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

Подождите немного. Документ загружается.

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА 285

После отделителя 4 коксовый газ проходит по змеевику азотного испарителя

водородной колонны 5, частично сжижается при —190° С и поступает в ниж-

нюю часТь колонны 5. Пары поднимаются вверх по колонне и поступают в кон-

денсатор-дефлегматор, в трубном пространстве которого азот испаряется под

вакуумом при —209° С.

В конденсаторе почти полностью сжижаются азот и окись углерода, сте-

кающие вниз.

Водород 98®/(|-иой чистоты проходит змеевик, помещенный в колонне, отда-

вая свой холод поднимающимся парам, а затем направляется для передачи хо-

лода в теплообменники 3, 2 ч I.

Жидкие фракции дросселируются до 1,5 ата и частично поступают в ка-

честве флегмы в метановую колонну 6, а частично в теплообменник 3 (для

охлаждения коксового газа) и в теплообменник 9 (для охлаждения азота высо-

кого давления).

Метановая фракция из отделителя метана 4 разветвляется на три потока:

один поток после дросселирования до ^ 1,3 ата проходит через добавочный

теплообменник, охлаждая коксовый газ; второй поток, сдросселированный до

того же давления, идет в теплообменник азота среднего давления 14, где охла-

ждает азот; третий поток после дросселирования соединяется с двумя осталь-

ными перед входом в отделитель жидкого метана 16, откуда жидкость подается

в колонну 6 в качестве флегмы, а пары — для разделения.

Накапливаемый в кубе колонны 6 жидкий метан отводится из колонны

в теплообменник азота высокого давления 12, где испаряется, и далее отдает

свой холод в теплообменниках 2 и /.

Смесь азота и окиси углерода отводится сверху колонны 6 и направляется

в теплообменники 3 ч 9 для рекуперации холода.

Этиленовая фракция из отделителя 15 после дросселирования до ~ 1,5 ата

направляется в этиленовую колонну 7.

Легколетучие компоненты (метан, окись углерода, азот) в виде паров выво-

дятся вверху колонны. Жидкий этилен испаряется в теплообменнике азота высо-

кого давления 13, после чего проходит теплообменник 11 и выходит из блока

разделения.

Требуемое количество холода для блока разделения обеспечивается азотным

. холодильным циклом с циркуляцией азота среднего давления.

Сжатый до 200 ати азот, после предварительного охлаждения, поступает

в блок разделения, охлаждается в змеевике колонны 5, в теплообменниках 8,

9, 10, 11, в змеевике колонны 7, в теплообменниках 13 и 12, затем дроссели-

руется до 30 ати. Часть азота возвращается в компрессор после рекуперации

холода в теплообменнике 8, а оставшаяся часть после охлаждения в теплообмен-

нике 14 разветвляется на два потока. Один поток дросселируется через змеевик

азотного испарителя колонны 5 и подается в виде флегмы для ректификации

в колонну 5, а другая часть дросселируется до 1,2 ати, частично испаряется

в азотном испарителе колонны, затем охлаждается в змеевике „вакуумным* азо-

том, после чего дросселируется в межтрубное пространство конденсатора коз

лоины д.

Блок разделения коксового газа для получения

азото-водородной смеси и метана

(рис. 225)

Коксовый газ, сжатый до 16 ати, после предварительного охлаждения

до —40° С поступает в блок разделения, охлаждается в теплообменнике теплой

ветви 1, где конденсируются пропилен и тяжелые углеводороды. Дальнейшее

охлаждение коксового газа происходит в теплообменнике холодной ветви 2

до —145° С ив змеевике куба метановой колонны 7. В теплообменнике 2

практически полностью конденсируется этилен, который стекает в отделитель

этилена 9.

'286

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

По выходе из куба колонны 7 коксовый газ проходит добавочный тепло-

обменник 3 и охлаждается до минус 180—183° С, при этом частично конденси-

руется метан, отделяемый в ловушке (для метана) 10. Затем коксовый газ

поступает в азотный испаритель 4, где он охлаждается до —190° за счет кипя-

щего азота. Метан при этом почти полностью конденсируется. Из испарителя 4

коксовый газ поступает в промывную колонну 5, где промывается жидким азо-

том. Азото-водородная смесь (90% водорода и Ю^/ц азота), выходящая из ко-

лонны 5, отдает свой холод в теплообменниках 5, 2 и /. Внизу колонны 5

собирается фракция окиси углерода, содержащая азот и частично метан. После

дросселирования фракция окиси углерода испаряется в теплообменнике 3 и

далее отдает свой холод в теплообменниках 2 н 1.

Нонсовый

газ

Зтимет^ая

фраиция

Рис. 225. Блок разделения коксовот о газа ДЛ1 получения азото-водородной смеси и метана;

теплообменник теплой ветви; 2 —теплообменник холодной ветви; 3 —добавочный теплообменник;

—

испаритель азота; 5—промывная колонна; 6, 8—теплообменники азота высокого давления;

7—метановая колонна; 9—отделитель этилеиа; 70—отделитель метана.

Этиленовая фракция после отделителя 9 разделяется на два потока; часть ее

после дросселирования испаряется в азотном теплообменнике 8, охлаждая при

этом азот высокого давления; другая часть после дросселирования испаряется

в холодной ветви 2 и дальше отдает свой холод в теплообменнике 8.

Метановая фракция после отделителя 10 разветвляется на два потока. Одна

часть после дросселирования испаряется в холодной ветви, соединяясь с потоком

этиленовой фракции. Другая же часть после дросселирования испаряется

в теплообменнике 6, охлаждая при этом азот высокого давления, н подается

в середину метановой колонны 7.

Метановая фракция, отделившаяся в азотном испарителе 4, дросселируется

и подается в качестве флегмы на верх метановой колонны 7. Легколетучие

компоненты (азот, окись углерода, водород) выходят вверху колонны 7 и при-

соединяются к фракции окиси углерода, отводимой из промывной колонны 5.

Чистый метан в жидком виде собирается в кубе колонны 7, откуда отво-

дится в теплую ветвь, где переходит в газообразное состояние и отдает свой

холод.

Азот высокого давления (200 ати) при температуре минус 40—45° С входит

в теплообменник 8, где охлаждается фракцией этилена, дросселированным азотом

РАЗЛЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА 987

и азотом среднего давления (30 агтг). Охлажденный азот дросселируется до

среднего давления, часть его направляется обратно в теплообменник 8, а другая

часть более глубоко охлаждается в змеевике куба колонны 7, в теплообменнике 6

и разветвляется на два потока: один поток азота дросселируется до давления

0,2 ати в межтрубное пространство испарителя 4, другой поток дросселируется

до давления 16 ати, охлаждается до —190° С в змеевике испарителя 4 и подается

в виде флегмы в колонну 5.

Азот, дросселированный в межтрубное пространство, испаряется, а пары

его отдчют свой холод в теплообменнике 8.

Блок разделения коксового газа для получения

азото-водородной смеси и этилена

(рис. 226)

После предварительного охлаждения до —45° С коксовый газ поступает

в блок разделения и разветвляется на два потока. Часть газа охлаждается

в теплообменнике теплой ветви 1 азото-водородной смесью, другая часть —

в теплообменнике теплой ветви 2 метановой фракцией. После охлаждения

до — 100° С в теплообменниках теплой ветви коксовый газ поступает в тепло-

обменник холодной ветви 3, где охлаждается азото-водородной смесью, мета-

новой фракцией и фракцией окиси углерода до —145° С. В теплообменнике

холодной ветви конденсируется этилен, который частично стекает вниз, частично

отделяется в ловушке 4.

Дальнейшее охлаждение коксового газа до —180° С происходит в доба-

вочном теплообменнике 5, где конденсируется метан, н в азотном -испарителе 12

до —190°, после чего газ поступает в промывную колонну 6 для отмывки от

окиси углерода.

В азото-водородную смесь, выходящую из колонны 6, добавляется азот,

после чего смесь содержит 75% водорода и 250/0 азота. Такая смесь проходит

теплообменники 5, 5 и /, где отдает свой холод. Фракция окиси углерода после

дросселирования передает свой холод в теплообменниках 5, 3 н 8.

Метановая фракция испаряется в теплообменнике 11, дросселируется и далее

отдает свой холод в теплообменниках 5 и 10. После теплообменника 10 часть

метановой фракции отдает свой холод в теплообменниках 3 к 2, другая часть —

в теплообменнике 14.

Этиленовая фракция из ловушки 4 и теплообменника холодной ветви 3

дросселируется и поступает в этиленовую колонну

13",

метан отводится сверху

колонны, а этилен в смеси с этаном отводится из куба колонны, испаряется

в теплообменнике 15 и выводится из блока.

Холод, необходимый для разделения коксового газа, создается азотным

циклом. Азот высокого давления охлаждается в теплообменниках 7, 8, 9, 10, 11,

14 и 15.

Усовершенствованная установка для разделения коксового газа

(рис. 227)

Коксовый газ, очищенный и сжатый до 12 ати, поступает в один из кан-

тующихся теплообменников-вымораживателей 1, где он освобождается от основ-

ного количества содержащихся в нем водяных паров. Затем газ подается в один

из аммиачных холодильников 2, в котором охлаждается до — 45° С и оконча-

тельно освобождается от влаги. В теплообменнике 3 образуется первый кон-

денсат из наиболее тяжелых углеводородов — пропана и пропилена в смеси

с этаном, этиленом и метаном. В теплообменник 5 газ поступает снизу, пред-

варительно пройдя этиленовую колонну 4 с колпачковыми тарелками. Колонна

орошается фракцией, образующейся в теплообменнике 3, а также конденсатом.

Зтимвм

1. 2-

Рис. 236. Блок разделения коксового газа для получения азото-водородной смеси н этилена;

теплообменники теплой ветви; 3—теплообменник холодной ветви; ^—ловушка; 5—добавочный теплообменник; 6 —промывная колонна; 7,

8, 9, 10, 11, 14, /5—теплообменники азота высокого давления; ;2-испаритель азота; /5—этиленовая колонна.

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

289

стекающим из теплообменника 5, непосредственно расположенного над колон-

ной 4. Жидкость из теплообменника 3 может вводиться также на несколько

тарелок ниже. В нижней части колонны из жидкости удаляются поднимающимся

газом водород, азот, окись углерода и большая часть метана, а в верхней части

и в теплообменнике 5 достигается полная отмывка этилена. Одновременно с эти-

леном отмывается и ацетилен, причем полнее, чем в теплообменниках с проти-

воточной конденсацией. Таким путем в качестве конечного продукта может

быть получена фракция с содержанием 55—65% этилена. Холод ее после дрос-

селирования используется для охлаждения коксового газа в теплообменниках 5,

5 и /.

Аммиак

Рис. 227. Схема усовершенствованной установки для разделения коксового газа:

7 —теплообменник-вымораживатель; 2—аммиачный холодильник коксового газа; 3, 5, 5, 7, У—тепло-

обиенники коксового газа; 4—этиленовая колонна; 9—промывная колонна; 10^ 12—теплообменники

азота йысокого давления; 11

—

аммиачный холодильник азота высокого давления; 13,

14 —

дроссельные

вентили;

75 —

конденсатор; 16, 17, 18, 79—регулирующие вентили.

В теплообменнике 6 выделяется большая часть метана, который дроссели-

руется и отдает свой холод коксовому газу в соответствующих секциях тепло-

обменников 6, 5, 3 л !. Далее газ охлаждается в теплообменниках 7 н 8, где

для этой цели используется холод метановой и окись углеродной фракций, после

чего поступает в промывную колонну 9, орошаемую сверху жидким азотом.

Окись углерода отмывается жидким азотом, в результате чего ее содер-

жание в коксовом газе снижается с 2—5% до 0,00010/о.

Необходимый для процесса азот сжимается до 200 ати, проходит переклю-

чающиеся теплообменники 10 и аммиачные холодильники 11 и, после теплооб-

менника/2, дросселируется вентилями 13

частично для орошения в колонну 9,

а частично в качестве холодильного агента в межтрубное пространство конден-

сатора 15. Образующиеся здесь пары азота используются затем в теплообмен-

никах 12 и 10 вместе с частью азото-водородной смеси для охлаждения азота

высокого давления. Пары азота, сжижающиеся в трубках конденсатора 15,

вместе с дросселированным азотом образуют промывную жидкость для колонны 9.

Наличие конденсатора 15 позволяет снизить расход азота низкого давления

до 0,8 нм^1кг связанного азота. Кроме того, при этом достигается меньшее раз-

бавление азотом фракции окиси углерода.

19 Зак. 4059. Справочник.

'290

IV.

СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Приводим составы коксового газа ц получаемых из него фракций:

Содержание компонентов, объемн. о(о

Наименование газа или фракции

О.

..а

? 5 3

5 о

М о >. Е

^о.

Коксовый газ

сырой

12,0 54,0

0,7 6,1 2,4

22,4 2,4

очищенный

12,5 55,5

0,8

6,3

•—

22,6

2,3

Фракции

этиленовая 1,6 0,2

0,5

1,4

—

42,8

53,5

метановая первая 14,0

1,3

1,6 9.1

—

74,0

0,0

метановая вторая

18,5

3,7

1,3 15,9

—

60,7 0,0

окись-углеродная 70,2 4,2

2,2 23,4

—

0,0

—

азото-водородная 25,1

74,9

—

0,001

— •— —

Из приведенных данных видно, что метановая фракция не содержит эти-

лена, а окись-углеродная — метана. Необходимо отметить сравнительно низкое

содержание окиси углерода, водорода и азота в этиленовой фракции. Содер-

жание метана в этой фракции ниже 42,8%, так как сюда включено содержание

углеводородов с двумя углеродными атомами.

На описанной установке, кроме коксового газа, могут быть разделены кон-

вертированный коксовый газ, водяной газ и концентрированный водяной газ.

Ниже приводится состав этих газов:

Состав газа, объемн. «^о

Газ

еч

я?

, 0»

• к ч

о» еч

^ О

еч

ш «

о ^

>>=;

Конвертированный коксовый . .

7 69 19

2,7

0,3

Водяной

2,9 50

0,1

— —

Конвертированный водяной . . .

3,3 61,5

0,1 12

0,1

—

Приспособление аппаратуры установки для разделения газов различного

состава достигается перераспределением азото-водородной фракции с помощью

вентилей 16, 17, 18 и 19.

Установка для разделения коксового газа с использованием

детандерного эффекта

(рис. 228)

Коксовый газ сжимается в поршневом компрессоре / до 25 атм, последо-

вательно проходит скрубберы 2 к 3, где промывается 5—У/д-ным раствором

аммиака и освобождается от углекислоты н сероводорода, затем поступает

в скруббер 4, где промывается водой для удаления аммиака, и скрубберы 5 и 5.

где промывается каменноугольным поглотительным маслом для удаления бен-

зола и, наконец, поступает в скруббер 7, где промывается обильным током

воды для Удаления ацетилена. Далее газ проходит скруббер 8, где промывается

РАЗДЕЛЕНИЕ КОКСОВОГО ГАЗА

291

раствором щелочи для окончательной очистки от углекислоты и сероводорода.

Аммиачный раствор поступает сначала в скруббер 3, а затем в скруббер 2.

Отработанный раствор аммиака подается иа производство сульфата аммония

или на регенерацию аммиака.

Получающийся в скруббере 4 слабый аммиачный раствор доводят до содер-

жания 5—74/0 аммиака и подают в скруббер 3. Все скрубберы имеют одинаковые

размеры; жидкости для орошения подаются насосами /7.

После очистки газ пропускают через осушительную батарею 9, содержащую

едкий иатр. Отработанный едкий натр идет на приготовление раствора щелочи.

13 п

Рранаая

аписи

дглерп^а

Мвтсшовая

Рис. 228. Схема установки для раздслення коксового газа с использованием детандерного эффекта:

—

поршневой компрессор; 2, 3—аммиачные скрубберы; 4

—

водяной скруббер; 5, 6—масляные скруб-

беры; 7—водяной скруббер; в—щелочной скруббер; 9—осушительная батарея; 70 —противоточные

теплообменники; Л— теплообменник; 72—ксндеисатор;

—когдеьсационная колонна; —поршневой

дьтандер; 75, 75—дрсссельные венти.чи;

17 —

насосы.

После очистки коксовый газ поступает в один из противоточиых тепло-

обменников 10, где он о.хлаждается до температуры •—65° С возвращающимися

из конденсационной колонны 13 азото-водородной смесью и богатым газом. Из

теплообменника 10 газ поступает в теплообменник 11, где он охлаждается теми

же газами до — 100° С. В теплообменнике 11 происходит конденсация наиболее

высококипящих компонентов; пропилена, этана, этилена и др.

Таблица 143

Материальный баланс установки для разделения коксового газа

с использованием детандериого эффекта

Без промывки жидким азотом

с промывкой жидким

азотом

Компоненты

коксо-

вый газ

водород

обрат-

ный газ

коксо-

вый газ

водород

обрат-

ный газ

коксо-

вый газ

водород

обрат-

ный газ

проценты

Водород

60,0

94,0 8,0

52,0 93,0

л,0

55,5

88,9 4,4

Метай

Азот

20,2

10,0

Десятые

доли

5,0

56,2

18,4

25,0

13,6

Десятые

доли

5,5

50,0

23,8

26,5

8,0

11,1

57,5

21,7

Окись углерода .

6,0

1,0

14,5

5,0

1,1

8,6 5,5

0,005 12,3

Олефины ....

1,0

—

2,4

1,8

—

3,3

1,7

—

3,3

Углекислый газ .

2,5

— —

2,0

— —

2,3

— —

Кислород ....

0,3

—

0,5

0,6

—

1,3

0,5 —

0,8

19*

'292

IV. СХЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

Из теплообменника // разделяемый газ направляется в конденсатор 12,

который также охлаждается азото-водородной смесью, поступающей из ко-

лонны 13. В конденсаторе 12 происходит сжижение метановой фракции, окон-

чательно выделяющейся в трубчатке / конденсационной колонны 13.

Метановая фракция дросселируется вентилем 15 с 25 атм до 1,5 атм

в межтрубное пространство трубчатки /, где и испаряется. Коксовый газ посту-

пает в отделение И, где из него конденсируется фракция окнси углерода.

Последняя дросселируется вентилем 16 до 1 атм и поступает в отделение III,

а затем в межтрубное пространство трубчатки /, где смешивается с метановой

фракцией, образуя обогащенный газ. Выходящая из колонны 13 азото-водород-

ная смесь нагревается в конденсаторе 12 и поступает в детандер 14, в котором

расширяется до давления 1,5 атм.

После детандера азото-водородная смесь поступает сначала в отделение IV

колонны 13, затем в теплообменники II и 10. Так как в данных установках

применяется более высокое давление, чем в рассмотренных выше установках,

то и потеря водорода несколько больше. Выход водорода составляет 85%.

Азото-водородная смесь содержит 7% азота, около 1% окиси углерода и деся-

тые доли процента метана.

РАЗДЕЛЕНИЕ ВОДЯНОГО ГАЗА

Установка для разделения водяного газа

(рис. 229)

Установка предназначена для получения водорода из водяного газа при-

мерного состава: водорода — до 50''/п, окиси углерода — до 400/0, углекислот.'-!—

до 50/0, метана 0,5%, азота н пр. 4,50/0.

Рис. 229. Схема установки для разделения водяного газа:

—

поршневой компрессор; 2

—

холодильник; 5—маслоотделители; 4

—

водяной скруббер; 5—декар-

бонизатор; 5—отделитель щелочи; 7—предварительный теплообменник аммиачный холодильник;

9—противоточный теплообменник;

/О

—испаритель; — разделительная колонна; /2 —мотор —на-

сос — турбиг!а.

Водяной газ сжимается в поршневом компрессоре 1 до 15—30 атм, охла-

ждается в холодильнике 2 водой, освобождается от масла в маслоотделителе 3

и направляется в водяной скруббер 4 для очистки от углекислоты. Вода подается

насосом агрегата 12, а энергия отработанной воды используется в турбине

этого же агрегата, находящейся на одном валу с насосом. Окончательная

очистка от углекислоты производится в декярбонизаторе 5, наполненном раство-

ром щелочи; уносимые газом частицы жидкости улавливаются в отделителе 6,

РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВ ГИДРИРОВАНИЯ 293

Из отделителя 6 водяной газ поступает в предварительный теплообменник 7,

где охлаждается обратными газами. Осушка газа производится выморажива-

нием в аммиачном холодильнике 8. Охлажденный до — 40° С водяной газ про-

ходит через противоточный теплообменник 9, испаритель 10 и поступает в раз-

делительную колонну //.

В испарителе 10 конденсируется окись углерода, которая собирается в кубе

разделительной колонны //, откуда после дросселирования поступает в испари-

тель

10,

где испаряется за счет охлаждения и частичной конденсации водяного

газп.

Для покрытия потерь холода и создания низкой температуры в верхней

части колонны в змеевик колонны 11 поступает жидкий азот, отсасываемый

вакуум-насосом. Сверху колонны выходит 97—97,5%-ный водород, содержащий

2—1,71/0 окиси углерода и 1—0,8'/п азота. Продукты разделения отдают свой

хОлод в теплообменник 9.

РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВ ГИДРИРОВАНИЯ

Установка для разделения газов гидрирования с получением 98о/д-ного

водорода

(рис. 230)

Установка предназначена для переработки газа, содержащего 57®/о водо-

рода, 26% метана, 8,4% смеси окиси углерода и азота, 4% этана, 4,6% прочих

углеводородов.

Сжатый до 25 ати сырой газ поступает в предварительный теплообмен-

ник 5, где охлаждается обратными газами до — 28° С. При этом первый по ходу

теплообменник оттаивается, а во втором происходит охлаждение и вымора-

живание воды.

Из теплообменника 5 сырой газ поступает в один из аммиачных холодиль-

ников б, где охлаждается до — 40° С; при этом вымерзает вода и конденсируется

фракция Сд + С4 и др., которая отделяется в отделителе 7.

После аммиачного охлаждения сырой газ поступает в блок разделения 8.

Схема блока разделения приведена на рис. 231.

Продукты разделения (водород, метай, смесь окиси углерода и азота) и

частично азот холодильного цикла по выходе из блока отдают свой холод в одном

из теплообменников 5.

Основное количество холода для работы установки обеспечивается азотным

холодильным циклом.

Азот, сжатый до 200 ати в поршневом компрессоре /, охлаждается в тепло-

обменнике 2 до -(-3°С азотом среднего давления, затем в аммиачном холо-

дильнике 3 до — 40'С. В маслоотделителе 4 отделяется масло, конденсирую-

щееся в теплообменниках 2 и Из маслоотделителя 4 азот высокого давления

поступает в блок разделения, где подвергается дальнейшему охлаждению и

используется в качестве холодильного агента.

Азот среднего давления выводится из блока при —56° С, нагревается

в теплообменнике 2 до -)-" 15° С и поступает в поршневой компрессор 1.

Вакуумный азот выходит из блока при —60° С, отсасывается насосом 9 и

нагнетается в компрессор после нагревания до -|-25°С.

Дополнительный холод создается этановым холодильным циклом.

Этан, сжатый в компрессоре 10 до 7—12 ати, охлаждается в теплообмен-

нике 11 выходящим из блока этаном до —23° С, затем поступает параллельно

в аммиачные холодильники 12, где конденсируется. Жидкий этан стекает в резер-

вуар/5, откуда подается в блок разделения. Из блока этан выходит при —53° С,

нагревается в теплообменнике //до +5° С и поступает в поршневой компрес-

сор 10.

Этан, получаемый нз сырого газа, издается насосом 20 для дальнейшего

использования.

Сырой

газ

Рис. 230. Схема установки для разделения газов гидрирования с получением 98о/о-ного водорода:

/ — поршневой компрессор; 2—теплообменник', 3,6, 72—аммиачные холодильники;

—маслоотделители; 5—предварите»ьд1ые теплообменники газа; 7 —от-

делитель; в—блок разделения газа; Р —вакуум-насос; /О—поршневые компрессоры для этана; Л —теплообменники этана;/3—резервуар для жидкого

этана; «

—

котел для холодной продувкн; /5—котел для теплой продувки; 16, ^в—азстодувкн; 17, /9—подогреватели; 20—насосы для этана.