Способ очистки коксового газа от сероводорода Советский патент 1992 года по МПК C10K1/12 

Изобретение относится к коксохимической промышленности и может быть применено при очистке от сероводорода коксового газа.

Исходя из современных требований, касающихся защиты окружающей среды, .в очищаемом коксовом газе должно быть понижено, в первую очередь, содержание HaS.

При очистке коксового газа от HaS по аммиачному способу используется аммиак, связывающий в процессе промывки кислые компоненты газа. Насыщенный поглотительный раствор регенерируется в раскис- лителе, кислые компоненты поступают на установку переработки, а аммиак, как растворенный в воде, так и газообразный, возвращается на стадию абсорбции. В данном процессе нужно добиться селективности извлечения HaS в присутствии избытка диоксида углерода, содержащегося в коксовом газе. Диоксид углерода, улавливаемый вместе с H2S при абсорбции, повышает коррозионную активность поглотительного раствора, является балластом при регенерации растворов, повышая энергозатраты, отравляет катализатор при переработке сероводородного газа.

Известен способ переработки коксового газа, включающий очистку его от HaS ам- миачной водой при одновременном охлаждении газа до 30° С и подачу аммиачных паров в сероводородный абсорбер. Избыточная надсмольная вода, образующаяся при коксовании угля и содержащая МНз, H2S и СОа, подается в промыватель газа от аммиака.

Недостатками данного способа являются сложность процесса, вызванная необходимостью подбора времени контакта фаз газ - жидкость путем изменения количества рециркулирующей жидкости, высокие энергетические затраты на охлаждение пароам- миачной смеси и поглотительного раствора, высокая коррозионная активность аммиачных мэров, низкая селективность извлечения сероводорода.

Известен способ очистки коксового газа от сероводорода, включающий очистку газа

сл

с

ч о

Ш.А

о

аммиачной водой с подачей в сероводородный скруббер охлажденных и насыщенных водяными парами аммиачных паров в специальном скруббере (концентраторе).

Недостатками этого способа являются установка дополнительного оборудования для подготовки газообразного аммиака и низкая селективность извлечения сероводорода.

Известен способ улавливания сероводорода из коксового газа, включающий введение в коксовый газ перед Н25-абсор- бером сжиженного аммиака, обработку газа аммиачным раствором и избыточной водой процесса коксования,, последующую регенерацию поглотительного раствора и подачу аммиачных паров из аммиачной колонны в раскислитель,

Недостатками данного способа являются установка дополнительного оборудования для ректификации аммиака, подача избыточной надсмольной воды на стадию абсорбции сероводорода, низкая селективность извлечения H2S; повышенные энергетические затраты.

Известен способ очистки газа от серово- .дорода, включающий выделение сероводорода в скрубберах с помощью разбавленного аммиачного раствора, с добавлением в коксовый газ перед абсорбцией газообразного аммиака в количестве 2 - 8 моль на 1 моль суммарного количества сероводорода и цианистого водорода, содержащихся в газе. Очистка обработанного таким образом газа осуществляется в три ступени в полых форсуночных скрубберах с помощью поглотительного раствора, содержащего аммиак с концентрацией, не превышающей 7 г/дм раствора.

Недостатками этого способа являются необходимость установки дополнительных сероводородных абсорберов, большой расход поглотительного раствора и низкая селективность извлечения hteS.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ очистки коксового газа от сероводорода, заключающийся в охлаждении газа в газосббрнике, первичном охлаждении газа, очистке его от смолы и нафталина, подаче аммиака в газ, последовательном контактировании газа с водным аммиачным поглотительным раствором и водой, Сероводородный газ передается на переработкуШля получения элементарной серы или серной кислоты, аммиак и кислые газы, отдутые в аммиачной колонне, возвращаются в исходный коксовый газ перед первичными газовыми холодильниками (ПГХ) или сероводородным абсорбером.

Недостатками известного способа являются сложность процесса, обусловленная необходимостью установки нескольких сероводородных абсорберов, высокие энергетические затраты по перекачке значительных объемов поглотительного раствора, подача аммиака с примесью кислых компонентов в газ, низкая селективность извлечения сероводорода и высокая

0 коррозионная активность среды.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение селективности извлечения сероводорода и упрощение аппаратурного оформления

5 процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу очистки коксового газа от сероводорода, включающему охлаждение газа в газосборнике и первичных холодиль0 никах, очистку от смолы и нафталина, подачу аммиака в газ, последовательное контактирование газа с водным аммиачным поглотительным раствором и водой, аммиак подают в коксовый газ в виде аммиачной

5 воды, причем аммиачную воду направляют в газосборник и перед контактированием газа с водным аммиачным поглотительным раствором, поддерживая при этом в коксовом газе молярное соотношение МНз:Н25 1:1.

0 Предлагаемый способ очистки коксового газа от сероводорода с подачей аммиачной воды перед ПГХ и перед сероводородным абсорбером позволяет повысить селективность извлечения серово5 дорода, сократить расходы на процесс очистки за счет сокращения числа ступеней контакта газ -жидкость; уменьшить количество ремонтов в процессе эксплуатации установки ввиду снижения коррозионной

0 активности добавляемого в газ аммиака (жидкость вместо парогазовой смеси), а также повысить степень очистки газа от H2S за счет снижения температуры при промывке газа в сероводородном абсорбере.

5 .

Эффект селективного поглощения сероводорода в ПГХ и в сероводородном абсорбере после подачи аммиачной воды в газосборьик и в газ перед сероводородным

0 абсорбером получен неожиданно, поскольку ввиду большой сложности процессов, протекающих при первичном охлаждении коксового газа и очистке его от H2S в сероводородном абсорбере, нельзя заранее оп5 рёделить, :в какой степени каждый из имеющихся в коксовом газе компонентов (МНз, H2S, HCN, С02 и другие) поглотится конденсатом, образующимся в результате охлаждения коксового газа в ПГХ, а затем поглотительным раствором в сероводородном абсорбере, при осуществлении указанных приемов.

Подача газообразного аммиака в газовую форму позволяет избежать десорбции аммиака из поглотительного раствора в газ, а также по мере расходования МНз на химические реакции позволяет пополнять поглотитель новыми порциями этого реагента. С этой точки зрения селективность извлечения H2S по предлагаемому способу не дол- жна заметно отличаться от селективности извлечения по известному способу. Однако предлагаемыми техническими приемами создаются условия для селективного удаления H2S из коксового газа конденсатом ПГХ и аммиачной водой в сероводородном абсорбере.

Причинно-следственная связь экспериментально обнаруженного эффекта с отличительными признаками технического решения может быть объяснена с позиции изменения механизма процесса хемосорб- ции сероводорода и диоксида углерода из коксового газа аммиаком, находящимся в поглотительном растворе, и аммиаком, по- даваемом в газ.

По известному способу коксовый газ перед ПГХ подается пароаммиачная смесь этаком количестве, чтобы обеспечить избыток МНз по отношению к H2S в два и более раз. Большая часть газообразного МНз переходит в конденсат газа ПГХ ив дальнейшем процессе сероочистки не участвует, а в конденсате, ввиду избытка аммиака, появляется заметное количество балластного С02, что делает конденсат газа непригодным для извлечения из него H2S.

По предлагаемому способу после подачи аммиачной воды в коксовый газ, имеющий температуру более 800° С, происходит интенсивное испарение аммиака и воды в газовую фазу. Аммиак в момент испарения является активным химическим реагентом и взаимодействует в первую очередь с H2S, поскольку из всех компонентов коксового газа сероводород раньше других вступает в химическую реакцию с NHs. Химическая реакция в газовой фазе приводит к образованию взвешенных частиц в объеме .газа. Далее частицы, содержащие главным обра- зом H2S, МНз и Н20 улавливаются стекающим сверху конденсатом гза в первичных холодильниках. Таким образом, происходит селективное выделение H2S из газа. После ПГХ молярное соотношение МНз. Н2$ в газе уменьшается ввиду лучшей растворимости аммиака в воде (в газовом конденсате), поэтому второй поток аммиачной воды подается в газ после ПГХ, т. е. перед сероводородным абсорбером. Газ в

нагнетателе компенсируется и поэтому переходит в перегретое состояние (ненасыщенное по влаге). При подаче в газ аммиачной воды в газовом потоке также происходит процесс испарения из аммиачной воды NH4 и Н20. Селективность извлечения сероводорода в сероводородном абсорбере по предлагаемому способу можно объяснить процессом образования взвешенных капель раствора в газовой форме, содержащих главным образом МНз и H2S. Это объясняется тем, что в газосборнике и в сероводородном абсорбере в предлагаемом способе при подаче аммиачной воды в газовый поток происходит испарительное охлаждение газа, образование продуктов химических реакций между МНз и кислыми компонентами в газовой фазе и последующее улавливание образующихся взвешенных частиц конденсатом ПГХ или поглотительным раствором в сероводородном абсорбере.

В предлагаемом способе используется свойство сероводорода вступать в химическую реакцию с МНз, мгновенно по сравнению с HCN и С02 по реакции

NH3+H2S

молярное соотношение NH4 : H2S 1:1). Избыток аммиака (по известному способу в два и более раз приводит к прохождению побочных химических реакций с другими компонентами коксового газа.

Разделение вводимой аммиачной воды на отдельные потоки и подача одного из потоков в газосборник позволяет поддерживать молярное соотношение МНз: H2S не более 1 : 1 в газе перед ПГХ, что дает возможным использовать ПГХ как первую ступень очистки газа от H2S.

Селективное поглощение сероводорода в ПГХ позволяет направить конденсат газа (избыточную воду процесса коксования) из холодильников не в абсорбер сероводорода или аммиачный абсорбер, как это делается во всех известных способах очистки, а непосредственно в аммиачную колонну на от- дувку из него водяным, паром аммиака и сероводорода. Благодаря этому приему уменьшаются энергетические затраты на перекачку, нагрев и охлаждение сниженного количества поглотительного раствора в системе сероводородный абсорбер - рас- кислитель.

На чертеже изображена схема для осуществления предлагаемого способа.

Коксовый газ с содержанием сероводорода 4-25 г/нм3 выходит из камер коксования при 650 - 800° С через стоянки 1 в газосборник 2, где охлаждается водой при непосредственном контакте за счет испарительного охлаждения до 80 - 85° С. Вместе с охлаждающей водой в стояки и газосборник подается необходимое количество аммиачной воды (количество аммиачной воды зависит от седержания H2S в исходном газе). Затем газ поступает в ПГХ 3, где охлаждается водой до 25 - 30° С, после чего очищается от смолы и нафталина (не показано) и подается газодувкой 4 в сероводородный абсорбер,5. Газ в газодувке перегревается на 15 - 20° С за счет адиабатического сжатия. Перегрев снимается подачей в газ нагретой до 60 - 70° С аммиачной воды, количество которой также зависит от содержания HaS в газе после ПГХ. Образовавшиеся в газе капли аммиачного раствора, содержащие НаЗ, улавливаются в нижней части сероводородного абсорбера. После сероводородного абсорбера газ поступает в аммиачный абсорбер 6, где из него водой извлекается аммиак.

Раствор после сероводородного абсорбера регенерируется в раскислителе 7. Кислые газы передаются на установку для переработки в серу или серную кислоту. Поглотительный раствор из абсорбера аммиака поступает в регенератор 8, где из него нагревом и с помощью водяного пара удаляют аммиак.

Избыточная надсмольная вода из ПГХ поступает в аммиачную колонну 9, где из нее водяным паром отгоняется аммиак и кислые газы. Аммиачные пары из аммиачной колонны, содержащие сероводород, подаются в раскислитель 7, где происходит отдувка H2S из аммиачного раствора сероводородного абсорбера, а сточная вода после аммиачной колонны с содержанием аммиака около 0,1 г/дм подается либо на тушение кокса, либо на установку биохимической очистки, после чего поступает в оборотный цикл технической воды завода. Аммиачные пары после регенератора 8 охлаждаются в теплообменнике 10 и аммиачная.вода, как готовый продукт, собирается в сборнике 11, откуда частично возвращается для очистки коксового газа от сероводорода, а остальная аммиачная вода отправляется потребителю.

Пример. Коксовый газ, состав которого указан в таблице, в количестве 100 тыс нм /ч выходит из печей коксования, насыщенный парами воды, смолы и нафталина, поступает в стояки 1, а затем в газосборник 2, где охлаждается водой. В стояки и газосборник насосом подается 1,5 м3/ч 25%-ной аммиачной воды, содержащей 380 кг NHs. 8 газе после газосборника содержание МНз составляет Юг/км , т. е. молярное соотношение в газовой фазе

NHs : H2S равно 1:1. Далее газ поступает в ПГХ 3, где охлаждается технической водой до 25 - 30° С, В ПГХ конденсат газа насыщается в соответствии с равновесным распределением между газом и жидкостью, аммиаком и кислыми компонентами (данные в таблице). Часть конденсата, равная количеству избыточной надсмольной воды (40 м /ч), из ПГХ подается на переработку в

0 аммиачную колонну 9 (состав конденсата приведен в таблице).

Коксовый газ после очистки от смолы и нафталина подается газодувкой 4 в сероводородный абсорбер 5. В перегретый газ

5 (tr 50 - 60° С) перед абсорбером вводят 1,2 м3/ч нрагретой до 60 - 70° С 25%-ной аммиачной воды, подаваемой из сборника 11. Коксовый газ насыщается парами воды, содержание МНз в нем составляет 8 г/нм

0 (содержание кислых компонентов в газе после ПГХ дано в таблице), а температура газа снижается за счет испарительного охлаждения до температуры абсорбции (30 - 35° С). Из регенератора 8 аммиака через сбор5 ник 11 аммиачной воды в газ перед сероводородным абсорбером вводится 300 кг/ч NHs и в качестве товарного продукта передается 612 кг/ч МНз потребителю.

По данным таблицы видно, что достига0 ется высокая селективность извлечения сероводорода - кислый газ, поступающий на переработку, содержит более 70% H2S. При очистке газа по известному способу эта величина не превышает 45%.

5Степень улавливания сероводорода по

предлагаемому способу составляет 98%, а диоксида углерода 15% (по известному 96 и 17% соответственно).

Предлагаемый способ очистки коксово0 го газа от сероводорода проверен в промышленных условиях: производительность установки по газу составляет 15 тыс. нм3/ч. Очистка коксового газа от сероводорода - важнейшая проблема, стоящая перед кок5 сохимической подотраслью. Аммиачный способ.очистки коксового газа от H2S наиболее экономичный для коксохимических предприятий и технологически пригодный для обработки газовых потоков большой

0 единичной мощности. Поэтому на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях предусматривается применение данного метода очистки коксового газа от сероводорода..

5Фор мула изобретен и я

Способ очистки коксового газа от сероводорода, включающий охлаждение газа в газосборнике и первичных холодильниках, очистку от смолы и нафталина, подачу аммиака в газ, последовательное контактирование газа с водным аммиачным поглотительным раствором и водой, отличающий- с я тем, что, с целью повышения селективности извлечения сероводрода и упрощеаммиак подают в виде аммиачной вод газосборник и перед контактированием га водным аммиачным поглотительным рас ром, при этом поддерживают в коксовом

ния аппаратурного оформления процесса, 5 молярное соотношение МНз: N28 1:1.

аммиак подают в виде аммиачной воды в газосборник и перед контактированием газа с водным аммиачным поглотительным раствором, при этом поддерживают в коксовом газе

Изобретение относится к очистке газов от сероводорода и может быть использовано в коксохимической промышленности. Для упроощения процесса очистки и повышения селективности извлечения сероводорода в коксовый газ добавляют аммиак в виде концентрированной аммиачной воды, причем аммиачную воду направляют в газосборник и в газ. подаваемый в сероводородный абсорбер. Молярное соотношение в газе МНз : HaS поддерживают в соответствии со стехиометрией химической реакции. 1 ил., 1 табл.

Аммиачная вода

КоксошаКйслй

газгаз

10