Автоматизация процесса газоочистки

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Участок по производству хлормагниевых щелоков и (или) обезвреживанию отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп) входит в состав цеха № 38 пылегазоулавливания ОАО «АВИСМА» и размещается в имеющемся здании газоочистки № 2, а также на территории, примыкающей к северной стене здания газоочистки № 2. Участок предназначен для получения хлормагниевых щелоков путем абсорбции хлористого водорода, образующегося в результате конверсии хлора в топке, бруситовой суспензией и (или) для обезвреживания хлорированных растворов газоочистных сооружений, с утилизацией тепла и хлористого водорода, образуемых в топке.

Технологический процесс производства хлормагниевых щелоков и обезвреживания отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп) состоит из следующих операций:

4.1 Восстановление анодного хлора в хлористый водород в топке в присутствии кислорода технологических и части сантехнических газов.

4.2 Обработка в топке сантехнических газов при использовании их в качестве вторичного дутья.

4.3 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией или отработанным известковым молоком.

4.4 Контрольное доразложение гипохлорита магния или кальция.

4.5 Двухступенчатая очистка отходящих газов известковым молоком.

4.1 Восстановление хлора в хлористый водород в топке в присутствии кислорода технологических и части сантехнических газов.

Технологические газы и часть сантехнических газов (при необходимости) по трубопроводу вентиляторами непрерывно подаются в смеситель горелочного устройства топки, через который в поток этих газов непрерывно вводится анодный хлоргаз и природный газ.

В топке природный газ горит в хлоровоздушной смеси по реакции:

CH4+2Cl2+O2=4HCl+CO2 (4.1).

Избыток природного газа реагирует с кислородом по реакции:

CH4+2О2=CO2+2Н2О (4.2).

В топке хлор, фосген и окись углерода, содержащиеся в технологических сантехнических газах, нейтрализуются парами воды по реакциям:

Cl2+H2O=2HCl+0,5O2 (4.3).

COCl2+H2O=2HCl+CO2 (4.4).

CO+0,5O2=CO2 (4.5).

Условия проведения реакций выбирают таким образом, чтобы максимально полнее перевести хлор в хлористый водород. Такими условиями являются:. подбор равновесного количества природного газа и хлора: [pic];. тщательное предварительное перемешивание исходных потоков;. температура в зоне реакции. Из условий стойкости футеровки она составляет от 1150 до 1200 0С.

В этих условиях степень конверсии хлора в хлористый водород составляет не менее 95%, а продуктами реакций является смесь газов, содержащая хлористый водород, двуокись углерода, азот, кислород, пары воды и остаточное количество хлора.

4.2 Обработка в топке сантехнических газов при использовании их в качестве вторичного дутья.

Фиксированное количество сантехнических газов по газоходу с помощью вентилятора подается в межкожухное пространство топки, охлаждая футеровку, затем поступает в рабочую часть топки, понижая температуру топочных газов.

Хлор, присутствующий в сантехнических газах, частично нейтрализуется парами воды в топке по реакции (4.3), с образование хлористого водорода и кислорода.

Избыточное количество сантехнических газов подвергается очистке на сантехнической системе газоочистки № 2 в соответствии с ТИ 38−008.

4.3 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией или отработанным известковым молоком.

После обработки в топке технологических газов и разбавления сантехническими газами, топочные газы, обогащенные хлористым водородом и парами воды, направляются по газоходу в нижний патрубок скруббера нулевой ступени очистки, где происходит нейтрализация хлористого водорода и остаточного хлора бруситовой суспензией или отработанным известковым молоком с использованием тепла топочных газов на упаривание раствора. Использование того или иного сорбента определяется, главным образом, потребностью комбината в хлормагниевых щелоках.

Свежий сорбент (бруситовая суспензия или отработанное известковое молоко) по трубопроводам поступает в аппарат с перемешивающим устройством, откуда центробежными насосами подается на орошение скруббера нулевой ступени через разбрызгивающие устройства.

4.3.1 Нейтрализация хлористого водорода бруситовой суспензией.

При прохождении газов через скруббер нулевой ступени происходит практически полное поглощение хлористого водорода и частичное, в пределах от 25 до 30%, поглощение хлора за счет химического взаимодействия с орошающим сорбентом, по реакциям:

Mg (OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O (4.6).

2Mg (OH)2+2Cl2=MgCl2+Mg (ClO)2+2H2O (4.7).

Образующиеся соли магния, в виде растворов, вместе с орошающим сорбентом стекают в нижнюю часть скруббера нулевой ступени, откуда по сточной трубе направляются в работающий на орошение аппарат с перемешивающим устройством. Из последнего сорбент центробежным насосом вновь подается на орошение скруббера.

По мере поглощения хлора и хлористого водорода бруситовой суспензией происходит снижение массовой концентрации гидроокиси магния и повышение массовой концентрации хлорида и гипохлорита магния. Циркуляция бруситовой суспензии на нулевой ступени очистки осуществляется до значения рН среды 4- 5. В этих условиях массовая концентрация гипохлорита магния в хлормагниевом щелоке близка к нулю вследствие протекания следующих реакций:

Mg (ClO)2=MgCl2+О2 (4.8).

Mg (ClO)2+4HCl=MgCl2+2Cl2+2H2O (4.9).

Образование вторичного хлора в скруббере нулевой ступени происходит в незначительных количествах, ввиду низкой степени поглощения первичного хлора бруситовой суспензией, и последующего разложения гипохлорита магния по реакции (4.9).

При достижении вышеуказанных условий отработанный сорбент подвергается контрольному доразложению гипохлорита магния для чего производится перевод орошения на резервный аппарат с перемешивающим устройством, предварительно заполненный бруситовой суспензией.

4.3.2 Нейтрализация хлористого водорода отработанным известковым молоком.

В случае использовании в качестве сорбента отработанного известкового молока при прохождении топочных газов через скруббер нулевой ступени происходит разложение гипохлорита кальция с использованием тепла топочных газов, практически полное поглощение хлористого водорода, а также незначительная нейтрализация хлора гидроокисью кальция. Причем процесс нейтрализации хлористого водорода гипохлоритом кальция сопровождается выделением в скруббере вторичного хлора.

При использовании в качестве сорбента отработанного известкового молока в скруббере нулевой ступени протекают следующие реакции:

Ca (ClO)2=CaCl2+O2 (4.10).

Ca (ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.11).

Ca (OH)2+2HCl= CaCl2+2H2O (4.12).

2Ca (OH)2+2Cl2= CaCl2+Ca (ClO)2+2H2O (4.13).

Образующиеся соли кальция, в виде растворов, вместе с орошающим сорбентом стекают в нижнюю часть скруббера нулевой ступени, откуда по сточной трубе направляются в работающий на орошение аппарат с перемешивающим устройством. Из последнего сорбент центробежным насосом вновь подается на орошение скруббера.

По мере поглощения хлора и хлористого водорода орошающим сорбентом происходит снижение концентрации гидроокиси и гипохлорита кальция. Циркуляция отработанного известкового молока продолжается до значения массовой концентрации гидроксида кальция в растворе в пределах от 0 до 4 г/дм3 в перерасчете на СаО. В этих условия массовая концентрация гипохлорита кальция в растворе не превышает 6 г/дм3.

После достижения вышеуказанных условий отработанный сорбент подвергается контрольному доразложению гипохлорита кальция, для чего производится перевод орошения на резервный аппарат с перемешивающим устройством, предварительно заполненный отработанным известковым молоком.

Из верхней части скруббера нулевой ступени топочные газы поступают в верхнюю часть брызгоуловителя нулевой ступени. Брызгоуловитель имеет цилиндрическую форму, ввод газов выполнен тангенциальным, благодаря чему газы внутри корпуса получают вращательное движение. Вследствие центробежной силы, возникающей в результате вращения, капельки сорбента отбрасываются к стенкам корпуса и, теряя за счет трения о них скорость движения, стекают в нижнюю часть брызгоуловителя, откуда по трубопроводу отводятся в работающий на орошение аппарат с перемешивающим устройством.

Выйдя через центральную трубу брызгоуловителя, газы по газоходу, направляются в общий для трех систем коллектор, куда также направляется фиксированное количество сантехнических газов (избыточное для сантехнической системы). Из общего коллектора смешанные газы направляются на более тонкую двухступенчатую очистку от хлора и хлористого водорода известковым молоком.

4.4 Контрольное доразложение гипохлорита магния или кальция.

Отработанный сорбент содержит остаточное количество активного хлора, что недопустимо для дальнейшего использования сорбента, поэтому он подвергается контрольному доразложению.

Контрольное доразложение допускается проводить с использованием нижеперечисленных реагентов, при этом могут протекать следующие реакции:

4.4.1 С помощью раствора гидросульфида натрия массовой концентрацией 40−60 г/дм3 NaHS (расход: 0,4 кг NaHS на 1 кг Mg (ClO)2 или Ca (ClO)2): 5Mg (ClO)2+4NaHS=5MgCl2+2Na2SO4+2S+2H2O (4.14) 5Ca (ClO)2+4NaHS=5CaCl2+2Na2SO4+2S+2H2O (4.15).

4.4.2 С помощью раствора сульфида натрия массовой концентрацией 95−101 г/дм3 Na2S (расход: 0,6 кг Na2S на 1 кг Mg (ClO)2 или Ca (ClO)2): 5Mg (ClO)2+4Na2S+H2O=3MgCl2+4NaCl+MgSO4+3S+Mg (OH)2 (4.16) 5Ca (ClO)2+4Na2S+H2O=3CaCl2+4NaCl+CaSO4+3S+Ca (OH)2 (4.17).

Контрольное доразложение ведется до полного разложения гипохлорита магния или гипохлорита кальция. Остаточное содержание NaHS (Na2S) после контрольного доразложения не должно превышать 0,5 г/дм3. При более высокой массовой концентрации содержание NaHS (Na2S) происходит загрязнение готового продукта примесями, а в случае вывода отработанных щелоков в кислотную канализацию может произойти выделение в атмосферу сероводорода, при неполном доразложении гипохлорита магния или гипохлорита кальция — выделение в атмосферу хлора, в результате протекания следующих реакций:

NaHS+HCl=H2S+NaCl (4.18).

Na2S+2HCl=H2S+2NaCl (4.19).

Ca (ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.20).

Mg (ClO)2+4HCl=MgCl2+2Cl2+2H2O (4.21).

После контрольного доразложения готовый щелок, в зависимости от потребностей комбината, может быть направлен:

— на узел осветления хлормагниевых щелоков — в случае использования в качестве исходного сорбента бруситовой суспензии;

— на узел осветления растворов хлористого кальция — в случае использования в качестве исходного сорбента отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп);

— при отсутствии потребности на товарные растворы хлористого кальция, а также в период пуско-наладочных работ — в кислотную канализацию.

4.5 Двухступенчатая очистка отходящих газов известковым молоком.

После обработки топочных газов в скруббере нулевой ступени отходящие газы в своем составе содержат значительное количество хлора и остаточное количество хлористого водорода, концентрация которых превышает допустимые санитарные нормы. Поэтому эти газы перед выбросом в атмосферу подвергают двухступенчатой очистке от вредностей в скрубберных системах, орошаемых известковым молоком.

Каждая ступень очистки включает полый скруббер, брызгоуловитель, аппарат с перемешивающим устройством и центробежные насосы. Отходящие газы непрерывно подаются в нижнюю часть скруббера первой ступени и выводятся из верхней его части, затем вводятся в верхнюю часть брызгоуловителя и выходят из его нижней части, после чего аналогичным образом последовательно проходят скруббер второй ступени и брызгоуловитель.

Свежее известковое молоко из сети поступает в аппараты с перемешивающими устройствами, откуда насосами подается на орошение скрубберов через разбрызгивающие устройства.

Уловленное в брызгоуловителях известковое молоко через гидрозатворы непрерывно стекает в аппараты с перемешивающими устройствами.

Процесс поглощение хлора и хлористого водорода протекает по реакциям (4.13) и (4.12) соответственно.

По мере поглощение хлора и хлористого водорода известковым молоком происходит постепенное снижение в нем концентрации гидроокиси кальция с увеличением солей кальция. Поэтому отработанное известковое молоко заменяют свежим.

При несвоевременной замене известкового молока (массовая концентрация СаО менее 20 г/дм3) в скруббере могут протекать следующие реакции:

Cl2+H2O=HClO+HCl (4.22).

Ca (ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2+2H2O (4.23).

2Ca (ClO)2+2CO2=2CaCO3+2Cl2+O2 (4.24), что приводит к значительному снижению степени очистки газов от хлора и увеличивает его выброс в атмосферу.

Снижение степени улавливания хлора также происходит при снижении объемного расхода известкового молока, проходящего через 1 квадратный метр площади сечения скруббера, ниже 40 м3/час, т. е. при снижении плотности орошения, из-за ухудшения работы циркуляционных насосов или забивания разбрызгивающих устройств и коммуникаций, а также в случае одновременной замены известкового молока на свежее в нескольких скрубберах одной системы. Оборудование и коммуникации следует поддерживать в состоянии, обеспечивающем их проектные характеристики, и не допускать совпадения по времени замены известкового молока в нескольких скрубберах одной системы.

Очищенные газы с помощью вентилятора по газоходам через вентрубу выбрасываются в атмосферу.

Отработанное известковое молоко со ступеней известковой очистки отходящих газов направляется на разложение гипохлорита кальция на узел разложения газоочистки № 2, может быть перекачено с помощью насоса на узлы разложения газоочисток №№ 1, 3, 4, а также, в случае работы данной установки по схеме обезвреживания отработанного известкового молока (гипохлоритных пульп), может перекачиваться в аппараты с перемешивающими устройствами, предназначенные для орошение скрубберов нулевых ступеней этой установки.

Разложение гипохлорита кальция на узле разложения газоочистки № 2 производится в соответствии с ТИ 38−008, на узлах разложения газоочисток №№ 1, 3, 4 — в соответствии с ТИ 38−21.

При получении хлормагниевых щелоков и обезвреживании отработанного известкового молока проводится входной контроль сырья, на каждом этапе производства выполняется отбор проб согласно схеме контроля с регистрацией полученных результатов анализов в суточном рапорте. Пробы, отобранные на промежуточной стадии процесса анализирует оператор цеха № 38, пробы готовой продукции анализируются центральной лабораторией комбината.

При получении результата анализа пробы, отобранной от готовой продукции, не отвечающего предъявляемым к ней требованиям, продукция возвращается в цикл для прохождения дополнительной обработки согласно операциям, описанным в п.п. 4.3, 4.4.

РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Таблица Х.

|Наименование технологических параметров |Единицы |Значение | | |измерения | | |1 Объемный расход природного газа при |м3/час |500−1000 | |нормальных условиях: |м3/час |250−750 | |- на топку | | | |- на горелку | | | |2 Объемный расход первичного дутья при |м3/час |8000−16 000 | |нормальных условиях: |м3/час |4000−10 000 | |- на топку | | | |-на горелку | | | |3 Объемный расход анодного хлоргаза при |м3/час |500−1500 | |нормальных условиях: |м3/час |250−1000 | |- на топку | | | |- на горелку | | | |4 Объемный расход сантехнических газов при |м3/час |не более 150 000| |нормальных условиях, |м3/час | | |в т. ч на топку | |10 000−32 000 | |5 Температура в топке |0С |1150−1200 | |6 Температура газов на входе в скруббер |0С |400−800 | |нулевой ступени | | | |7 Температура газов на выходе из скруббера |0С |не более 120 | |нулевой ступени | | | |8 Вакуумметрическое давление (разрежение) в|кПа |0−0,01 | |топке |мм вод.ст. |0−10 | |9 Вакуумметрическое давление (разрежение) в|кПа |0,5−0,7 | |газоходе после скруббера нулевой ступени |мм вод.ст. |50−70 | |10 Вакуумметрическое давление (разрежение) |кПа | не менее 0,9 | |в газоходе перед скруббером первой ступени |мм вод.ст. |не менее 90 | |11 Давление природного газа перед |кПа |8−10 | |смесителем |кгс/см2 |0,08−0,1 | |12 Давление первичного дутья перед |кПа |10−12 | |смесителем |кгс/см2 |0,1−0,12 | |13 Давление анодного хлоргаза в |кПа |70−120 | |хлоропроводе перед регулирующим клапаном |кгс/см2 |0,7−1,2 | |14 Массовая концентрация вредных веществ в |г/м3 |не более 4,0 | |технологических газах: |г/м3 |не более 1,4 | |- хлор |г/м3 |не более 0,2 | |- хлористый водород |г/м3 |не более 25 | |- фосген | | | |- окись углерода | | | |15 Массовая концентрация вредных веществ в |г/м3 |не более 0,2 | |сантехнических газах: |г/м3 |не более 0,2 | |- хлор | | | |- хлористый водород | | | |16 Величина рН раствора в баке скруббера |ед. рН |4−12 | |нулевой ступени | | | |17 Значение массовой концентрации MgO в |г/дм3 |не менее 100 | |свежей бруситовой суспензии | | | |18 Значение массовой концентрации СаО в |г/дм3 |не менее 100 | |свежем известковом молоке | | | |19 Массовые концентрации контролируемых |г/дм3 |не менее 20 | |веществ в отработанном известковом молоке: |г/дм3 |20−100 | |- СаО | | | |- Clакт | | | |20 Массовая концентрация NaHS в рабочем |г/дм3 |40−60 | |растворе гидросульфида натрия | | | |21 Массовая концентрация Na2S в рабочем |г/дм3 |95−101 | |растворе сульфида натрия | | | |22 Массовые концентрации контролируемых |г/дм3 |не более 1 | |веществ в хлормагниевом щелоке перед | | | |контрольным доразложением: | | | |- Clакт | | | |22 Температура растворов в баке скруббера |0С |25−85 | |нулевой ступени | | | |23 Плотность раствора хлормагниевого щелока|г/см3 |1,26−1,3 | |перед контрольным доразложением | | | |24 Массовые концентрации контролируемых | | | |веществ в обезвреженном известковом молоке | | | |перед контрольным доразложением: | | | |- СаО |г/дм3 |не более 4 | |- Clакт |г/дм3 |не более 6 | |25 Остаточная массовая концентрация | | | |примесей в хлормагниевом щелоке при | | | |перекачке на осветление: | | | |- Clакт |г/дм3 |отсутствует | |- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 | |26 Остаточная массовая концентрация | | | |примесей в обезвреженном известковом молоке| | | |при перекачке на осветление: | | | |- Clакт |г/дм3 |отсутствует | |- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 | |27 Плотность раствора обезвреженного |г/см3 |1,3−1,4 | |известкового молока при перекачке на | | | |осветление | | | |28 Остаточная массовая концентрация | | | |примесей в обезвреженном щелоке перед | | | |выводом в канализацию: | | | |- Clакт |г/дм3 |отсутствует | |- NaHS |г/дм3 |не более 0,5 | |29 Массовая концентрация вредных веществ в | | | |газах, поступающих на очистку известковым | | | |молоком, при производстве хлормагниевых | | | |щелоков: | | | |- Cl2 |г/м3 |не более 1,5 | |- HCl |г/м3 |не более 1 | |30 Массовая концентрация вредных веществ в | | | |газах, поступающих на очистку известковым | | | |молоком, при обезвреживании отработанного | | | |известкового молока (гипохлоритных пульп): | | | |- Cl2 | | | |- HCl |г/м3 |не более 15 | | |г/м3 |не более 3 | |31 Значение массовой концентрации СаО в |г/дм3 |не менее 20 | |поглотительном растворе в процессе очистки | | | |газов | | | |32 Уровень раствора в аппарате с |м |1,0−2,8 | |перемешивающим устройством | | | |33 Объемный расход газов, выбрасываемых в |м3/час |не более 288 000| |трубу, при нормальных условиях | | | |34 Массовая концентрация вредных веществ в | | | |отходящих газах перед трубой при | | | |производстве хлормагниевых щелоков: | | | |- Cl2 |г/м3 |не более 0,01 | |- HCl |г/м3 |не более 0,03 | |- COCl2 |г/м3 |отсутствует | |- CO |г/м3 |не более 0,09 | |35 Массовая концентрация вредных веществ в | | | |отходящих газах перед трубой при | | | |обезвреживании отработанного известкового | | | |молока (гипохлоритных пульп): | | | |- Cl2 |г/м3 |не более 0,072 | |- HCl |г/м3 |не более 0,03 | |- COCl2 |г/м3 |отсутствует | |- CO |г/м3 |не более 0,09 |.