Анализ и технологическая оценка химического производства (стр. 4 из 5)

На рис. 7 показана схема нагревания шихты в камерах коксовой батареи (поперечный разрез) с перекидным над сводами камер ходом топочных газов. Воздух, поступающий на горение горючих газов, предварительно нагревается в регенераторах 4 и смешивается с газом, поступающим из отверстий 3 в простенках 2, расположенных между камерами /. В простенке 2 происходит сгорание газообразного топлива, и горячие дымовые газы огибают камеру, подогревают ее с другой стороны и уходят через регенераторы тепла в дымовую трубу.

Через каждые 20—30 мин поток газа и воздуха переключают на нагретые топочными газами регенераторы и поток газов обогревает обратную сторону камеры.Это обеспечивает равномерный нагревкамеры с обеих сторон. На заводах применяют различные системы обогрева камер; пребывание шихты в камере 13—17 ч. Выделяющийся при коксовании в камерах прямой коксовый газ отсасывается воздуходувкой и подается на переработку.

По окончании процесса коксования разгрузка камерпроводитсяпоочередно. После разгрузки камеры торцовые стороныее закрываются и цикл работы повторяется.

Из 1 т шихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем следующие продукты, кг:

Переработка прямого коксового газа

Парогазовую смесь, выходящую из коксовой камеры, называют прямым коксовым газом. В 1 м³ газа, кроме Н₂, СН₄, СО и газообразных углеводородов, содержится: смолы 80—130 г, бензольных углеводородов 30—40 г, аммиака 8—13 г, сероводорода и других сернистых соединений 6—25 г, цианистых соединений — 0,5—1,5 г, паров воды 250—450 г, твердых частиц 15—35 г. Такой газ подвергают переработке по схеме, приведенной на рис. 8.

Прямой коксовый газ, выходящий из камеры при температуре 700—800° С, поступает в газосборник /, где охлаждается до 80° С водой; при этом из газа частично конденсируется смола и твердые вещества. Для дополнительного выделения смолы газ охлаждают в холодильнике 2 до 20—30° С. Сконденсировавшаяся смола и надсмольная вода из газосборника 7 и холодильника 2 поступают в сборник 3, где разделяются на три слоя: нижний — твердые вещества, средний — смола» верхний — надсмольная вода. В надсмольной воде содержится аммиак. Для окончательного выделения из газа туманообразной смолы газ из холодильника 2 поступает в электрофильтр 4, где из него выделяется смола, стекающая в сборник 3. Для продвижения прямого коксового газа через систему аппаратов очистки применяется турбогазодувка 5. Пройдя турбогазодувку, газ нагревается в подогревателе 7 до 60— 70° С и поступает в сатуратор 6 — аппарат барботажного типа, в котором находится 76—78% H^SO^. Аммиак, содержащийся в газе, реагирует с HoS04 с образованием сульфата аммония;

Образовавшийся сульфат аммония выпадает в осадок, отделяется от раствора, сушится и используется в качестве удобрения. Затем газ охлаждается до 20—25° С в холодильнике 9 и поступает в башни с насадкой 8, орошаемые каменноугольным маслом (фракция при перегонке смолы, кипящая при 230—300° С), которое извлекает из газа бензол, толуол, ксилол и др.

Раствор сырого бензола подвергается перегонке, в результате чего отгоняется бензол и его гомологи, а масло после охлаждения снова возвращается на орошение башен 8. Освобожденный от примесей коксовый газ называется обратным. Он очищается от соединений серы. Обратный коксовый газ в основном состоит из водорода (54—59%), метана (23—28%), окиси углерода (5—7%), углеводородов (2—3%) и примесей: азота (3—5%), углекислоты (1,5—2,5%), кислорода (0,3— 0,8%). Теплота сгорания его 16750—17200 кдж/м³.

Коксовый газ как высококалорийное топливо применяют для получения высоких температур в металлургии, стекловарении, коксовании; его используют в качестве сырья в химической промышленности для получения водорода, сажи, ацетилена и т. д.

9. Получение синтезированного газа

Химические методы переработки нефти проводят при высоких температурах без катализатора (термический крекинг), при высоких температурах в присутствии катализатора (каталитический крекинг), в присутствии водорода, при высокой температуре и давлении (гидрокрекинг) и др. Благодаря высокой температуре происходит расщепление молекул углеводородов. Кроме того, в результате вторичных процессов образуются молекулы новых соединений, которые не содержатся в нефти или в нефтепродуктах.

Рассмотрим процесс расщепления составляющих нефти при нагревании на примерах.

При нагревании нефти сначала расщепляются углеводороды парафинового ряда с длинной цепью

По мере повышения температуры разрыв цепи углеводородов сдвигается к краю цепи, вплоть до метана СН₄, т. е. С₁₄Н₃₀ -С₁₃Н₂₆ + СН_4,а при температуре выше 820° С метан разлагается на углерод и водород СН₄ --> С + 2Н₂

Нафтеновые углеводороды при нагревании дегидрируются, образуя ароматические углеводороды:

Ароматические углеводороды более устойчивы к нагреванию, поэтому они почти не изменяются. Непредельные углеводороды, образующиеся в процессе распада, в значительной степени вступают в реакцию полимеризации или циклизации, образуя ароматические и другие сложные соединения. Чем выше температура крекинга, тем выше скорость реакции и больше образуется газообразных продуктов. Применение давления

затрудняет процесс расщепления и благоприятно влияет на вторичные реакции. Крекинг ведут для получения бензина и газов.

Термический крекинг в смешанной фазе (жидкой и паровой) проводят под давлением до 70 am при температуре 350—500° С. На рис.9 показана схема крекинга мазута. Мазут насосом 1 подается на одну из нижних тарелок ректификационной колонны 2, где смешивается с тяжелой фракцией. Затем смесь подается в трубчатую печь 3, где нагревается до температуры 470—480° С. Из средней части колонны 2 выводится более легкокипящая фракция, которая нагревается в трубчатой печи 4 до 500—510°. Давление в печах поддерживается 50—70 am (5—7 Мн/м²). Продукты крекинга из печей 3 и 4 проходят редукционный вентиль 5 и поступают в испаритель 6, где происходит отделение паров от крекинг остатка, который выводится из испарителя. Пары из испарителя направляются в ректификационную колонну на разделение. Пары бензина и газы проходят конденсатор 7 и сепаратор 8, где они разделяются.

Выход продуктов при крекинге следующий: крекинг-бензин 30— 35%, крекинг газы 10—15%, крекинг-остаток 50—56%. Крекинг газы содержат этилен, пропан, пропилен, бутан, бутилен и др. Они служат ценным сырьем для синтеза органических соединений. Крекинг-остаток служит котельным топливом.

Парофазный крекинг — пиролиз проводят при температуре 670— 720° С и атмосферном давлении. В процессе пиролиза жидкие продукты обогащаются ароматическими соединениями, а газы — непредельными углеводородами. Пиролиз проводится с целью получения сырья для химической промышленности.

Каталитический крекинг проводится в паровой фазе при 450-500^е С и давлении 0,5-1,0 am (0,05-0,1 Мн/м²) в присутствии алюмо-силикатных катализаторов, представляющих собой твердые высоко. пористые вещества. Катализаторы адсорбируют углеводороды и на поверхности происходят реакции расщепления. Одновременно мот проходить реакции ароматизации. При каталитическом крекинге наряду с жидкими продуктами (вы. ход бензина — 70%) образуются газы (12—15%) и кокс (4—6%) Кокс откладывается на поверхности катализатора и снижает его активность. Для выжигания кокса через катализатор при температуре 550— 600 С пропускают воздух.

В печи 1 подаваемое на крекинг сырье нагревают до 350—360°С и затем направляют в реактор 2, в который из бункеpa3 поступает зернистый катализатор. Под действием собственного веса катализатор опускается в низ реактора и перед поступлением в регенератор (самотеком) обрабатывается паром. Продукты крекинга из реактора 2 направляются на разделение в ректификационную колонну (на схеме не показана). Для регенерации катализатора сверху в регенератор 4 воздуходувкой 5 подается воздух, который реагирует с коксом, расположенным на поверхности катализатора, очищая его. Образовавшиеся дымовые газы выводятся снизу генератора. Из нижней части регенератора 4 катализатор захватывается сжатым воздухом, подаваемым воздуходувкой 7, и по трубе 6 направляется в бункер 3 и снова возвращается в реактор 2.