Модернізація та антикорозійний захист конденсаційного відділення

Таблица 1.1.1. Выход продуктов коксования в производственных условиях

При ее увеличении растет выход коксового газа и  содержание водорода в нем, уменьшается выход смолы, а ее плотность повышается, растет выход сырого бензола при снижении содержания в нем толуола, ксилола и непредельных соединений.

Существенное  влияние на выход продуктов оказывают  также полнота загрузки камер шихтой и режим отсасывания газа. При неполной загрузке камер шихтой увеличивается время пребывания летучих веществ в подводном пространстве при повышенной температуре и степень их пиролиза. Повышение давления в камерах вызывает потерю летучих веществ в атмосферу и отопительную систему, а вакуум - сгорание части продуктов из-за подсоса кислорода в систему.

Кокс является основным продуктом коксования углей. Почти 80% производимого кокса используется для выплавки чугуна в доменных печах (металлургический кокс крупностью более 25-40 мм), а примерно 7% для расплавления металлов в вагранках (литейный кокс крупностью более 60 мм). Коксовый орешек крупностью 10-25 мм применяется в качестве восстановителя в электропечах для получения ферросплавов, а коксовая мелочь — для агломерации железной руды.

Значительная часть кокса потребляется в цветной металлургии для восстановления свинцовых, никелевых, медных и других руд, в химической промышленности для получения карбида кальция, желтого фосфора, обжига известняка и для других целей.

Химические  продукты коксования используются более  чем в 70 отраслях и подотрослях хозяйственного комплекса. Основными потребителями их являются химическая промышленность (35% от общего объема производства), цветная металлургия (30%), сельское хозяйство (более 20%), строительная индустрия и железнодорожный транспорт (около 12%).

В химической промышленности используются водород, этилен, метан коксового газа, бензол и его гомологи, сольвент, нафталин, фенолы, пиридиновые основания, антрацен, аценафтен и пирен, индеп-кумароновые смолы, каменноугольные масла, пек и др. Эти продукты служат исходным сырьем для получения азотных удобрений, синтетического фенола, этилбензола и циклогексана, фгалевого и малеинового ангидридов, используемых в производстве полимерных материалов, полупродуктов анилиноокрасочной промышленности, сажи, средств защиты растений, синтетических моющих средств, лечебных препаратов и пр.

В цветной металлургии  перерабатываются сотни тысяч тонн каменноугольного пека и пекового кокса для производства электродов и другой продукции.

Сельскому хозяйству  коксохимическая промышленность поставляет азотные удобрения, креолин, применяемый в животноводстве, коллоидную среду для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, антисептики и др. Кроме того, ряд коксохимических продуктов используется другими отраслями промышленности для производства гербицидов, дефолиантов, регуляторов роста растений, репеллентов и пр.

В строительной индустрии находят применение инден-кумароно- вые смолы, каменноугольные масла  и пек для производства строительных материалов.

 В строительстве  шоссейных дорог применяются  дорожные дегги, приготовляемые из каменноугольных масел и пека. Большие количества каменноугольных масел используются в железнодорожном транспорте для пропитки шпал.

Большое значение продуктов коксования как сырьевой базы для химической промышленности и других отраслей народного хозяйства обусловливается крупными масштабами коксохимического производства, широким ассортиментом продукции и уникальностью многих продуктов. Коксохимическая промышленность является единственным или основным источником нафталина, крезолов, инден-кумароновых смол, пиридиновых оснований, мезитилена, метаксилола, роданистых солей, антрацена.

Важнейшее место  в ассортименте продуктов коксования занимает коксовый газ. Основным потребителем его (около 53%) является черная металлургия, где он используется в качестве топлива в мартеновских и нагревательных печах. 30-35% коксового газа используется коксохимическими заводами для обогрева печей и других нужд. Перспективным направлением использования коксового газа является вдувание его в доменные печи с целью сокращения расхода кокса на выплавку чугуна. В условиях дефицита природного газа и нефтепродуктов коксовый газ может служить сырьем для синтеза аммиака, метанола, моторных топлив.

 Аммиак коксового  газа используется для получения  азотных удобрений - аммиачной воды и сульфата аммония. Несмотря на относительно низкое содержание азота (21,1%), сульфат аммония является эффективным удобрением при внесении в известкованные подзолистые почвы и черноземы, насыщенные основаниями. Кроме того, сера сульфата аммония является необходимым компонентом для ряда сельскохозяйственных культур.

Коллоидная  сера, получаемая при очистке коксового  газа от сероводорода, применяется в сельском хозяйстве в качестве средства борьбы с грибковыми возбудителями болезней растений.

Сернистый аммоний  находит применение при гидрометаллургическом обогащении руд цветных металлов, в производстве тиомочевины, ядохимикатов, в фармацевтической промышленности. Роданистый аммоний используется в производстве реактивов, при крашении тканей, для получения лечебных препаратов, дефолиантов, ингибиторов. Соединения пиридинового и хинолинового ряда являются основой для синтеза лекарственных препаратов и витаминов-противотуберкулезных средств, стимуляторов сердечной деятельности, бактерицидов, витаминов РР₁ (никотиновая кислота и никотинамид), В₁ (тиамин), В₆ (пи- ридоксил), А (ретинол), Д₂ и О₂ (кальциферолы), Н (биотин и др.). Важной областью применения пиридиновых оснований является также производство пестицидов, гербицидов, бактерицидов.

Бензол относится  к числу важнейших химических продуктов, на которых базируется современный органический синтез. Он используется для производства важнейших полупродуктов в промышленности пластических масс, синтетического каучука, волокон, моющих средств, красителей, фармацевтических препаратов. Основными потребителями бензола являются производства этилбензола, фенола и циклогексана.

Толуол используется в производстве консервирующих средств, красителей, взрывчатых веществ, пластических масс и синтетических волокон, а также в качестве добавки к моторным топливам для повышения октанового числа, растворителя смол и лаков.

Каменноугольный ксилол и сольвент (полиметилбензолы) используются главным образом в качестве растворителя в производстве лаков, красок и эмалей.

Инден-кумароновые  смолы, представляющие собой продукт  полимеризации непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, применяются для производства асбесто-смоляных плиток, пластобетона, линолеума, искусственной кожи, водонепроницаемых тканей, клеев, изоляционной ленты и т.д.

Каменноугольная смола является важным источником сырья  для органического синтеза. При  ее переработке получают нафталин, крезол, антрацен, пек и пековый кокс для электродной промышленности, каменноугольные масла для пропитки древесины, получения сажи, выработки ядохимикатов.

Нафталин является одним из основных представителей ароматических углеводородов, используемых в качестве сырья для органического синтеза. По масштабам производства и потребления он уступает только бензолу. Главная область его применения - производство фталевого ангидрида, используемого для получения пластификаторов, алкидных и полиэфирных смол, красителей. Нафталин находит применение также в производстве полупродуктов для красителей (β-нафтола, Аш-кислоты и др.), поверхностно-активных веществ, инсектицидов, дубильных веществ и других продуктов.

Широкое применение в органическом синтезе получил  также фенол, главным образом в производстве пластических масс на основе феполформальдегидных смол, синтетических волокон типа капрон и нейлон, эпоксидных смол на основе дифенилолпропана, гербицидов, взрывчатых веществ, красителей и т.д. В нефтяной промышленности фенол применяется для селективной очистки масел, получения присадок к топливам и маслам, в легкой промышленности из него получают дубители для кожи, а в фармацевтической - салициловые препараты (аспирин и др.).

Технические смеси крезолов используются в производстве смол для  лаков, пресс-порошков, электроизоляционных  материалов, клеев, пластификаторов (трикрезилфосфаты и др.), флотореагентов и присадок к пластмассам и смазкам. Отдельные изомеры крезолов находят применение в производстве гербицидов, антиоксидантов, витаминов, дезинфицирующих и душистых веществ.

Антрацен применяется  в производстве синтетических дубителей, красителей, сажи и для энергетических целей.

В заключение следует  сказать, что многие компоненты сырого бензола и каменноугольной смолы еще недостаточно изучены и являются потенциальным сырьем для разнообразных производств [1].

2. Основные процессы технологии улавливания химических продуктов коксования

Образующаяся  при коксовании смесь парогазообразных продуктов (прямой коксовый газ) выходит из коксовых печей при температуре 650-750°С и содержит большое количество угольной и коксовой пыли. Наличие последней и смолистых веществ, склонных откладываться на поверхностях тепло- и массообменных аппаратов, исключает или затрудняет в значительной степени разделение этой смеси известными в химической промышленности методами в типовой аппаратуре.

Поэтому первой стадией обработки прямого газа является быстрое охлаждение путем  непосредственного контакта с распыляемой  форсунками водой в газосборнике, представляющем собой горизонтальную трубу диаметром 1,5-2 м, расположенную вдоль коксовой батареи в непосредственной близости от патрубков (стояков) для вывода газа из коксовых камер. При адиабатическом процессе в газосборнике газ охлаждается до температуры, близкой к температуре мокрого термометра (82-90°С), одновременно происходит конденсация большей части паров смолы (60-70%) и удаление из газа пыли. Частицы угля и кокса обволакиваются пленкой смолы и образуют так называемые фусы, затрудняющие транспортирование конденсата по трубопроводам, обезвоживание и переработку смолы. Дальнейшее охлаждение газа до температуры 30-35°С, благоприятной для протекания процессов улавливания аммиака, сероводорода, бензольных углеводородов и транспортирования газа через аппаратуру цеха улавливания химических продуктов, производится в холодильниках косвенного или непосредственного действия. При этом происходит пракгически полная конденсация паров воды и смолы, поступающих с газом из газосборника, в результате чего резко сокращается объем газа и потребность в электроэнергии для его

транспортирования.

Несмотря на конденсацию паров смолы в холодильниках, значительная часть ее уносится с газом в виде мельчайших капелек.

Туманообразная смола и кристаллы нафталина откладываются в трубопроводах и аппаратуре, снижают эффективность процессов улавливания и качество получаемых продуктов. Поэтому следующей важной операцией является очистка газа от туманообразной смолы и нафталина в электрофильтрах или путем промывки его маслами в скрубберах, устанавливаемых непосредственно перед газодувками или после них.

Выделение основных химических продуктов из коксового газа производится методами сорбции физической или химической в зависимости от свойств извлекаемых компонентов. Улавливание аммиака может производиться водой с получением концентрированной аммиачной воды в качестве товарного продукта, фосфатами аммония с получением жидкого аммиака или серной кислотой с получением сульфата аммония. Поглощение бензола и ею гомологов осуществляется каменноугольными или нефтяными маслами, являющимися хорошими растворителями для ароматических углеводородов. Для выделения сероводорода и других кислых газов применяются щелочные растворы различного состава.

Десорбция поглощенных  растворителями компонентов при  физической сорбции производится путем нагревания при атмосферном давлении или под вакуумом в тарельчатых колоннах. Регенерация щелочных растворов сероочистки может производиться также путем продувки его воздухом, в результате чего при наличии в растворе катализаторов происходит окисление сероводорода с образованием элементной серы.

Для разделения конденсатов, образующихся при охлаждении коксового газа, на водную и органическую фазы применяются процессы осаждения под действием

гравитационных  и инерционных сил.

Водный конденсат  из холодильников, насыщенный аммиаком, сероводородом, углекислотой, перерабатывается методами дистилляции.

Обогащенные аммиаком пары могут конденсироваться с образованием концентрированной аммиачной воды или подаваться вместе с коксовым газом в

абсорберы для  поглощения аммиака серной кислотой. Сточная вода после аммиачной колонны подвергается обесфеноливанию методами десорбции водяным паром, экстракции жидкими растворителями и биохимической очистки.

На рис. 1.2.1. приведена типичная схема процессов и материальных потоков цеха улавливания химических продуктов коксования.

Получаемые  в цехе улавливания сырой бензол и каменноугольная смола представляют собой многокомпонентные смеси, нуждающиеся в специальной обработке  для выделения узких фракций  или индивидуальных веществ, получивших широкое применение в качестве сырья для синтезов или готовых продуктов. Поэтому в состав коксохимических заводов, кроме цехов улавливания химических продуктов, входят также перерабатывающие цехи - цех ректификации сырого бензола и цех переработки каменноугольной смолы.