Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Извлечение цианистого водорода из коксового газа

Введение 2
Глава 1. Технико-экономическое обоснование 6
1.1 Состав коксового газа. Образование аммиака и цианистого водорода при коксовании 6
1.2 Химические свойства цианистого водорода 8
1.3 Содержание цианистого водорода в коксовом газе 10
1.4 Способы извлечения цианистого водорода 13
Глава 2. Совершенствование методов извлечения цианистого водорода в ПАО «ММК» 23
2.1 Описание блока №1 ЦУПХП КХП ПАО «ММК» 23
2.2 Влияние цианистого водорода на работу блока №1 ЦУПХП КХП ПАО «ММК» 29
2.3 Предложения по внедрению технологии извлечения цианистого водорода в ПАО «ММК» 35
Заключение 64
Список использованной литературы 66
Приложение…………………………………………………………………………69

Проблемы, связанные с цианистым водородом, всегда привлекали внимание специалистов коксохимической промышленности. Надо приветствовать намерение авторов опубликованной статьи: рассмотреть в комплексе и технологические, и экологические последствия, связанные с присутствием в коксовом газе цианистого водорода и загрязнением воздушного и водного бассейнов самим цианистым водородом и продуктами его взаимодействия с другими веществами. В этой связи нелишне напомнить следующие известные обстоятельства.
1.Существуют благоприятные условия для взаимодействия цианид- и сульфид-ионов с образованием роданидов — почти на всех участках улавливания химических продуктов коксования (особенно в цикле конечного охлаждения газа, при сероочистке коксового газа и даже в фенолсодержащих сточных водах за время их сбора и транспортирования по фенольной канализации).
2. При всех способах сероочистки коксового газа образуется огромное количество так называемых балластных солей, в том числе роданидов, ферроцианидов. Даже при наличии на них спроса и выделении этих солей в качестве товарных продуктов (способы же эти достаточно громоздки и затратны) сохраняется проблема очистки сильно загрязненных стоков. Существующие биохимические установки не в состоянии принять эти стоки, и на всех заводах, имеющих цеха сероочистки газа, сточные воды этих цехов вынуждены добавлять к очищенной фенолсодержащей сточной воде — на тушение кокса.
3. Цианистый водород, а особенно его производные, — достаточно специфические вещества коксохимического производства и соответственно загрязнители любого промышленного узла, в состав которого входит коксохимическое производство. При современном уровне аналитики не представляет трудности установить основной источник загрязнения среды этими соединениями
Поднятые авторами вопросы актуальны сейчас в основном из-за закрытия цикла конечного охлаждения коксового газа. Это вызывает необходимость рассмотрения и сопоставления любых технологических предложений только при комплексном (технология, экология, экономика) подходе. Примером противоположного подхода представляется, на наш взгляд, предложение ряда специалистов УХИНа, выдвинутое еще в середине 80-х годов прошлого века: компенсировать десорбцию цианистого водорода на градирне открытого цикла конечного охлаждения (КОГ) отдувкой цианистого водорода из оборотной воды закрытого цикла КОГ в обратный коксовый газ. Отметим сразу же, что, даже не имея информации о расчетах и экспериментах, послуживших основой этого предложения, можно с уверенностью сказать, что чисто технологически это практически невыполнимый способ.
Первое. Как известно, на градирне открытого цикла КОГ в атмосферу десорбируется 40 — 50 % от ресурсов HCN в газе. Но этому способствуют температурные условия (охлаждение воды от ~50 до 25 — 30 °С) и большое количество воздуха, которым продувается вода на градирне (удельный расход воздуха до 1000 м3 на 1 м3 воды). Фактически маловероятно получить сопоставимые результаты снижения содержания цианид-ионов в оборотной воде цикла КОГ при отдувке воздухом на градирне в открытом цикле и газом в закрытом цикле КОГ (даже при использовании всего количества обратного газа).
Второе. На всех коксохимических предприятиях избыточное давление обратного коксового газа не имеет резерва для его транспортирования после сероочистки в отделение КОГ цеха улавливания и обратно. Однако основное возражение вызывают следующие очевидные последствия такого решения:
— в обратный коксовый газ будет десорбировано из оборотной воды значительное количество не только HCN (в расчете на газ — до 1 — 1,5 г/м3), но и других веществ (сероводорода, нафталина); такое качество газа неприемлемо для обогрева коксовых печей (особенно с нижним подводом газа) и других потребителей коксового газа;
— обратный газ будет пересыщен водяными парами, а следовательно, появится сильно загрязненный сток (конденсат из газа).
Цианистый водород или синильная кислота является основным из побочных продуктов, процесса очистки коксовых газов, а значит и основным загрязнителем природной среды. Посему актуальной задачей коксового производства является эффективность процесса извлечения цианистого водорода из коксовых газов.
Выпускная квалификационная работа изложена на 69 страницах текста компьютерного набора, содержит 24 таблицы, 3 рисунка. Работа состоим из введения, двух глав, заключения, библиографического списка, включающего 25 наименований.

Кокс является необходимым компонентом для производства чугуна и стали. Почти 65 % мирового производства стали происходит по так называемому чугунному горячекатаному пути, который производится в доменной печи из железной руды с использованием кокса.
Важность кокса как сырья для производства стали была утверждена в течение последних лет, в то время как мировая потребность в стали значительно возросла.
Можно предположить, что эта тенденция сохранится и в дальнейшем. Это означает, что в будущем, как и в последние годы, будут построены новые коксохимические мощности, а старые и более мелкие заводы будут заменены высокопроизводительными коксохимическими заводами.
Отсутствует официальная статистика, из которой можно было бы вывести общее количество коксовых заводов по всему миру. Однако предполагается, что это будет в пределах 500 установок, не считая так называемых примитивных печей, то есть небольших коксовых установок без какого-либо технического оборудования для работы.
Перспективные проекты новых коксохимических заводов по-прежнему будут характеризоваться тремя принципами: повышением экономичности производства кокса, а также оптимизацией качества кокса. Третий принцип возобладал в течение последних четырех десятилетий в связи с ужесточением законодательства: снижение воздействия процесса коксования на окружающую среду и, в частности, на окружающий воздух. В соответствии с требованиями законодательства операторы коксохимических заводов были обязаны усовершенствовать методы борьбы с выбросами, обновить батареи или, в некоторых случаях, отключить батарею и построить новую, если новые стандарты не могут быть выполнены по экономическим и техническим причинам.
В ходе работы предложена установка четырех конечных газовых холодильников спирального типа, три из которых будут находиться в постоянной работе, а один будет являться запасным. Каждый холодильник состоит из четырех секций. В каждой секции предусмотрены отдельные вход и выход для воды. Так же в каждую секцию подается водосмоляная эмульсия через форсунки для поглощения нафталина и кислых газов из коксового газа.

Глава 1. Технико-экономическое обоснование
1.1 Состав коксового газа. Образование аммиака и цианистого водорода при коксовании

Коксовый газ (не имеет цвета и с запахом сероводорода) представляет собой смесь газообразных продуктов сухой перегонки каменного угля в коксовых батареях. Состав коксового газа зависит от количества перерабатываемой угольной шихты и технологического режима процесса коксования. При постоянном составе шихты и неизменном режиме коксования состав коксового газа на каждом коксохимическом заводе остаются практически постоянными [2].
Выходящий из печей коксовый газ представляет собой смесь, состоящую из водорода, метана, окиси углерода, азота и его окислов, углекислого газа, этилена и его гомологов и др.
Ниже приведен выход отдельных компонентов газа и химических продуктов коксования в весовых процентах от сухого угля:

Таблица 1 — Выход отдельных компонентов газа и химических продуктов коксования в весовых процентах от сухого угля
Продукт коксования Выход, % вес.
Метан 5,5-5,6
Каменноугольная смола 3-4
Окись углерода 2,6-2,8
Азот 2,1-2,4
Водород 1,5-1,7
Углекислый газ 1,2-1,3
Непредельные углеводороды 1,2-1,25
Ароматические углеводороды 1,0-1,02
Аммиак 0,3-0,47

Содержание других веществ в коксовом газе (г/см3) следующее:
Таблица 2 — Содержание других веществ в коксовом газе (г/см3)
Вещества Содержание их в коксовом газе, г/см3
Пары смолы 100-200
Ароматические углеводороды 30-40
Сероводород 5-30
Аммиак 8-13
Сероводород 5-30
Нафталин До 10
Пиридиновые основания 0,4-0,6
Цианистый водород 0,5-2,5

Аммиак образуется в процессе коксования из азота и водорода каменного угля. Большая часть азота угля (до 60%) остается в коксе в виде термически устойчивых азотистых соединений, а остальная часть удаляется из угля вместе с летучими продуктами коксования — газом, смолой и надсмольной водой.
В газе азот находится, главным образом, в виде элементарного азота (20-30%), аммиака (10-17%), цианистого водорода (до 3%) и легких пиридиновых оснований (0,07-0,1%), в каменноугольной смоле азот находится в виде пиридиновых и хинолиновых оснований и других органических соединений, а в надсмольной воде в виде цианидов, роданидов и других солей аммония [4].
Выход этих продуктов при коксовании зависит от содержания азота в углях, степени метаморфизма и влажности, также от температуры и скорости коксования, а также от температуры подсводового пространства коксовых камер и времени пребывания в нем летучих продуктов коксования. Образование аммиака при коксовании углей начинается при температуре около 600°С, а максимальный выход его достигается при температурах 800-900°С. С повышением температуры коксования, снижением влажности шихты и увеличением высоты коксовой камеры выход цианистого водорода повышается.