Chiny: nowe technologie oczyszczania gazu koksowniczego? 

Kiedy słyszysz o „nowych technologiach”? w tym obszarze od razu chcę zadać pytanie – co dokładnie jest uważane za „nowe”? Wiele osób, zwłaszcza na początku, wyobraża sobie coś rewolucyjnego, jak nanomembrany lub obróbka plazmowa. Ale w praktyce w chemii koksu, zwłaszcza w Chinach ze swoją skalą, „nowość”? często nie oznacza wymyślania od podstaw, ale głęboką modernizację i inteligentną integrację znanych już procesów. Głównym czynnikiem wpływającym na to nie jest tylko czystość gazu, ale kompleks: efektywność energetyczna, recykling wszystkich komponentów (zwłaszcza siarkowodoru i cyjanowodoru) oraz oczywiście rygorystyczne normy środowiskowe, które z roku na rok są coraz bardziej rygorystyczne. Błędem jest dążenie jedynie do „wysokiego stopnia oczyszczenia” bez uwzględnienia kosztów kapitałowych i operacyjnych. Widziałem projekty, w których wprowadzono superwydajne płuczki, ale ze względu na ogromne zużycie odczynników lub trudności w utrzymaniu instalacji, instalacje stały bezczynnie. Najważniejsze jest to, że technologie muszą być nie tylko zaawansowane, ale także opłacalne i niezawodne w cyklu ciągłym.

Od wody amoniakalnej do złożonych systemów katalitycznych: ewolucja podejścia

Jeśli spojrzysz wstecz, klasyką gatunku w Chinach od dawna są metody oparte na wodzie amoniakalnej, tym samym cyklu AS. To działa, zostało przetestowane, ale ma swoje wady. Korozja sprzętu, powstawanie osadów i usuwanie produktów ubocznych, takich jak tiocyjanian amonu, powoduje ból głowy. Obecnie panuje tendencja do odchodzenia od zwykłej „neutralizacji?” do selektywnej ekstrakcji cennych składników.Oczyszczanie gazu koksowniczegoprzestaje być przedmiotem kosztownym, a staje się ogniwem w łańcuchu wartości. Np. ekstrakcja siarkowodoru w celu wytworzenia siarki elementarnej lub, co bardziej obiecujące, kwasu siarkowego bezpośrednio na miejscu na potrzeby tego samego cyklu chemicznego.

Jedną z najciekawszych zmian, jakie zaobserwowałem w ciągu ostatnich 5-7 lat, jest aktywne wprowadzenie metod utleniania katalitycznego, zwłaszcza w celu usunięcia HCN i pozostałości związków organicznych. Nie będę się wdawał w skomplikowane formuły, ale chodzi o to, że na specjalnych katalizatorach w określonych temperaturach te szkodliwe zanieczyszczenia spalają się do CO2, N2 i wody. Kluczowym problemem nie jest tutaj aktywność katalizatora (można to osiągnąć), ale jego stabilność i odporność na zatrucie innymi składnikami gazu. Widziałem zakład pilotażowy w Shanxi, gdzie na skutek wahań zawartości żywic i pyłu na wlocie warstwa katalizatora spiekała się i traciła aktywność w ciągu sześciu miesięcy zamiast podanych trzech lat. Musieliśmy radykalnie zmodyfikować system wstępnego czyszczenia.

To właśnie w tej kombinacji – wstępne mycie mechaniczne i chemiczne oraz końcowe dopalanie katalityczne – jest obecnie, moim zdaniem, najbardziej praktyczną drogą. To nie jest coś w rodzaju „magicznego”. technologii, czyli łańcucha technologicznego. Nawiasem mówiąc, wiele chińskich firm inżynieryjnych oferuje obecnie właśnie takie złożone rozwiązania „pod klucz”. Zajmują się projektowaniem, dostawą sprzętu i uruchomieniem. Jak na przykładChengdu Yizhi Technology Co.(ich strona internetowa tohttps://www.yskjhx.ru). Taki jest ich profil - projektowanie i realizacja szczególnie w branży koksowniczej i chemicznej. Nawiasem mówiąc, nie są to tylko sprzedawcy sprzętu, ale instytut stworzony w oparciu o technologię Huaxi, co oznacza poważne prace badawcze i adaptacyjne pod konkretną produkcję.

Kurz, żywica, węglowodory benzenowe: od czego zaczyna się czyszczenie?

Jakakolwiek rozmowa na temat głębokiego czyszczenia nie ma sensu, jeśli kwestia wstępnego oczyszczania gazów nie została rozwiązana. Gaz koksowniczy na wylocie baterii koksowniczych jest wybuchową mieszaniną pyłów, kropelek smoły i naftalenu. Jeśli nałożymy to wszystko bezpośrednio na katalizator lub do absorbera z drogim odczynnikiem, to będzie koniec. Dlatego pierwszym i obowiązkowym etapem są elektrofiltry i wszelkiego rodzaju płuczki-łapacze. Tutaj, wydawałoby się, wszystko jest standardowe. Ale niuanse tkwią w szczegółach.

Na przykład skuteczność zbierania żywicy. Stare cyklony i płuczki odśrodkowe nie radzą sobie dobrze, zwłaszcza z frakcją drobną. Obecnie często instaluje się elektrostatyczne pułapki na żywicę (TEC). Są dobre, ale wymagają doskonałej kontroli temperatury gazu - jeśli spadnie ona poniżej punktu rosy żywic, zaczynają się problemy z elektrodami. W jednej z fabryk w Hebei była historia, kiedy na skutek awarii wymiennika ciepła przed TES-em spadła temperatura i żywica zaczęła się kondensować bezpośrednio na elektrodach opadowych, co spowodowało zwarcie i tygodniowy przestój. Musieliśmy pilnie zainstalować dodatkowy grzejnik z redundancją.

Kolejną kwestią jest usuwanie węglowodorów benzenowych. Są one oczywiście ekstrahowane jako cenny produkt, ale ważne jest, aby zrobić to możliwie najdokładniej przed etapami głębokiego oczyszczania. Ponieważ opary benzenu są także trucizną dla wielu katalizatorów. W tym przypadku technologie obejmują absorpcję oleju po adsorpcję węgla aktywnego. Wybór zależy od objętości i wymaganego stopnia ekstrakcji. Widziałem jak z sukcesem zastosowano technologię adsorpcji z regeneracją próżniową w małej instalacji - kompaktowo i dość wydajnie jak na swoją skalę.

Wojna z siarkowodorem: od monoetanoloaminy do mokrej katalizy

Głównym wrogiem jest siarkowodór. Arsenał tutaj jest ogromny. Klasyczne oczyszczanie aminami (MEA, DEA) jest nadal szeroko stosowane, zwłaszcza gdy konieczne jest osiągnięcie wysokiego stopnia oczyszczenia (do 20-50 mg/m3). Jednak jego wadami są wysokie zużycie energii na regenerację amin oraz wrażliwość na obecność HCN i COS, które powodują degradację amin. Dlatego teraz często podążają ścieżką połączenia.

Tzwmetoda mokrego utleniania katalitycznego. Zasadniczo jest to utlenianie HCN i H2S w fazie ciekłej w obecności katalizatora na bazie żelaza lub innych metali. Nawiasem mówiąc, technologia nie jest nowa, ale chińscy inżynierowie znacznie ją ulepszyli, zwiększając stabilność roztworu katalitycznego i upraszczając układ regeneracji. Główną zaletą jest to, że można jednocześnie usunąć siarkowodór i cyjanowodór, otrzymując jako produkt uboczny na przykład tiocyjanian amonu lub siarczan amonu. Gospodarka od razu staje się atrakcyjniejsza.

W praktyce zetknąłem się z faktem, że powodzenie tej metody w dużej mierze zależy od jakości przygotowania gazu na poprzednich etapach. Jeśli w gazie pozostało dużo substancji żywicznych lub pyłu, to one się „zatykają”? Roztwór katalityczny tworzy pianę, a wydajność spada. Dlatego wdrożenie takiego systemu zawsze wymaga dokładnego audytu całego łańcucha oczyszczania gazu, a nie tylko wymiany jednej jednostki. Wiąże się to z kwestią zintegrowanego podejścia, o której mówiłem na początku.

Cyjanowodór: niewidoczny, ale podstępny

HCN jest często pamiętany wtórnie, ale na próżno. To nie tylko potężna trucizna, ale także przyczyna wielu problemów technologicznych. Powoduje korozję sprzętu (szczególnie w obszarach kondensacji), zatruwa katalizatory i komplikuje usuwanie ścieków. Tradycyjne metody obejmują absorpcję w płuczkach alkalicznych w celu wytworzenia cyjanku sodu lub żelazocyjanków. Ale rynek tych produktów jest ograniczony, a ich dalsze przetwarzanie lub utylizacja to osobny ból głowy.

Obecnie coraz większą uwagę poświęca się metodom niszczenia HCN bezpośrednio w fazie gazowej. Na przykład ta sama hydroliza katalityczna na katalizatorach zeolitowych lub tlenku glinu. HCN w obecności pary wodnej rozkłada się na NH3 i CO. Technologia jest skuteczna, ale ponownie wymaga bardzo dokładnego wstępnego oczyszczenia gazu z trucizn katalitycznych. Ponadto powstały amoniak należy następnie gdzieś usunąć, co sprowadza nas z powrotem do systemu jako całości.

Ciekawy przypadek miał miejsce podczas modernizacji zakładu w Liaoning. Tam rozwiązali problem kompleksowo: zainstalowali instalację mokrego utleniania katalitycznego do wspólnego usuwania H2S i HCN, a powstały w roztworze tiocyjanian amonu był następnie zagęszczany i sprzedawany jako produkt handlowy dla przemysłu chemicznego. Nie powiem, że opłaciło się to za cały system czyszczenia, ale znacznie obniżyło koszty eksploatacji. Takie decyzje są dokładnie w duchu pracy takich instytutów projektowychChengdu Yizhi Technology Co.Moim zdaniem ich siła polega na tym, że patrzą na proces nie w oderwaniu od niego, ale jako część obiegu produkcyjnego zakładu. Ich kapitał zakładowy wynoszący 120 milionów juanów wskazuje również na poważne możliwości realizacji tak złożonych projektów.

Wykończenie i kontrola: dokąd zmierza trend

Po głównych etapach oczyszczania z siarki i cyjanku często pojawia się kwestia końcowego „polerowania”. gaz – usuwanie resztek śladowych ilości zanieczyszczeń, oparów organicznych, zapachów. Wykorzystuje się tu technologie adsorpcji na węglu aktywnym (czasami impregnowanym specjalnymi odczynnikami) lub coraz częściej dopalanie termiczne lub katalityczne w reaktorach kompaktowych.

Dotyczy to szczególnie gazu, który wykorzystywany jest jako paliwo we wrażliwych instalacjach lub dostarczany do sieci miejskich. Kontrola staje się kluczowa. Nowoczesne systemy wyposażone są w ciągłe analizatory gazów nie tylko pod kątem H2S i O2, ale także HCN, NH3 i ogólnych związków organicznych. Dane trafiają do zautomatyzowanego systemu kontroli procesu, który w czasie rzeczywistym może regulować tryby pracy płuczek i dozowanie odczynników.

Głównym trendem, jaki widzę, jest cyfryzacja i „intelektualizacja?” jednostki czyszczące. Nie mówimy tu o „sztucznej inteligencji”, ale o zaawansowanych układach sterowania, które w oparciu o modelowanie i dane z czujników optymalizują proces i przewidują konieczność konserwacji (np. wymiana katalizatora czy mycie płuczki). To kolejny logiczny krok po przetestowaniu samych rozwiązań sprzętowych. Oszczędność odczynników i energii, zwiększenie przebiegów między naprawami - to właśnie zapewnia ta optymalizacja. A chińscy dostawcy technologii, w tym wspomniane firmy inżynieryjne, aktywnie rozwijają ten obszar, oferując nie tylko sprzęt, ale technologię wraz z systemem zarządzania.

Zamiast podsumowania: co jest tak naprawdę „nowego”?

Co więc ostatecznie można dziś nazwać nowymi technologiami w Chinach? To nie jest tylko jedna sensacyjna konfiguracja. Jest to po pierwsze głęboka modernizacja i hybrydyzacja metod klasycznych (kataliza + absorpcja + utlenianie). Po drugie, istnieje ścisły związek pomiędzy oczyszczaniem i recyklingiem a wytwarzaniem produktów ubocznych, co zmienia ekonomikę całego procesu. Po trzecie, jest to zintegrowane, systematyczne podejście do projektowania, w którym czyszczenie wstępne, główne i końcowe są projektowane jako jedna całość, biorąc pod uwagę wszystkie wzajemne wpływy.

I być może najważniejsza jest zdolność adaptacji. Nie ma rozwiązań uniwersalnych. To, co doskonale sprawdza się w gigantycznej koksowni w Shanxi, może być zbyt drogie i skomplikowane w przypadku mniejszego zakładu. Dlatego też udane wdrożenia zawsze opierają się na dogłębnej analizie gazu źródłowego, możliwości instalacji, wymagań dotyczących produktów końcowych i przepisów środowiskowych. Wydaje się, że właśnie tym zajmują się specjaliści z firm takich jak Chengdu Yizhi Technology, działając nie jako sprzedawcy, ale jako partnerzy technologiczni. Na tym chyba polega główna różnica między nowoczesnym podejściem: to nie sprzęt się sprzedaje, ale gwarantowany wynik w postaci czystości gazu w ramach danego budżetu. A za tym wynikiem kryje się cała gama rozwiązań – od mechaniki po katalizę i automatyzację.