Основы улавливания бензольных углеводородов поглотительным маслом

7.4. Основы улавливания бензольных углеводородов поглотительным маслом. Регенерация поглотительного масла

На большинстве отечественных коксохимических заводов в качестве поглотителя для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа применяют каменноугольное масло и только на некоторых заводах соляровое масло. Хорошее поглотительное масло должно обладать следующими свойствами:

1) достаточная поглотительная способность по отношению ко всем компонентам сырого бензола при низких температурах и малая концентрация их в газе, а также хорошая способность легко выделять их при нагреве;

2) температура начала кипения поглотительного масла должна быть значительно выше температуры кипения компонентов сырого бензола, чтобы при отгонке сырого бензола в него попадало минимальное количество поглотителя;

3) достаточная физико-химическая стойкость, обеспечивающая стабильность поглотительных свойств масла при длительной работе;

4) оптимальная вязкость, при которой может быть достигнуто равномерное и свободное стекание масла по насадке скруббера;

5) минимальная теплоемкость, при которой расход тепла на нагрев масла при отгонке сырого бензола был бы невысоким;

6) масло должно не образовывать с водой эмульсий и легко отстаиваться от воды.

В качестве каменноугольного поглотительного масла применяют фракцию каменноугольной смолы, выкипающую в пределах 230–300°С. Для использования указанной фракции в качестве поглотителя сырого бензола она предварительно подвергается химической очистке для удаления фенолов и пиридиновых оснований.

Приведенным выше требованиям, предъявляемым к жидким поглотителям сырого бензола, полностью не отвечают ни каменноугольное, ни соляровое масло. Каждое из этих масел обладает достоинствами и недостатками.

Свежее каменноугольное масло должно отвечать следующим техническим условиям (масло не должно давать осадка при охлаждении до температуры 0°С):

Плотность, кг/м³	1040
Содержание воды, %, не более	0,5
Отгон до 230°С, %, не более	1
Отгон в интервале 230–300°С, %, не менее	95
Содержание фенолов, %, не более	0,7–0,8
Содержание нафталина, %, не более	8–13
Вязкость при 250°С, Э, не более	2
Молекулярная масса	170–180

Содержание фенолов в масле ограничивается потому, что они образуют с водой трудно разделяемые эмульсии и повышают вязкости масла.

Повышенное содержание низкокипящих погонов приводит к возрастанию в сыром бензоле балластных компонентов, т.к. при дистилляции насыщенного бензольными углеводородами масла они переходят в сырой бензол, увеличивая выход сольвент-нафты, кипящей, как правило, выше 180°С. Установление минимального отгона до 300°С обеспечивает малое содержание в масле высококипящих компонентов, обладающих повышенной вязкостью и склонных к образованию осадков. Выпадение кристаллических осадков на насадке скрубберов и в оросительных устройствах является одной из серьезных причин, приводящих к ухудшению работы абсорбционной аппаратуры и к значительному повышению расхода масла.

Потеря поглотительным маслом значительной части легких погонов с сырым бензолом повышает температуру кристаллизации масла, что вызывает необходимость повышения температуры улавливания даже в холодное время года. На практике это приводит к уменьшению степени улавливания бензольных углеводородов. Достоинством каменноугольного поглотительного масла является его большая по сравнению с соляровым поглотительная способность. Поэтому энергетические затраты, связанные с перекачкой оборотного масла, будут меньше, чем при работе на соляровом масле. Каменноугольное масло хорошо отделяется от воды, не образуя стойких эмульсий.

Недостатком каменноугольного поглотительного масла является его Недостаточная химическая стойкость. В процессе длительной работы увеличиваются плотность масла и его вязкость, а также повышается температура его кипения, снижается количество отгона до 300°С, увеличивается молекулярная масса (с 170–180 до 200–220).

Эти изменения качества масла связаны с отгонкой его легкокипящей составляющей при многократном нагревании, с уплотнением (полимеризацией) масла от воздействия на него компонентов коксового газа (кислорода, сероводорода и непредельных соединений). Образующиеся полимеры растворяются в каменноугольном масле, снижая его поглотительную способность. При накоплении в Поглотительном масле значительного количества полимеров они могут выпадать из него в виде осадков, которые забивают насадку скрубберов и ухудшают процесс улавливания бензольных углеводородов.

Свежее соляровое масло должно иметь следующую характеристику: плотность не более 890 кг/м³; содержание воды не более 0,2%; отгон до 350°С не менее 95%, молекулярная масса 230– 240, начало кипения не ниже 265°С.

Так как температура кипения солярового масла более высокая, его потери при улавливании и отгонке сырого бензола меньше, чем потери каменноугольного масла. Отгон сырого бензола до 180°С больше, чем при улавливании каменноугольным маслом. Соляровое масло обладает меньшей поглотительной способностью по сравнению с каменноугольным. Т.к. поглотительная способность масел обратно пропорциональна их молекулярным массам, то поглотительная способность солярового масла составляет 180 : 240 = 0,75 поглотительной способности каменноугольного масла. Значит для обеспечения одинаковой степени улавливания сырого бензола при работе с соляровым маслом его необходимо иметь в обороте в 1,32 раза больше, чем каменноугольного. Учитывая, однако, большую стойкость солярового поглотительного масла по сравнению с каменноугольным, а также то, что в процессе работы оно почти не изменяет своей поглотительной способности, указанная выше разница количества масла в обороте практически несколько ниже.

Соляровое масло в противоположность каменноугольному не изменяет в процессе работы вязкости и молекулярной массы. Следовательно, поглотительная способность его почти не изменяется и отличается высокой стабильностью. Однако и при работе на соляровом масле также образуются полимеры, которые в нем не растворяются, а выпадают, образуя так называемый шлам. Последний оседает на скрубберной насадке, увеличивая сопротивление газовому потоку, и в теплообменной и дистилляционной аппаратуре, приводит к серьезному нарушению технологического режима и понижению ее эффективности.

Наличие шлама в масле способствует образованию с водой весьма стойкой эмульсии, для разрушения которой требуются специальные аппараты деэмульсаторы, где происходит нагрев эмульсии до 70–80°С и отстаивание.

Основными причинами, вызывающими образование шлама в соляровом масле и загустевания каменноугольного масла, являются:

1) наличие в коксовом газе смоляного тумана, т.е. несконденсировавшихся легкокипящих частей смолы, которые растворяются в масле;

2) содержание в газе сероводорода и кислорода, что способствует полимеризации непредельных соединений, находящихся в масле в результате поглощения их из газа;

3) наличие в газе аммиака, который, растворяясь в масле, способствует поглощению сероводорода и образованию сульфидов и элементарной серы, ускоряющих процесс полимеризации;

4) повторяемое многократное подогревание масла до температур, при которых происходит полимеризация непредельных соединений, находящихся в самом масле и поглощенных из газа.

Для стабилизации качества поглотительного масла, обеспечения чистоты аппаратуры и полного улавливания бензольных углеводородов из коксового газа применяют два метода регенерации (восстановления) поглотительного масла: паровой и в трубчатой печи. На регенерацию непрерывно отводится около 1% масла, находящегося в обороте.

Паровой метод осуществляется в паровом регенераторе путем подогрева масла до 170–175°С с последующей отгонкой масла от полимеров большим количеством острого пара. Подогрев масла в регенераторе производится глухим паром. При паровой регенерации не удается резко улучшить качество оборотного поглотительного масла, особенно каменноугольного.

Более эффективным методом является регенерация масла путем его подогрева в трубчатой печи до 300–310°С. Подогрев, масла до столь высокой температуры производится для ускорения полимеризации ненасыщенных соединений и перевода потенциальных смол в фактические. При этом температура нагрева масла должна быть выше максимальной температуры подогрева масла при дистилляции бензола, что позволяет предупредить забивание аппаратуры.

Для четкого разделения компонентов масла и полимеров установлена ректификационная тарельчатая колонна, орошаемая подогретым маслом. На рис. 13 приведена технологическая схема установки регенерации каменноугольного поглотительного масла. Регенерируемое масло после выделения сырого бензола насосом 1 прокачивается через конвекционную и радиантную секции трубчатой печи 2 и с температурой 300–310°С направляется в ректификационную колонну 3, куда вводится также перегретый водяной пар. Под действием острого пара большая часть масла переходит в парообразное состояние. На верхнюю тарелку подается орошение и происходит ректификация паров с выделением полимеров. Последние стекают в нижнюю часть колонны и через гидрозатвор 8 выводятся в сборник полимеров 9. Пары масла и воды из верхней части ректификационной колонны отводятся в конденсатор 4 и холодильник 5, охлаждаемые в противоточном направлении технической водой. В сепараторе 6 масло отстаивается от воды и возвращается в цикл улав-

Рис. 13. Схема регенерации каменноугольного поглотительного масла с применением трубчатой печи:

1 – насос; 2 – трубчатая печь; 3 – ректификационная колонна; 4 – конденсатор; 5 – холодильник; 6 – сепаратор; 7 – рефлюксный насос; 8 – гидрозатвор; 9 – сборник полимеров

ливания. Часть масла рефлюксным насосом 7 прокачивается через расположенный в трубчатой печи нагревательный экран и в подогретом виде подается в качестве орошения на верхнюю тарелку ректификационной колонны. Через воздушники конденсатора 5 и сепаратора 6 непрерывно выводятся из оборотного масла соединения, вызывающие коррозию аппаратуры (H₂S, HCN и др.).

Выход регенерированного масла зависит от качества оборотного масла и колеблется в пределах 80–90% от исходного масла.