
В процессе высокотемпературного коксования угольных шихт в коксовой камере наряду с коксом образуются летучие химические продукты, представляющие собой сложную неоднородную систему, состоящую из газообразных и парообразных веществ, являющихся продуктом термического разложения каменных углей. Основными летучими продуктами высокотемпературного коксования являются: коксовый газ, пирогенетическая вода, нафталин, аммиак, сероводород (и др. сернистые соединения), цианистые соединения, бензольные углеводороды (сырой бензол), высокотемпературная каменноугольная смола и др.
Смесь паро и газообразных продуктов коксования, выходящих из коксовых камер в газосборники, образует так называемый прямой коксовый газ. Он содержит следующие количества химических продуктов, г/м³:
Пары воды (пирогенетической и влаги шихты) 250 – 450
Пары смолы 80 – 150
Бензольные углеводороды 30 – 40
Аммиак 8 – 13
Нафталин до 10
Сероводород 6 – 40
Цианистый водород 0,5 – 2,5
Кроме того, в состав прямого коксового газа входят сероуглерод (СS2) сероксид углерода (СОS), тиофен (C4H4S) и его гомологи, легкие пиридиновые основания (0,4 – 0,6 г/м3), фенолы и др.
При обработке прямого коксового газа в аппаратуре цеха улавливания из него выделяются основные химические продукты коксования, и образуется очищенный коксовый газ. Он называется обратным, потому что часть его подаётся на обогрев коксовых печей, как бы возвращается обратно.
Обратный коксовый газа состоит в основном из неконденсирующихся в обычных условиях компонентов (Н2, СН4, СО, СО2, , О2 и др.), а также остатков сероводорода, бензольных углеводородов, углеводородов непредельного ряда, незначительных количеств оксидов азота др.
Выход отдельных химических продуктов высокотемпературного коксования из 1 т сухой шихты колеблется в пределах, %:
Коксовый газ (обратный, сухой) 14 – 16
Каменноугольная смола 3 – 4,0
Пирогенетическая влага 1,8 – 3,0
Сырой бензол 0,8 – 1,2
Сероводород 0,5 – 2,5
Аммиак.0,26 – 0,4
Средний состав обратного коксового газа в % (объёмн.):
Водород 60
Метан 26
Угарный газ 6
Азот 2,7
Углекислый газ 2,6
Непредельные углеводороды 2,2
Кислород 0,5
Физико – химические свойства коксового газа среднего состава:
Плотность при 0°С 0,440 кг/м3
Низшая теплота сгорания 4350 ккал/м3
Теплоёмкость при 0°С 0,328 ккал/м3*°С
Динамическая вязкость при 0°С 1*10-6 кг/м*с
Температура воспламенения 600–650°C
Пределы взрываемости: Нижний 6% Верхний 30%
2.2 Расчет абсорбционной установки
Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом представляет собой процесс многокомпонентной абсорбции, когда из газа одновременно поглощается смесь компонентов – бензол, толуол, ксилол и сольвенты. Инертная часть коксового газа состоит из многих компонентов – Н2, СН4, СО, N2, СО2, О2, NH3, Н2 и др. сложным является и состав каменноугольного масла, представляющего собой смесь ароматических углеводородов (двух- и трехкольчатых) и гетероциклических соединений с примесью фенолов. Для упрощения приведенных ниже расчетов газовая смесь и поглотитель рассчитываются как бинарные, состоящие из распределяемого компонента (бензольные углеводороды) и инертной части (носителей); физические свойства их приняты осредненными.
Для линеаризации уравнения рабочей линии абсорбции составы фаз выражают в относительных концентрациях распределяемого компонента, а нагрузки по фазам – в расходах инертного носителя. В приведенных ниже расчетах концентрации выражены в относительных массовых долях распределяемого компонента, а нагрузки – в массовых расходах носителей.
Материальный баланс
В бензольные скрубберы поступает из конечных газовых холодильников газ следующего состава:
| Состав | кг/ч | м³/ч |
| сухой коксовый газ | 33783,08 | 76370,4 |
| водяные пары | 1804,16 | 2255,2 |
| бензольные углеводороды | 2315,8 | 626,4 |
| сероводород | 1136,96 | 748 |
| итого | 39040 | 80000 |
Температура поступаемого газа 25ºС и давление 847 мм. рт. ст. принимаем потери бензольных углеводородов с выходящим газом, равным 1,167 г/м³ сухого газа, что составляет
кг/чтогда степень улавливания
или 96%
Количество поглощаемых бензольных углеводородов:
G=2315,8 – 92,632 =2223,168 кг/ч
Таким образом, из скрубберов выходит:
| Состав | кг/ч | м³/ч |
| сухой коксовый газ | 33783,08 | 76370,4 |
| водяные пары | 1804,16 | 2255,2 |
| бензольные углеводороды | 92,632 | 25,056 |
| сероводород | 1136,96 | 748 |
| итого | 36816,8 | 79398,656 |
Фактическое содержание бензольных углеводродов в поступающем газе:
г/м3и выходящем газе:
г/м3где 825-давление газа после бензольных скрубберов, мм рт ст
847-давление газа до бензольных скрубберов, мм рт ст
303-температура газа после скруббера, ºК
Максимальное содержание бензольных углеводородов в поступающем масле определяем по уравнению:
где a2-содержание бензольных углеводородов в выходящем газе
a2=1,91гр/м³
p2=825 мм рт ст
Mn-молекулярная масса поглотителя 170
Pω-упругость паров бензольных углеводородов над поступающим маслом, мм рт ст
Для определения упругости бензольных углеводородов над поступающим маслом принимаем следующий состав сырого бензола:
бензола 73%, ксилолов 5%, толуола 21%, сольвентов 1%
При t=30ºC упругость: бензол 118,4
толуол 39,5
ксилол 23,5
сольвент 5
Средняя молекулярная масса сырого бензола:
Молекулярная доля компонентов в сыром бензоле:
где 78,92,106,120-молекулярные массы компонентов.
Тогда упругость бензольных углеводородов при 30ºС: Рсб в поглотительном масле:
Действительное содержание С должно быть менее равновесным для создания движущей силы абсорбции вверху скруббера:
n - коэффициент сдвига равновесия, который можно принять равным 1,1-1,2
Максимальное содержание бензольных углеводородов в выходящем из скрубберов масле при условии равновесия внизу скруббера определяем по уравнению:
Для сдвига равновесия внизу абсорбера принимаем коэффициент сдвига равновесия n=1.5, тогда
Минимальное количество поглотителя:
L min =
Действительное количество поглотителя:
L =
Что составит на 1м³ сухого газа:
Таким образом, в поступающем масле содержатся бензольных углеводородов:
99314·
и в выходящем:
99314·2,22/100=2205 кг/ч
Следовательно, поглощается маслом бензольных углеводородов:
2205-178=2027 кг/ч
материальный баланс скрубберов, кг/ч
| Компоненты | Приход | Расход |
| коксовый газ | 37506 | 35479 |
| поглотительное масло | 99314 | 99314 |
| бензольные углеводороды | 178 | 2205 |
| Итого | 136998 | 136998 |
Определение поверхности абсорбции и размеров скрубберов
Для скрубберов принимаем деревянную хордовую насадку со следующей характеристикой: