5萬m3／h焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)車間工藝設(shè)計方案

1 5 萬 h 焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)車間工藝設(shè)計方案 1 緒論 概述 隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，焦化行業(yè)進(jìn)入到一個大發(fā)展時期。大量焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生，為焦?fàn)t 煤氣的合理開發(fā)利用提出了新的課題。焦?fàn)t煤氣的有效利用可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并且可避免環(huán)境污染和二次能源的浪費(fèi)。 與石油資源相比，我國的煤炭儲量十分豐富，結(jié)合當(dāng)前焦炭市場需求旺盛的局面，必將會產(chǎn)生大量的焦?fàn)t煤氣。因此，我國未來每年焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量將十分可觀。 是因為未經(jīng)凈化的煤氣中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、 物質(zhì)以及 溫室氣體。焦?fàn)t煤氣的應(yīng) 用開發(fā)前景非常廣闊，從焦?fàn)t煤氣可提煉出的數(shù)百種化工產(chǎn)品來看，其不但延長了煉焦綜合利用的產(chǎn)業(yè)但是，焦?fàn)t煤氣欲得到進(jìn)一步利用，必須對其進(jìn)行凈化。未經(jīng)凈化的荒煤氣不能得到利用，這鏈條經(jīng)濟(jì)道路，還可將低附加值的焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。因此，對它必須進(jìn)行深度凈化綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展的循環(huán) 1。 文獻(xiàn)綜述 焦?fàn)t煤氣特點 焦?fàn)t 煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃?xì)怏w 。煉焦過程析出的揮發(fā)性產(chǎn)物，從炭化室出來后成為粗煤氣（又稱為荒煤氣 ），粗煤氣中的有用物質(zhì)在經(jīng)過回收和凈化之后便得到潔凈焦?fàn)t煤氣。 焦?fàn)t煤氣是煉焦時的副產(chǎn)品煤在隔絕空氣下干鎦， 當(dāng)溫度小于 350 時， 煤受熱分解出水分和部分氣態(tài)物 (當(dāng)溫度在 350 550 時，煤受熱析出大量的氣體 (甲烷占 45% 55%，氫氣占 10%20%) 當(dāng)溫度在 550 700 時， 煤中的氫大量受熱分解，氣體中的氫氣比例上 2 升；當(dāng)溫度超過 700 ，煤氣量減少當(dāng)溫度升到 950 時， 焦炭成熟煤氣就是溫度小于 700 以前煤受熱分解出的氣態(tài)物質(zhì)。煤在干鎦中還產(chǎn)生煤焦油焦炭 赴冶金，鑄造，化工，電石等部門的燃料或原料。煤焦油中含有多種物質(zhì)，苯、酚、甲酚等是醫(yī)藥、塑料、合成纖維等部門的重要化工原料， 瀝青是建筑行業(yè)的防水材料。煤氣中古有大量的甲烷和氫氣，每干餾一噸煤能產(chǎn) 300 350煤氣，每 煤氣的熱值相當(dāng)于 煤。煤氣中還含有一部分氨氣，氨氣與硫酸反應(yīng)能生成硫銨，與水接觸可生成氨水。煤氣中還含有很多有毒的物質(zhì)，如硫化物、氰化物、酚類化合物、苯類化合物及萘。這些物質(zhì)回收起來能成為化工原料，分散在煤氣中則產(chǎn)生污染 2。 焦?fàn)t煤氣的組成及性質(zhì) 焦?fàn)t氣是混合物，其產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦化過程條件不同而有所差別，一般每噸干煤可生產(chǎn)焦?fàn)t氣 300350準(zhǔn)狀態(tài)）。其主要成分為氫氣（ 55% 60%）和甲烷（ 23% 27%），另外還含有少量的一氧化碳（ 5% 8%）、 2% 4%）、二氧化碳（ 3%)、氧氣 ( 、氮氣 (3%7%)。其中氫氣、甲烷、一氧化碳、 上不飽和烴為可燃組分，二氧化碳、氮氣、氧氣為不可燃組分。 焦?fàn)t氣屬于中熱值氣，其熱值為每標(biāo)準(zhǔn)立方米 1719合用做高溫工業(yè)爐的燃料和城 市煤氣。 焦?fàn)t氣為有易爆性氣體，空氣中的爆炸極限為 6% 30%；密度為 動粘度 2510s。 焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體；焦?fàn)t煤氣因含有 少量的 有毒；焦?fàn)t煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短，著火溫度為 600 650 3。 焦?fàn)t煤氣凈化的意義 焦?fàn)t煤氣凈化回收的煉焦化學(xué)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，煉焦化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的一個重要部門，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分之一，是煤炭的綜合利用 工業(yè)。 來自焦?fàn)t的荒煤氣經(jīng)冷卻和用各種吸收劑處理后， 可以提取出焦油、氨、萘、硫化氫、氰化氫及粗苯等化學(xué)產(chǎn)品，并得到凈焦?fàn)t煤氣。氨可用于制取硫酸銨和無水氨。煤氣中所含氫可用于制造合成氨、合成甲醇、雙氧水、環(huán)己烷等，合成氨可進(jìn)一步制成尿素、硝酸銨和碳酸氫銨等化肥。煤氣中所含乙烯可用于制取乙醇和二氯乙烷的原料。硫化氫是生產(chǎn)單質(zhì)硫和元素硫的原料。氰化氫可用于制取黃血鹽鈉 3 或黃血鉀鹽。同時，回收硫化氫和氰化氫對減輕大氣和水質(zhì)的污染，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)以及減輕設(shè)備腐蝕均具有重要意義。粗苯和煤焦油都是組成很復(fù)雜的半成品，經(jīng)精制加工后，可得到二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、古馬 隆、甲酚、萘、蒽和吡啶鹽基及瀝青等產(chǎn)品。 在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，經(jīng)過回收化學(xué)產(chǎn)品的焦?fàn)t煤氣是具有較高熱值的冶金燃?xì)?，是鋼鐵生產(chǎn)中的重要燃料。焦?fàn)t煤氣除滿足鋼鐵生產(chǎn)自身需要外，其余部分經(jīng)深度脫硫后，還可以公民用或送化學(xué)工廠用作合成原料氣。石油和天然氣的化學(xué)加工和合成技術(shù)的發(fā)展，使煉焦化學(xué)產(chǎn)品市場競爭激烈，由于石油儲量有限，開采量加大，按目前耗用速度，石油使用年限估計為幾十年，而煤的使用年限估計為幾十年，而煤的使用年限估計在幾百年。今后在豐富的煤炭資源基礎(chǔ)上，沒得綜合利用將會更加合理和高效地發(fā)展。 煤氣的凈化對煤氣 輸送過程及回收化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)備正常運(yùn)行都是十分必要的。煤氣凈化包含煤氣的初冷、煤氣的輸送、化學(xué)產(chǎn)品回收，如：脫硫、制取硫銨、終冷洗苯、粗苯蒸餾等工序，以減少煤氣中有害物質(zhì)。在大中型焦化廠設(shè)置煤氣凈化系統(tǒng)，既是獲得一些化工產(chǎn)品的途徑，又是焦化生產(chǎn)所必不可少的工藝過程和技術(shù)手段 4。 當(dāng)前焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程 自焦?fàn)t導(dǎo)出的粗煤氣按一定順序進(jìn)行粗煤氣處理，以便回收和精制獲得焦油、粗苯、氨等化學(xué)產(chǎn)品，并得到凈化的煤氣。凈化后的煤氣可以用作基本化工原料，也可用作工廠的熱源氣。 多數(shù)焦化廠由粗煤氣回收化學(xué) 產(chǎn)品和進(jìn)行煤氣凈化，采用冷凝的方式析出焦油和水。用鼓風(fēng)機(jī)抽吸和加壓以便輸送煤氣?；厥瞻焙瓦拎A，既得到了有用產(chǎn)品，又防止了氨的危害。回收硫化氫和氰化氫變害為寶。回收粗煤氣中的粗苯，獲得有用產(chǎn)品，同時還避免了環(huán)境的污染。目前，國內(nèi)外的焦?fàn)t煤氣的凈化流程分為正壓操作和負(fù)壓操作兩種 5。 （ 1）正壓操作的焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 鼓風(fēng)機(jī)位于初冷器之后，在風(fēng)機(jī)之后的全系統(tǒng)均處于正壓操作，此流程國內(nèi)應(yīng)用廣泛。煤氣經(jīng)壓縮之后溫升 50，故對飽和器生產(chǎn)硫酸銨（需 55）和弗薩姆法回收氨系統(tǒng)那個特別適用。工藝流程圖如圖 1 4 （ 2）負(fù)壓操作的焦?fàn)t煤氣處理系 該系統(tǒng)把鼓風(fēng)機(jī)化在最后，將焦?fàn)t煤氣從 1051728。該流程的優(yōu)點是無煤氣終冷系統(tǒng)，減少了低溫水用量，總能耗有所降低。鼓風(fēng)機(jī)后煤氣升溫，成為熱煤氣遠(yuǎn)距離輸送時冷凝液少了，減輕了管道腐蝕。他的缺點是負(fù)壓操作時，煤氣體積增加，煤氣管道和設(shè)備容積均相應(yīng)增加（如洗苯塔直徑增加 7% 8%）；負(fù)壓使煤氣中各組分的分壓下降，減少了系統(tǒng)推動力，如洗苯塔的苯回收率下降 負(fù)壓操作要求所有的設(shè)備管道加強(qiáng)密封，一面空氣漏入。此外，負(fù)壓操 作系統(tǒng)適合于水洗氨工藝，工藝流程圖如圖 1 圖 1正壓操作焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 電捕焦油 初冷器 脫 萘 濕法脫硫 脫 氨 終冷器 脫 苯 煤氣 鼓風(fēng)機(jī) 氨水處理 凈煤氣 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 液氨 焦 爐 5 圖 1負(fù)壓操作焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 典型的焦?fàn)t煤氣凈化工藝單元 煤氣凈化工藝通常由冷凝鼓風(fēng)、脫硫脫氰、脫氨、終冷洗苯、硫回收和粗苯蒸餾等單元組成，選擇不同的脫硫脫氨工藝，煤氣凈化工藝的組合方式略有不同，以下為幾種比較常見組合的煤氣凈化工藝 6。各個工藝都力求節(jié)約能量，節(jié)省成本，獲得做大經(jīng)濟(jì) 效益的產(chǎn)品。 （ 1） 配套 如圖 1 電捕焦油 初冷器 脫 萘 濕法脫硫 脫 氨 終冷器 脫 苯 煤氣 鼓風(fēng)機(jī) 氨水處理 凈煤氣 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 硫銨 焦 爐 6 圖 1（ 2） 配套真空碳酸鉀法脫硫的焦?fàn)t煤氣凈化工藝 （如圖 1 圖 1真空碳酸鉀法脫硫的焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程圖 （ 3）配套 A如圖 1 初 冷 器 鼓 風(fēng) 機(jī) 電 捕焦油器 噴淋式飽和器 預(yù)冷塔 脫硫塔 煤氣換熱器 荒 煤氣氣 再生塔 終冷塔 洗苯塔 硫銨 粗苯 硫磺 初 冷 器 鼓 風(fēng) 機(jī) 電 捕焦油器 脫硫塔 噴 淋式飽和器 終 冷 塔 洗苯塔 克勞斯裝置 真空泵 再生塔 凈煤氣 硫銨 粗苯 酸氣 尾 氣 硫磺 荒 煤氣 凈煤氣 7 圖 1A(4) 克勞斯法生產(chǎn)元素硫的工藝 （如圖 1 圖 1克勞斯法生產(chǎn)元素硫的工藝流程圖 焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用前景 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、科技的不斷開發(fā)、國家經(jīng)濟(jì)實力的逐步提高，焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用前景將越來越廣。未來焦?fàn)t煤氣可能會在以下幾個方面產(chǎn)生重要經(jīng)濟(jì)價值經(jīng)濟(jì) ： 焦?fàn)t煤氣用于 發(fā) 電； 焦?fàn)t煤氣用于生產(chǎn)甲醇； 用焦?fàn)t煤氣制取還原性氣體用于還原生產(chǎn)海綿鐵； 焦?fàn)t煤氣用于高爐煉鐵； 焦?fàn)t煤氣制取氫氣。 總之，中國作為煤炭大國，有充足的焦?fàn)t煤氣資源，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和國初 冷 器 鼓 風(fēng) 機(jī) 電 捕焦油器 脫苯塔 終冷塔 脫硫塔 冼氨塔 克勞斯裝置 飽和器 脫酸蒸氨裝置 凈煤氣 硫銨 粗苯 硫磺 酸氨汽 初 冷 器 鼓 風(fēng) 機(jī) 電 捕焦油器 脫硫塔 洗氨塔 洗苯塔 克勞斯裝置 脫酸蒸氨裝置 氨分解爐 凈煤氣 粗苯 氨 氣 尾 氣 硫磺 酸汽 尾氣 荒 煤氣氣 荒 煤氣氣 8 家實力的增強(qiáng)，焦?fàn)t煤氣將在長時期內(nèi)在各行業(yè)、各個方面發(fā)揮出潛在的和巨大的經(jīng)濟(jì)效益 7。 設(shè)計任務(wù)的說明 本項目設(shè)計的依據(jù) 本次設(shè)計 50000h 焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)車間工藝設(shè)計 是化工與環(huán)境學(xué)院老師為我選擇的本科畢業(yè)設(shè)計課題，設(shè)計根據(jù)長期國內(nèi)焦?fàn)t煤氣的利用現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果，認(rèn)為我國焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量巨大。在國際能源日益緊缺的國際環(huán)境下潔凈焦?fàn)t煤氣一定會得到越來越大的重視，焦?fàn)t煤氣凈化項目肯定會優(yōu)先獲得 批準(zhǔn)。因此，考慮現(xiàn)狀老師為我選擇了此課題。設(shè)計根據(jù)太原鋼鐵有限公司焦化廠現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、技術(shù)為前提進(jìn)行設(shè)計的，還參考國內(nèi)其他大型焦化廠現(xiàn)有成熟工藝的經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)外最新研究做了一些新的嘗試和改進(jìn)，力求有所創(chuàng)新，更加環(huán)保和節(jié)能。主要設(shè)計原則如下 : (1)在積極采用先進(jìn)技術(shù)，在工藝和設(shè)備設(shè)計時，既考慮設(shè)備與工藝過程的相 應(yīng)適性和合理性，又在在滿足工藝要求前提下，盡量采用先進(jìn)設(shè)備。 （ 2） 在工藝設(shè)計時，充分考慮操作的環(huán)境衛(wèi)生、安全，展現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)的 文明風(fēng)范。 設(shè)計分工 本設(shè)計中我負(fù)責(zé)的設(shè)計內(nèi)容 包括工藝設(shè)計、部分非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計和選型、車間設(shè)備布局設(shè)計方案。土建、供水、供電、公用工程等，根據(jù)工藝提出條件要求，具體執(zhí)行可根具體的招投標(biāo)計劃和資金情況委托其他單位設(shè)計和施工。 焦?fàn)t煤氣凈化參數(shù)簡述 從焦?fàn)t中出來的荒煤氣含有大量雜質(zhì)和對人體有害物質(zhì)，具體含量如表 1 但它們經(jīng)過回收可以作為化工原料，合理利用他們可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過凈化處理的煤氣中各組分含量變化如表 1示，大部分有用物質(zhì)被回收提純后可以作為化工原料。最終焦?fàn)t煤氣各組分含量如表 1示，有害組分降到最低，滿 足工業(yè)用原料和民用燃?xì)獾男枰?表 1高溫焦?fàn)t產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率（按煉焦干煤的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)） 項目名稱 焦炭 焦油 熱解水 粗苯 氨 凈煤氣 硫等物質(zhì) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 75 78 4 5 19 9 表 1出焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)含量 /g項目名稱 組成 /%(體積分?jǐn)?shù) ) 水蒸氣 250 450 焦油氣 80 120 粗苯 30 45 氨 8 12 硫化氫 6 20 氰化物 1 輕吡啶 10 其他 2 1典型焦?fàn)t煤氣主要組成 項目名稱 組成 /%(體積分?jǐn)?shù) ) 55 59 6 2 3 24 26 2 2 本章小結(jié) 本章通過調(diào)研國內(nèi)外大量的文獻(xiàn)，對焦?fàn)t煤氣凈化的發(fā)展現(xiàn)狀、凈化工藝的技術(shù)創(chuàng)新、焦?fàn)t煤氣在化工中的作用和生產(chǎn)情況進(jìn)行了綜述，并對焦?fàn)t煤氣未來產(chǎn)量和需求量進(jìn)行分析。近年來在我國焦炭行業(yè)發(fā)展迅速，副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量逐年增大，工藝不斷創(chuàng)新，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 未來焦?fàn)t煤氣項目會大量興建，進(jìn)行 10 新工藝的探索會對將來大規(guī)模興建提供寶貴經(jīng)驗。本章還對項目的設(shè)計依據(jù)、 項目分工、目前生產(chǎn)方法進(jìn)行簡要說明，目的是為了在下面的設(shè)計中對各個工藝有深入了解，各個工段的組織更加合理、有序。在下面的組織設(shè)計中始終以當(dāng)前成熟經(jīng)驗為依據(jù)，合理和科學(xué)進(jìn)行組織和安排。 2 車間工藝及流程簡述 車間工藝流程的選擇 選擇依據(jù) 本次設(shè)計 采用的 方式是 正壓操作的焦?fàn)t煤氣凈化處理系統(tǒng) ， 在此處理系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機(jī)位于初冷器后，自風(fēng)機(jī)以后的整個系統(tǒng)均處于正壓下操作。避免 負(fù)壓操作時，焦?fàn)t煤氣體積增加，煤氣管道和設(shè)備容積均相應(yīng)增加（如洗苯塔直徑增加 7%8%） ； 負(fù)壓使煤氣中各組分的分壓下 降，減少了系統(tǒng)推動力，增加了吸收劑的用量，導(dǎo)致了生產(chǎn)成本增加，更企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)壓力。同時負(fù)壓操作要求所有的設(shè)備管道加強(qiáng)密封，一面空氣漏入便可能發(fā)生爆炸，此操作系統(tǒng)潛在危險比較大，如果采用此系統(tǒng)，對檢測設(shè)備和防護(hù)設(shè)施要求更為苛刻，在高端檢測和控制設(shè)備大量依賴進(jìn)口的情況下采用正壓操作系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)合理。 此工藝應(yīng)用廣泛，由于鼓風(fēng)機(jī)后煤氣溫升達(dá) 50左右，對弗薩姆法（需 55）回收氨的系統(tǒng)特別適用。弗薩姆液氨回收法我國已經(jīng)成功引進(jìn)，生產(chǎn)性能良好，值得推廣。采用此法是煤氣終冷過程放在洗苯裝置前面，可以采用熱焦油終冷洗萘 工藝，終冷塔和洗萘裝置可以設(shè)計為一體化裝置減少動力消耗，更少的占用空間，節(jié)約土地使用費(fèi)。同時，因在正壓下操作，煤氣體積小，有關(guān)設(shè)備及煤氣管道尺寸相應(yīng)較??；吸收氨和苯族烴等的吸收推動力較大，有利于提高吸收速率和回收率。這些都減少了設(shè)備投資和原材料采購費(fèi)用，最大程度節(jié)約建廠資金，以求在最短時間內(nèi)收回投資，獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益 9。 工藝程流簡述 煤炭在焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾，揮發(fā)出含有各種有害組分的荒煤氣。由焦?fàn)t炭化室來的 荒煤氣經(jīng)上升管出來時的溫度約 650 800 ，經(jīng)上升管到達(dá)橋管，然后在匯集到集氣 管。在集氣管中，用 70 75 循環(huán)氨水進(jìn)行噴灑，焦?fàn)t煤氣冷卻到80 85 ， 有 60%左右的焦油蒸汽冷凝下來，這是重質(zhì)焦油部分。焦油和氨水混 11 合物自集氣管和氣液分離器去澄清槽。經(jīng)過分離、澄清并補(bǔ)充氨水后，由循環(huán)氨水泵打回集氣管，循環(huán)利用。 煤氣由分氣液分離器去橫管初冷器再次進(jìn)行冷卻，殘余焦油和大部分水汽冷凝下來，煤氣被冷卻到 25 35，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓，因絕熱壓縮升溫 10 15。增壓后的煤氣進(jìn)入電捕焦油器，在電捕焦油器的電場作用下剩余大部分焦油沉降下來，送去焦油氨水分離槽進(jìn)一步分離。 脫除焦油后的煤氣進(jìn) 入液封氣柜，在此暫時儲存以便進(jìn)行下一步的凈化處理。氣柜中的煤氣經(jīng)過離心機(jī)的輸送進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔中與吸收液逆流接觸吸收煤氣中 收液出來后進(jìn)入再生塔進(jìn)行再生，脫硫后的煤氣進(jìn)入弗薩姆法回收氨氣工段。 焦?fàn)t煤氣由空盆吸收塔底部進(jìn)入，塔頂噴下 50 55 的貧磷銨液。磷酸一銨溶液與煤氣逆流接觸，吸收煤氣中的氨生成磷酸二銨，得到富銨溶液。吸收塔底部排出的富液大部分用于循環(huán)，取富液總量的 3% 4%去解吸。需要再生的富液先在泡沫浮選除焦油器中分離出焦油泡沫，再在脫氣塔脫去酸性氣體，然后在解吸塔內(nèi)用 接水蒸氣吹蒸，脫氨后貧液溫度 196，經(jīng)與富液換熱后進(jìn)吸收塔吸氨。解吸塔頂?shù)玫?(氨 ) 18%的 氨水，氨水再經(jīng)精餾制取無水氨。 脫氨后的煤氣溫度為 55 60 ，進(jìn)入終冷塔中。煤氣在終冷塔中自上而下流動，與經(jīng)隔板噴淋下來的冷卻水流接觸被冷卻，此時煤氣冷卻到 20 25 。部分水汽被冷凝下來相當(dāng)數(shù)量的萘從煤氣析出并懸浮于水中，冷卻后的煤氣進(jìn)入粗苯吸收塔。 含懸浮萘的冷卻水由終冷塔塔底流出，經(jīng)液封導(dǎo)管入焦油洗萘器底部并向上流動。在焦油洗萘器中與從各層篩板上流動下來的焦油逆流接觸，水中的懸 浮萘被焦油吸收。洗萘器上部的水流入澄清槽 ,與焦油分離后去涼水架，下部焦萘混合物去焦油儲槽。 脫萘后的煤氣進(jìn)入苯吸收塔，塔上噴淋焦油洗油，煤氣自上而下流動，煤氣與洗油逆流接觸，吸收煤氣中的苯，富油去再生塔再生。在再生塔中富油洗脫掉萘后，再由離心泵返回到吸收塔中循環(huán)利用 10。 荒 煤 初冷器 電捕焦油器 離心機(jī) 氣柜 離心機(jī) 脫硫 脫氨 12 氣 硫塊 焦油 圖 2焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程圖 主要工段工藝流程簡述 煤氣的初冷工段 荒煤氣從炭化室出來有橋管進(jìn)入集氣管，在集氣管里噴灑氨水，利用氨水的蒸發(fā)吸收潛熱將焦?fàn)t煤氣降溫至 75 。本次設(shè)計采用橫管多級噴 灑洗萘初冷器的工藝，由于噴灑液對萘的吸收而大大降低了萘結(jié)晶堵塞管道。橫管冷卻器采用二段冷卻工藝，煤氣從集氣管出來后，煤氣經(jīng)氣液分離器后進(jìn)入橫管初冷器進(jìn)行一段冷卻，溫度由 75 45 ，再進(jìn)入二段冷卻器進(jìn)一步冷卻至 25 。在此過程中煤氣中 90以上的焦油、 80左右的氨、 60的萘、 80的 11。 初步冷卻后的煤氣輸送入氣柜，用以進(jìn)行下一步的凈化。 去終冷段 來自脫氨段煤氣 終冷脫萘 脫苯 潔凈焦?fàn)t煤氣 13 1. 焦?fàn)t 2. 上升管 3. 集氣管 4. 氣液分離器 5. 橫管冷卻 塔 6. 電捕焦油器 7. 氣柜 8. 焦油槽 9. 泵 10、 11 焦油儲槽 12、鼓風(fēng)機(jī) 圖 2煤氣初冷段工藝流程圖 濕法脫硫工段 改良 簡述 (1)反應(yīng)機(jī)理： a 在吸收塔中 溶液中 吸收煤氣中的 液相中硫氫化物被偏礬酸鈉氧化成硫 ,而偏礬酸鈉被還原成焦礬酸鈉： 2 4 4 S ) + 22O = 4 2) 煤氣中 溶液中 反應(yīng)生成的 S： = b 在再生塔中 還原態(tài) 空氣氧化再生： 2) + 2) + 14 生反應(yīng)： 2O (2)工 藝流程 含 有 焦?fàn)t煤氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與塔頂噴淋下的溶液逆流接觸，氣體中的 溶液吸收而脫除，從脫硫塔底部引出，經(jīng)循環(huán)槽用泵打入再生塔進(jìn)行再生?？諝鈴脑偕撞抗呐萃ㄈ?，使溶液氧化，空氣由塔頂排除，析出的硫泡沫由塔頂?shù)臄U(kuò)大部分上部溢流入硫泡沫槽，用真空過濾機(jī)分出硫磺濾液返回循環(huán)槽。氧化再生后的溶液，由再生塔頂部擴(kuò)大部分的下部引出，經(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。 生成的硫單質(zhì)作為反應(yīng)物和溶液中的 收煤氣中的氰酸，此部分能再生，有外界補(bǔ)充。反應(yīng)消耗的 部分在再 生塔中再生。用循環(huán)泵打進(jìn)吸收塔循環(huán)利用。 1、脫硫塔 2、氣液分離器 3、液位調(diào)節(jié)器 4、除沫器 5、再生塔 6、循環(huán)槽 7、液封槽 8、硫泡沫槽 9、真空過濾機(jī) 10、干燥器 11、空氣壓縮機(jī) 12、離心泵 圖 2改良 脫硫工藝流程圖 弗薩姆法脫氨工段 （ 1）反應(yīng)機(jī)理： 磷酸對氨的吸收有選擇性，因此能生產(chǎn)高純度的無水氨。磷酸的氫原子在水溶液中被氨離子逐步置換，在常溫條件下形成牢固 (高溫條件下，能釋放出氨 分子，這一特性的化學(xué)反應(yīng)式為 : 3 15 ( 2） 工藝流程 焦?fàn)t煤氣從弗薩姆吸氮塔下段進(jìn)入，自上段排出，在塔內(nèi)與從塔上段噴淋的磷酸 溶液 逆流接觸，煤氣中的氨被磷酸吸收，氨的回收效率大于 99%。磷酸溶液吸氨后形成的富液，從塔下段排出。 富液經(jīng)除焦油器、換熱器入閃蒸器，在閃蒸器內(nèi)蒸出極少量的二氧化碳、硫化氫和氰化氫等酸性氣體。酸性氣體引入弗薩姆吸氨塔前的煤 氣管。閃蒸出酸性氣體的富液用泵送入冷凝器，換熱升溫到 175 ，進(jìn)入氨汽提塔。 氨汽提塔下部供入壓力為 汽，在高溫下解吸富液中的氨，氨氣從塔頂排出，經(jīng)冷凝、冷卻成為濃氨水。氨汽提塔下部排出的貧液經(jīng)換熱、冷卻進(jìn)入弗薩姆吸氨塔循環(huán)使用。含氨的濃氨水用泵送入無水氨精餾塔中部，被從下部供入的壓力為 蒸汽精餾成為裸氣，裸氣經(jīng)過壓縮冷凝成為液氨。 1、磷酸槽 2、吸收塔 3、貧液冷卻器 4、貧液換熱器 5、蒸脫氣 6、解吸塔 7、冷凝器給料槽 8、給料槽 9、精餾塔 10、冷凝器 11、氫氧 化鈉槽 12、除焦油器 13、焦油槽 14、溶液槽 15、16、 17、 18、 19、離心泵 圖 2弗薩姆脫氨工藝流程圖 終冷脫萘工段 煤氣在終冷塔內(nèi)自下而上流動，與經(jīng)隔板噴淋下來的冷卻水流接觸被冷卻。煤氣被冷至 25 30 ，部分水汽被冷凝下來，相當(dāng)數(shù)量的萘從煤氣析出并懸浮于水 16 中，煤氣中萘含量由 2g/3g/至 含萘冷卻水由塔底流出，經(jīng)液封管導(dǎo)入焦油洗萘器底部，并向上流動。熱焦油在篩板上均勻分布，通過篩孔向下流動，在油水逆流接觸中萃取萘。含萘焦油由洗萘器下部排出，經(jīng)液位調(diào)節(jié)器流入焦油儲槽。每個焦油儲槽循環(huán)使用 24h 后，加熱靜置脫水再送去焦油車間。洗萘器上部的水流入澄清槽，與焦油分離后去涼水架。焦油萘混合物去焦油儲槽 。 煤焦油洗油脫苯工段 終冷后的煤氣含粗苯含量 25g/40g/由吸收塔的下部 進(jìn)入粗苯吸收塔，塔 頂 噴淋洗油，煤氣自上而下流動， 在波紋絲網(wǎng)填料層中 煤氣與洗油逆流接觸，洗油吸收粗苯成為富苯洗油。 富苯洗油在吸收塔底流出來，外有一液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)塔內(nèi)洗油持液量。 富油在再生塔中用水蒸氣吹脫出其中的粗苯，再生為貧油，用循環(huán)泵返回吸收 塔循環(huán)利用。 1、終冷塔 2、液位調(diào)節(jié)器 3、冷卻器 4、焦油槽 5、洗油槽 6、 7、 9、離心泵 8、洗苯塔 圖 2終冷洗萘洗苯工藝流程圖 17 3 物料衡算與熱量衡算 為了進(jìn)行設(shè)計的工藝衡算，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)，按年工作日 300天，停產(chǎn)檢修兩個月為計算基準(zhǔn)，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)車間每日三班工作制，每天生產(chǎn) 5萬立方米，在工藝衡算衡算主要參考資料為 12 設(shè)計規(guī)模： 50000m3/初冷工 段衡算 集氣管衡算 每噸干煤產(chǎn)荒煤氣 480中煤氣占 75%，水煤氣占 焦油與苯蒸汽占 (以上均為標(biāo)況下 )焦?fàn)t煤氣由碳化室經(jīng)上升管進(jìn)入集氣管，在集氣管里用75 循環(huán)氨水噴灑，溫度由 650 800 降至 85 以下。本次設(shè)計采用上升管水套管冷卻設(shè)計，控制煤氣溫度不超過 700 ，設(shè)計氨水噴灑量為 干煤。 18 每小時干餾焦煤質(zhì)量為： m(干煤 )= 50000/480 = 104 (噸 ) 設(shè)計理論噴灑氨水量為： 水 )=104 573（ m3/h） 設(shè)計中氨水蒸發(fā)量 為 3%， 則需補(bǔ)加的循環(huán)氨水量為： = 573 3% = m/h 17.5(m/h) 需要補(bǔ)加氨水的流量， m/h； 循環(huán)氨水的流量， m/h； 氨水的蒸發(fā)率， %。 初冷器衡算 設(shè)計采用橫管間接冷卻方法，設(shè)置二段冷卻管，一段將焦?fàn)t煤氣冷卻至 45，接下來的二段冷卻中用 18的低溫水冷卻至 25。 表 3橫管間冷器技術(shù)參數(shù)表 項目 橫管型冷凝冷卻器 工作溫度 管外粗煤氣 85 25 管內(nèi)冷卻水 18 40 允許壓力 / 管外 內(nèi) 流流動方式 垂直錯流 流體流動速度 /(m 熱系數(shù) /(KJm -2h ) 一段冷卻 837，二段冷卻 418 查得 20， 典型焦?fàn)t煤氣中各組分的比熱如表 3來估算700 85 50000m3/h 50000m3/h 蒸發(fā)量 3% 水 /噸干煤 水 /噸干煤 （含焦油） 粗煤氣 初冷煤氣 19 工業(yè)設(shè)計中焦?fàn)t煤氣的比熱，以確定橫管冷卻水用量。 表 3 焦?fàn)t煤氣中各組分的比熱 組分 定壓熱容 /(kJ O 2 型焦?fàn)t煤氣的熱熔衡算： 氣 )=2) (O) ( (2) ( ( (=9%+%+%+5%+ =kJ 其中甲烷以外的烴類，含量較低，熱容又低于甲烷，為保證工程計算上的最大值，選用 容為基準(zhǔn)。滿足工程實際中關(guān)于混合物物性的工程計算， 考慮到了工程中極限數(shù)值，保證設(shè)計的安全。采用了經(jīng)過大量實踐經(jīng)驗檢驗過的安全系數(shù)，更加合理地保證設(shè)計、施工和日常生產(chǎn)中的問題。 查手冊得， 20 ， 的比熱為 kJ 度為 本設(shè)計中冷卻水以此狀態(tài)下為依據(jù)。 20 150.2 m3/h 18 h 85 45 25 40 150.2 m3/h 25 150.2 m3/h 一段冷卻的熱負(fù)荷為： (= 1 (= 50000 06 (kJ/h) 初冷煤氣 水冷煤氣 20 上式中 段冷卻的熱負(fù)荷， kJ/h； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的質(zhì)量流量， kg/h； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的體積流量， m3/h； 1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的密度， kg/段煤氣入、出口溫度， ； 一段冷卻水用量： c p,2(2 (= 2 ( =06/40=m3/h)106 (m3/h) 上式中 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的 質(zhì)量流量， kg/h； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的體積流量， m3/h； 1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的密度， kg/爐煤氣入、出口溫度， ； 二段冷卻熱負(fù)荷 ： c p,1(= 1 (=50000 45 =06（ kJ/h） 上式中 二段煤氣入、出口溫度， ； 二段冷卻水用量： c p,2(2 (= 2 ( =06/25=m3/h)106 (m3/h) 上式中 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下冷卻水的質(zhì)量流量， kg/h； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下冷卻水的體積流量， m3/h； 2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下冷卻水的密度， kg/冷卻水出、入口溫度， ； 21 改良 脫硫工段衡 入塔氣體中 量不超過 20g/量不超 過 2.5 g/化后氣體中量不超過 0.5 g/量不超過 0.5 g/ 收液 2000 m3/h 2=0.5 g/4= 0.5 g/1=20 g/3=2.5 g/收富液 2000 m3/h 吸收塔中脫出 量： =1=50000(=975000 (g/h) n ( (=975000/34 =04(吸收塔中脫出 量： =3=50000(=05 (g/h) 以上各式中 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下焦?fàn)t煤氣的體積流量， m3/h； 、 吸收塔脫除 質(zhì)量， g/h； 1、 2 吸收塔入口、出口 濃度， g/ 3、 4 吸收塔入口、出口 濃度， g/ 改良 脫出 反應(yīng)機(jī)理： 22 106 34 吸收塔脫除 要的 量，可用下式計算： M( M(=975000106/34 =3039716 (g/h) 吸收塔脫除 要的 2 4 4 S m(2n (M(=204122 =06(g/h) ) + 22O = 4 2) 吸收塔脫除 要的 )的量 ： m()= n (M() =04414 =07 (g/h) 以上各式中 m( m() 吸收塔中脫出 要的)的質(zhì)量， g/h； M ( M ( M () )的摩爾質(zhì)量， g/ n ( 物質(zhì)的量 ， 改良 脫出 反應(yīng)機(jī)理 ： = 06 27 M ( M（ =100000106/27 =392593 (g/h) 23 整個反應(yīng)階段需要 量為： m(質(zhì)量 = =392593+3039706 =343229906（ g/h） 設(shè)計吸收液流量為 200m3/h, 液的濃度為： 06/200=02 (g/溶液中的濃度為： 07/200=02 (g/查手冊的改良 溶液標(biāo)準(zhǔn)得， 超過 18 g/l, 在 5 g/l,在 于溶液得要求實際 度比理論計算高很多。 弗薩姆脫氨工段衡算 入塔前煤 氣中 度不超過 10g/經(jīng)過磷酸吸收液的吸收， 出塔煤氣中度不超過 50mg/為堿性氣體與磷酸具有較強(qiáng)的結(jié)合能力，設(shè)計磷酸 入塔吸收液中氨與磷酸的分子摩爾比為 液中氨與磷酸摩爾比為 以高效的吸收煤氣中的氨氣，使之凈化后的氨氣含量能滿足工業(yè)使用和作為熱源氣體，不產(chǎn)生大量的污染。 含 收液 400 m3/h 2=50 mg/1= 10g/ 含氨富液 吸收塔中脫出 ： m(= 1 24 =50000(=997500 (g/h) n( m(M(=997500/17 =04(h) 脫氨反應(yīng)機(jī)理： 3 (際貧液中 量用下式計算： + n( ： n（ = 1 n（ = n(2 =204 =05 (h) 整個過程中消耗 m（ = n（ M （ =0596 =07 (g/h) 上面各式中 m( 吸收塔中脫出 量， g/h； m(m( 噴灑液中 量， g/h； 1、 2 吸收塔入口、出口 濃度， g/ M( M( 摩爾質(zhì)量， g/ n( n( 物質(zhì)的量， h； 設(shè)計液氣比為 8l/吸收液噴灑量為： 00008=400（ m3/h） 吸收液中 度為 3 07/400000=28.7(g/l) 煤氣終冷除萘工段衡算 脫氨后的焦?fàn)t煤氣 ，含萘量不超過 1.5 g/終冷脫萘后煤氣中含萘要求小于 0.5 g/終冷塔中煤氣由 40 冷卻到 25 ，冷卻水由 20 升溫到 25 。 冷卻水 20 158 m3/h 25 2=2 g/1=40 g/ 25 158 m3/h 焦油洗油 含萘洗油 10 m3/h 10 m3/h 冷卻水 終冷脫除萘的量為： m(萘 ) = 1=50000(=5104 (g/h) 設(shè)計焦油洗油的用量為 0.2 000 氣 (標(biāo) )： qv=aq v=10 m3/h 冷卻水用量： 1 ( 2 (500000168(40 100025=158 (m3/h) 上面各式中 m(萘 ) 終冷段脫除萘的質(zhì)量， g/h； 焦油洗油流量， m3/h； 、 煤氣、冷卻水的流量， m3/h； 1、 2 煤氣、冷卻水的密度， kg/ 1、 2 吸收塔入口、出口 萘的濃度， g/粗苯回收工段衡算 終冷后的焦?fàn)t煤氣含粗苯不超過 40 g/粗苯吸收塔內(nèi)含苯 5%洗油與煤氣逆流接觸，洗油吸收粗苯成為含苯 2%的富油，塔后煤氣中粗苯含量低于 2 g/ 26 128m3/h, 貧油 2= 2 g/1=40 g/油 % 送往吸收塔的洗油量根據(jù)下式求得： 10000(40(2% =08 (g/h) g/h) 上式中 洗油循環(huán)量， g/h； 貧油、富油中粗苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤氣體積流量， m3/h； 1、 2 洗苯塔入口、出口粗苯含量， g/ 工藝參數(shù)匯總 表 3回收前后的物質(zhì)濃度變化 物質(zhì)組分 回收前（ g/ 回收后（ g/ 氨 10 苯 40 2 20 本章小結(jié) 本設(shè)計中回收焦?fàn)t煤氣中的各種有害物 質(zhì)多采用吸收法，經(jīng)物料衡算和熱量衡算可知，吸收法突出優(yōu)點是單元設(shè)備處理能力強(qiáng)，適合于工業(yè)化大生產(chǎn)。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，通過物料衡算求出各單元工段的物料流量，為下一章確定設(shè)備尺寸提 27 供依據(jù)。熱量衡算實在物料衡算基礎(chǔ)上進(jìn)行的，利用已有物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，估算混合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜≈凳怪疂M足工業(yè)設(shè)計的要求。 4 主要設(shè)備設(shè)計及選型 設(shè)備工藝設(shè)計原則 在本設(shè)計中，所有設(shè)備工藝設(shè)計主要從以下兩個角度考慮：一類是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和定型設(shè)備，是成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，從廠家的產(chǎn)品目錄或