4.3 Описание технологического процесса

Отделение очистки коксового газа

Коксовый газ после бензольных скрубберов цеха улавливания № 1 поступает в цех сероочистки № 1 и подается на серные скрубберы для улавливания сероводорода (Н₂S).

Газ последовательно проходит сначала серный скруббер № 3 первой ступени улавливания сероводорода, затем скруббер № 4 второй ступени, где орошается содовым поглотительным раствором с использованием принципа противотока: газ подается в скрубберы снизу, а поглотительный раствор сверху.

Первый по ходу газа скруббер – первая ступень очистки от сероводорода.

Второй по ходу газа скруббер – вторая ступень очистки. (Описание конструкции скруббера в спецификации оборудования).

После второй ступени очистки содержание сероводорода в коксовом газе должно составлять не выше 0.5 г/нм³.

Очищенный от сероводорода коксовый газ после второго по ходу газа скруббера направляется в газопровод обратного коксового газа для дальнейшего использования.

В каждой ступени улавливания циркулирует свой поглотительный раствор. Так раствор в первой ступени более насыщен сероводородом и содержит большее количество балластных солей (поддерживается в пределах 240 г/дм³ - 250 г/дм³), раствор второй ступени менее насыщен сероводородом и содержит 50 г/дм³ -

60 г/дм³ балластных солей.

Поглотительный содовый раствор, стекая по тарелкам скрубберов и насыщаясь сероводородом, собирается в нижней части скрубберов, затем поступает в подскрубберные сборники, находящиеся внизу каждого скруббера первой и второй ступеней.

Перед поступлением в регенератор, насыщенный поглотительный раствор первой ступени из подскрубберного сборника насосом прокачивается через теплообменники раствора, а раствор второй ступени - через пародистиллатный теплообменник. В теплообменниках первой ступени раствор нагревается за счет тепла регенерированного раствора, стекающего с регенератора, в пародистиллатном теплообменнике – за счет тепла паро - газовой смеси, выходящей из регенератора. После этого насыщенные растворы поступают в регенератор каждый на свою ступень регенерации, работающую с этим скруббером на самостоятельном цикле. В регенераторе при кипячении раствора под вакуумом из него десорбируются поглощенные из коксового газа сероводород (Н₂S), цианистый водород (НСN), диоксид углерода (СО₂) и испаряется часть воды.

Регенератор представляет собой двухступенчатый аппарат для регенерации поглотительного раствора, разделенный на две равные части глухой тарелкой с патрубками для прохода паров из нижней части в верхнюю часть. (Описание конструкции регенератора в спецификации оборудования).

Регенератор работает следующим образом:

Регенератор имеет две ступени регенерации поглотительных растворов:

1-ю ступень (верхнюю) и 2-ю ступень (нижнюю). Насыщенный раствор первой ступени улавливания (первый по ходу газа скруббер) подается в верхнюю часть регенератора 1-ой ступени. Насыщенный раствор второй ступени улавливания (второй по ходу газа скруббер) подается в верхнюю часть регенератора 2-ой ступени.

Пары и кислые газы из нижней части (2 ступень) регенератора проходят верхнюю часть (1 ступень) регенератора и направляются через пародистиллятный теплообменник в конденсаторы-холодильники.

Необходимое тепло для регенерации растворов подается в виде глухого пара в циркуляционные подогреватели 1 и 2 ступеней (~ 10 % и 90 % соответственно).

Регенерация раствора во 2 ступени с выделением из него уловленных кислых газов и испарением воды предусмотрена также за счет использования тепла прямого коксового газа – нагрев циркулирующего поглотительного раствора осуществляется в верхних частях первичных газовых холодильников (ПГХ) цеха Улавливания № 1.

Циркуляция раствора производится насосом, который забирает раствор непосредственно из нижней части регенератора (2 ступень), прокачивает его через трубчатки первичных газовых холодильников и возвращает в регенератор под нижнюю тарелку регенератора. Нагретый раствор поступает в зону вакуума, вскипает и образует пары, проходящие вверх по тарелкам, а вниз по тарелкам стекает регенерированный раствор.

Таким образом, ввод тепла в регенератор осуществляется за счет циркуляции раствора по контуру: регенератор –> ПГХ –> циркуляционный подогреватель –> регенератор.

Из нижней части регенератора 1 и 2 ступеней регенерированный раствор через гидрозатвор поступает в сборники регенерированного раствора 1 и 2 ступени.

Кроме того, часть поглотительного раствора, для поддержания в нем балластных солей в пределах нормы, выводится и железнодорожными цистернами перевозится в цех улавливания №1 для подачи на аммиачную колонну с целью переработки.

Парогазовая смесь сероводородного газа из верхней части регенератора поступает в пародистиллятный теплообменник и далее в конденсаторы-холодильники, охлаждаемые оборотной технической водой. В конденсаторах-холодильниках происходит конденсация из газа основного количества испарившейся из раствора воды и охлаждение сероводородного газа.

Конденсат сероводородного газа по барометрической трубе стекает в вертикальный сборник, а из него – в горизонтальный, называемый «установкой вывода масел». Тяжелые масла выпадают в нижнюю часть сборника, а конденсат поступает в сборники регенерированного раствора (регсборники) 1-ой и 2-ой ступени регенератора. Накопленные масла отгружаются в цистерну для переработки в СПЦ.

Освобожденный от основной массы паров сероводородный газ поступает на всас вакуум-насосов и подается в сернокислотное отделение.

Оптимальный вакуум обеспечивает, возможно, полное удаление паров и газа, выделяющихся из раствора в процессе регенерации, а также достаточно высокую температуру в регенераторе для разложения бикарбоната натрия.

Температура газа вверху регенератора должна поддерживаться на уровне 57-62^оС, что соответствует вакууму 600 мм рт.ст.- 640 мм рт. ст.

На создание высокого вакуума значительно влияет работа конденсаторов-холодильников. Они должны предельно обеспечивать температуру газа: летом – не выше +35 ^оС, зимой не ниже +5 ^оС.

Раствор 1 ступени стекает из регенератора по барометрическим трубам, проходит через циркуляционный подогреватель 1 ступени, испаритель (для разделения раствора и водяных паров) и далее в сборник регенерированного раствора 1 ступени, откуда насосами подается на подогрев насыщенного раствора в теплообменниках раствора. Раствор 2 ступени стекает из регенератора по барометрическим трубам в сборник регенерированного раствора 2 ступени, откуда подается в холодильник для охлаждения технической водой.

Из теплообменников регенерированный раствор 1 ступени направляется в холодильник для охлаждения технической водой.

После охлаждения регенерированный раствор подается на улавливание сероводорода в серные скрубберы 1 и 2 ступеней.

Сернокислотное отделение

В связи с тем, что при сжигании сероводорода в печь-котлах образуется значительное количество водяных паров, в присутствии которых происходит процесс окисления SO₂ в SO₃ на катализаторе, данный метод получения серной кислоты из сероводорода носит название мокрого катализа.

Обезвоженный сероводородный газ всасывается вакуум-насосами и нагнетается по газопроводам на сжигание в печь-котлы.

Подача сероводородного газа в печь-котел осуществляется через четыре горелки, расположенные в верхней части аппарата. К каждой горелке через воздуховоды от воздуходувки нагнетается воздух.

Газовая смесь поступает в печь-котел, где сероводород сжигается при незначительном недостатке воздуха до сернистого ангидрида SO₂ и затем охлаждается до ~ 450 ^оС воздухом, подаваемым в камеру смешивания.

Охлаждение газовой смеси в печь-котлах осуществляется за счет экрана, состоящего из труб, в которые снизу подается питательная вода, а сверху отводится образовывающийся пар.

Пар и неиспарившаяся вода из змеевика печь-котла выходит в паросборники, где происходит разделение паровой и жидкой фаз. Пар отводится в паропровод низкого давления, а неиспарившаяся вода – конденсат – через конденсатоотводчики в баки питательной воды, подогревая питательную воду.

Продукты сгорания сероводородного газа из печь-котла отводятся через встроенный в нижней части штуцер 1200 мм в камеру дожига. Воздух в камеру дожига через пять отверстий по специальному коробу нагнетается той же воздуходувкой, что и в печь-котел. Расход воздуха на камеру дожига составляет не менее 250 м³/час. Для снижения температуры газа и концентрации SO₂ в газе продукты сгорания из камеры дожига направляются в камеру смешивания, где смешиваются с холодным воздухом, нагнетаемым той же воздуходувкой, что и в печь-котел и в камеру дожига.

Газовоздушная смесь из камеры смешивания по газопроводу и коллектору поступает в контактный аппарат (КА) в его верхнюю часть с температурой не ниже 380 ^оС, сначала в газораспределительный конус, затем на распределительную решетку и на 1-й слой контактной массы. Направление газа в аппарате – сверху вниз. В контактном аппарате происходит окисление сернистого ангидрида SO₂ в серный ангидрид SO₃ в присутствии катализатора – ванадиевой контактной массы.

Пройдя 1-й слой газ нагревается до температуры не выше 600^оС за счет превращения сернистого ангидрида (SO₂) в серный (SO₃). Для смещения равновесия реакции газ пропускается через теплообменники и охлаждается, после чего проходит устройство для перемешивания и распределения и направляется на 2-ой слой контактной массы.

Аналогичный процесс происходит на 2, 3 и 4 слоях контактного аппарата с уменьшением выделяемого тепла и степени превращения сернистого ангидрида (SO₂) в серный (SO₃). Наибольшее окисление происходит на 1-м слое КА (около 80 %), а так как содержание сернистого ангидрида (SO₂) уменьшается с каждым последующим слоем, то степень окисление уменьшается (до 1%-3 %).

Газ охлаждается в трубчатых теплообменниках, расположенных внутри КА, с поверхностью теплообмена 599 м² после 1-го слоя контактной массы, по 413 м² после 2 и 3-го слоя.

Охлаждение газа в теплообменниках производится воздухом с температурой (t) не менее 275^оС, который получается путем смешивания нагретого воздуха с t = 300 ^оС - 400 ^оС и свежего, засасываемого из окружающей среды. Избыток воздуха из цикла выбрасывается на «боров» в дымовую трубу.

Технологический газ, после контактного аппарата, содержащий SO₃, SO₂ (остаточный), H₂O и N₂ по газоходу поступает в охладитель технологического газа (ОТГ) для охлаждения его до температуры не ниже 270^оС.

Охлаждение газа в ОТГ производится питательной водой, приготовленной на установке получения питательной воды. Описание работы установки изложено в производственных инструкциях аппаратчиков производства контактной серной кислоты 5 и 6 разрядов.

При охлаждении технологического газа в ОТГ происходит частичная гидратация SO₃ в парообразную серную кислоту:

S O₃  H₂O H ₂SO₄ ( газ)  Q ккал/кмоль

В технологическую линию производства концентрированной серной кислоты включен подогреватель П-0,35, позволяющий поддерживать температуру теплообменной поверхности ОТГ при сбоях в технологическом процессе на уровне, не допускающем конденсации на ней серной кислоты.

Подогреватель П-0,35 также позволяет поднимать температуру в конденсаторе ВСА в требуемом темпе при первоначальном разогреве технологической линии, а также после текущих остановок. Описание устройства и принцип работы подогревателя изложено в производственных инструкциях аппаратчиков производства контактной серной кислоты 5 и 6 разрядов.

Технологический газ, содержащий пары SO₃ и H₂SO₄ (газообразной), после охлаждения в ОТГ входит в установку ВСА (конденсатор ВСА). В конденсаторе газ охлаждается до температуры 85^оС - 95 ^оС, в результате чего оставшаяся часть SO₃ гидратируется, а газообразная H₂SO₄ конденсируется.

Серная кислота, стекающая из конденсатора ВСА с температурой 257 ^оС - 260^оС, смешивается с охлажденной циркулирующей кислотой до ее входа в емкость кислоты.

Корпус сборника кислоты сделан из углеродистой стали, покрытой сополимером этилена и трифторхлорэтилена (ЕСТFЕ). Температура кислоты в системе циркуляции не должна превышать 80^оC, чтобы не подвергать коррозии холодильник Альфа Лаваль. Поэтому уровень кислоты в емкости должен регулироваться и поддерживаться достаточно высоким, рассчитанным на случай остановки, как системы циркуляции кислоты, так и установки ВСА, когда возможно повышение температуры выше 80^оС остатками стекающей горячей кислоты с температурой 260^оС

Циркуляция кислоты, выходящей из емкости кислоты, обеспечивается кислотными насосами. Один из кислотных насосов является резервным с автоматическим запуском в случае остановки работающего насоса.

После емкости кислоты идет охлаждение кислоты в холодильнике АЛЬФА ЛАВАЛЬ с 60 ^оС до 40 ^оС. Холодильник представляет собой пластинчатый теплообменник, где в качестве охлаждающей среды используется оборотная вода.

Часть произведенной кислоты, от 3 до 5 т/час, направляется на склад в хранилища № 1,2,3, остальная часть кислоты, составляющая 30-32 т/час, подается на рециркуляцию в поток кислоты, выходящей из конденсатора ВСА.

Концентрацию произведенной серной кислоты измеряет анализатор, расположенный на линии байпаса. Через байпас всегда должен проходить небольшой поток кислоты. В зимнее время, чтобы снизить температуру замерзания кислоты ее разбавляют питьевой водой до концентрации около 93.5 %.