Очистка коксового газа от сероводорода вакуум-содовым методом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОЮ __ ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 136 1965

ОЧИСТКА КОКСОВОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА ВАКУУМ-СОДОВЫМ МЕТОДОМ

к. К. СТРАМКОВСКАЯ, П. Е. БОГДАНОВ, Е. Ф. СЕРКОВА, Н. М. БЕЛОГУРОВ, Н. К. ОВЧАРЕВИЧ

(Представлена научно-методическим семинаром ХТФ)

Вакуум-содовый метод внедрен в Советском Союзе для очистки коксового газа от сероводорода при низком давлении. Однако преиму-

Рис. 1. Технологическая схема установки вакуум-содовой очистки коксового газа.

1 — абсорбер, 2 — расширитель, 3 — отстойник, 4 — насос, 5 — емкость отработанного раствора, 6 — насос, 7 — фильтр, 8 — теплообменник, 9 — подогреватель, 10 — регенератор, 11— циркуляционный подогреватель, 12 — брызгоуловитель, 13 — конденсатор-холодильник, 14 — фазбраздели-тель, 15 — конденсатор смешения, 16 — ротационный мокрый компрессор, 17— влагоотделитель, 18 — промежуточная емкость, 19—барометрический, бачок, 20 — центробежный насос, 21 — холодильник, 22 — расходные емкости регенерированного раствора, 23 — насос, 24 — емкость свежего раствора, 25 — бункер для соды.

щества этого метода — простота технологической схемы и .надежность в эксплуатации, низкий расход реактивов и фактическое отсутствие вредных стоков; возможность комплексной автоматизации всего процесса с переводом аппаратуры на дистанционное управление и, наконец, использование серы для получения серной кислоты — указывают на целесообразность применения этого метода для очистки коксового газа под давлением в технологических схемах азотно-туковых заводов.

В данной статье приводятся результаты исследования работы установки очистки коксового газа от сероводорода вакуум-содовым методом на одном из азотно-туковых заводов, где имеющиеся башни с болотной рудой не давали нужной степени очистки. На смонтированной в 1961 г. установке, технологическая схема которой приведена на рис. 1, коксовый газ после сухой очистки под давлением 12 ^и подается в насодочный абсорбер диаметрам 750 мм с высотой насадки 2000 мм. Насадка 'из керамических колец Рашига 50X50X5 мм. Такие абсорберы установлены на каждом агрегате очистки. Коксовый газ из абсорберов уходит па дальнейшую очистку, в водяные и щелочные абсорберы, а отработанный раствор со всех абсорберов направляется в сборный коллектор и на установку регенерации. Регенератор установлен Тарельчетого типа, с девятью тарелками желобчатого типа один на все абсорберы.

Целью наших исследований являлось определение оптимального режима для процессов абсорбции газов и регенерации раствора.

Исследование процесса абсорбции

Процесс абсорбции сероводорода водным раствором соды является, по современным представлениям, гетерогенным диффузионным процессом, сопровождающимся очень быстрой обратимой химической реакцией в жидкой фазе, и протекает по следующим уравнениям [1]:

МазСОз + ШБ^ ЫаНБ + НаНСОз, Ма2С03 + С02 + Н202: 2ЫаНС03.

Рассматриваемое равновесие представляет собой случай сложной системы, когда в жидкой фазе одновременно существуютв равновесии с поглотительным раствором Н25 и С02.

На процесс абсорбции Н2Б и С02 из газа раствором соды оказывает существенное влияние большое количество факторов и в первую очередь концентрация поглотителя, температуры абсорбции, плотность орошения и остаточная концентрация Н25 в поглотительном растворе. Поэтому для определения оптимальных условий абсорбции исследовалось влияние концентрации поглотителя от 25 до 35 г/л при остаточном содержании МаНБ в растворе от 2,5 до 3,5 г/л; плотность орошения от 11,3 до 18,2 мг/м2 в час, что соответствовало подаче раствора на абсорбер 5—8 мв/час. Температура абсорбции менялась от 35 до 45°С.

Содержание сероводорода в газе колебалось от 600 до 14000 про-миль при следующем среднем составе коксового газа: С02 —2,5%, С/иНп — 2,4%, 02 — 0,5%, СО -7,5%, Н2 — 57,5% СН4 — 26,5%, НСМ — 0,06%. В связи с тем, что очистка газа осуществляется под давлением 12—13, эта концентрация сероводорода в сжатом газе достигает почти 20 г/ж3.

Результаты исследования представлены на рис. 2-3.

Из полученных данных рис. 2 следует, что при плотности орошения 14,7 м^/м2 час степень очистки коксового таза от сероводорода значительно увеличивается с изменением концентрации соды в растворе от 25 г/л до 35 г/л и составляет конечную величину для температуры 35°С —86,6%, 38°С—85,68%; 48°С — 84,0%, 42°С—81,2%; 45°С—77,2%.-

При увеличении концентрации соды в поглотительном растворе от 25 до 30 г/л степень извлечения сероводорода из газа возрастает в среднем на 8,5%. При увеличении же концентрации соды от 30 до 35 г/л степень очистки газа изменяется лишь на 1,7% для всех исследованных температур. Остаточное содержание сероводорода в газе при этих концентрациях соды составляет 140—170 промиль, что может быть извлечено имеющейся в технологической схеме водно-щелочной очисткой.

90

«о

I

О)

I §

I

с;

I

60

70

60

0 о ! - о -1

/ ^

о О

и

* *

45*

25 к 50 Л 35

Концентрация НагС05 5ростооре %

Рис. 2. Зависимость степени очистки коксового газа от концентрации раствора при плотности орошения 14,7 мг/м2 час и концентрации КаНЭ в растворе после регенерации 2,5 г/л.

Данные графика рис. 2 показывают, что наибольшая степень улавливания сероводорода достигается при температуре абсорбции 35°С. При изменении температуры от 35 до 38°С увеличение степени очистки газа незначительно. Увеличение температуры свыше 38°С приводит к снижению степени очистки. Отсюда следует, что наилучшее улавливание сероводорода проходит при 35°С. Однако по имеющимся литературным данным известно, что с понижением температуры абсорбции до 35°С увеличивается абсорбция углекислоты, что приводит к сильному понижению концентрации сероводорода в газе после регенерации, к большему расходу соды, накоплению бикарбоната в растворе, а также к экономически невыгодному расходу пара на регенерацию. Поэтому оптимальной температурой абсорбции следует считать температуру 38—40°С, так как при этом достигается наибольшая избирательность абсорбции по отношению к сероводороду.

Как видно из рис. 3, с увеличением плотности орошения абсорбера от 11,3 м3/м2 до \4,7м3/м2 час степень очистки газа от сероводорода возрастает (на 9—16%). Дальнейшее увеличение плотности орошения до 18,2 м3/м2 час ведет уже к меньшему увеличению очистки газа и составляет 2,9%. При увеличении плотности орошения обеспечивается лучший контакт между газом и поглотительным раствором. Однако с увеличе-

60 -1-1-1-1-1-1-

п ¡2 /5 /4 /5 /б !7 1818,2

ПАотность орошения 8 м5/м*час

I

Рис. 3. Зависимость степени очистки коксового газа от плотности орошения при различной концентрации ЫаНБ в регенерированном растворе: 1 — 2,5 г/л, 2 — 3,0 г/л, 3 — 3,5 г/л.

нием плотности орошения увеличивается общее количество поглотительного раствора, что приводит к значительному повышению расхода пара на регенерацию и излишнему расходу электроэнергии на перекачивание раствора.

В целях обеспечения)достаточной степени очистки коксового газа от сероводорода и основываясь на опыте эксплуатации данной установки, следует считать наиболее рациональной плотностью орошения 14,7 м3/м2 час, что соответствует подаче раствора на абсорбер 6,5 м3/час.

Из этих же графиков рис. 3 видно, что увеличение концентрации оисульфида в регенерированном поглотительном растворе ведет к значительному снижению степени очистки коксового газа от сероводорода. При увеличении остаточной концентрации бисульфида в регенерированном растворе от 2,5 до 3,0 и 3,5 г/л уменьшается степень очистки газа

примерно на 6:5 и 6,0% соответственно. Поэтому в целях улучшении очистки газа от сероводорода следует поддерживать концентрацию би-сульфида в поглотительном растворе не выше 3,0 г/л.

Исследование процесса регенерации

Процесс регенерации содового раствора, насыщенного сероводородом, заключается в смещении равновесия в обратимой деакции

Ма2СОз + Н25 ^ ЫаНБ+^НСО»

справа налево путем понижения парциальной упругости сероводорода в равновесной системе. Интенсивность регенерации раствора, как известно, зависит от степени понижения парциальной упругости сероводорода над раствором. Последняя будет тем больше, чем больше водяных паров в системе, т. е. при температурах кипения раствора. Однако скорость десорбции сероводорода возрастает с понижением температуры

8акуу& 6 мм рт ст

Рис. 4. Зависимость степени регенерации ЫаНБ от вакуума — в колонне при различных температурах подачи раствора.

кипения от 100 до 50—60°, т. е. с повышением вакуума. При одной и той же температуре степень десорбции сероводорода прямо пропорциональна концентрации бикарбоната натрия в растворе (1, 3, 4, 5, 6). Известно, что с повышением температуры равновесие эндотермической реакции

2\таНСО, ^ Ыа2С03 + С02 + Н20

сдвигается слева направо, и концентрация бикарбоната в растворе снижается, что приводит к ухудшению регенерации. Температура кипения раствора 50—60° соответствует вакууму в колонне 650—580 мм рт. ст.

Влияние вакуума на степень регенерации раствора нами исследовалось в пределах 405—480 мм рт. ст., достижение более ¡высокого вакуума при существующем оборудовании было невозможно. Температура низа колонны и время пребывания раствора в колонне поддерживались постоянными соответственно 76°С и 116—118 сек.

Результаты исследования, представленные на рис. 4, указывают, что с увеличением вакуума в колонне от 405 до 480 мм рт. ст. степень регенерации бисульфида натрия возрастает при всех исследованных температурах подачи раствора на колонну.

Наилучшей температурой подачи раствора на колонну является 56—57°, так как при этих температурах, очевидно, устанавливаются наилучшие условия регенерации бисульфида. С понижением температуры подачи раствора на колонну до 55°С снижается температура верха регенератора при условиях вакуума 470—480 мм.

При увеличении температуры подачи раствора от 58 до 70°С идет сильное снижение степени регенерации бисульфида натрия вследствие перегрева раствора выше оптимальных условий. Регенерация гидро-

20 У-1----^_ 1_I_I

А* 75 ^ ?д 79

Температура низа колонны °С

Рис. 5. Зависимость степени регенерации ЫаНБ от температуры низа регенератора при различных температурах подачи

раствора.

сульфида натрия проходит заметно до тех пор, пока в растворе находится относительно достаточное количество бикарбоната, с повышением же температуры в колонне увеличивается скорость разложения.

бикарбоната натрия, т. е. ухудшаются условия для регенерации гидросульфида натрия.

В связи с тем, что ,ири регенерации поглотительного раствора кипячением под вакуумом скорость десорбции сероводорода зависит от температуры кипения, то температура в циркуляционном подогревателе изменялась в пределах 74—80°, время пребывания раствора в регенераторе поддерживалось равным 116—118 сек при вакууме 455 мм рт. ст.

Анализ полученных результатов, представленных на рис. 5, показывает, что при повышении температуры низа регенератора от 74 до 78° степень регенерации гидросульфида натрия резко увеличивается (на 11 — 19%),а при дальнейшем возрастании температуры (свыше 78°) среднее повышение степени регенерации бисульфида натрия составляет только 1,5—3%. Поэтому для достижения максимально возможной регенерации гидросульфида натрия при всех температурах подачи раствора на колонну следует поддерживать температуру низа регенератора не ниже 78—80°, а температуру подачи раствора на регенератор — в пределах 56—61%.

Выводы

1. Установлено, что вакуум-содовый метод может быть использован для очистки коксового газа от сероводорода под давлением применительно к технологическим схемам некоторых азотно-туковых заводов.

2. Степень очистки коксового газа от сероводорода составляла 75н-85% при начальной концентрации 600—^1400 р/м в условиях давления 13 ати, температуре абсорбции 38—40°, концентрации соды в растворе 35 г/л и плотности орошения 14,7 мг/м2 час.

3. Остаточная концентрация сероводорода в поглотительном растворе после регенерации может быть достигнута -2,5—3,5 г/л при условии вакуума в колонне 440—480 мм рт. ст., температуре в циркуляционном подогревателе 78—70°, температуре подачи раствора на регенератор 58—61° и времени пребывания раствора в колонне не менее 120 сек.

ЛИТЕРАТУРА

1. М. С. Литвиненко. Очистка коксового газа от сероводорода. Металлург-издат, 1959.

2. Н. Н. Е г о р о в, М. М. Д м и т р и е в, Д. Д. 3 ы к о в. Очистка от серы коксовального и других горючих газов. Металлургиздат4, 1960.

3. Новые методы очистки газов от вредных примесей, Информационный бюллетень, № 10, Гипрогазочистка, 1960.

4. А. П. С е р г е е в и А. П. Ильичев. Регенерация балластных солей вакуум-поташных сероочисток. Кокс и химия, № 8, 1958.