Очистка коксового газа

Когда говорят про очистку коксового газа, многие сразу думают про стандартную цепочку: улавливание смолы, аммиака, сероводорода и бензола. Но на практике, особенно при работе с газом от современных коксовых батарей с сухим тушением, всё сложнее. Основная головная боль — это не столько классические примеси, сколько тонкодисперсная пыль, остатки смолистых аэрозолей, которые проскочили через электрофильтры, и, что самое коварное, цианистый водород в комбинации с высокими температурами на начальных стадиях. Многие проекты спотыкаются именно на этом, пытаясь применить традиционные скрубберы или адсорбенты, которые забиваются или корродируют за считанные месяцы.

Где кроется основная сложность?

Если взять газ прямо после тушения, даже после казалось бы эффективной сухой очистки, его температура всё ещё может доходить до 120-150°C. И вот тут первое заблуждение — что его нужно сразу резко охлаждать. Да, для конденсации смол и воды это необходимо, но резкое охлаждение в скруббере приводит к конденсации именно тех самых тяжёлых, липких фракций на стенках аппарата и насадке. Образуются плотные отложения, которые не смываются. Приходится останавливать линию на механическую чистку, а это простой и деньги.

Поэтому сейчас всё чаще смотрят в сторону технологий, которые могут работать с горячим газом, сразу после циклона или электрофильтра. Не охлаждать, а именно очищать от тонкой пыли и аэрозолей в горячем состоянии. Это кардинально меняет схему. Потом газ идёт на охлаждение и последующие стадии, но уже без риска забивания аппаратов твёрдыми отложениями.

Именно здесь на первый план выходят металлические мембранные фильтры. Не те, что для воды, а специальные, спечённые из порошков нержавеющих сталей или инконеля. Их ключевое преимущество — термостойкость и устойчивость к термоударам. Можно подать газ при 200°C, и мембрана не деформируется. Но, опять же, не всё так просто. Если в газе есть пары каменноугольной смолы, они при такой температуре ещё в газообразном состоянии и пройдут сквозь поры мембраны. Значит, такая технология — не панацея, а решение для конкретной задачи: удаление твёрдых частиц из горячего газа. Это нужно чётко понимать.

Опыт внедрения и подводные камни

Пару лет назад мы участвовали в модернизации участка очистки на одном из коксохимических производств. Задача была — повысить надёжность линии улавливания бензола, которая постоянно страдала из-за забивания насадочных колонн мелкодисперсной пылью. Решили поставить барьерную очистку на входе, до холодильников. Рассматривали керамические фильтры, но отказались из-за хрупкости и сложности регенерации. Остановились на металлических мембранных картриджах.

Первые проблемы начались после запуска. Давление на входе в фильтр росло быстрее расчётного. Оказалось, наша же ошибка в проектировании — не учли сезонные колебания состава газа и повышенное содержание смолистых веществ в зимний период. Они не забивали поры, но создавали липкий слой на поверхности мембраны, который мешал регенерации обратными импульсами азота. Пришлось на ходу дорабатывать систему — добавить периодическую промывку лёгким растворителем. Это, конечно, усложнило схему, но сработало.

Кстати, о регенерации. Импульсная продувка — стандартный метод. Но в случае с коксовым газом, если в системе есть кислород (например, из-за подсосов), возникает риск воспламенения пирофорных отложений внутри картриджа. Это реальный случай, который привёл к выходу из строя дорогостоящего модуля. Поэтому сейчас при проектировании таких узлов безопасности уделяется не меньше внимания, чем эффективности. Обязательны системы контроля кислорода, инертизация азотом не только для регенерации, но и для аварийного продува.

Роль специализированных материалов и технологий

Вот здесь стоит упомянуть опыт компаний, которые глубоко погружены в эту нишу. Например, ООО Чэнду Итай Технология (сайт: https://www.yitaicd.ru) как раз из таких. Они не просто продают фильтры, а продвигают комплексный подход к очистке высокотемпературных и коррозионных газов. Если посмотреть их портфель, то видно, что они делают ставку на металлические мембранные материалы собственной разработки. Их фишка — в контроле структуры пор и градиентных слоях в самой мембране, что позволяет отсекать частицы разного размера на разных уровнях, увеличивая ресурс.

Их технологии, если верить описанию, направлены на создание экологически чистых процессов. В нашем контексте очистки коксового газа это очень важно. Ведь после фильтрации у тебя остаётся концентрированная пыль, часто с примесями тяжёлых металлов. Её нельзя просто выбросить. Нужно либо возвращать в процесс (например, в шихту), либо обезвреживать. Эффективная барьерная фильтрация — первый шаг к тому, чтобы решить и эту проблему, так как ты получаешь отдельный, не разбавленный поток отходов, с которым уже можно работать.

Применение их решений для очистки высокотемпературных газов — это логичный шаг для современных проектов. Но, опять же, без фанатизма. Их мембраны — отличный инструмент для решения задачи тонкой очистки от пыли и аэрозолей на 'горячем' конце. Но они не заменят собой абсорберы для сероводорода или адсорберы для бензола. Это элемент новой, более сложной и, надеюсь, более надёжной схемы.

Интеграция в существующие технологические линии

Самая большая практическая проблема — это не купить оборудование, а грамотно вписать его в действующее производство. Часто нет места. Часто нет нужного резерва по газодувкам, чтобы преодолеть новое сопротивление. А установка дополнительной дымососной станции — это отдельный огромный проект.

Поэтому успешные кейсы, которые я видел, были там, где мембранный модуль ставили не как дополнительную ступень, а как замену чему-то старому и проблемному. Например, вместо массивного и неэффективного циклона-батареи на участке после тушильного вагона. Это давало и экономию места, и главное — кардинально повышало чистоту газа перед холодильниками-конденсаторами.

Ещё один момент — это подготовка персонала. Операторы, привыкшие к скрубберам и периодической их промывке водой, с недоверием относятся к 'жестяным банкам' с автоматической импульсной продувкой. Нужно проводить обучение, показывать, как работает система, какие параметры отслеживать (перепад давления, температура продувочного газа, частота импульсов). Без этого даже самое совершенное оборудование будет работать хуже расчётного или выйдет из строя.

Взгляд вперёд: что ещё можно улучшить?

Сейчас, на мой взгляд, основной тренд — это не поиск одной супер-технологии, а умная комбинация методов. Например, грубая очистка в циклонных аппаратах, затем тонкая — в металлических мембранных фильтрах при высокой температуре, потом охлаждение и стандартная химическая очистка от сероводорода и цианидов. Но и здесь есть поле для оптимизации.

Интересно было бы посмотреть на гибридные решения, где мембрана выполняет не только барьерную, но и какую-то каталитическую функцию. Скажем, если нанести на её поверхность слой, способный окислять цианистый водород в момент контакта. Это упростило бы последующие стадии. Но пока это, кажется, уровень лабораторных исследований.

Вернёмся к началу. Очистка коксового газа — это комплексная задача. Увлечение только одним аспектом, будь то глубина очистки от серы или от бензола, без учёта 'мелочей' вроде температуры, аэрозолей и пирофорности, ведёт к частым остановам и высоким эксплуатационным расходам. Опыт, в том числе и негативный, подсказывает, что успех лежит в детальном анализе конкретного состава газа на каждом участке и в подборе стойких, ремонтопригодных материалов и аппаратов под эти условия. И такие компании, как упомянутая ООО Чэнду Итай Технология, со своим фокусом на передовые металлические мембранные материалы и технологии мембранного разделения, дают в руки инженерам именно такие инструменты — специализированные и проработанные. Но последнее слово всегда должно оставаться за грамотной интеграцией и пониманием всей технологии, а не только её отдельного звена.