Первичное охлаждение летучих продуктов

Назначение отделения первичного охлаждения и транспортиро­вания летучих продуктов термического разложения твердых горючих ископаемых заключается в отводе из печей пиролиза парогазовой смеси, охлаждении ее, сопровождающемся конден­сацией водяных паров и паров смолы, транспортировании газа в последующие отделения цеха улавливания и далее потреби­телю.

Обязательной функцией отделения является освобождение смолы от воды, примесей пыли и золы. Работа отделения пер­вичного охлаждения и транспортирования газа на современных предприятиях определяет стабильность эксплуатации всего предприятия и влияет на функционирование коксовых печей, всех цехов улавливания и потребления газа.

Особенности технологического оформления этого отделения рассматриваются ниже на примере первичного охлаждения и транспортирования летучих продуктов высокотемпературного коксования.

На рис. 5.1 представлена технологическая схема отделения. Газ при температуре 650—800 °С отводится из камеры коксовой печи 1 и через стояк, горловину стояка и клапанную коробку 2 поступает в газосборник 3. Здесь газ орошается водой (темпе­ратура 70—75 °С) и охлаждается до 80—85 °С. При этом испа­ряется около 3% направленной на орошение воды; при охлаж­дении газа конденсируется около 50% находящихся в парогазо­вой смеси паров смолы (так называемая тяжелая смола). Газ из газосборника 3 поступает в сепаратор 4, где освобождается от брызг смолы и воды. Вода и смола смешиваются с водой и смолой, отводимыми из газосборника, и поступают в отстой­ник 5.

Газ из сепаратора 4 приходит в первичный холодильник 5, где конденсируются оставшаяся смола и большая часть водяных паров, а газ охлаждается до 25—35°С (на ряде предприятий до 40—45°С) и далее поступает на всасывающую линию нагне­тателя 6. Конденсат из холодильника 5 стекает в емкость 11. Сжатый газ из нагнетателя 6, нагреваясь за счет адиабатическо­го сжатия на 10—15 °С, поступает в электрофильтр 7. В газе. после холодильника 5 содержится большое количество капель воды и смолы. Значительная часть жидкой фазы отделяется в центробежном поле нагнетателя 6, а остаток ее — в электроста­тическом поле электрофильтра 7. Конденсат, отделяемый в на­гнетателе и электрофильтре, смешивается с основной массой конденсата из холодильника и поступает в емкость 11.

В отстойнике 8 за счет разности плотностей происходит раз-₀ деление надсмольной воды, каменноугольной смолы и фусов. Последние представляют собой сгустки, состоящие из смолы, угольной пыли, частиц кокса и полукокса. Фусы собираются на дне отстойника и с помощью скребкового транспортера выно­сятся из отстойника (обычно они возвращаются в угольную шихту). Вода отводится сверху отстойника и поступает в ем­кость 9, откуда насосом 10 подается на орошение газа в гор­ловину стояков и газосбориики. Смола отводится в емкость //, а оттуда насосом 12 направляется на переработку.

Как видно из схемы, в этом отделении имеются два вида во­ды: вода, циркулирующая в системе газосборник — отстой­ник 8 — емкость 9 — газосборник (так называемая вода цикла газосборника), и конденсат из холодильников. Вода цикла газо­сборника частично испаряется при охлаждении газа, поэтому ее пополняют водой из емкости 11. Избыточную воду из этой ем­кости направляют на переработку и очистку.

Вода цикла газосборника и вода холодильников содержат соли аммония (4—5 г/м³ в расчете на аммиак или 0,2— 0,25 моль/дм³) и фенолы. Отличие этих вод состоит в том, что до 70—80% солей аммония, содержащихся в воде цикла газо­сборника, составляет трудногидролизуемый хлорид аммоний, тогда как в конденсате холодильников — 80—90% легкогидролизующихся кислых карбоната и сульфида аммония, а также цианида аммо­ния. Для предотвращения накопления хлорид аммоний часть воды цикла газосборника выводится и присоединяется к избыточной над­смольной воде.

Охлаждение летучих продуктов до температуры 80—85°С осуществляется в стояках и газосборниках.

Расход столь больших количеств охлаждающей воды с отно­сительно высокой температурой объясняется особенностями организации теплообмена в системе отвода пара. Горловина стояка и клапанная коробка по существу выполняют функции форсуночного холодильника, в котором теплообмен происходит на поверхности падающих капель. Эффективность работы тако­го холодильника зависит от развития поверхности (крупности капель) и длины пути капли, а также от равновесного давления паров воды над поверхностью капель. Ограниченность габари­тов горловины стояка и клапанной коробки резко сокращает время контакта между каплями и газом. В то же время над­смольная вода, подаваемая на орошение, содержит частицы угольной, коксовой пыли, смолы, коррозионно-активные соли. Это препятствует использованию форсунок с выходными отвер­стиями малого диаметра. Для получения мелких капель с раз­витой поверхностью нужны именно такие форсунки, однако в процессе эксплуатации они быстро забивались бы и их приходи­лось бы часто чистить. Применение форсунок с отверстием диа­метром 2—3 мм и более делает работу системы орошения более надежной, но ухудшает условия теплообмена (малый 'путь й крупные капли): при охлаждении газа успевает испариться; лишь небольшая доля объема капли. В связи с этим для улуч­шения условий испарения газ охлаждают горячей водой. Высо­кое равновесное давление паров воды -над нею увеличивает скорость испарения и, таким образом, улучшает охлаждение газа.

При охлаждении холодной водой потребовалось бы опреде­ленное время на нагрев капель. При этом количество поглощае­мого тепла было бы значительно меньше, чем выделяющегося при испарении тепла, а расход воды на орошение пришлось бы увеличить в несколько раз. Избыточное количество воды нуж­но и для удаления тяжелой смолы из газосборника.

Как правило, газ выводится из печи через два стояка. Это позволяет более четко управлять гидравлическим режимом кок­совой камеры.

Летучие продукты, отделенные в сепараторе от капель воды и смолы, подвергаются последующему охлаждению до 25— 40 °С в первичных газовых холодильниках. На входе в холодиль­ник они содержат примерно 50% (об.), или 65% (масс), водя­ного пара.

Такой большой объем пара создается за счет влаги шихты (60—80 кг/т рабочей массы шихты), воды, образующейся при

термическом разложении органической массы угля (20—-30 кг/т), и воды, испарившейся в колене стояка и газосборнике (180—200 кг/т). В холодильнике при охлаждении смеси до 30— 40 °С происходит конденсация 92—95% воды (в насыщенном во­дой газе после холодильника остается воды всего 10—15 кг/т исходной шихты); 90% тепла, отнимаемого в первичном холо­дильнике,— это тепло конденсации воды. Таким образом, ос­новным процессом, протекающим в первичных холодильниках, является конденсация водяного пара в присутствии инертного газа, что и определяет выбор методики их расчета.

После первичного холодильника масса парогазовой смеси уменьшается почти в 3 раза, а объем —в 2,5 раза. Это позво­ляет значительно уменьшить расход энергии на дальнейшее транспортирование газа.

В первичных холодильниках протекает также конденсация смолы и в особенности содержащегося в ней нафталина. Осо­бенностями нафталина по сравнению с другими компонентами каменноугольной смолы являются относительно низкая темпера­тура кипения (218°С) и высокая температура плавления (80 С), а также способность к сублимации и образованию ту­манов и аэрозолей (взвеси мелких кристаллов нафталина в га­зе). Поэтому при охлаждении газа возможно отложение кри­сталлов нафталина на тсплообменных поверхностях, что суще­ственно снижает коэффициенты теплопередачи. Кроме того, в трубопроводах и линиях•стока воды возможно образование нафталиновых пробок.

Достаточно полное выделение смолы и нафталина предот­вращает их конденсацию при последующем прохождении газа в трубопроводах и аппаратах. Работа первичных холодильников таким образом влияет на транспортирование газа, а также и на технологический режим последующих отделений цеха улавлива­ния, в особенности отделения улавливания аммиака.

Охлаждение газа осуществляется преимущественно в кожу-хотрубчатых холодильниках с вертикальными или горизонталь­ными трубами. Газ движется в межтрубном прост­ранстве, а оборотная вода — по трубам. В холодильниках она нагревается до 40—45°С и направляется на градирню. Данные системы имеют недостаток в большом потреблении охлаждающей воды.

Наибольшие перспективы имеет схема с применением на первой ступени аппаратов воздушного охлаждения и на второй ступени охлаждения непосредственного охлаждения в скруббе­рах Вентури.