книги из ГПНТБ / Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали)

странах, обладает неоспоримыми достоинствами: ком­

стабильностью результатов очистки. Отсутствие перио­ дически переключаемых адсорберов исключает колеба­ ния влажности в моногазе.

Кнедостаткам способа следует прежде всего отнести:

1)большой расход воды. Правда, здесь можно орга­ низовать оборотное водоснабжение, если предусмотреть дегазацию воды в градирнях или экспанзерах;

2) относительно повышенный расход электроэнергии. На больших установках в целях экономии расхода эле­ ктроэнергии целесообразно на одном валу с насосом ус­

случаях, когда требуется защитить от обезуглерожи­ вания стали с заэвтектоидным содержанием углерода.

Абсорбция углекислоты водным раствором моноэтаноламина (МЭА) известна давно и ее широко применя­ ют в химической технологии [36], а также в производстве защитных газов [37].

Очисткой продуктов сгорания от углекислоты водным раствором МЭА по общепринятой технологии пользуют­ ся при применении агрегатов производства-защитных ат­ мосфер из природного газа, разработанных Стальпроектом (агрегата N2-150 П, N,-300 П, N2-800 П1 и N2-800 ПК п др.). Эти агрегаты однотипны и отличаются друг от друга производительностью. В агрегатах с индексом «к» дополнительно предусмотрена конверсия окиси углерода-. Регенерация раствора МЭА в указанных установках осу­ ществляется в десорбере (в отгонной колонне) за счет использования тепла продуктов сгорания. Кипячение ра­ створа проводят в кипятильнике, размещенном в камере горения. Трубная система кипятильника является про­ должением футерованной части топки и омывается горя­ чими продуктами сгорания. В адсорбере и десорбере аг­ регатов Стальпроекта применена насадка из фарфоро­ вых колец Рашига.

Оборудование по очистке от углекислоты отличается большими габаритами и требует крупных капитальных

122

рода и водорода в защитной атмосфере, ограничивая об­ ласти ее применения.

Высоконапряженные топки малой протяженности обусловливают появление остаточных кислорода, окиси азота и гидроксила (см. ниже), что ухудшает качество защитного газа и повышает коррозионную агрессив­ ность продуктов сгорания по отношению к материалу трубчатой системы кипятильника и других элементов, контактирующих с горячим раствором МЭА.

Нами были проведены исследования с целью устра­

нологией абсорбции углекислоты из газа и десорбции ее из раствора, разработана Центроэнергочерметом. Прин­ ципиальная схема получения в ней моногаза показана на рис. 37.

Сжигание природного газа происходит в камере сго­ рания с катализациоиной насадкой, выполненной из ка­ тализатора группы ЦЭЧМ-IV, нанесенного на корундо­ вый легковесный кирпич. Образовавшиеся продукты сго­ рания проходят через кипятильник, холодильник и посту­ пают снизу в абсорбер. Навстречу им при температуре 35—40° С подается раствор МЭА. После абсорбера очи­ щенный газ проходит брызгоуловитель и направляется на осушку, а отделившиеся капли раствора возвращают­ ся в сборник абсорбера.

Осушка защитного газа осуществляется двухступен­ чато: конденсацией паров воды в камере, охлаждаемой фреоном, и адсорбцией — в колонках, заполненных силикагелем.

Насыщенный раствор МЭА, выходящий из нижней части абсорбера в сборник и нагретый за счет использо­ вания тепла абсорбции до 45—50° С, насосом подается в теплообменник. По выходе из него с температурой 65° С он направляется в конденсатор паров раствора МЭА, где подогревается до 85—90° С. Затем насыщенный раствор МЭА поступает в рубашку камеры сгорания, где подо­ гревается до 100—104° С, а оттуда — в кипятильник, в котором температура раствора достигает 110° С. При этой температуре ведется кипячение раствора.[Все тепло,

124

затрачиваемое на регенерацию раствора, образуется в результате использования тепла продуктов сгорания. Давление в кипятильнике поддерживается автоматиче­ ски на уровне 1,5 ат.

Регенерированный раствор МЭА из кипятильника че­ рез фильтр, теплообменник и холодильник подается на­ сосом вверх абсорбера. В теплообменнике регенериро­ ванный раствор частично охлаждается до 84° С в резуль­ тате отдачи тепла насыщенному раствору МЭА. Оконча­ тельное охлаждение до 40° С происходит в холодильнике

через гидрозатворы возвращается в сборник абсорбера. Этим предотвращается увеличение концентрации МЭА в системе. Полученная в холодильнике двуокись углеро­ да удаляется в атмосферу или может быть использована в других технологических целях.

Установка снабжена системой автоматического конт­ роля и регулирования. Автоматически регулируются сле­

Сжигание природного газа проводится при коэффици­ енте расхода воздуха, близком к единице. Поэтому тем­

соконапряженные топки малой длины. В таких топках получаемый при сжигании состав продуктов сгорания не подвергается изменению, т. е. содержание кислорода сох­ раняется в готовом газе таким же, как и в зоне горения. Чтобы этого избежать, ЦЭЧМ была использована топка большой протяженности с каталитической насадкой. В результате этого были созданы условия для рекомби­ нации состава газа при более низких температурах, что исключило попадание свободного кислорода в готовый

1 2 5

газ. Катализатор способствует также полной конверсии

СН4 .

Растворимость кислых газов в МЭА падает с повы­ шением температуры (рис. 38) и они выделяются из ра­ створа. На этом основана его регенерация.

Процесс абсорбции и десорбции С 0 2 водным раство­ ром моноэтаноламина можно описать следующими сум­ марными реакциями:

При десорбции (ре­ генерации) реакции протекают в направле­ нии справа налево в интервале температур НО—]40° С. Концен­ трация МЭА в погло­ тительном растворе со­ ставляет 2,5 моль на одни литр, пли 15% (по массе).

Насадка в абсорбе­ ре предназначена для обеспечения контакта между газом и жидко­ стью, большой поверх­ ности текущей пленки жидкости и небольшо­ го сопротивления дви­ жению потоков газа и жидкости. Анализ раз­ личных видов насадок показывает, что в наи­ большей степени ука­ занным условиям удов­

летворяет седловидная форма ее.

За рубежом используют седло Берля, а в последние годы седловидную насадку «Инталокс» (рис. 39), обла­ дающую рядом преимуществ по сравнению с седлом Берля. Соседние элементы насадки «Инталокс» не пере-

126

крывают друг друга и большая поверхность насадки яв­ ляется доступной для смачивания, что исключает обра­ зование застойных зон. Свободный объем в седлах «Инталокс» однороден, и поверхность плавно закруглена, благодаря чему направление движения газа при его про-

ходе через слой насадки не подвергается резкому изме­ нению.

В табл. 15 приведена характеристика различных на­ садок (условный размер седел «Инталокс» принять в ка­ честве средней величины суммы длины, высоты и шири­ ны элемента).

Т а б л и ц а 15

Характеристика насадок

127

Зависимость удельного сопротивления от приведен­ ной скорости газа для сухих насадок в логарифмической системе выражается прямой линией. Сопротивление су­ хих насадок пропорционально скорости газа в степени, близкой к 2.

Для орошаемой насадки при достижении скорости подвисания сопротивление пропорционально скорости

25 мм в 1,9—2,4 раза превышает при одинаковой плотно­ сти орошения соответствующие значения для колец Ра­ шига размером 25X25X5 мм, причем с повышением плотности орошения различие в пропускной способности насадочных элементов увеличивается (рис. 40). Объем­ ный коэффициент массопередачи &г.а. (абсорбции по от­ ношению к газу) наиболее полно характеризует эффек­ тивность насадки. Его определяют по среднелогарифмической движущей силе, относя к единице объема насад­ ки при нормальных условиях, и измеряют в м3 С 0 2 (ж 3 Х

128

Х а т - ч ) . Резкое повышение коэффициента k'v,a, наступает после достижения скорости подвисанпя. Поэтому при использовании седел «Ипталокс» размером 25 мм вместо колец Рашига 25X25 мм можно существенно увеличить производительность абсорберов, повысив нагрузки по газу до скорости, близкой к скорости подвисания.

- Как видно из технологической схемы Центроэиергочерметом, усовершенствована и упрощена технология и оборудование для очистки продуктов сгорания раство­ рами МЭА, а именно:

1)исключена отгонная колонна (десорбер), что поз­ волило снизить габариты и капитальные затраты. Реак­ ции (VI-8) и (VI-9), согласно новой технологии, осуще­ ствляются в направлении справа налево в одном лишь кипятильнике;

2)охлаждение смеси кислых газов, конденсация во­ дяных паров, а также паров МЭА в конденсаторе прово­

па «Инталокс» вместо обычно применяемой иасадки в виде колец Рашига. Это позволило в 1,5 раза снизить вы­

расхода воздуха, как это было показано выше, обезугле­ роживает сталь практически до нуля. Из-за наличия в нем свободного кислорода он также не обеспечивает светлой поверхности при отжиге жести или автолиста. В этой связи газ можно рассматривать лишь как проду­ вочный. Но и в этом случае рентабельность использова­ ния столь сложных технологий и оборудования для полу­ чения продувочного газа сомнительна.

Отсутствие в продуктах сгорания агрессивных приме-

сей (О2, NO и ОН), совершенная система циркуляции и храпения раствора, исключающая подсос воздуха, устра­ нили в установке КСПО-Ц200 причины коррозии и эро­ зии элементов оборудования, соприкасающихся с горя­ чим раствором МЭЛ, что сделало принципиально воз­ можным применение в кипятильнике-малоуглеродистых сталей взамен нержавеющих.

ками, использующими растворы МЭА, применение цео­ литов позволяет упростить конструктивно оборудование, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, уменьшить строительные расходы за счет снижения вы­ соты и площадей, повысить степень очистки от С 0 2 и ис­ ключить проблему коррозии.

внагрузках еще более возрастает. Отношение нагрузки

Н2 0 : С 0 2 (г/м3 ) достигает в этих случаях 1 : 100.

Динамика процесса поглощения Н 2 0 и С 0 2 цеолитом в адсорбере при совместном их улавливании иллюстри­ руется схемой, изображенной иа рис. 41, где стрелками

лишь в той части слоя, где поглощение Н 2 0 падает. Зона

130

Степень регенерации цеолита зависит от разности давлений и температур в режимах адсорбции и десорб­ ции, от состава и количества газа, используемого для' продувки.

Установки моногаза этого типа отличаются главным образом способом регенерации цеолитов.

При применении первого способа нагрев цеолита до температур 250—320° С ведут, прибегая к непосредст­ венному контакту его с горячим газом или к косвенному способу (горячий газ пропускают через трубки, разме-