Очистка коксового газу від туманоподібної смоли

2.2 Технологічна схема очистки коксового газу від туманоподібної смоли в скруберах Вентурі

Розроблена УХІНом схема двоступінчастого охолодження коксового газу, та очищення від туманоподібної смоли в скруберах Вентурі є найбільш раціональна при очищенні від туманоподібної смоли після електрофільтрів.

Рисунок 2.2 - Схема охолодження коксового в первинних газових холодильниках із застосуванням скрубера Вентурі: 1 - газозбірник; 2 - сепаратор; 3 - мехосветлітель; 4 - заглиблений проміжний збірник для смоли; 6 - механізоване сховище для смоли; 7 - проміжний збірник для води; 9 - трубчасті газові холодильники; 10 - скрубер Вентурі; 11 - нагнітачі; 12,14 - гідрозатвори; 13 - проміжний збірник для конденсату; 16 - відстійник для конденсату; 17 - сховище для надлишкової води; 5,8,15,18,19 - насоси

Слід зазначити, що для більш повного очищення смоли від фусів за цією схемою передбачена установка механізованого сховища 6, в яке надходить важка смола з мехосвітлювача 3 і легка смола з відстійника 16. Очищена від фусів смола зі сховища 6 подається насосом 19 в кінцевий газовий холодильник для вилучення нафталіну з води.

Охолоджений в газозбірниках 1 до 80-85 °С коксовий газ надходить через сепаратор 2 в міжтрубний простір холодильників 9 і рухається зверху вниз, омиваючи злегка нахилені труби, закріплені в бічних стінах холодильника, службовців трубними гратами. По висоті холодильника труби розділені на окремі секції (ходи). Охолоджуюча вода подається в нижню частину холодильника і рухається вгору зигзагоподібно через всі пучки з'єднані послідовно за допомогою водяних камер.

При температурі охолоджуючої води 20-25 °С газ охолоджується до 25-35°С , після чого очищується від туманоподібної смоли в електрофільтрі 10 і подається нагнітачем 11 в сульфатне відділення.

Конденсат з холодильника 9, скрубера Вентурі 10 і нагнітача 11, надходить через гідрозатвори в збірник 13, звідти подається насосом 15 у відстійник 16. Смола з відстійника надходить в механізоване сховище 6, а надсмольна вода в проміжний збірник 7, для поповнення газосборнікового циклу. Надлишок надсмольної води стікає в сховище 17, звідки передається насосом 18 на переробку в аміачне відділення.

При поділі водних циклів газозбірників і холодильників першого з плином часу відбувається накопичення нелетких солей амонію - хлориду і роданидів, які викликають корозію газозбірників, трубопроводів та апаратури відділення конденсації. Через збільшення щільності надсмольної води погіршується її відстоювання від смоли і фусів. При цьому відбувається збільшення вмісту цих солей в смолі, що сприяє корозії апаратури в смолоперегінного цеху. Для підтримки концентрації хлористих і роданистих солей амонію у воді циклу газозбірників не більше 2-6 г/л , частина її відводиться з проміжного збірника 7 у відстійник газового конденсату 16 а відповідну кількість газового конденсату перетікає з відстійника 16 до збірки 7.

Практика показала, що застосування газових холодильників конструкції Гипрококсу з горизонтальним розташуванням труб, забезпечує більш ефективне охолодження газу, полегшує роботу нагнітачів і подальшої апаратури цеху уловлювання. У порівнянні з холодильниками з вертикальним розташування труб, вони мають такі переваги:

- Охолоджуюча вода рухається в трубах під напором , створюваним насосом, що дозволяє збільшити її швидкість до 0,8-1,0 м/с , зменшити, завдяки цьому, відкладення в трубах зважених часток, інтенсифікувати тепловіддачу від труб до води;

- Низходящий потік конденсату змиває з зовнішньої поверхні труб відкладення нафталіну та смолистих речовин, завдяки чому сповільнюється зростання гідравлічного опору міжтрубному простору і поліпшуються умови тепловіддачі від газу до води;

- Наявність самостійних трубних секцій дозволяє розділити поверхню теплообміну на окремі з різними холодоагентами, що дозволяє використовувати тепло коксового газу для нагрівання поглинаючої розчину в регенераторах і для інших цілей. А застосування скруберів Вентурі дозволяє на 85-95% очистити газ від дрібнодисперсної туманоподібноїсмоли, що в свою чергу дозволяє поліпшити якість вловлюється з газу продукції в апаратах цеху уловлювання.

До недоліків холодильників з горизонтальними трубами слід віднести недоступність теплообмінних труб для огляду очищення та ремонту через складність зняття кришок водних камер і великої висоти холодильників, а також жорсткі вимоги до якості технічної води і велика металоємність.

Необхідна для охолодження коксового газу в скрубері Вентурі 10 надсмольна вода подається насосом з бризгоуловлювача15 через спіральний теплообмінник 18, де охолоджується технічною водою.

Продуктивність скрубера Вентурі по газу становить 60000 м3/год, витрата охолоджуючої води 250м3/год, сумарний гідравлічний опір двох апаратів 1000-1500 Па, коефіцієнт тепловіддачі, віднесений до загального обсягу конфузора, горловини і дифузора, 70000-230000 вт/м2К [6].

Після первинних газових холодильників вміст смоли в газі становить 2-5 г/м3. При цьому вона знаходиться у вигляді бульбашок заповнених газом, тобто у вигляді туману. Значна кількість смоляного туману осідає в нагнітачах газу. Вміст смоли в газі після нагнітачів становить 0,3-0,5 г/мл. Однак і ця кількість негативно впливає на роботу подальшої апаратури [3].

Рисунок 2.3 - Скрубер Вентурі: 1 - конфузор; 2 - горловина; 3 - диффузор; 4 - зрошувальний пристрій; 5 - каплеуловлювач

Скрубер Вентурі включає в себе трубу Вентурі що складається з конфузора 1, горловини 2, дифузора 3. В конфузора 1 розміщений зрошувальний пристрій 4, що складається з трубопроводу для подачі води, що складається з двох взаємно перпендикулярних ділянок, один з яких розміщений осесиметрично конфузору 1, а на його кінці, зверненому в бік горловини 2 труби Вентурі, закріплена форсунка 7. Вхідний отвір діаметром d1 конфузора 1 і вихідний отвір діаметром d3 дифузора 3 з'єднані відповідно з підвідним 8 і відвідних 9 трубопроводами. Діаметри вхідного та вихідного отворів конфузора і дифузора d1 і d3 приймають рівними діаметрам підвідного і відвідного трубопроводів [10].

При таких швидкостях газу і дрібнодисперсного пилу слід застосовувати труби Вентурі з подовженою горловиною l2=(3ч5)d2, дають у цьому випадку підвищену ефективність. При витратах газу до 3 м3/с слід застосовувати труби Вентурі круглого перерізу. При великих витратах газу і збільшення діаметра труби можливості рівномірного розподілу зрошення по перерізу круглої труби різко погіршуються. Тому слід застосовувати декілька паралельно працюючих труб, а при витратах газу понад 10 м3/с рекомендується надавати перерізу труби прямокутну (щілинну форму, при якій умови організації рівномірного зрошення значно спрощуються. Работа скруберів Вентурі заснована на дробленні води турбулентним газовим потоком, захоплення частинок пилу краплями води, подальшої їх коагуляції і осадженні в каплеуловлювачі 5 інерційного типу. При введенні рідини в газовий потік дроблення великих крапель на більш дрібні за рахунок енергії турбулентного потоку відбувається, коли зовнішні сили, що діють на краплю, долають сили поверхневого натягу [10].

Труба Вентурі складається з конфузора 1, який служить для збільшення швидкості газу, горловини 2, де відбувається осадження частинок пилу на краплях води і дифузора 3, в якому протікають процеси коагуляції, а також за рахунок зниження швидкості відновлюється частина тиску, витраченого на створення високої швидкості газу в горловині 2. В каплеуловлювачі 5 завдяки тангенціального введення газу створюється обертання газового потоку, внаслідок чого змочені і укрупнені частинки пилу відкидаються на стінки і безперервно видаляється з краплевловлювача 5 у вигляді шламу.

Рисунок 2.4 - Труба Вентурі: 1- конфузом; 2 - горловина; 3 - дифузор

Скрубер Вентурі працює з високою ефективністю 96-98% на пилу з середнім розміром частинок 1ч2 мкм і вловлює високодисперсні частинки пилу (аж до субмікронних розмірів) в широкому діапазоні початкової концентрації пилу в газі від 0,05 до 100 г/м3. При роботі в режимі тонкого очищення на високодисперсному пилу швидкість газів в горловині 2 повинна підтримуватися в межах 100ч150 м/с, а питома витрата води в межах 0,5ч1,2 дм3/м3. Це обумовлює необхідність великого перепаду тиску (Др 10ч20 кПа) і, отже, значних витрат енергії на очищення газу. У ряді випадків, коли труба Вентурі працює тільки як коагулятор перед наступною тонкої очищенням (наприклад, в електрофільтрах) або на крупному пилу розміром частинок більше 5ч10 мкм, швидкості в горловині 2 можуть бути знижені до 50ч100 м/с, що значно знижує енерговитрати.

При подачі рідини в трубу Вентурі її початкова швидкість незначна. За рахунок сил динамічного тиску газового потоку краплі одночасно з подрібненням отримують значні прискорення і в кінці горловини 2 набувають швидкість, близьку до швидкості газового потоку. В дифузорі 3 швидкості газового потоку і крапель падають, причому внаслідок сил інерції швидкість крапель перевищує швидкість газового потоку, тому захоплення частинок пилу краплями найбільш інтенсивно йде у кінці конфузора 1 і в горловині 2, де швидкість газу щодо краплі особливо значна і кінематична коагуляція протікає найбільше ефективно [10].

2.3 Якісні показники коксового газу після очистки в скруберах Вентурі

В даний час експлуатуються цехи уловлювання хімічних продуктів коксування, що представляють собою комплексно-комп'ютеризовані агрегати, керовані двома операторами з диспетчерського пункту. В цих цехах практично відсутнє забруднення атмосфери. Разом з тим впровадження безперервних кругових процесів уловлювання аміаку і аміачних способів очищення газу від сірководню, ціаністого водню зажадало більш ефективного первинного охолодження та очищення коксового газу від смоли і нафталіну у відділенні конденсації, ніж це потрібно при уловлюванні аміаку в сатураторах. При уловлюванні аміаку водою і сірководню аміачною водою в кругових процесах вміст смоли і нафталіну в газі після нагнітачів не повинно перевищувати відповідно 0,04 і 0,8 г/м3. Менш жорсткі вимоги до вмісту нафталіну в газі пред'являються при аміачних окислювальних способи очищення газу від сірководню і круговому фосфатному способі очищення газу від аміаку, так як в цих технологіях процеси абсорбції відбуваються при 45 - 48 оС і при утриманні нафталіну в газі 0,2 г/м3 не виникає ускладнень. При уловлюванні розчином аміаку орфтофосфатов амонію в абсорбційної-десорбционном контурі циркулює 30 м3 розчину на 100 тис. м3/год коксового газу. Розчин при невеликій витраті очищається від домішок смоли, витягнутої з газу, відстоєм або флотацією. Таким чином, практично не виникає ускладнень при вмісті смоли в газі після нагнітачів до 0,4 г/м3.

Процес очищення коксового газу від смоли і нафталіну досліджували в промислових умовах первинного охолоджування газу до 30 - 20оС в холодильниках з горизонтальними трубами, а також наступної промивки газу в скруберах Вентурі. Промивання здійснювали циркулюючою надсмольною водою в одну або дві ступені при обміні циклу газовим конденсатом, звільненим від смоли (вміст смоли в циркулюючої воді менше 2,5 г/дм3).

Скрубери працювали практично в ізотермічному або незначному випарному режимах (газ нагрівався в скруберах Вентурі на 2-30С). На ВАТ «Кокс» (Кемеровський коксохімічний завод) в міжтрубний простір холодильників з горизонтальними трубами подавали смоловодяную емульсію звичайним способом. Для його спрощення провели відбори проб води та надсмольної води по висоті механізованого освітлювача об'ємом 650 м3 з метою визначення наявності та товщини емульсійного шару води зі смолою; з цього шару насосом подавали емульсію на зрошення зовнішньої поверхні труб холодильників. Емульсійний шар у механізованих освітлювачах містить від 20 до 25% смоли щільністю 1,17 - 1,19 г/дм3 і зольністю 0,4 - 0,5%. При подачі 5 - 7 м3/год цієї емульсії на один холодильник відкладень нафталіну на трубах холодильників не спостерігали при охолодженні газу до 20оС [11].

Відомо, що смола в газі перед холодильником знаходиться більш ніж на 90% у конденсованому стані. Краплі смоли мікронною величини мають розвинену поверхню і пари розчинних у воді органічних сполук перебувають з краплями смоли в рівноважному стані [12].

При зрошенні зовнішньої поверхні труб холодильника сумішшю смоли і надсмольної води з цієї поверхні не тільки змиваються відкладення нафталіну, але й відбувається процес абсорбції на розвиненій поверхні легких компонентів смоли, сирого бензолу, піридину кам'яновугільною смолою. Одночасно з газу абсорбуються компоненти парової фази органічних сполук охолоджуваними краплями смоли. Ефективність очищення газу від нафталіну в холодильниках з горизонтальними трубами залежить, мабуть, насамперед від температури охолодженого газу, складу та вмісту крапель смоли і парової фази органічних сполук в газі до і після холодильників, складу смоли, що подається на поверхню труб з смоловодяной емульсією.

При охолодженні коксового газу в трьох секціях холодильника з горизонтальними трубами (поверхня 2200 м2), витраті газу на холодильник в середньому 20 тис. м3/год, вміст крапель смоли в газі до холодильника 30 - 40 г/м3 і нафталіну 6 - 6,5 г/м3 зниження температури охолодженого газу з 30 до 20оС призводило до збільшення вмісту аерозолей в газі в перерахунку на нафталін з 0,45 - 0,55 до 0,65 - 0,8 г/м3 і зниження вмісту парів нафталіну з 0,8 до 0,34 г/м3 (таблиця 1).

Таблиця 2.1 - Вміст смоли та нафталіну в газі після холодильників

Температура газу після холодильника, 0С	Вміст в газі після холодильників, г/м3
	в аерозолі	в парах	аерозоль та пар
	смола	нафталін	смола	нафталін	смола	нафталін
30	7,5	0,48	1,01	0,8	8,51	1,28
27	4,99	0,46	0,65	0,7	5,65	1,6
20	4,16	0,8	0,18	0,34	4,34	1,14

Далі газ промивали циркулюючої надсмольною водою в двох послідовно включених по газу скруберах Вентурі при питомій витраті рідини 2 - 2,5 дм3/м3 газу. Вміст аерозолів в перерахунку на нафталін в охолодженому газі знизився до 0,09 - 0,13 г/м3 [13].

Нагнітачі коксового газу ефективно вловлюють аерозолі смоли. При працюючих двох ступенях скруберів Вентурі і охолодженні газу до 200С вміст нафталіну в газі після нагнітачів не перевищує 0,5 г/м3. Зниження витрати газу на холодильник з горизонтальними трубами до 14 тис. м3/год загальний витрата газу 70 тис. м3/год при роботі п'яти холодильників і промивання газу в одній щаблі скруберів Вентурі при 24 - 250С забезпечують ефективність очищення газу після нагнітачів до залишкового вмісту нафталіну 0,4 - 0,45 г/м3. При цьому ефективність очищення від смоли знижується і в очищеному газі після нагнітачів міститься 0,2 г/м3 аерозолів смоли.



Таблиця 2.2 - Показники вловлювання смоли з коксового газу

Показники	Значення
Температура газу після холодильника, 0С	20	20	20	24
Число ступенів скрубера Вентурі	2	2	2	1
Витрата газу в холодильнику, тис. м3/год	20	20	20	14
Вміст смоли в газі після нагнітачів, г/м3	0,036	0,038	0,037	0,02
То ж нафталіну, г/м3	0,48	0,45	0,5	0,4

Зниження температури газу після холодильників з горизонтальними трубами до 200С слід вважати визначальним фактором високоефективного очищення газу від смоли в послідовно включених крапевловлювачах: холодильник - скрубер Вентурі - нагнітач.

При зниженні температури газу після холодильників з 30 до 200С вміст смоли в газі знижується з 7,5 - 8,5 до 3,5 - 5 г/м3 при витраті газу на холодильник 20 тис. м3/ч. Ступінь уловлювання смоли в двох послідовно включених скруберах Вентурі, працюючих в ізотермічному режимі, знаходиться в межах 96 - 80%.

При цьому при низькій температурі ефективність процесу у скруберах знижується.

Вміст смоли в газі перед нагнітачами знаходиться в межах 0,3 - 0,4 г/м3. Нагнітач при температурі газу та аерозолів смоли 200С вловлює смолу з ефективністю 90%; вміст смоли в газі після нагнітачів не перевищує 0,04 г/м3. При підвищенні температури газу до 240С ступінь очищення газу від смоли в нагнітачі знижується.

Можна запропонувати, що краплі смоли при низькій температурі з більшою в'язкістю ефективніше коагулюють у відцентровому полі нагнітача і легше виводяться з нього з газовим конденсатом [14].



2.4 Розрахунок матеріального балансу коксування

Таблиця 2.3 - Склад шихти по марках і якість вугілля, обраних для розрахунку

Марка вугілля	Вміст у шихті,%	Технічний аналіз
		Wrш,%	Adш,%	Sdш,%	Vdaf,%	Y,мм
К	45	10	8,6	1,4	30,8	22
Ж	20	8	8,6	1,6	31,6	17
Г	10	12	8,4	1,7	30,8	15
ГЖ	10	12	8,7	1,4	30,6	14
ДГ	5	10	8,9	1,3	30,6	14
Т	5	10	8,7	1,2	30,7	13
ОС	5	10	8,6	1,4	30,9	13

Таблиця 2.4 - Технічний аналіз вугільної шихти

Зольність Аdш, %	Вміст загальної сірки Sdш,%	Волога Wrш, %	Вихід летючих речовин Vdaf, %	Товщина пластичного шару, мм
8,7	1,57	10,0	30,83	18,2

Дані технічного аналізу перераховуємо на робочу масу, а вихід летючих речовин з органічної маси на суху зольну масу:

Arш = Аdш . = 8,7 . = 7,83 % (2.1)

Srш = Sdш . = 1,57 . = 1,4 % (2.2)

Vdш= Vdaf . = 30,83 . = 28,15 % (2.3)

Елементарний аналіз на органічну масу шихти (%):

вуглець = 87,80 %, водень = 5,15%, кисень = 5,18 %, азот =1,87%

Показники елементарного аналізу шихти з органічної маси перераховуються на робочу масу шихти:

Сrш =. = 87,8 . = 70,92 (2.4)

Hrш =. = 5,15 . = 4,16 % (2.5)

Orш =. = 5,18 . =4,18 % (2.6)

Nrш =. =1,87 . = 1,51 % (2.7)

Аналіз шихти на робочу масу зводиться в контрольний рядок:

Arш = 7,83 %, Srш 1,4 %, Wrш = 10,0 %, Сrш = 70,92 %, Hrш = 4,16 %, Orш = 4,18 % , Nrш = 1,51 % - сума цих показників дорівнює 100 %.

Прибуткова частина

Кількість сухої шихти з 1000 кг робочої шихти:

Gdш= Grш . = 1000 . = 900 кг (2.8)

Волога шихти з 1000 кг робочої шихти розраховується за формулою:

Gdш = = = 100 кг (2.9)

Видаткова частина

Вихід сухого валового коксу з сухої шихти за формулою ВУХІНа:

Gdк= 94,86 - (0,7 . м) = 94,86- (0,7 . 28,15) = 75,16 % (2.10)

Вихід сухого валового коксу на робочу шихту:

Grв.к = Gdк . = 75,16 . = 67,64% (2.11)

або 676,4 кг з 1000 кг робочої шихти

Вихід сухого коксового газу з сухої шихти:

Grк.г = k . = 2,96 . = 15,82 % (2.12)

де k - емпіричний коефіцієнт, що залежить від природних властивостей вугілля і теплового режиму коксування. k= 2,96

Вихід зворотного коксового газу на робочу шихту підраховується за формулою:

Gkк.г = Gкк.г . = 15,82 . 14,24 %

або 142,4 кг з 1000 кг робочої шихти

Вихід безводної смоли з сухої шихти підраховується за формулою:

Grсм=(-18,36+1,53.-0,026.).kсм =(-18,36+1,53 . 30,83-0,026 .0,83).0,89=3,65 % (2.13)

kсм - емпіричний коефіцієнт, що залежить від природних властивостей вугілля і теплового режиму коксування. kсм= 0,89

Вихід безводної смоли на робочу шихту підраховується за формулою:

Gdсм = Grсм . = 3,65 . = 3,3 % (2.14)

або 33,0 кг з 1000 кг робочої шихти

Вихід бензолу (бензольних вуглеводнів з 180 ° С) з сухої шихти підраховується за формулою:

Grбен=(-1,61+0,144.- 0,0016.). Kб = (-1,61+0,144.30,83-0,0016.30,832) .0,97=1,3 % (2.15)

kб - емпіричний коефіцієнт, що залежить від природних властивостей вугілля і теплового режиму коксування. kб = 0,97

Gdбен = Grбен . = 1,3. = 1,2 % (2.16)

або 12,0 кг з 1000 кг робочої шихти

Вихід аміаку ( 100 %) з робочої шихти підраховується за формулою:

Grам= b . Nrш . () = 0,14. 1,51. () = 0,26% (2.17)

b - коефіцієнт переходу азоту шихти в аміак , b = 0,14

або 2,6 кг з 1000 кг робочої шихти

Вихід сірки в перерахунку на сірководень з робочої шихти підраховується за формулою:

Grs = kс . Srш . () = 0,27.1,4 . () = 0,43 % (2.18)

або 4,3 кг з 1000 кг робочої шихти

kс - оефіцієнт переходу сірки шихти в сірководень, kс = 0,27

Вихід пірогенетичної вологи з робочої шихти підраховується за формулою:

Grпир = . Оrш. () = 0,494 . 4,18 . () = 2,32 % (2.19)

або 23,2 кг з 1000 кг робочої шихти

де: - коефіцієнт переходу кисню шихти в пірогенетичної воду , що залежить від природних властивостей вугілля і теплового режиму коксування, = 0,494

Нев'язка балансу ( Нб ) або втрати виробництва знаходимо по різниці між прибуткової і видаткової частинами :

Нб = 1000 - (676,4+142,4+33,0+12,0+2,6+4,3+23,2+100) = 4,1 кг (2.20)

або 0,41 %

Допустима нев'язка балансу 0,5%

Таблиця 2.5 - Зведений матеріальний баланс коксування

№№п/п	Прибуткова частина	Видаткова частина
	Назва сировини	кг	Рш,%	Сш,%	Назва продукції	кг	Рш,%	Сш,%
1	Суха шихта	900,0	90,0	100	Кокс валовий	676,4	67,64	75,16
2	Волога шихти	100,0	10,0		Газ зворотний сухий	142,4	14,24	15,82
3					Смола безводна	33,0	3,3	3,65
4					Бензольні вуглеводні	12,0	1,2	1,3
5					Аміак, 100%	2,6	0,26	0,29
6					Сірка в перерахунку на сірководень	4,3	0,43	0,5
7					Волога шихти	100	10,0	-
8					Пірогенетичної волога	23,2	2,32	2,6
9					Невязка балансу	4,1	0,43	0,48
	РАЗОМ:	1000	1000		РАЗОМ:	1000	100	100



Коефіцієнт озолення шихти підраховується за формулою:

Коз = = = 1,343 (2.21)

Вміст золи у коксі підраховується за формулою:

Arк = Arш . Коз = 7,83 . 1,34 = 10,41 % (2.22)

Розрахунок основного технологічного устаткування

Розрахунок трубчастого холодильника

Таблиця 2.6

Кількість коксованої шихти, т/год	440
Температура газу, К	tвх=350
	tвих=301
Тиск газу, Па	Рвх=101841,2
	Рвих=99708,4
Волога, %	10
Склад газу подаваного на охолодження:
Сухий коксовий газ, %	14,24
Пірогенетична волога, %	2,6
Випарована волога, що подається на охолодження,	0,17
Пари смоли, %	3,3
Пари бензольних вуглеводнів, %	1,2
Сірководень, %	0,43
Аміак, %	0,26

Кількість сухого коксового газу:

Gс к.г = 440000 . 0,1426 =62133 кг/год (2.23)

або Vс к.г = =140447 м3/год

Кількість водяних парів:

Gв.п= 440000 . (0,01+0,17+0,026)= 126120 кг (2.24)

або Vв.п= =152512 м3/год

Кількість парів смоли:

Gсм =440000 . 0,33 . 0,26=5632 кг/год (2.25)

або Vсм= =806 м3/год

Кількість парів бензольних вуглеводнів:

Gб.в =440000 . 0,012= 5280 кг/год (2.26)

або Vб.в = =1425 м3/год

Кількість сірководню:

GH2S = 440000 . 0,0043 = 2360 кг/год (2.27)

або VH2S = =1885 м3/год

Кількість аміаку:

GNH3 = 440000 . 0,0026 = 1100 кг/год (2.28)

або VNH3 = =1450 м3/год

Всього поступає у холодильник:



Vзаг = 6 2133+126120+5632+5280+2360+1100=219521 кг/год (2.29)

Vзаг = 140447+152512+806+1425+1885+1450=298525 м3/год (2.30)

Матеріальний баланс холодильника

Приймаємо, що в холодильнику конденсується смола, яка надходить з газом з газозбірників тобто 5623 кг/год. Обсяг водяної пари визначатися з рівняння:

Vв.п = Vcк.г . (2.31)

Обсяг сухого коксвогого газу:

Vcк.г =298525 - 806- 152512 = 145207 м3/год (2.32)

Vв.п = 145207 . = 5720 кг/год (2.33)

Gв.п = 5720 . = 4596 м3/год (2.34)

Матеріальний баланс холодильника

коксовий газ переробка охолодження

Таблиця 2.7

Найменування продукту	Кількість газоподібних продуктів
	кг/год	м3/год
Сухий коксовий газ	62133	140447
водяні пари	126120	152512
пари смоли	5632	806
бензольні вуглеводні	5280	1425
сірководень	2360	1885
аміак	1100	1450
разом	219521	298525

Прихід тепла

Тепло, що вноситься в холодильник коксівним газом згідно з розрахунком газозбірників:

Q1= G к.г . С к.г . t1 = 62133. 3,88. 77 =18394129 кДж/год (2.35)

Тепло, внесене водяними парами:

Q2 = Gв.п . (2493 + С в.п . t1) =126120. (2493+1,84. 77) =328070353 кДж/год (2.36)

Тепло внесене парами смоли:

Q3 = Gсм . (368 + С см . t1) =5632. (368+1,4 . 77) = 2683760 кДж/год (2.37)

Тепло внесене сірководнем:

Q4 = GH2S . С H2S . t1=2360. 0,997 . 77= 219559 кДж/год (2.38)

Тепло внесене аміаком:

Q5 = GNH4 . С NH4 . t1=23601100 . 2,11 . 77 = 178711 кДж/год (2.39)

Тепло, внесене охолоджуючої водою:

Q2 = W . tв (2.40)

tв - температура води, що поступає, 22оС;

W - кількість технічної води, що надходить в холодильник, кг/год;



Q2 = 22 . 4,19 W = 92,18 W кДж/год (2.41)

Загальний прихід тепла:

Qприх =345813657+92,18 W (2.42)

Витрата тепла

Тепло, що виноситься сухим коксовим газом

Q1=61509. 88. 28 =151559900 кДж/год (2.43)

Тепло, що виноситься водяними парами:

Q2=456 9 . (2493+1,8. 28)= 11622320 кДж/год (2.44)

Тепло, що виноситься бензоловими вуглеводнями:

Q3= 5280 . 1,03. 28=152275 кДж/год (2.45)

Тепло, що виноситься сірководнем:

Q4= 2769 . 0.98. 28= 75984 кДж/год (2.46)

Тепло, що виноситься амміаком:

Q5 =875 . 2,06 . 28 =50426 кДж/год (2.47)

Середня температура конденсації водяної пари:



Tср = °С (2.48)

Загальна кількість тепла, що уноситься газом:

Q 3 = 24589238 кДж/год (2.49)

Тепло, уносиме охолодженою водою:

Q = 45 . 4,19W= 188,5 W кДж/год (2.50)

Загальна витрата тепла:

Qвит= Q3 + Q4 =38966132+ 188,5W (2.51)

W= 3184056 кг/год або 3184 м3/год Wуд= =22,7 м3 (2.52)

Коефіцієнт тепловіддачі розраховуємо за формулою:

lg б1=1,69 . 0,0246 . X = 1,69 . 0,0246 . 42,45=2,734 (2.53)

X= + . 50=42,45% (2.54)

б1= 542 ккал/(м2 . год . град)

Коефіцієнт тепловіддачі б2 розраховуємо за формулою:

б2 = Nu . (2.55)

де Nu =0,23 Re0,8 . Pr0,4 (2.56)



Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки до води визначаємо швидкість руху води, приймаючи перетин труб в пучку 0,82 м. 3.17 Тоді швидкість руху води буде дорівнювати:

щ = = =0,24 м/с (2.57)

При середній температурі технічної води, рівний 33,5 °С, вода має наступні фізичні властивості:

питома теплоємність С = 0,998 ккал/(кг•град);

коефіцієнт теплопровідності л = 0,538 ккал/(м•год•град);

динамічна в'язкість Z = 0,733 спз;

щільність с = 995 кг/м2

Тоді число Рейнольдса:

Re = 1000 . = 1000 . = 2247,9 (2.58)

Число Прандтля:

Pr=3,6 . = 3,6 . =4,9 (2.59)

Тоді число Нуссельта:

Nu = 0,23 . Re0,8 . Pr0,4 = 20,855 (2.60) б2 = 20,855 . = 162,6 ккал/(м2•год•град) (2.61)

Коефіцієнт теплопередачі виходить рівним:



K= = =39,062 кДж/(м2•ч•град) (2.62)

Середня різниця температур в теплопередачі між газом і водою дорівнює:

Дtср = =15,53 °С (2.63)

При середньої різниці температур 16,16 град і кількості переданого тепла

Q = Q1 - Q2 = 306688274кДж / год необхідно мати поверхню теплопередачі

F=м2 (2.64)

N= = 17,3 або 18 шт (2.65)

Так як поверхня охолодження одного холодильника дорівнює 2950 м2, то необхідно мати робочих холодильників 18 холодильників.

Розрахунок кількості скруберів Вентурі

Після первинних холодильників в коксовому газі, з температурою 30оС, міститься туманоподібної смоли 4-9 г/м3 і аерозолю нафталіну 0,48г/м3, а також пари сконденсованої смоли близько 1г/м3 і нафталіну 0,80г/м3.

Вміст в газі після двох ступенів скруберів Вентурі аерозолів при температурі 30оС складає : смоли - 0,24 г/м3, нафталіну - 0,09г/м3; пари: смоли -0,03 г/м3, нафталіну - 0,80г/м3.

На ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» змонтований скрубер Венрурі. Його технічні характеристики: продуктивність по коксовому газу Q = 60000м3/год, температура газу до скрубера 30-45 оС, температура аміачної води 30 -35 оС, кількість аміачної води, що подається в скрубер 3м3 на 1000м3 коксового газу, у аміачній воді міститься 2-3% смол, діаметр звуження сопла скрубера 900мм.

Швидкість руху коксового газу при 30оС складе:

V = . = 27,8 м/с (2.66)

Якщо направити 140447 м3/год коксового газу, що з холодильників х t=30оС трьома потоками, то швидкість газу у скрубері становить:

V = . = 21,9 м/с (2.67)

що знаходиться в допустимих межах 20-40 м/с.

Кількість скруберів Вентурі :

N с.в = = 2,4 (2.68)

Для очищення 140447 м3/год коксового газу від туманоподібної смоли і аєрозолів нафталіну необхідно встановить скруберів Вентурі у кількости 3 штуки та 1 резервний.



ВИСНОВКИ

У даній курсовій роботі був проведено аналіз технологічної схеми очистки коксового газу від туманоподібної смоли з використанням скруберів Ветурі.

Показані переваги та недоліки схеми, та обгрунтувано вибір цієї схеми, як найбільш вигідної.

Розроблена УХІНом схема двоступінчастого охолодження коксового газу, що відрізняється тим, що після першої ступені газ очищають від туманоподібної смоли в скруберах Вентурі і електрофільтрах, а також від аміаку і ціаністого водню. Це дозволяє у другій щаблі отримувати практично чистий конденсат, який після обесфеноліванія може бути використаний в зворотному циклі водопостачання. При цьому відпадає необхідність в аміачному відділенні, що є важливою перевагою схеми.

Від ступеня очистки коксового газу від туманоподібної смоли залежить ефективна робота подальшого уловлюю чого устаткування.

Продуктивність скрубера Вентурі по газу становить 60000 м3/год, витрата охолоджуючої води 250м3/год, сумарний гідравлічний опір двох апаратів 1000-1500 Па, коефіцієнт тепловіддачі, віднесений до загального обсягу конфузора, горловини і дифузора, 70000-230000 вт/м2К

При зниженні температури газу після холодильників з 30 до 200С вміст смоли в газі знижується з 7,5 - 8,5 до 3,5 - 5 г/м3 при витраті газу на холодильник 20 тис. м3/ч. Ступінь уловлювання смоли в двох послідовно включених скруберах Вентурі, працюючих в ізотермічному режимі, знаходиться в межах 96 - 80%. При цьому при низькій температурі ефективність процесу у скруберах знижується. Вміст смоли в газі перед нагнітачами знаходиться в межах 0,3 - 0,4 г/м3.



СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Иванов Е.Б, Mучник Д.А. Технология производства кокса - Издательское объединение «Вища школа», 1976. - 232 c.

2. Р.Е. Лейбович: «Аппаратчик коксохимического производства». М. Металлургия, 1987 г. - 407 с.

3. Лейбович P.E., Яковлева E.И., Филатов А.Б. Технология коксохимического производства - М.: «Металлургия», 1982г. - 359 c.

4. А.Ф. Гребенюк, В.И. Коробчанский, Г.А. Власов, С.И. Кауфман: «Улавливание химических продуктов коксования». Восточный издательский дом. Донецк. 2002г . -367 с.

5. Гребенюк А.Ф., Коробчанский В.И., Власов Г.А., Кауфман С.И. Улавливание химических продуктов коксования. Учебное пособие. - ч2. - Донецк «Восточный издательский дом», 2002г. - 228 с.

6. Ткачев В.С., Остапенко М.А. Металлургия. Оборудование коксохимических заводов: Учебное пособие для техникумов. 1983г, - 360 с.

7. Коляндр Л.Я. Улавливание и переработка химических продуктов коксования. - Харьков, 1962г. - 468 с.

8. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 1. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003г. - 917с.

9. Коллеров Д. Название: Физико химические свойства жидких сланцевых икаменноугольных продуктов Издательство: ГосТопТехИздат Год: 1951г. - 367с.

10. Харлампович Р.В., Кауфман В.И. Технология коксохимического производства. М., «Химия», 1989г. - 231с.

11. Скруббер вентури (RU 2413571): B01D47/10 - скрубберы Вентури. Авторы патента: Кочетов Олег Савельевич. Вледельцы патента: Кочетов Олег Савельевич.

12. Лебедев Г.Н., Бунаков Н.Г., Патрикеев В.С. Возможная степень очистки коксового газа от нафталинапри первичном охлаждении// Кокс и химия - 1973, № 6 - с. 39 - 41.

13. Назаров В.Г., Вшивцев В.Г. Очистка коксового газа от нафталина в отделении конденсации// Кокс и химия - 1986, № 5 - с.36 - 39.

14. Назаров В.Г., Вшивцев В.Г., Галашев Р.Г. Очистка коксового газа от нафталина и тумана смолы в низконапорных форсуночных скрубберах Вентури// Кокс и химия - 1986, № 3 - с. 33 - 35.

Размещено на Allbest.ru