Поскольку проектирование и эксплуатация первичных холодильников в Китае не стандартизированы, они часто подвержены засорению, что требует частой очистки, влияет на контроль давления в газосборнике, вызывает дымление коксовых печей и увеличивает энергопотребление вентиляторов. Для решения этой проблемы Рабочая группа по оптимизации процессов Китайской ассоциации коксохимической промышленности провела детальные теоретические расчеты, создала испытательную платформу для распыления в первичных холодильниках и реализовала пилотные модернизации и эксплуатацию. Эти меры устранили проблему засорения первичных холодильников, обеспечили их стабильную работу в долгосрочном цикле и значительно повысили эффективность удаления нафталина из коксового газа. В июле 2025 года был опубликован групповой стандарт«Технологические и технические требования к первичным холодильникам коксового газа» (T/CCIAA 34-2025), разработанный Shandong Metallurgical Design Institute Co., Ltd.. Для помощи техническому персоналу коксохимических предприятий в реализации этого стандарта Рабочая группа по оптимизации процессов подготовила разъяснения, посвященные причинам засорения первичных холодильников, теоретическим расчетам распыления и ключевым моментам эксплуатации.

I. Анализ причин засорения первичных холодильников
В процессе ступенчатого охлаждения коксового газа в первичном холодильнике смола в газовой фазе постепенно конденсируется в капли, а газообразный нафталин переходит в твердое состояние. Поскольку твердый нафталин имеет большую удельную поверхность, он легко прилипает к стенкам труб, увлекая за собой капли смолы и пыль. Постепенное накопление этих отложений приводит к засорению первичного холодильника. С дальнейшим снижением температуры текучесть смолы уменьшается, что усугубляет степень засорения. Распыление смеси аммиачной воды и смолы (далее — распыляемая жидкость) в средней и нижней секциях первичного холодильника предназначено для растворения газообразного и твердого нафталина, а также агломерированных отложений в коксовом газе и их отвода в установку разделения аммиачной воды и смолы, предотвращая засорение. Среди влияющих факторов критически важны состав распыляемой жидкости, а также равномерность распыления и плотность распыления.

Распыляемая жидкость представляет собой смесь аммиачной воды и каменноугольной смолы; ее состав определяется массовой долей смолы в жидкости и массовой долей нафталина в смоле. Некоторые отечественные специалисты называют распыляемую жидкость «легкой смолой», однако легкая смола должна относиться только к смоле, собранной из первичного холодильника и электростатического смолоуловителя.

В начале 1990-х годов Пекинский коксохимический завод внедрил немецкую технологию AS, проведя комплексную модернизацию систем обезжиривания аммиачной воды, распыления в первичных холодильниках, электростатических смолоуловителей и циркуляционной воды. Технология AS успешно эксплуатируется, с перепадом давления в первичном холодильнике, стабильно составляющим менее 800 Па на протяжении многих лет. Бывший Коксохимический завод Шоугана также использовал технологию AS с устойчивым сопротивлением первичного холодильника. Ключевым моментом является постоянное добавление товарной смолы в распыляемую жидкость нижней секции первичного холодильника и поддержание доли смолы в ней.

II. Теоретические расчеты

Теоретический расчет распыляемой жидкости начинается с определения образования (десублимации) нафталина, конденсации смолы и образования конденсата в первичном холодильнике. Затем рассчитывается насыщенная растворимость (по массе) нафталина в смоле при различных температурах и, наконец, определяется необходимое количество товарной смолы для растворения образовавшегося нафталина.

Предполагаемые условия: температура на входе первичного холодильника 78 °C, на выходе средней секции 40 °C, на выходе нижней секции 21 °C, среднее давление −1000 Па.

1. Расчет образования нафталина
   Нафталин сублимируется при комнатной температуре и давлении, его температура плавления составляет 80,2 °C, поэтому его образование в первичном холодильнике можно рассматривать как десублимацию, то есть образуется только твердый нафталин. Согласно «Физико-химическим константам коксохимического производства» (стр. 73), где приведено содержание насыщенного пара нафталина в коксовом газе при различных температурах и давлениях (см. Приложение, Таблица 1), можно рассчитать содержание насыщенного пара нафталина на выходе средней и нижней секций первичного холодильника как 3511,1 мг/Нм³ и 479,4 мг/Нм³ соответственно. На основе литературных данных и практических испытаний Yizhou Technology содержание нафталина на входе первичного холодильника оценивается примерно в 7500 мг/Нм³. Таким образом, образование нафталина в средней секции составляет 3988,9 мг/Нм³, а в нижней секции — 3031,7 мг/Нм³.

2. Расчет образования смолы
   Основа (литературные данные и статистика ассоциации): степень извлечения смолы при распылении аммиачной воды в стояке составляет 60%, оставшиеся 40% не извлекаются; содержание смолы на входе электростатического смолоуловителя (ЭСУ) составляет 5 г/Нм³; выход смолы — 3% (на сухой уголь); выход коксового газа (сухой газ) — 320 Нм³ на тонну сухого угля (загруженный уголь Vd 25,5%). Из этого следует, что содержание смолы в коксовом газе на верху печи составляет 93,75 г/Нм³, а на входе первичного холодильника — 37,50 г/Нм³; содержание нафталина в смоле — 10%.

Распределение нафталина (на Нм³): содержание нафталина в смоле составляет 9,375 г/Нм³, из которых 7,021 г/Нм³ образуется в первичном холодильнике, а 0,5 г/Нм³ — в ЭСУ (образовавшаяся смола содержит 10% нафталина). Таким образом, содержание нафталина в смоле, извлеченной через стояк, оценивается как
$(9.375 − 7.021 − 0.5) / (93.75 × 60$.
Это указывает на то, что нафталин в смоле в основном образуется в процессе первичного охлаждения.

Образование смолы в первичном холодильнике составляет 25,48 г/Нм³ (после вычета нафталина, образовавшегося в первичном холодильнике). Скорость образования смолы в первичном холодильнике составляет 0,447 г/(Нм³·°C) (предполагается линейная зависимость). Следовательно, образование смолы в средней секции составляет 16,99 г/Нм³, а в нижней секции — 8,49 г/Нм³.

3. Расчет образования конденсата
   Основа: согласно «Физико-химическим константам коксохимического производства» (см. Приложение, Таблица 2) о объеме газа и содержании водяного пара в коксовом газе при различных температурах, точка росы газа на входе первичного холодильника составляет 76 °C (на 2 °C ниже температуры входа). Образование конденсата в средней секции составляет 469,43 г/Нм³, а в нижней секции — 42,97 г/Нм³.

4. Расчет конденсата первичного холодильника
   Предполагая, что весь твердый нафталин растворяется в смоле, общее количество образовавшегося конденсата (конденсат + смола + нафталин), в г/Нм³, составляет:

• Средняя секция: $469.43 + (78 − 40) × 0.447 + 3988.9/1000 = 489.90$

• Нижняя секция: $42.97 + (40 − 21) × 0.447 + 3031.7/1000 = 54.49$

Массовая доля нафталина в смоляной фазе конденсата:

• Средняя секция: $3.989 / (16.99 + 3.989) = 19.02$

• Нижняя секция: $3.031 / (8.49 + 3.031) = 26.30$

На основе литературных данных предполагается, что насыщенная растворимость нафталина в смоле составляет около 35% при 40 °C (по массе) и около 20% при 21 °C; измеренное значение Yizhou Technology составляет 19,54%. Таким образом, смола, образовавшаяся в средней секции, может растворить нафталин, образовавшийся там, тогда как в нижней секции необходимо добавлять товарную смолу для растворения образовавшегося нафталина. В противном случае твердый нафталин забьет участки газопровода перед вентилятором; остаток после повышения давления вентилятором вновь сублимирует в газообразный нафталин, который затем снова десублимирует в предварительном охладителе десульфурации и окончательном охладителе бензольной промывки, снова забивая оборудование и даже влияя на использование газа и нагрев коксовых печей вплоть до конечных стадий.