КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОГАЗОВ

  Главная       Учебники - Лесное производство      Технология лесохимических производств (В.А.Выродов)

 поиск по сайту           правообладателям

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  .. 

 

 

Глава 11 КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОГАЗОВ

Парогазы, выходящие из реторты или газогенератора, содержат целый ряд компонентов, значительно отличающихся по своим физическим и химическим свойствам. Принято классифицировать их на жидкие и газообразные продукты пиролиза древесины. Жидкие продукты пиролиза — это гамма тех компонентов, которые могут быть сконденсированы при атмосферном давлении в случае использования охлаждающего агента с температурой не менее 5°С.

Остальные компоненты, которые не могут быть сконденсированы при данных условиях, именуются газообразными продуктами пиролиза. После отделения от жидких продуктов пиролиза газообразные продукты используются частично для охлаждения угля, частично для разбавления теплоносителя, подаваемого в топки реторты и сушилок.

Жидкие продукты пиролиза древесины после конденсации и отстаивания разделяются на три слоя (фазы): легкие всплывные масла, жижку и отстойную смолу. В состав жижки может входить приблизительно до 14 % (растворимой смолы, но в зависимости от способа конденсации парогазов растворимая смола может быть выделена и как самостоятельная фракция.

Выбор технологии конденсации парогазов должен всегда определяться конъюнктурой смоляных продуктов и экономикой производства. На лесохимических предприятиях страны эксплуатируются две технологические схемы конденсации жидких продуктов пиролиза древесины: скрубберная и система конденсации с использованием поверхностных теплообменников. Ни одна из них не может быть названа оптимальной, хотя обе имеют ряд достоинств.

Принципиальная технологическая схема конденсации парогазов в скрубберной системе (рис. 62)—одна из первых, внедренных на отечественных заводах. Парогазы, выходящие из реторты, как правило, содержат угольную пыль, часто непрогазифицированные остатки древесины (опилки, кору). Поэтому перед конденсацией парогазы пропускают через так называемый форконденсатор 2, где наряду с частичной конденсацией смолы отделяются все твердые включения. Смола, отводимая из гидрозатворов форконденсаторов в сборник 1 — самый малоценный продукт: она или выводится в отвал, или сжигается в топках котельных. После форконденсаторов парогазы с температурой 100—130 °С поступают в первый, а затем во второй скрубберы, орошаемые жижкой. Ранее первый скруббер орошался отстойной смолой, второй — жижкой. Исследования ЦНИЛХИ показали, что при орошении первого скруббера смолой ухудшается качество отстойной смолы, снижается выход ингибиторной фракции. Попытки снизить температуру орошаемой смолы приводили к увеличению вязкости смолы и забиванию запорной арматуры. В результате выполненных исследований было предложено орошать оба скруббера жижкой при температуре 35—40 °С, чтобы улучшить конденсацию смолы и уменьшить время пребывания смолы в горячей зоне.

 

 

Рис. 62. Принципиальная технологическая схема конденсации парогазов в скрубберной системе:
1, 11 —сборники; 2 — форконденсатор; 3, 4 — скрубберы; 5 — газодувка; 6 — каплеуловитель; 7 — циклон; 8 — холодильник; 9, 10, 12 — насосы
 



Орошение скрубберов жижкой ведут по следующему циклу. Жижка (с примесями смолы) из нижней части скрубберов самотеком поступает в семикорпусный (т. е. многосекционный) холодильник 8, где охлаждается до температуры 35—40 °С, а затем насосом 9 подается на орошение скрубберов 3, 4. Избыток сконденсировавшихся жидких продуктов из нижней части обоих скрубберов (на 40—60 см выше уровня отбора циркулядионной части конденсата) выводится в сборник 11, где отстаивается и разделяется на три фракции (слоя). Легкие всплывные (или дегтярные) масла (плотность 894—960 кг/м3) собираются над жижкой и выводятся из верхней части сбор­ника 11. Тяжелые (отстойные) смолы (плотность 1020— 1260 кг/м3) выводят из нижней части сборника 11, а жижка отбирается на 1—1,5 м выше места отбора отстойных смол.

Парогазы, точнее несконденсированные газы, после второго скруббера 4 с помощью газодувки 5 отводятся в каплеуловитель 6, а затем для окончательной осушки — в циклон 7 и далее используются, как отмечено выше. Жидкая фаза из каплеуловителя 6 и циклона 7 поступает в сборник конденсата 11.

Основное технологическое оборудование данной стадии — скрубберы. Обычно используются насадочные скрубберы, они удобны в эксплуатации, обеспечивают хороший контакт фаз.. Основным критерием для выбора их конструкции и расчета являются вопросы массообмена.

Режим работы скрубберов: температура парогазов на входе в первый скруббер 100—130 °С, на выходе из него 60—66 °С, на выходе из второго скруббера 35—45 °С; температура жижки, подаваемой на орошение, 35—40 °С, на выходе из первого скруббера 64—70 °С, на выходе из второго скруббера 45—55 °С. Плотность орошения жижки на 1 м3 отбираемой жижки: в пер­вом скруббере 3—5 м3, во втором 3—4 м3.

Холодильник 8 должен обеспечивать эффективное охлажде­ние продуктов конденсации. Процесс этот очень ответствен, эксплуатационные условия трудны, требуются частые чистки поверхностей теплообмена. Поэтому требуется, чтобы сама конструкция аппарата обеспечивала повышенную надежность оборудования и удобства эксплуатации. Именно эти требования должны являться критериальными при выборе оборудования данного узла. Каждая из фракций, отбираемых из сборника 11, имеет свое целевое назначение и перерабатывается по определенной технологической схеме.

Легкие всплывные масла могут быть использованы для про­изводства дегтя или масел марки ПЯ (противоящурные). Отстойные смолы в натуральном виде находят ограниченное применение. Смолу, как правило, подвергают переработке с целью получения на ее основе таких ценных продуктов, как ингибитор, креозотовое масло, древесно-смоляной пек и др. Сырая смола используется лишь для пропитки железнодорожных шпал и канатов.

Жижка, полученная по данной схеме конденсации парогазов, содержит, кроме растворимой смолы, много других органических компонентов, относящихся к самым разным классам химических соединений: кислоты, спирты, кетоны, альдегиды и др. Концентрация этих компонентов в жижке, кроме карбоновых кислот и метанола, так незначительна, что при современных достижениях большой химии выделение их из жижки нецелесообразно. На лесохимических пиролизных заводах жижка перерабатывается исключительно для получения из нее уксусной кислоты, и лишь на двух заводах организовано производство и метанола и древесно-спиртовых растворителей марок А и Э. Долгое время (особенно в 30-е годы) лесохимическая промыш­ленность являлась ведущей отраслью по производству метанола. Сегодня метанол получают в основном методом синтеза, а доля метанола, вырабатываемого лесохимической промышленностью, составляет менее 1 %.

Скрубберная система конденсации парогазов имеет целый ряд недостатков. Прежде всего это большая энергоемкость про­цесса дальнейшей переработки жижки с целью получения тех­нической уксусной кислоты. Причем большая энергоемкость сохраняется при любой схеме переработки жижки, так как оп­ределена ее качеством — содержанием в жижке растворимых смолистых компонентов. Другой недостаток данной технологии конденсации парогазов — неоднократная термическая обработка смоляных продуктов, ухудшающая их ингибирующую способность. К тому же при ее разгонке увеличивается выход менее ценного продукта — пека. Однако при орошении скрубберов жижкой выход масел из отстойной смолы несколько больше по сравнению с технологией конденсации парогазов в поверхност­ных теплообменниках. К недостаткам скрубберной системы кон­денсации относится и большая металлоемкость процесса отстаи­вания жижки (требуется эксплуатация емкостей вместимостью до 400 м3 для полного отделения от жижки масел и тяжелых смол).

Схема конденсации парогазов с использованием поверхност­ных теплообменников лишена некоторых из этих недостатков (рис. 63). Парогазовая смесь из реторты непрерывно выводится в форконденсаторы 1, 2, где происходит очистка парогазов от механических примесей (мелкой щепы, коры и т. д.). Механи­ческие примеси вместе с высококипящей частью смолы осажда­ются в смоляных затворах 25, 26 и периодически через 10— 12 ч удаляются как отходы производства. На участке от реторты до первого конденсатора 3 происходит забивание трубопроводов твердыми (коксообразными) продуктами, являющимися результатом химического превращения древесной смолы с увеличением молекулярной массы. Этот процесс идет очень интенсивно при температуре выше 130 °С. Для снижения степени закоксовывания трубопроводов рекомендуется смесь про­дуктов термического разложения древесины и теплоносителя охлаждать при выходе из реторты до температуры 100—130 °С. Эта рекомендация является общей для любой схемы конденса­ции парогазов. Пары из форконденсаторов поступают в поверхностные конденсаторы 3—7. Целесообразно вначале весь объем парогазов пропустить через один конденсатор 3, а затем разделить на два потока. Рекомендуется использовать двухходовые конденсаторы. 3—5. Сконденсировавшиеся жидкие продукты пи­ролиза принимают в сборники 16, 24. Парогазы из конденсаторов 4, 5 далее поступают в поверхностные одноходовые конденсаторы 6, 7, где конденсируются более низкокипящие продукты, чем в конденсаторах 3—5.

В поверхностных теплообменниках конденсируется до 98 %, всех жидких продуктов пиролиза древесины. Более глубокая очистка парогазов, проводить которую целесообразно при использовании несконденсировавшихся газов в контуре охлаждения угля (что и показано на рис. 63), осуществляется в каплеуловителях 12, 15 (работающих по типу скруббера), в пенном аппарате 10 (с использованием для промывки технической воды 2—3 кг на 100 м3 газа) и в каплеуловителях 8, 9. Конденсат от этих аппаратов собирается в сборнике 14 и используется для орошения всех пяти поверхностных теплообменников, увеличивая тем самым степень конденсации жидких продуктов в каждом из них. В какой-то степени это мероприятие обеспечивает более мягкие условия процесса конденсации на поверхности теплообмена и тем самым увеличивает цикл работы от чистки до чистки.

 

 

Рис. 63. Принципиальная технологическая схема конденсации парогазов с использованием поверхностных теплообменников:
1,2— форконденсаторы; 3—7 — конденсаторы-холодильники; 8, 9, 12, 15 — каплеулови-тели; 10 — пенный аппарат; И, 14, 16, 19, 21, 23, 24 — сборники; 13 — газодувка; 17, 18, 20. 22 — насосы; 25, 26 — смоляные затворы
 

 



При необходимости на орошение может подаваться и жижка из сборников 16, 24. Орошение жижкой бывает особенно эффективно в летнее время, когда температура охлаждающей воды более 30 °С. В сборниках конденсата 16, 24 происходит разделение жидких продуктов на легкие масла, жижку и отстойную смолу. Целевое назначение каждой из этих фракций такое же, как и при скрубберной системе конденсации.

Основным технологическим оборудованием этой схемы конденсации являются поверхностные теплообменники. При выборе их конструкции и расчетах теплообмена необходимо учитывать и эксплуатационные требования.

Основной недостаток данной технологии—большая энергоемкость процесса переработки жижки. Процесс отстаивания конденсата идет значительно быстрее, а смоляные продукты претерпевают только одноразовую термическую обработку (при их конденсации).

Смолистые вещества, получаемые при конденсации парогазов в скрубберной системе или с применением поверхностных конденсаторов, претерпевая термические воздействия, контактируют с кислородом воздуха, что ухудшает , их качество (при разгонке уменьшается выход масел и снижается ингибирующая способность).

ЦНИЛХИ совместно с МИХМом разработали принципиально новую технологию выделения смолистых веществ из парогазов, основанную на применении аппаратов циклонного типа и адсорберов тарельчатого или насадочного типа. Схема выделения смолистых веществ в аппаратах циклонного типа позволяет не только повысить качество смоляных продуктов, но и значительно снизить энергоемкость переработки жижки, так как по данной технологии массовая доля растворимых смол в жижке столь незначительна, что не требуется обессмоливание ее перед экстракцией. Схема конденсации парогазов в данном случае обеспечивает получение жижки с массовой долей смолистых веществ до 1 %.

 

 

Рис. 64. Принципиальная технологическая схема разделения компонентов парогазов с использованием аппаратов циклонного типа и скрубберов:
1, 2, 4 — циклоны; 3 — адсорбер; 5, 6, 7 — конденсаторы-холодильники; 8, И, 13, 14, 15 — сборники; 9, 10, 12 — насосы
 



Принципиальная технологическая схема разделения компонентов парогазов в циклонах и скрубберах показана на рис. 64. Парогазы непрерывно выводятся из верхней части реторты при температуре 100—130 °С, поступают в форконденсаторы для отделения угольной пыли, коры, высококипящей части смолы (на рис. этот узел не показан), а затем в первый циклон 1, где происходит отделение наиболее крупных капель отстойной смолы (диаметром 20 мкм и более). Эта часть смолы — наименее ценная — принимается в отдельный сборник 15. Из первого циклона парогазы поступают во второй циклон 2, в котором почти полностью выделяется отстойная смола. Эта наиболее ценная часть смолы собирается в сборнике 14. В двух первых циклонах улавливается отстойная смола, находящаяся в паро-газах в виде капель. Растворимая часть смолы присутствует в виде тумана и паров, уловить ее в аппаратах циклонного типа невозможно. Для ее выделения необходимо использовать адсорбционный метод с орошением скрубберов непосредственно получаемой фракцией смолы. Для снижения степени конденсации воды и уксусной кислоты в адсорбер 3 на орошение подается растворимая смола из сборника 13, подогретая до температуры . 80—85 °С. В адсорбере одновременно осуществляются два процесса: выделение основной массы растворимой смолы и укрупнение ее частиц. Полное выделение растворимой смолы достигается в циклоне 4. Из циклона 4 обессмоленные парогазы отсасываются в поверхностные конденсаторы-холодильники 5, 6 и 7, в которых происходит конденсация обессмоленной жижки, выкачиваемой насосом 9 в химический цех для дальнейшей переработки.

Эта схема разделения жидких продуктов пиролиза более сложна, так как в ней используются процессы не только конденсации, но и сепарации. Основными критериями расчета и выбора оборудования являются дисперсный состав смолистых веществ, скорость парогазов и температура конденсации индивидуальных компонентов. Скорость парогазов в первом циклоне рекомендуется поддерживать 5—7 м/с, во втором 22—25, в четвертом— 35—40 м/с. Схема обеспечивает улавливание (отделение) смолы на 93—95 %,.

В табл. 33 приведены основные характеристики жижки, полученной по разным схемам конденсации парогазов, кислой воды после обессмоливания жижки в выпарных аппаратах, и смеси кислой воды и жижки, подаваемой на экстракцию. Кислотность жижки не зависит от способа конденсации. Этот показатель определяется породой переугливаемой древесины и, главным образом, ее влажностью после сушилок. Существенно

характеристика жижки, полученной по различным технологиче­ским схемам конденсации парогазов, отличается только по мас­совой доле в ней растворимых смол.

, Если качество жижки практически не зависит от схемы кон­денсации парогазов, то характеристика смолы прежде всего зависит именно от способа конденсации и разделения жидких продуктов пиролиза древесины (табл. 34).

 

33. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИЖКИ, КИСЛОЙ ВОДЫ И СМЕСИ КИСЛОЙ

\           воды    и          жижки

Показатель*

Жижка, полученная по схеме -

Кислая вода после выпарного аппарата

Смесь жижки и кислой воды, пода­ваемая на экстракцию

конденсации в скруббер­ной системе или с исполь­зованием поверхност­ных тепло­обменников

разделения с использо­ванием циклонов» скрубберов и поверхно­стных тепло­обменников

Плотность при 20 °С, кг/м3

Кислотность, % (в пере­счете на уксусную кис­лоту)

Массовая доля раствори­мой смолы, %

1010—1022 7,4—8,5

10,2—12,0

1010—1012 8,8—8,5

1,2—1,8

998—1002 7,5—8,4

0,2—0,4

1006—1010 7,4—8,8

0,7—1,0

·         При пиролизе древесины влажностью 20—25 %.

 

 

При скрубберной схеме конденсации или конденсации парогазов в поверхностных теплообменниках на стадии конденсации выделяется только от­стойная смола. Растворимая смола присутствует в жижке ^вы­деляется на дальнейших стадиях ее переработки. С точки зре­ния качества смолы предпочтительнее скрубберная система, но при условии орошения скрубберов жижкой.

При использовании циклонов в схеме разделения компонен­тов парогазовой смеси выделяются все смолы: отстойные и ра­створимые, причем в . первом — преимущественно тяжелокипящая часть отстойной смолы (пек), во втором — смесь отстойной и растворимой смол, а в третьем циклоне выделяется только растворимая смола. Это положение является особенностью данной технологии конденсации парогазов. Разработанная технологическая схема конденсации парогазов с использованием циклонов для отделения смолистых веществ еще не прошла промышленных испытаний. Однако уже сейчас можно отметить ее достоинства (компактность, малую металлоемкость, низкую энергоемкость дальнейшей переработки жижки) и недостатки (чувствительность к колебаниям нагрузки).

К материалам, рекомендуемым для изготовления оборудования для конденсации парогазов, предъявляются особые

требования: стойкость к газовой коррозии, химическая стойкость  к различным органическим компонентам, особенно к одноосновным карбоновым кислотам, смолам, спиртам, альдегидам. В качестве конструкционных материалов рекомендуются нержавеющие стали марок 08Х21Н6Т, 12Х18Н10Т,

08Х17Т, 15Х25Т и биметаллы (например, Ст. 3+12Х18Н10Т или Ст. 3+ 10Х17Н13М2Т).