Очистка промышленных газов от сероводорода (стр. 4 из 7)

Механические абсорберы компактнее и эффективнее распиливающих абсорберов других типов. Однако они значительно сложнее по устройству и требуют больших затрат энергии на осуществление процесса.

Во многих случаях в системах газ – жидкость для диспергирования одной фазы в другой оказывается достаточным использование энергии потока газа, взаимодействующего с жидкостью, и подвод внешней энергии для этой цели нецелесообразен.

2. Основная часть

2.1 Выбор и описание принятой технологической схемы очистки коксового газа от сероводорода

Для очистки коксового газа от сероводорода, мы воспользуемся вакуум-карбонатным методом. Цех очистки коксового газа от сероводорода вакуум-корбонатным методом включает отделение улавливания и регенерации насыщенного поглотительного раствора и отделение получения серной кислоты методом мокрого катализа. Для улавливания сероводорода из коксового газа используют водные растворы соды (Na₂CO₃) или поташа(K₂CO₃).

На рисунке 14 приведена технологическая схема установки очистки коксового газа от сероводорода вакуум-корбонатным методом.

Коксовый газ после бензольных скрубберов поступает в серные скрубберы 1, где орошается 5%-ным поглотительным раствором соды (или 15-20%-ным раствором поташа). В скруббере протекает основная реакция

Me₂CO₃+ H₂S=2MeHCO₃+MeHS

и побочные реакции

Me₂CO₃+ CO₂+H₂O=2 MeHCO₃

Me₂CO₃+HCN= MeCN+MeHCO₃

MeHS+ CO₂+H₂O=MeHCO₃+ H₂S

Коксовый газ, очищенный от сероводорода, цианистого водорода, углекислоты, направляется потребителю. Содержание сероводорода в обратном газе составляет 2-3г/м³. На степень улавливания сероводорода существенно влияет температура. Практически температура газа перед скруббером поддерживается не выше 30⁰С, после скруббера 32-35⁰С, температура раствора, поступающего на улавливание, 37-40⁰С. С повышением температуры улавливание уменьшается растворимость сероводорода и увеличивается его потери с обратным газом.

Насыщенный сероводородом поглотительный раствор из нижней части скруббера 1 насосом 2 передается наверх регенератора 6, пройдя до этого верхнюю секцию конденсатора-холодильника 3 теплообменника 4 и паровой подогреватель 5, в котором подогревается до 65-70⁰С и поступает в нижнюю часть регенератора. В паровых циркуляционных подогревателях 7 раствор подогревается греющим паром.

Насыщенный раствор, поступающий на одну из верхних тарелок регенератора 6, стекает по тарелкам сверху вниз. При этом он продувается парами, образовавшимися в результате испарения раствора, нагреваемого в циркуляционном подогревателе.

Процесс регенерации насыщенного сероводородом раствора соды (или поташа) заключается в смещении равновесия обратимой реакции, протекающей в скруббере в сторону выделения сероводорода с одновременным снижением его давления в системе. Основной реакцией регенерации является реакция между гидрокарбонатом натрия (или калия) с гидросульфидом натрия (или калия):

MeHCO₃+MeHS= Me₂CO₃+ H₂S

Образовавшийся сероводород отсасывается одновременно с водяными парами вакуум-насосом 11, при этом равновесная реакция нарушается и идет в правую сторону до конца. Разложение гидросульфида и выделение сероводорода происходит до тех пор, пока в растворе присутствует бикарбонат натрия (или калия). Скорость десорбции сероводорода зависит от температуры кипения раствора, т.е. величины вакуума и концентрации в растворе бикарбоната. Оптимальной температуры регенерации поглотительного раствора является 55-60⁰С. При этой температуре скорость десорбции сероводорода имеют максимальную величину. При повышении температуры может происходить разложение бикарбоната натрия (или калия) по реакции:

MeHCO₃ Me₂CO₃+ CO₂+H₂O

В отсутствии бикарбоната гидросульфид (NaHS) разлагается с образованием сульфида натрия (Na₂S). В растворе остается около 50% серы, что значительно ухудшает процесс улавливания. Чтобы предупредить бикарбонат от разложения и сохранить его для реакции с гидросульфидом с целью выделения сероводорода, температура процесса регенерации не должна превышать 75⁰С. Совмещение низкой температуры процесса и кипения раствора достигается ведением его под вакуумом порядка 79,9-82,6кПа (600-620 мм.рт.ст.), который создается вакуум-насосом.

Образовавшиеся в регенераторе пары воды вместе с выделившимся сероводородом, углекислоты и цианистым водородом отсасываются в конденсатор-холодильник 3, верхняя секция которого охлаждается насыщенным поглотительным раствором, а нижняя – водой.

Образующийся в конденсаторе-холодильнике конденсат по барометрической трубе стекает в сборник регенерированного раствора 8, куда поступает также регенерированный раствор из регенератора, а концентрированный сероводородный газ засасывается вакуум-насосом 11, который подает его на установку для получения серной кислоты.

Горячий регенерированный раствор из сборника 8 насосом 9 прокачивается через теплообменник 4 и оросительные холодильники 10. Охлажденный до 35-42⁰С раствор снова возвращается в скрубберы для улавливания сероводорода. Общая щелочность поташного и содово-поташного раствора 110-150 г/л, а содового – 45-55г/л; содержание сероводорода не должно превышать 3,5г/л для поташного, 2,5 г/л для содового и 3,5 г/л для содово-поташного раствора; суммарное содержание не регенерированных солей не должно превышать летом 200 г/л, зимой 150 г/л.

Для экономии тепла, расходуемого на подогрев поглотительного раствора перед регенераторами предусматривается использование отбросного тепла надсмольной воды или коксового газа.

Достоинства способа – компактность и простота аппаратурного оформления; надежность в работе; возможность получения концентрированной серной кислоты для нужд коксохимического производства.

2.2 Краткое описание и сравнительная характеристика аппаратов, для принятой схемы очистки коксового газа от сероводорода

Для улучшения контакта газа с жидкостью применяют смачиваемую насадку, которую встраивают в полый скруббер. Такой скруббер называют насадочным (рис.16). Корпус скруббера с насадкой обычно изготавливают из металла и реже из других материалов. Внутрь аппарата на специальную решетку, которую называют колосниковой, помещают насадку. В верхней части аппарата над насадкой располагают оросительное устройство, состоящее из различного вида разбрызгивателей или форсунок. Газ вводят в нижнюю часть скруббера под насадку. Он движется снизу вверх, проходит через смоченную поверхность насадки и в верхней части аппарата выходит через патрубок. Жидкость, смачивающая насадку, стекает с ее поверхности в бункер, откуда через гидрозатвор выводится из аппарата. Если скруббер с насадкой работает под повышенным давлением газа, для поддержания требуемого уровня жидкости в бункере устанавливают поплавковую камеру. Типы насадок выбирают в зависимости от условий работы скруббера (рис.16).

В насадочных скрубберах газ движется по смоченным каналам, образуемым элементами насадки. Проходя через насадку, газ многократно изменяет направление движения. В результате этого содержащаяся в газе пыль или капельные компоненты по инерции попадают на смоченную поверхность насадки и смываются стекающей жидкостью. Поэтому в скрубберах с насадкой пыль улавливается более эффективно, чем в полых. Но зачастую пыль при увлажнении осаждается в отверстиях насадки, забивая их. При этом резко возрастает гидравлическое сопротивление проходу газа и снижается производительность скруббера. Загрязнение насадки весьма трудно устранить, поэтому в большинстве случаев насадку извлекают из аппарата для ее очистки.

Скрубберы с насадками не оправдали себя как пылеуловители. В последнее время их стали заменять более эффективными мокрыми аппаратами, эксплуатация которых не вызывает затруднений. Насадочные скрубберы широко применяют как абсорберы для улавливания из газа таких компонентов, как SО₂, НСl, Н₂S и др., а также для охлаждения и увлажнения мало запыленного газа.

Выбор насадок. Для того чтобы насадка работала эффективно, она должна удовлетворять следующим основным требованиям: 1) обладать большой поверхностью в единице объема; 2) хорошо смачиваться орошающей жидкостью; 3) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; 4) равномерно распределять орошающую жидкость; 5) быть стойкой к химическому воздействию жидкости и газа, движущихся в колонне; 6) иметь малый удельный вес; 7) обладать высокой механической прочностью; 8) иметь невысокую стоимость.

Насадок, полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям, не существует, так как, например, увеличение удельной поверхности насадки влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок. В промышленности применяют разнообразные по форме и размерам насадки (рис.16), которые в той или иной мере удовлетворяют требованиям, являющимся основными при проведении конкретного процесса абсорбции. Насадки изготавливают из разнообразных материалов (керамика, фарфор, сталь, пластмассы и др.), выбор которых диктуется величиной удельной поверхности насадки, смачиваемостью и коррозионной стойкостью.