Определение выхода смолы

Содержание смолы в прямом газе можно определить с помощью ваты или асбеста (способ Фельда), когда смола извлекается пропусканием газа через содержащую вату U-образную трубку, предварительно взвешенную. Затем трубку высушивают током коксового газа, свободного от смолы и паров воды, и взвешивают. По приращению веса определяют выход смолы.

Выход в весовых процентах за определенный промежуток времени на производстве находят по формуле:

G_см = (G_ц – (G_пр – G_от) + (G_к – G_н)) / P_ш * 100, (32)

где G_cм –выход смолы, % к рабочей шихте;

G_ц- количество переработанной в смолоперегонном цехе смолы, т;

G_пр - количество привезенной со стороны смолы, т;

G_от – количество отправленной на сторону смолы, т;

G_к - остаток смолы к концу данного отрезка времени, т;

G_н - остаток смолы к началу данного отрезка времени, т;

Р_ш - производительность печей по рабочей шихте, т.

При коксовании определенных углей выход считают по эмпирической формуле:

G_см = (–18,36 + 1,53*V^г – 0,026*V^г)*(100 – A^р – W^р) / 100, (33)

где G_см - выход смолы в процентах к рабочей шихте

V^г - выход летучих из горючей массы шихты, %;

A^p - содержание золы в рабочей шихте, %;

W^p - содержание влаги в рабочей шихте, %.

Выход смолы для разных шихт, в зависимости от периода коксования, колеблется от 2 до 5,5 % от влажной шихты.

3) определение выхода бензола

Определение содержания бензола в прямом и обратном газе может быть произведено несколькими методами:

– поглощением активированным углем;

– глубоким охлаждением (вымораживанием),

– поглощением парафиновым маслом в особой промывной банке с последующим взвешиванием;

– промыванием маслом с последующим дистиллированием.

На практике определяют расчетным путем:

G_б = (–1,61+0,144*V^г–0,0016*V^г)*(100–A^p–W^p) / 100, (34)

где G_б - выход бензола, в % от влажной шихты;

V^г - выход летучих веществ из шихты, отнесенных к горючей массе, %;

A^p - содержание золы в рабочей шихте, %;

W^p - содержание влаги в рабочей шихте, %.

Возможные несовпадения в значениях теоретического и практического выхода бензола и смолы следует объяснить тем, что в что в формулах учтен лишь выход летучих и не учтены другие факторы. Установлено, что выходы смолы и бензола находятся, примерно в постоянном соотношении: G_см / G_б = 3,1 до 3,4.

Выход сырого бензола обычно колеблется в пределах 0,7 – 1,2 % от загружаемой шихты или 1,0 – 1,6 %, отнесенных к горючей массе угля.

4) определение выхода аммиака

Выход аммиака можно определить тремя способами:

– лабораторным методом по непосредственным замерам;

– по производительности аммиачного или сульфатного цеха;

– аналитическим путем:

G_ам = b * N^г * 17/14 * (100 – A^p –W^p) / 100 %, (35)

где G_ам - выход аммиака в % от шихты;

b - коэффициент перехода азота угля в аммиак, b = 0,15;

N^г - содержание азота в горючей массе шихты;

17/14 - отношение молекулярного веса аммиака к азоту;

A^p - содержание золы в рабочей шихте, %;

W^p - содержание влаги в рабочей шихте, %.

Для отечественных углей выход аммиака колеблется в пределах 0,22 % – 0,30 % от веса загружаемой шихты.

5) определение выхода обратного газа

В расчете материального баланса выход газа определяется в виде количества сухого газа на тонну загружаемой шихты. Измерению подвергается обратный газ вследствие того, что непосредственный замер прямого газа по выходе его из печей с помощью приборов, работающих по принципу замера перепада давления, не представляется возможным в виду высокого содержания в прямом газе паров смолы и нафталина, а также вследствие трудности определения удельного веса прямого газа.

Выход газа (обратного) может быть найден следующими путями:

– непосредственным замером объема газа с помощью газовых часов – на небольшой установке (10 000 - 12 000 м³/ч);

– измерением количества газа приборами, работающими по принципу замера перепада давления (сопло, диафрагма, труба Вентури и трубки Пито–Прандтля);

– по содержанию аммиака или бензола в 1 м³/ч газа до и после улавливающей установки и по выработке цехом аммиака или сырого бензола;

– по материальному балансу продуктов коксования;

– по элементарному балансу одного из химических элементов шихты;

– по выходу летучих веществ из шихты.

На практике выход газа находят по разности между приходными и расходными статьями материального баланса.

V^г = [ 100 – (K + S_w + W_о ]*E/(100*ρ_г), м³/ч /ед.загр., (36)

где E – вес единицы загрузки шихты, кг;

K – выход кокса, в % от влажной шихты;

S_w – сумма выходов химических продуктов (бензола, аммиака, смолы), в % от влажной шихты;

W_o – сумма влаги шихты и пирогенетической влаги, %;

ρ_г – удельный вес газа при нормальных условиях, кг/м³.

Удельный вес газа определяют:

– взвешиванием газа на газовых весах;

– используя метод истечения;

– аналитическим путем:

ρ_г =(1,977*CO₂ + 1,413*C_mH_n + 1,429*O₂ + 1,25*CO + 0,717*CH₄ + 0,09*H₂ + + 1,09*H₂ + 1,251*N₂ + 1,539*H₂S)/100, кг/нм³, (37)

где CO₂, C_mH_n;... представляют собой процентные содержания составных частей газа по объему;

1,977, 1,413,...– вес 1м³ соответствующего газа при нормальных условиях.

6) выход сероводорода

Органические соединения серы содержатся в газе в весьма незначительном количестве. Сера находится, главным образом, в виде сероводорода:

H₂S = 34/32*a*S^р_ш*1000/100, кг/т шихты, (38)

где а – коэффициент перехода серы в газ (0,23 – 0,24);

S^р_ш – содержание серы в рабочей шихте, %;

34 – молекулярный вес H₂S, кг/кмоль;

32 – атомный вес серы, кг/кмоль.

Практика показала, что в газ переходит 20 - 28 % серы угля.

7) количество влаги

Содержащаяся в коксовом газе вода состоит из влаги угля и пирогенетической влаги, образовавшейся в результате соединения водорода угля с кислородом. Выход пирогенетической влаги колеблется от 1,5 до 5,0 % от загруженной шихты.

W_п = 9/8 * О_вл, кг/т шихты, (39)

где W_п - количество пирогенетической влаги;

О_вл - кислород пирогенетической влаги, кг/т

На производстве общее количество надсмольной воды определяется непосредственно замером ее в сборниках.

В результате расчета материального баланса бывает расхождение между приходной и расходной частью баланса. Получаемая разница в пределах 2 - 3 % вводится в расходную часть баланса в виде отдельной статьи, называемой неувязкой баланса.

В таблице 11 приведены результаты выходов продуктов коксования, полученные по выше описанным формулам при условиях, указанных в таблице 12.

Результаты, полученные по традиционному методу расчета, показывают, что выхода продуктов коксования, а особенно по коксовому газу, аммиаку и пирогенетической влаги, а также по выходу кокса не согласуются с производственными данными при условиях:

Причины отклонения расчетных и практических результатов вызваны явными недостатками традиционного метода расчета материального баланса коксования, основными из которых является:

-для указанного метода расчета требуется использование исходных данных элементного анализа угольной шихты (С, Н₂, О₂, N₂), которые принимаются по устаревшим табличным данным для углей определенной шахтогруппы угольного бассейна;

-текущий контроль данных элементного анализа обычно не производится, поэтому расчеты, проведенные на данных, взятых из таблиц, дают ориентировочные результаты;

-выход кокса считается по различным эмпирическим формулам, установленным во многих случаях для конкретной угольной базы и в основном для углей донецкого бассейна. Это же относится и к расчету припека кокса. В алгоритме заложена выдача результата выхода кокса по наименьшей невязке баланса. Как показали многочисленные расчеты по данному методу, наименьшая невязка баланса получается при расчете выхода кокса по формуле принятой на 16-ой конференции по коксу в Японии (1952 году).

-выхода химических продуктов, в частности, выход смолы и бензольных углеводородов рассчитываются по эмпирическим уравнениям, (установлены ещё в 30-х годах нынешнего столетия и до сих пор не разу не уточнялись) только по выходу летучих веществ угольных шихт, что естественно приводит к искаженным результатам. Выхода же аммиака, сероводорода, пирогенетической влаги и коксового газа рассчитывается по коэффициентам перехода азота в аммиак, серы в сероводород, кислорода в пирогенетическую влагу, определенные для углей Донецкого бассейна, а для шихт состоящих из углей Кузнецкого и Карагандинского бассейнов, для расчета названных продуктов они совершенно не пригодны. Поэтому использование этих формул даёт ошибочные результаты;

-выход коксового газа считается по разности между количеством загружаемого угля и рассчитанных выходов продуктов коксования, в результате чего выход коксового газа не всегда соответствует действительности. В некоторых алгоритмах расчета материального баланса используют коэффициент для расчета выхода коксового газа, также составленного для углей Донецкого бассейна, и для наших условий он является непригодным.

9.1.2.Расчет материального баланса коксования угольной шихты, учитывающий зависимости выходов и качества продуктов от условий коксования

Например, увеличение температуры в отопительных каналах Т_в от 1150 - 1350 ⁰ С приводит к следующим закономерностям.

Выход прямого коксового газа увеличивается, на 15,29 м³/т с.ш., при этом теплотворная способность его уменьшается, на 874,4 кДж/ м³, а плотность его уменьшается на 0,022 кг/м³.

Изменяется также и его состав: с увеличением температуры содержание в газе СО₂, СО, Н₂, N₂ и О₂ увеличивается, а СН₄ и С₂Н₄ уменьшается.

Выход смолы колеблется в пределах от 32,46 % до 31,25 %, закономерность в сторону увеличения или уменьшения не обнаружена, но при этом сильно меняется её состав, так выход пека увеличивается на 1,96%, фенолов уменьшается на 0,61%, нафталина увеличивается на 1,37%, выход легкой фракции уменьшается на 0,56%.

Выход сырого бензола увеличивается на 0,45 кг/т, состав его тоже изменяется, следующим образом: содержание бензола увеличивается на 5,45%, а сольвента соответственно на 0,13%. Содержание толуола, ксилола и головной фракции уменьшается соответственно на 3 %, 0,98 %, 1,52%.

Выход аммиака уменьшается на 0,06%; выход сероводорода остаётся неизменным.

Выход циановодорода увеличивается на 0,06%.

Выход пиридиновых оснований уменьшается на 40 г, происходят и изменения в их составе: уменьшилось содержание пиридина на 12,93%, альфапиколина на 1,52%, бета и гамма-пиколинов на 2,55%, содержание лутидинов увеличивается на 2,03%.

Выход избыточной аммиачной воды уменьшается на 1,8 кг/т, при этом летучий аммиак и фенолы уменьшаются, соответственно на 0,97% и на 0,76%, а связанный аммиак и цианиды увеличиваются на 0,97% и на 1,45%.

Из таблицы 14 видно, что изменение выхода летучих веществ с 20,5 – 30,5 % также существенно влияет на выход и качество химических продуктов коксования и приводит к следующим изменениям.

Выход прямого коксового газа увеличивается на 40 м3/т, его теплотворная способность увеличивается на 1697,9 кДж/ м3, плотность с возрастанием выхода летучих веществ увеличивается на 0,012 кг/ м3. Состав коксового газа изменяется следующим образом: увеличивается содержание СО2, СО, СН4, СmHn, на 0,4%,, 1,69%, 2,86% и 0,98 % соответственно, а такие компоненты, как Н2 и N2 уменьшаются на 1,15% и 5,12%, выход кислорода колеблется в пределах 0,67 – 1,02 %; выход смолы увеличивается на 11,49 кг/т с.ш., плотность при 20 0С колеблется от 1187,64 до 1189,99 кг/м3, зависимость её от выхода летучих веществ не наблюдается, содержание в смоле фенолов увеличивается на 1 %, а нафталина уменьшается на 2,61 %, пек колеблется в пределах от 54,02 до 59,79 %.

Выход сырого бензола значительно увеличивается на 4,78 кг/т с.ш., в его составе происходят такие изменения: содержание бензола увеличивается на 6,9%, толуола и ксилолов уменьшается на 2,87% и на 2.16 %, содержание сольвента увеличивается на 0,5 %, а головной фракции уменьшается на 2,45 %.

Выход аммиака увеличивается на 0,13 %.

Выход сероводорода увеличивается на 0,03 %.

Выход циановодорода увеличивается на 0,08 %.

Выход пиридиновых оснований увеличивается на 160 г, при этом содержание пиридина, альфа-пиколина, бета и гамма пиколинов увеличивается на 21 %, 2,7 % и 5,89 %, соответственно, а лутидины уменьшаются на 7,5 %.

Выход избыточной аммиачной воды увеличивается на 23,74%, содержание летучего аммиака увеличивается на 1,19 г/л, связанного аммиака уменьшается на 1,19 г/л, содержание сероводорода колеблется в пределах от 0,84 до 0,85 %, циановодорода увеличивается на 0,18 г/л, фенолов увеличиваются на 1,24 г/л.

10.4. КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА ПРИ ОБОГРЕВЕ КОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ

От количества воздуха, подаваемого для сгорания газа, зависит: полнота сгорания отопительного газа, равномерность обогрева по высоте коксовой камеры, температура на поду вертикала.

В отопительных вертикалах не может быть идеального соотношения газ - воздух из-за неудобств регулирования горелками и регистрами в зоне высоких температур. Поэтому для обеспечения полного сгорания газа необходимо затратить воздуха несколько больше, чем следует по теоретическому расчету:

α = V_o^д/ V_о^т = (V_o^т + V_о^изб)/ V_o^т = 1 + V_о^изб/ V_o^т (45)

Такое же равенство справедливо и для чистого О₂: α = О_2изб/О_2т (46)

Избыточное количество кислорода в продуктах горения О_2изб (м³), как и содержание в них углекислого газа СО_2т (м³) может быть найдено по данным газового анализа: О_2изб = V_сух * О₂ и СО_2т = V_сух * СО₂, (47)

где О₂ и СО₂ – доля кислорода и углекислого газа в продуктах горения по данным газового анализа;

V_сух – объем сухих продуктов горения, м³.

V_сух = О_2изб/О₂; V_сух = СО_2т/СО₂. Тогда О_2изб/О₂ = СО_2т/СО₂;

О_2изб = СО_2т *О₂/ СО₂. Тогда α = 1 + СО_2т*О₂/О_2т*СО₂,

где СО_2т/О_2т – соотношение, независящее от α и определяемое только составом отопительного газа.

Обозначим СО_2т/О_2т = k. α = 1 + k*О₂/СО₂. (48)

Для коксового газа k от 0,42 до 0,43; для доменного газа k примерно 2,54. Если состав отопительного газа меняется, то по реакциям горения следует определить новую величину k.

При недостаточном α газ сгорает не полностью и увеличивается расход тепла на коксование. При чрезмерно большом α повышается унос тепла с продуктами сгорания, т.к. их становится больше, тепло расходуется на нагрев избыточного воздуха, что опять-таки увеличивает расход тепла, но меньше, чем при недостатке воздуха.

Если в отопительной системе печей из-за недостатка воздуха недогорает газ и в продуктах горения появляется СО, то последний нужно мысленно дожечь. Тогда в соответствии с уравнением горения СО в формуле (48) в числителе процент О₂ уменьшается до величины (О₂ – 0,5*СО), а в знаменателе возрастает на процент СО в смеси и составит (СО₂ + СО). В результате формула приобретает окончательный вид: α = 1 + k*(О₂ – 0,5*СО)/(СО₂ + СО). (49)

Дата добавления: 2014-01-07