Гельперин И.И, Зеликсон Г.М., Рапопорт Л.Л. Справочник по разделению газовых смесей методом глубокого охлаждения

Подождите немного. Документ загружается.

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

271

Характеристика ожижителя Г-20

Производительность 3,4 л жидкого гелия в час

Расход жидкого воздуха до появления жидкого гелия 12 кг

Расход жидкого воздуха при установившемся режиме 4 кг1час

Производительность гелиевого и водородного компрес-

соров 20 нм?1час

Давление гелия до дросселирования 32—34 ати

Давление водорода до дросселирования 100 ати

Вакуум в ванне жидкого воздуха 0,6 атм

Вакуум в ванне жидкого вакуумного водорода .... 0,88 атм

Давление в корпусе ожижителя —10"® мм рт. ст.

Время пуска с момента начала заливки жидкого

воздуха до начала ожижения гелия 1 час 40 мин.

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

Установка Г-7500 для получения азото-водородной смеси

(рис. 222)

Коксовый газ (табл. 127), предварительно очищенный от нафталина, серо-

водорода и окислов азота, засасывается поршневым компрессором 1, сжи-

мается до 13 ата и поступает в блок дебензоляции, в котором проходит через

одну ветвь противоточного теплообменника 3, охлаждается до +10° обратным

газом, выходящим из аммиачного холодильника 4. Содержание бензола в кок-

совом газе в зависимости от температуры приведено в табл. 128. Из теплооб-

менника 3 коксовый газ поступает в одну из ветвей аммиачного холодильника 4,

где охлаждается кипящим аммиаком до минус 40—45° С.

Охлажденный коксовый газ возвращается обратно в теплообменник 3, на-

греваясь там до 20—25° С, а затем поступает в другую ветвь теплообменника 3,

отогревая ее.

Размораживание аммиачного холодильника производится парами перегретого

аммиака, под давлением 6—8 ати.

При размораживании вода и бензол стекают в сборник 5.

После очистки от бензола газ поступает в скруббер 6, где промывается

от углекислоты водой. Окончательная очистка от углекислоты проводится в ще-

лочных скрубберах 7, включенных последовательно.

Таблица 127

Состав коксового газа

Таблица 128

Содержание бензола

в коксовом газе

Наименование

компонентов

Содержание

Температура

Содержание

бензола

г'м'

57—61о/о объемных

228

Не более 8% объемных

258

43,2

Н28

. . 1,2%

263

63,5

, „ 0,8»/о

273

116,1

СвНв

. 4 г/^з 291

183,2

„ 4—8 283

200

СюНв

, 0,2 г/лз 285

208

, 0,2 г/лз

303

497,5

СО2

до 3% объемных

19*

4зото-водор(^мая месь

Фракция

Зтименоеая4ра/1ЦШ1 охиси //гмерода

Метотвая фраииия /^зот

Рнс. 222. Схема установки Г-7500 для получения азото-водородкой смеси:

—

поршневой компрессор коксового газа; ^.— поршневой азотный компрессор; 3, 12, 23—теплообменники; 4, 14—аммиачные холодильники; 5—сборник

конденсата; 5—водяной скруббер; 7—щелочные скрубберы; мотор —насос —турбина; 9 — питательный насос; УО--дегазатор;—щелочные насосы;

Л—теплообменник для азота; Уй—аммиачные хглодильники д;1я азота высокого давления; 77—теглообменник теплой ветвн; 75—теплообменник хо-

лодной ветви; 79—лсвушка; 20

—

добавочный теплообменник; 27—азотный испаритель; 22—промывная колонна; 23—этиленовый теплообменник;

25—теплообменники ^дросселированного азота; 25—теплообменник окиси углерода; 27—теплообмекник метана; 2в--теплообменник метана и азста;

29—аммиачный поршневой компрессор; 30—сосуд среднего давл.ння;

— конденсатор; 32—градирня; 53—бак для щелочи.

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

277

Вода, орошающая скруббер 6, нагнетается центробежным насосом 8 агре-

гата мотор — насос — турбина под давлением 13 ата. Вода с растворенной

в ней углекислотой собирается внизу скруббера 6, откуда подводится к тур-

бине, находящейся на одном валу с насосом 8.

Из турбины вода направляется в дегазатор 10, затем в градирню 32 для

окончательной дегазации, откуда вновь поступает в водяной насос 8.

Циркуляция щелочи в скрубберах 7 осуществляется насосами 11. Дополни-

тельная подача щелочи из бака 33 производится питательным насосом 9.

После очистки от углекислоты коксовый газ (табл. 129) проходит через

теплообменники П и 13, где охлаждается обратными газами (продуктами раз-

деления). Теплообменники 13 включены последовательно и периодически пере-

ключаются. Первый по ходу теплообменник 13 нагревается коксовым газом,

во втором — коксовый газ охлаждается.

После теплообменника 13 коксовый газ поступает в один из аммиачных

холодильников 14, где охлаждается до минус 40—45° С.

Из холодильника 14 коксовый газ направляется в блок разделения (более

подробная схема блока разделения приведена иа рис. 223).

У агрегата имеются аммиачный (29, 30, 31) и азотный (2, 15, 16) холодиль-

ные циклы.

Таблица 129

Состав коксового газа после очистки

Наименование

Содержание Наименование

Содержание

компонента объемн. 0,0 компонента объемн. 0(0

Н2

54-63

Сз

0,2-1,4

2-8

С4

0,05-0,25

СН4

20-32 N0

Не более 2 слс^/м^

со

5—8

СО2

Не более 25 см^/м^

О2

0,3—0,8 (обычно 10)

С2Н4

0,95—3,2 Н28 Не более 240 см^м^

СгНб 0,3—0,8

С:оН8

0,05—0,1 г/жз

Примечание. Общее содержание 1,5—3,2 объемн. о/ц. Удельный

вес коксового газа 0,4—0,5 Щнм^.

Блок разделения коксового газа

(рис. 223)

Охлажденный до —45° С коксовый газ поступает в межтрубное простран-

ство теплой ветви 1, где охлаждается до —100° С азото-водородной смесью

и метановой фракцией, проходящих внутри трубок. Здесь происходит выделе-

ние в жидком виде пропилена и других углеводородов, кипящих при более

высокой температуре. Далее газ поступает в межтрубное пространство холод-

ной ветви 2, где охлаждается до —145° протекающими по трубкам азото-водо-

родной смесью, фракцией метана и фракцией окиси углерода.

В теплообменнике 2 конденсируется этилен, который стекает вниз. Этилен,

увлеченный частично коксовым газом, отделяется в ловушке 3. Затем коксовый

газ поступает в добавочный теплообменник 4, где охлаждается до —180° испа-

ряющимся метаном, фракцией окиси углерода и азото-водородной смесью. В до-

бавочном теплообменнике 4 конденсируются все углеводороды и большая часть

метана. Коксовый газ вместе с конденсатом поступает в испаритель азота 5,

где охлаждается до температуры —190° С кипящим азотом.

'278

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Коксовый газ поднимается по вертикальным трубкам, в межтрубном про-

странстве которых кипит азот. При температуре —190° конденсируется почти

весь метан и частично окись углерода и азот. Конденсат, образующийся в азот-

ном испарителе и в добавочном теплообменнике, собирается в кубе испарителя 5.

Газ, содержащий водород, азот, окись углерода и метан, из испарителя идет

в промывную колонну 6, где отмывается жидким азотом от окиси углерода и

метана. Выходящий из колонны газ содержит ^вб^/о водорода и ~ 15% азота.

В азото-водородную смесь, по выходе ее из колонны, добавляют азот для до-

ведения содержания его в смеси до 25%. Азото-водородная смесь отдает свой

холод в теплообменниках 4, 2 и 1.

Азот

высакаго дадления

I» Азот драссела-

' ро вам на/й.

Смесь

этиленовой а

метановой.

фраНцай

^Франция окаса углерода.

Ъото-довородная смеа

НоксоВый

газ

Пропален \

Азото-йоЯородная с/^есо

Фракция окиси

1/глерода.

Рис. 223. Блок разделения коксового газа:

—

теплообменник теплой ветви; 2 —теплообменник холодной ветви; 5 —ловушка; ^

—

добавочный

теплообменник; 5—испаритель азота; б —промывная кслоьна; 7—этиленовый теплообменник азота

высокого давления; Я, 9, 10, 11, /2 —теплообменники азота высокого давления.

Накапливающаяся в колонне 6 фракция окиси углерода (содержит окись

углерода, азот и частично метан) дросселируется до давления ~ 1,8 ата, испа-

ряется в теплообменнике 4, отдает свой холод в теплообменнике 2 и в тепло-

обменнике 10.

Метановая фракция из куба испарителя 5 нагревается в теплообменнике 12,

затем дросселируется до давления 1,8 ата, испаряется в теплообменнике 4 и

отдает свой холод в азотном теплообменнике 11. По выходе из теплообмен-

ника 11 метановая фракция делится на две части: одна часть идет последова-

тельно в теплообменники холодной 2 и теплой ветви 1, где отдает свой холод,

коксовому газу, другая часть смешивается с этиленовой фракцией, поступаю-

Состав фаз при конденсации коксового газа под давлением 10 атм

Таблица 130

з:

-185- -170»

-шо-

150°

140-

г=

кснденсат

газ

конденсат

газ

ке

НДС

нсат газ конденсат

газ

конденсат

газ

Компонент

№

ч ч

»*

№

г г

Е г

гО ^

о о о

о о © о~

О О

о"

Азот

15,0

20,6

9,1

10,8

6,6 17,3

8,5

15 8

7,3

14,7

19,7

11,2

5,6 15,7 40,9

0,7 15,4 138,0

Водород

51,0

4,5

2,0 84,6

51,6

4,0 2,0

79,4 64,3

4,0

1,8

67,2

90,0

3,2

1,6

60,2

156,5

—

52,3

469,0

Кислород ....

1,0

2,0

0,9

0,3

0,2

2,0 1,0

0,4

0,3

2,0

0,9 0,7 0,9 1,6

0,8

0,9

2,3

0,9

0,2

1,0

9,0

Окнсь углерода .

6,5 11,0

4,8

3,3

2,0 11,4 5,6

3,4

2,8

8,6

4,0 5,7

7,7 8,0

4,0 6,2

16,2

0,8

0,2

6,6 59,1

Метан

24,0 56,0 24,6

1,0 0,6 58,7 28,6

3,2 2,6 60,0

27,6

11,6

15,6

62,0

31,0

16,7

43,4

28,3 6,8

23,9 214,0

Этан

1,0

2,2 1,0

— —

2,6

1,3

—

2,2

4,0

1,8

— —

5,8

2,9

0,1

0,2

30,4 7,3

0,2

1,9

Этилен

1,2

3,0

1,3

—

3,2

1,6

— —

4,5

2,1

0,1

6,4

3,2

0,2

0,5

25,0 6,0

0,6

5,0

Пропилеи ....

0,3 0,7

0,3 —

—

0,8

0,4

—

1,1

0,5

— —

1,8

0,9

— —

11,6

2,8

— —

Итого. . .

100

44,0

100

61,0

100 49,0

100 81

100

46,0 100 134 100

50,0 100 260 100 24,0 100

896

Таблица 131

Состав конденсированного коксового газа под давлением 10 атм

Компонент

Состав

конденсированного коксового газа, от первоначального объема

Компонент

-185° -170°

-160°

— 150°

-140°

Азот

27 12

0,6

Водород

4 3

2 1

Кислород

82 77

2 2

Окись углерода

20 0,4

Метан

98 92

42 3

Этан

100

Этилен

100 100

96 86

Пропилен

100

100 100

Конденсат

38 26

2,6

Таблица 132

Составы фракций, получаемых при промышленном разделении коксового газа

Ф]"

акции

Состав, объсмн.

Выход

фракции

объсми. О'о

от коксо-

вого газа

Ф]"

акции

Н,

со

сн,

о,

с^н. СаН„

с.н.

Выход

фракции

объсми. О'о

от коксо-

вого газа

Окись углеродная . . . 3 4

70—78

16—23 2,5

0,4 1,0

Метановая

1,5—5,0 2—3,6

7—10 78-88

0,8-2,0 0,3-1,2

— — — —

14—17

Этиленовая

0,2—5,0

0,5-8,0

1-4 0,2-1 32—50

45-55

3—8

0,2 0,4

28-32

Пропиленовая

1-2

3,0 1,0

2—3

0,5

—

4 6

15-22 10—15

50—55 3,2 4,3

Газ на выходе из испа-

рителя в промывную

0,17

колонну 80—91

2-8

4-5

0,5-3

0,17

Газ на выходе на про-

мывной колонны (до

дозировки)

80—84 16—19 0,001—0,005 0,01

— —

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

281

Таблица 133

Значение изотермического эффекта дросселирования для компонентов

коксового газа

(Т'нач. = - 45°С; = 13 ата-, = 1,3 ата)

Наименование компонента

Значения Д/

ккал1кг

Наименование компонента

Значения Дг

ккал',к2

Водород

— 2,5 Этилен

7,8

Азот

1,1

Окись углерода . . .

2,5

Кислород

1,39

Этан

3,3

Метан

Таблица 134

Температура газов и фракций иа

теплом конце теплообменников

блока разделения

Таблица 133

Нормальные давления газов и

фракций в установке разделения

коксового газа

Наименование газа Температура

Наименсванне газа Давление

или фракции "С

или фракции

ата

Коксовый газ —40 —45

Коксовый газ

11—12

Азот

высокого давления . . —40 -4- —45

высокого давления . . 190—200

дросселированный . . 43 : 48

дросселированный . .

0,4—1,0

Фракции

0,3—0,7

этиленовая

—48 -4- —50

этиленовая 0,3—0,7

окись-углеродная . .

окись-углеродная . . 0,4—0,8

метановая

—48 -- —50

метановая 0,4—0,8

азото-водородная . .

—50 ч- —52

азото-водородная . . 10—11

Таблица 136

Допускаемые сопротивления

в аппаратах установки разделения

коксового газа

Дгпустимсе

А1ша;'аты сопоотивле-

ь'ие, атм.

Фракционные теплооб-

0,3 менники 0,3

Аммиачные холодиль-

ники коксового газа .

0,3

Аммиачные холодиль-

ники азота высокого

давления

5—10

Промывная колонна . .

50-90

см вод. ст.

Таблица 137

Нормальные уровни сжиженных

газов в аппаратах

Нормальный

Сжиженный газ

уровень

см вод. ст.

Азот в испарителе . . .

Метановая фракция в

зумпфе азотного ис-

парителя ...'...

Окись-углеродная фрак-

ция в зумпфе промыв-

ной колонны

Этиленовая фракция в

холодной ветви и в

этиленовой ловушке

65—75

3—5

15-25

3-5

'282

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Таблица 138

Допустимое содержание газов во фракциях, образующихся

при получении азото-водородной смеси

фракция Газ

Допустимое

содержание

Богатый газ

Водород

<8«/о

Азото-водородная смесь Окись углерода

Кислород

Метан

<800/оо

0,15%

Коксовый газ

Окислы азота

Кислород

<2"/оо

<1%

Таблица 139

Периодичность работы

аппаратуры до переключения

Таблица 140

Периодичность продувок

аппаратуры

А|паратура

Периодич-

Аппаратура

Периодич-

ность

А|паратура

ьссть работы

часы

Аппаратура

продувки

мин.

Фракционные теплооб-

Аммиачные холодиль-

менники

2 4

ники и фракционные

Аммиачные холодиль-

теплообменники . . .

ники коксового газа

6—8 Маслоотделители и ко-

Аммиачные холодильни-

лодки вентилей пред-

ки для азота высокого

варительного холо-

давления

8 дильника

15-30

Блок разделения коксо-

вого газа

~ 1100

Таблица 14!

Количество азота высокого давления, расходуемого в агрегате Г-7509

Наименс ванне

Расход от

исходного

коксового газа

Гасход ст

азоте-водород-

ной смеси

»'о (средний) от

общего расхода

азота

Азот на промывку

20—23 25—27

» на дозировку

6—9

8—10

» на испарение (дросселированный)

10—12

12—14

Всего азота

37 40

46—48

100

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

283

щей из холодной ветви и этиленовой ловушки 3, и отдает свой холод азоту

высокого давления в теплообменнике 7.

Азот высокого давления после охлаждения аммиаком до —45° С развет-

вляется на три потока и поступает в змеевики теплообменников 8, 10, 7, где

охлаждается соответственно за счет метановой и этиленовой фракций, фракции

окиси углерода и дросселированного азота.

Установленные вентили распределяют потоки таким образом, чтобы раз-

ность температур на теплом конце этих теплообменников была минимальна.

По выходе из теплообменников 10

8 азот высокого давления соединяется

в один поток и охлаждается дальше в теплообменнике 9 дросселированным

азотом до —135'^ С.

Охлажденные в теплообменниках 7 и Р потоки азота высокого давления

объединяются в один поток.

Таблица 142

Равновесные соотношения жидкость — пар в условиях работы

промывной колонны

Мэлярная доля

окиси углерода

в паровой фазе

Молярная доля окиси углерода

в конденсате при равновесии

Молярная доля

окиси углерода

в паровой фазе

Молярная доля окиси углерода

в конденсате при равновесии

Мэлярная доля

окиси углерода

в паровой фазе

— 190° С — 185° С

Молярная доля

окиси углерода

в паровой фазе

— 190° С

— 185° С

0,010 0,0712

0,0447

0,035 0,2490

0,1560

0,015 0,1068 0,0671 0,040

0,2845

0,1790

0,020

0,1425 0,0895 0,045

0,3205

0,2014

0,025 0,1780

0,1120

0,050

0,3550

0,2240

0,030

0,2134

0,1341

Часть азота высокого давления дросселируется до давления ~ 12 ати к

добавляется в азото-водородную смесь.

Большая часть азота высокого давления охлаждается в теплообменнике П

до температуры —160° Сив теплообменнике 12 до температуры —180° С.

По выходе из теплообменника 12 азот высокого давления разветвляется на

два потока: один поток дросселируется в испаритель <5, рде азот кипит при

давлении 1,8—1,9 ата) второй поток охлаждается в змеевике испарителя да

—190° С.

Охлажденный и сжиженный азот высокого давления дросселируется до-

давления 12 ати в промывную колонну 22 для отмывки окиси углерода.

Испаряющийся азот в азотном испарителе отдает свой холод в теплообмен-

никах 12, 9 п 8.

В табл. 130—142 дана технологическая характеристика установки Г-7500.

Блок разделения коксового газа для получения водорода,

метана и этилена

(рис. 224)

Коксовый газ, сжатый до 20 ати, после предварительного охлаждения

до —40°, поступает в блок разделения, где охлаждается последовательно в тепло-

обменнике теплой ветви 1 обратными газами до —113° С, в теплообменнике

холодной ветви 2 до —139° С, в змеевике куба метановой колонны

(У

до —-158°С,^

в добавочном теплообменнике 3 до —180°С.

В теплообменнике 2 конденсируется этиленовая фракция, сливающаяся

в отделитель 15. В теплообменнике 3 конденсируется метановая фракция, сли-

вающаяся в отделитель 4.

/1мт

сре1^ме/;о

Шмгмия

^зот

среднего

давлешя

• Номсовый

еаз

/)301Л

Высоноео

давлении

Азот

среднего

давления

Рис. 224. Блок разделения коксового газа для получения водорода, метана и этилена:

/—теплообменник теплой ветвн; 2—теплообменник холодной ветви; 3—добавочный теплообменник; 4, /б—отделители метана; 5—водородная колон-

на; б—метановая колонна; 7—этиленовая колонна; в, Я, 10, П, 12, /3—теплообменники азота высокого давления; теплообменник авота среднего

давления; /5—отделитель этилена.