КВАРЦЕВЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОРТОФОСФАТОВ АММОНИЯ ПРИ УЛАВЛИВАНИИ АММИАКА ИЗ КОКСОВОГО ГАЗА КРУГОВЫМ ФОСФАТНЫМ СПОСОБОМ

Полезная модель относится к коксохимической промышленности а именно, к улавливанию аммиака из коксового газа круговым фосфатным способом и касается кварцевых фильтров для непрерывной очистки растворов ортофосфатов аммония от смолистых веществ.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Технологический процесс очистки коксового газа круговым фосфатным способом проводится практически без обмена циркулирующих фосфатных растворов. При этом концентрация каждого из компонентов раствора: моноаммонийфосфата и диаммонийфосфата, является определяющим фактором для насыщения аммиаком в процессе абсорбции и степени его регенерации в процессе десорбции. (Оперативный контроль состава поглотительного раствора в круговом фосфатном способе очистки коксового газа от аммиака. Б.Д. Зубицкий, B.C. Швед, Л.Н. Александрова, И.В. Сафина, В.А. Чимаров, Т.Г. Аникина и В.И. Экгауз. // Кокс и химия. 2002. №12. С. 26).
Абсорбционные и десорбционные свойства растворов ортофосфатов при длительной циркуляции в абсорбере-регенераторе не изменяются. Растворы загрязняются, в основном, из коксового газа мелкодисперсными каплями смолы, частицами угля и оксидов железа.
Смолистые вещества представляют собой мелкодисперсные частицы преимущественно каменноугольной смолы, а также пека, угля, которые улавливаются раствором ортофосфатов аммония из коксового газа при абсорбции этим раствором аммиака круговым фосфатным способом.
Очистка раствора ортофосфатов аммония от смолистых веществ необходима для надежной эксплуатации оборудования. В противном случае при циркуляции раствора ортофосфатов аммония в замкнутом цикле кругового фосфатного способа происходит накапливание смолистых веществ, которые отлагаются в оборудовании, что снижает эффективность технологических процессов, требует остановок на чистку. (Загрязнение и очистка растворов в круговом фосфатном способе улавливания аммиака из кокосового газа. В.Г. Назаров, В.И. Экгауз, Г.Д. Третьякова, Б.Д. Зубицкий, В.А. Чимаров, С.Н. Дьяков и B.C. Швед. // Кокс и химия. 2002. №12. С. 21).
АНАЛОГИ
Известны отстойники цилиндрического типа для очистки раствора ортофосфатов аммония от смолистых веществ. При отстаивании, продолжающемся в зависимости от содержания смолистых веществ не менее 8 часов, частицы смолистых веществ укрупняются, т.е. коагулируют, и всплывают вверх. Периодически они удаляются с поверхности отстойника и подаются на дальнейшую переработку (Зубицкий Б.Д., Дьяков С.Н., Чимаров В.А., Швед B.C., Сычев С.С., Назаров В.Г., Экгауз В.И. и Дементьев Н.В. Промышленное освоение новой технологии очистки коксового газа с уничтожением аммиака // Кокс и химия. 2002, №5. С. 27-28, 32-33).
При применении отстойника достигается достаточно высокая степень очистки раствора, безотходность, возможность использования смолистых веществ для дальнейшей переработки в товарный продукт.
Однако, имеется ряд недостатков, делающих использование отстойников малоэффективным:
- низкая производительность, вследствие невысокой эффективности процесса коагуляции смолистых частиц,
- в случае уменьшения плотности раствора ортофосфатов аммония может произойти оседание смолистых веществ на дно отстойника, а затем попадание загрязненного раствора в следующее по технологической линии оборудование, что приведет к остановке на чистку установки в целом.
Известен аппарат с насадкой из коксовой мелочи для очистки растворов ортофосфатов аммония от смолистых веществ. Аппарат содержит цилиндрический корпус, в нижней части которого размещена колосниковая решетка, покрытая металлической сеткой. Поверх сетки послойно размещают коксовую мелочь и коксовый орешек, предохраняющий ее от просыпания и размывания (патент РФ на изобретение №2276680).
Очищаемый раствор непрерывно поступает в верхнюю часть аппарата, проходит через насадки и выводится из нижней части аппарата.
Частицы смолистых веществ вступают в контакт с коксовой мелочью, укрупняются, накапливаются на поверхности насадки, затем отрываются и за счет разности в плотности с очищаемым раствором всплывают наверх. При этом линейная скорость движения раствора через сечение насадки подобрана таким образом, что процесс очистки не переходит в режим фильтрования, то есть на поверхности насадки и внутри нее не должны накапливаться смолистые вещества. При использовании аппарата с насадкой из коксовой мелочи достигается повышение производительности за счет повышения эффективности процесса коагуляции частиц смолистых веществ.
К недостаткам известного устройства относятся следующие: низкая прочность коксовой мелочи, небольшой срок работы вследствие оседания смолистых веществ на поверхности насадки, невозможность регенерации насадки.
ПРОТОТИП
Наиболее близким решением является кварцевый фильтр для очистки растворов ортофосфатов аммония от смолистых веществ, который содержит цилиндрический корпус, заполненный в нижней части кварцевым песком в качестве фильтрующей загрузки. Внутри цилиндрического корпуса расположен эрлифтный насос для регенерации кварцевого песка, состоящий из вертикальной подъемной трубы, опущенной нижней частью в кварцевый песок, патрубка для подачи сжатого воздуха в нижнюю часть подъемной трубы. В нижней части корпуса расположен входной патрубок для подачи очищаемого раствора, соединенный с распределительной системой, выполненной в виде форсунок, установленных радиально в плоскости корпуса. В верхней части корпуса находится лабиринтное устройство, выполненное в виде гофрированной трубы, для полной регенерации кварцевого песка (Чимаров В.А., Фрицлер В.К., Чернышев А.С. Очистка ортофосфатных растворов от смолистых веществ на кварцевом фильтре // Кокс и химия. 2014, №2. С. 42-46 (прототип).
Кварцевый фильтр работает следующим образом. Очищаемый раствор ортофосфатов аммония через распределительную систему поступает в нижнюю часть корпуса фильтра и поднимается вверх через слой песка. Очищенный раствор отводится через патрубок в верхней части корпуса фильтра. Загрязненный песок забирается эрлифтом из нижней части корпуса. За счет вихревого перемешивания воздухом смолистые вещества частично отделяются от песка при движении по подъемной трубе. Окончательно песок очищается от смолистых веществ в лабиринтном устройстве, установленном в верхней части корпуса, где он промывается противотоком очищенного ортофосфатного раствора. Более легкие по сравнению с раствором смолистые частицы вместе с промывочным раствором удаляются через патрубок, а очищенный песок оседает в фильтрующий слой.
В известном кварцевом фильтре достигается непрерывная очистка раствора ортофосфатов аммония от смолистых веществ за счет параллельно проходящей регенерации песка.
Недостатками известного устройства являются следующие:
- в подъемной трубе эрлифтного насоса не достигается полная очистка песка от смолистых веществ, что приводит к использованию лабиринтного устройства, в котором происходит его доочистка очищенным раствором;
- в лабиринтном устройстве на небольшой поверхности не могут накапливаться смолистые вещества, которые выводятся с очищенным раствором (15-20% от общего количества очищаемого раствора);
- необходимость повторной очистки раствора, выведенного из фильтра вместе со смолистыми веществами.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается, в устранении вышеназванных недостатков, а именно
- полная регенерация песка в подъемной трубе эрлифтного насоса;
- накапливание смолистых веществ на всей поверхности поперечного сечения корпуса фильтра, что позволит удалять их из корпуса фильтра в виде товарного продукта.
Поставленная задача решается тем, что в кварцевом фильтре, включающем цилиндрический корпус с патрубком для подачи очищаемого раствора, патрубком для отвода очищенного раствора, патрубком для отвода смолистых веществ, заполненного в нижней части кварцевым песком, внутри которого расположен эрлифтный насос, состоящий из вертикальной подъемной трубы, опущенной нижней частью в кварцевый песок, патрубка для подачи сжатого воздуха в нижнюю часть подъемной трубы, подъемная труба в верхней части снабжена сменной насадкой, размещенной в цилиндрической обечайке с фланцем, при этом верхняя часть насадки расположена выше патрубка для отвода очищенного раствора.
Сменная насадка, верхняя часть которой расположена выше уровня патрубка для отвода очищенного раствора, позволяет создавать и регулировать слой смолистых веществ по отношению к уровню очищенного раствора, т.е. позволяет поддерживать четкую границу раздела смолистых веществ и очищенного раствора на всей поверхности поперечного сечения корпуса фильтра. Смолистые вещества при этом выводятся в виде товарного продукта. Цилиндрическая обечайка с фланцем служит для установки сменной насадки на подъемной трубе эрлифтного насоса.
На фиг. 1 представлен общий вид кварцевого фильтра.
Кварцевый фильтр состоит из корпуса 1, заполненного в нижней части кварцевым песком 2, распределительного конуса песка 3, вертикальной подъемной трубы эрлифтного насоса 4, патрубка 5 для подачи сжатого воздуха в нижнюю часть вертикальной трубы, сменной насадки 6 вертикальной трубы 4, цилиндрической обечайки 7 с фланцем 8, патрубка для подачи очищаемого раствора ортофосфатов аммония 9, распределительного стакана 10, распределительной системы 11 для очищаемого раствора, выполненной в виде форсунок, радиально расположенных в плоскости поперечного сечения корпуса (на фиг. не показаны), патрубка для отвода очищенного раствора 12, патрубка для отвода смолистых веществ 13.
Кварцевый фильтр работает следующим образом. Очищаемый раствор ортофосфатов аммония через патрубок 9, распределительный стакан 10, распределительную систему 11 поступает в нижнюю часть корпуса 1, равномерно заполняет фильтрующую загрузку 2 из песка с распределительным конусом 3 и поднимается вверх через слой песка. При этом частицы смолистых веществ коагулируют на поверхности зерен песка, раствор очищается и самотеком отводится через патрубок 12. Загрязненный песок забирается из фильтрующей загрузки 2 в подъемную трубу 4 за счет подачи сжатого воздуха через патрубок 5 в нижнюю часть подъемной трубы. При движении песка вверх по трубе 4 и сменной насадке 6 создается интенсивное трение частиц песка, в процессе которого с их поверхности удаляются смолистые вещества. Более легкие по сравнению с очищенным раствором частицы смолистых веществ накапливаются на поверхности очищенного раствора, уровень которого поддерживается выше уровня патрубка для отвода очищенного раствора 12. Смолистые вещества периодически удаляются из корпуса через патрубок 13. Очищенный песок проходит через цилиндрическую обечайку 7 и оседает в фильтрующий слой песка 2.
При использовании предлагаемой полезной модели достигаются полная очистка кварцевого песка от смолистых веществ в подъемной трубе эрлифтного насоса, удаление смолистых веществ из кварцевого фильтра в виде товарного продукта.