Коксовые газобоспродуктовые установки: оптимизация улавливания газа и энергоэффективности

Коксовая газобоспродуктовая установка

Газобоспродуктовая установка — неотъемлемая часть коксования с отбором побочных продуктов. При коксовании угля в коксовой батарее из-за выпаривания летучих веществ образуется большой объем газа. Газ выделяется в течение большей части коксования, состав и скорость эволюции меняются, процесс завершается к достижению температуры заряда 700 °C. Этот газ — сырой коксовый газ — обрабатывают в газобоспродуктовой установке. Функции: переработка сырого газа для возврата ценных углехимических продуктов и кондиционирование газа для использования как чистого, экологичного топливного газа.

Первичное охлаждение и разделение потоков

После выхода из камер коксовой батареи сырой газ опрыскивают промывочным спиртом для снижения температуры до приемлемого уровня и конденсации высококипящих компонентов. Адиабатическое испарение части спирта охлаждает газ до ~80 °C до водонасыщения. Температура становится достаточно низкой для работы в газосборных коллекторах. Из коллектора газ идет в всасывающий коллектор. Объем промывочного спирта намного превышает необходимое для охлаждения, излишки образуют жидкий поток в коллекторе. На этом этапе два потока: жидкий конденсат и газ. Оба проходят через регулирующий бабочковый клапан перед выходом из зоны батареи. Клапан поддерживает небольшое избыточное давление в коллекторе для безопасных условий в камерах.

Жидкий поток смывает конденсировавшийся пигмент и другие соединения. Промывочный спирт течет по гравитации в всасывающий коллектор вместе с газом. Разделение газа и спирта происходит в дренажном горшочке (низовье) в всасывающем коллекторе. Затем они отдельно поступают в газобоспродуктовую установку.

Насыщенный сырой газ содержит 46–48% водяного пара. Остальное: водород, метан, азот, оксид углерода, углекислый газ, высокие парафины, ненасыщенные углеводороды (этан, пропан и др.), кислород. Загрязнители, придающие уникальные свойства:

• Пигментные компоненты
• Пигментнокислотные газы (фенольные)
• Пигментнокачественные газы (пиридиновые основания)
• Бензол, толуол, ксилен (БТХ), легкий пигмент и другие ароматы
• Нафталин
• Аммиачный газ
• Сероводород
• Синильная кислота
• Хлорид аммония
• Углесероводород

Функции газобоспродуктовой установки

Для пригодности сырого газа как чистого топливного газа установка должна:

• Охладить газ для конденсации водяного пара и загрязнителей
• Удалить пигментные аэрозоли для предотвращения загрязнения газопроводов/оборудования
• Удалить аммиак для предотвращения коррозии газопроводов
• Удалить нафталин для предотвращения загущения конденсацией
• Удалить легкий пигмент для возврата и продажи БТХ
• Удалить сероводород для соответствия экологическим нормам сжигания коксового газа

Помимо обработки газа, установка должна кондиционировать возвращаемый промывочный спирт и очищать сточные воды коксования. Типичная блок-схема на рис. 1.

Рис. 1 Типичная блок-схема газобоспродуктовой установки

Установка обработки пигмента и спирта

Обрабатывает циркулирующий промывочный спирт между установкой и батареей, а также сточные воды от влаги угла и химически связанной воды. Основные функции:

• Непрерывное быстрое разделение подходящего потока промывочного спирта — критично для охлаждения горячих выходных газов до температуры, приемлемой для газосборной системы.
• Разделение чистого пигментного избыточного аммиачного спирта для дальнейшей обработки.
• Разделение чистого пигмента, практически свободного от воды и твердых частиц.

Поскольку подача промывочного спирта критична, резервное оборудование обычно предусмотрено для отстойки и рециркуляции.

Спирт поступает в пигментные отстойники, где пигмент отделяется от воды и качают на хранение для пигментной перегонки или продажи. Тяжелые твердые частицы оседают из пигментного слоя — удаляют как осадок пигментного отстойника. Водный спирт качают обратно в батарею, часть сливается из контура — «избыточный спирт» коксового цеха или сточные воды. Содержит аммиак, после дополнительного удаления пигментных частиц парово отгоняют в ректификационной колонне. Добавляют щелочь (гидроксид натрия) для разложения растворенных аммиачных соединений. Аммиачный пар из колонны либо подают в коксовый газ перед аммиакоудалением, либо колонна интегрирована в аммиакоудаление. В любом случае конечная судьба аммиака из газа и сточных вод одинакова. Очищенный выброс колонны либо сбрасывают, либо обрабатывают на биологической установке для удаления остаточного аммиака, фенола и сианидов.

Процессы газоочистки

Обычно включают следующее оборудование:

Первичный газохладитель

Охлаждает сырой коксовый газ для удаления водяного пара и уменьшения объема. Два основных типа: распылительный и горизонтально-трубчатый. В распылительном газ охлаждается прямым контактом с рециркулирующим водяным распылением, вода охлаждается внешне в теплообменниках. В трубчатом — газ проходит поперек горизонтальных труб с охлаждающей водой, не контактируя с газом, поэтому воду можно охладить в охлаждающей башне. При охлаждении конденсируются вода, пигмент, нафталин. Конденсат собирается в системе первичного охладителя и сбрасывается в установку обработки пигмента и спирта.

Пигментные преципитаторы (Электрофильтры)

При охлаждении пигментный пар конденсирует в аэрозоли, уносимые газовым потоком. Частицы загрязняют и загущают последующие процессы, газопроводы и горелки. Преципитаторы используют высоковольтные электроды для заряда частиц и сбора электростатическим притяжением. Могут быть установлены до или после вытяжного вентилятора.

Вытяжной вентилятор (Exhauster)

Создает тягу для движения коксового газа от батареи через газобоспродуктовую установку. Критичен для работы батареи. Обеспечивает точный контроль давления в сборном коллекторе, влияющего на эмиссии (дверные утечки). Отказ вентилятора мгновенно приводит к сбросу всего сырого газа в атмосферу через факелы батареи.

Удаление аммиака

Из-за коррозионной активности удаление обязательно. Дает продаваемую сульфат аммония. Процесс сульфата аммония: контакт коксового газа с раствором серной кислоты. Вариации: абсорбер (распыл серной кислоты в газ) или насытитель (газ пузырится через ванну раствора). Серная кислота реагирует с аммиаком, образуя сульфат аммония, который кристаллизуют, отделяют, сушат и продают как удобрение.

Более современные процессы: водяная промывка — газ промывают водой, растворяющей аммиак вместе с частицей сероводорода и синильной кислоты. Промывочный раствор качают в аммиачную ректификацию, где паром выгоняют аммиак. Пары могут быть обработаны в сульфат аммония, конденсированы в концентрированный раствор, сожжены или каталитически преобразованы в азот и водород, рециклируемые обратно в коксовый газ.

Другой процесс — PHOSAM (US Steel): абсорбция аммиака раствором моноаммонийфосфата. Дает продаваемый безводный аммиак.

Финальный газохладитель

Удаляет тепло сжатия, полученное газом в вытяжном вентиляторе. Необходим, так как эффективность многих процессов растет при низких температурах. Установлен перед водяными аммиакоудаляющими скрубберами. Обычно охлаждает газ прямым контактом с водой или абсорбирующим маслом. Важный аспект: при охлаждении ниже температуры выхода первичного охладителя нафталин конденсирует из газа. Легко кристаллизует из охлаждающей среды и загущает оборудование, если не устранить. В масляных охладителях нафталин растворяется в масле, боковой поток парово отгоняют. Если вода — конденсировавшийся нафталин абсорбируют пигментом. Пигмент либо уносится водой с непрерывным сбросом части потока на обработку, либо образует пигментный слой, через который течет вода. Пигмент непременно обменивают на свежий из установки пигмента и спирта для утилизации нафталина.

Удаление нафталина

В газоочистном аппарате с абсорбирующим маслом. Аппарат наполненного типа или «пустого» типа с распылением масла в несколько стадий. Масло регенерируют паровым отгоном нафталина в ректификационной колонне. Иногда интегрировано с удалением легкого пигмента. Нафталин часто возвращают как тяжелую масляную фракцию, смешивая с пигментом установки.

Легкий пигмент

Общий термин для смеси в основном бензола, толуола, ксилена (БТХ). Также — бензольное масло. Удаление аналогично нафталину — абсорбирующим маслом. Легкий пигмент отгоняют из масла в ректификационной колонне и конденсируют в сырой легкий пигмент. Можно продать для переработки или переработать на установке несколькими этапами перегонки. Легкий пигмент можно оставить в коксовом газе — повышает теплоту сгорания.

Десульфуризация коксового газа

Несколько процессов удаления сероводорода. Конкретный процесс определяет место в газовой тракте. Основные: вакуумный, аммиачный, промывочный, сульфибановский, клаусовский.