Кірсанова Т. А., Нагорна С. Ю., Нагорний Ю. С.

Дніпродзержинський державний технічний університет, Україна

ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНА ТЕХНОЛОГІЯ КІНЦЕВОГО ОХОЛОДЖЕННЯ КОКСОВОГО ГАЗУ.

На протязі багатьох років на кожного мешканця міста Дніпродзержинська приходилось по 700-800 кг на рік шкідливих та отруйних речовин, в 2009 році ця цифра зменшилась практично вдвічі. Покращення якості повітря в місті досягнуто, перш за все, зниженням об’єму основних виробництв, навіть зупинкою деяких. Зменшення викидів досягнуто в основному по зваженим речовинам, так як існуюча методика розрахунку викидів в атмосферне повітря передбачає просте підсумовування всіх викидів, тобто сумарні викиди на 80-90% представлені зваженими речовинами. В той же час специфічні забрудники повітря (аміак, фенол, сірководень, ціаністий водень, сірковуглець, бензол та ін.), що викидаються в значно менших кількостях є найбільш небезпечними забрудниками повітря.

Концентрація специфічних забрудників в атмосферному повітрі міста залишається високою. Одним з головних джерел викидів у повітря специфічних забрудників на коксохімічному заводі є градирні кінцевого охолодження коксового газу. З них надходить біля 80% викидів цехів вловлювання підприємства.

Перш за все це зумовлено ефектом вимивання з газу отруйних речовин, таких як: феноли, аміак, сірководень, синильна кислота, ціаніди та роданіди. Згадані компоненти коксового газу накопичуються в оборотній воді, яка циркулює між кінцевим газовим холодильником і градирнею.

В градирні продувкою повітрям охолоджується забруднена вода кінцевого газового холодильника. При цьому з неї десорбується значна частина речовин, розчинених у воді. Вищезгадані отруйні речовини разом з повітрям надходять у навколишнє середовище, забруднюючи його.

Нами виконані дослідження по вибору способу вилучення із оборотної води абсорбованих газів.

На експериментальній установці виконали дослідження процесу десорбції із води NH₃, H₂S, CN‾ , CNS‾ , фенолів в залежності від: типу газоповітряної суміші, яку пропускали знизу вверх по десорберу назустріч стікаючій воді; глибини розрідження в робочій зоні десорбера при одночасній продувці води. При цьому зрівняли показники якості води з показниками, які характеризували охолоджену воду в градирні.

Результати проведених досліджень наведені на рисунку.

1 - вихідна вода; 2 – градирня кінцевого газового холодильника; 3 – продувка коксовим газом; 4 – продувка повітрям; 5 – продувка повітрям під тиском 750 – 700 мм.рт.ст.

Рисунок – Змінювання вмісту НСN в оборотній воді кінцевого охолодження коксового газу при різних способах деціанізації.

Досліджені методи десорбції із води кислих газів забезпечують в деякій мірі зниження практично всіх компонентів води оборотного циклу. Крім того, це зниження відбувається по-різному для окремих компонентів. Наприклад, вміст фенолів у вихідній воді склав 760 мг/л; в усіх випадках ця величина не знизилась нижче 636 мг/л, включаючи градирню кінцевого газового холодильника. Тобто практично вміст фенолів в оборотній воді не вдалося знизити за допомогою прийомів, прийнятих в дослідженнях.

Протилежний ефект спостерігається для експериментів з продувкою води зворотним коксовим газом. По середнім з 6 значень вміст аміаку у воді після продувки її коксовим газом збільшується до 1209 мг/л, тобто практично вдвічі. Цей ефект можна пояснити тим, що вода додатково насичується аміаком, десорбуючи його із газу.

Склад ціаністих сполук в вихідній воді оборотного циклу склав 78 мг/л. (див. рисунок). Після градирні кінцевого газового холодильника в воді оборотного циклу спостерігається зниження вмісту іонів CN‾ до 75 мг/л. Продувка води зворотним коксовим газом призвела до збільшення концентрації синильної кислоти в воді. Причиною тому є ефект абсорбції водою із коксового газу ціанідів. Це можна пояснити і тим фактом, що на заводі відсутня ціано- та сіркоочистка, тому в зворотному коксовому газі міститься значна кількість як HCN, так і H₂S.

Найкращий результат показала продувка води повітрям з одночасним вакуумуванням. В цьому випадку вміст у воді HCN понизився з 78 мг/л (вихідна проба) до 12 мг/л (середнє з 14 значень). Названий ефект слід віднести до найбільш суттєвого, так як саме HCN, являючись особливо токсичним компонентом води і газу, обумовлює інтенсивну корозію обладнання та газопроводів хімічних цехів, створює проблеми в бензольно-скруберному відділені, викликаючи погіршення якості поглинального масла та високі втрати бензольних вуглеводнів.

З урахуванням виконаних досліджень на Дніпродзержинському КХЗ сумісно з Дніпродзержинським державним технічним університетом розроблена і впроваджується схема замкнутого циклу охолодження води кінцевого газового холодильника (КГХ). При цьому охолодження забрудненої оборотної води здійснюється в кожухотрубчастих теплообмінниках, в якості яких використовуються первинні газові холодильники. Новизна розробки полягає в способі очистки забрудненої води замкнутого циклу КГХ від кислих газів, в першу чергу від ціаністого водню. Спосіб включає десорбцію із води оборотного циклу кислих газів при продувці її повітрям з одночасним вакуумуванням.

Використання розробленої технології в промислових умовах реалізовано в наступному. Міжтрубний простір первинних газових холодильників використовується в якості десорбційної зони, в якій забруднена вода продувається повітрям з одночасним вакуумуванням. Для цього передбачені два вакуумні водокільцеві насоси типу ВВН – 12. Газоповітряна суміш із вакуумного насосу поступає в рекуператор, де нагрівається до 400^оС і спалюється в шамотній печі. Продукти спалювання кислих газів, десорбуємих із води оборотного циклу кінцевого газового холодильнику, викидаються в атмосферу через димову трубу коксової батареї №1 БІС. Використання розробленої технології кінцевого охолодження коксового газу дозволить виключити викид в атмосферне повітря 676,6 т/рік забруднюючих речовин, в тому числі, т/рік: бензолу – 257,6; аміаку – 73,6; сірководню 65,5; фенолів – 20,6; нафталіну – 91,1; ціаністого водню – 168,2.

Література

Л. И. Мироненко и Е. Л. Волков. Освоение закрытых циклов конечного охлаждения коксового газа на коксохимических предприятиях. Кокс и химия, № 4, 2001. - с. 27-29.

Е. Л. Волков, В. И. Лехтер, Ю. Д. Гостев и др. Исследование работы первичных газовых холодильников с горизонтальным расположением труб. Кокс и химия, № 9, 1992. - с. 35.