化產(chǎn)車間工藝知識(shí)

化產(chǎn)車間工藝知識(shí)第一節(jié)

煉焦化學(xué)產(chǎn)品概述一、煉焦化學(xué)煉焦化學(xué)是研究以煤為原料，經(jīng)高溫干餾獲得焦炭和荒煤氣，并用經(jīng)濟(jì)合理的方法將荒煤氣分離和精制成化學(xué)產(chǎn)品的技術(shù)和工藝原理的學(xué)科。以煤為原料，經(jīng)過高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時(shí)獲得煤氣、煤焦油、并回收其他化工產(chǎn)品的工業(yè)是煉焦化學(xué)工業(yè)。二、煉焦化學(xué)產(chǎn)品煤是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的由很多苯環(huán)縮合起來的多環(huán)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，煤中的價(jià)鍵以碳原子結(jié)合為主，氫、氧、氮、硫等原子鑲嵌在苯環(huán)之間。在加熱時(shí)能黏結(jié)成塊的煤種，通常稱之為煉焦煤。煉焦煤于煉焦?fàn)t內(nèi)在隔絕空氣高溫加熱條件下，煤質(zhì)發(fā)生一系列的變化，除生成固態(tài)焦炭外，還裂解生成揮發(fā)性產(chǎn)物簡(jiǎn)稱為荒煤氣?；拿簹庵泻性S多各種化合物，包括常溫下的氣態(tài)物質(zhì)如氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等；C1～C6直鏈烴類和氫等裂解成焦?fàn)t煤氣的主要成分。第二節(jié)

煉焦化學(xué)產(chǎn)品的生成與組成和產(chǎn)率一、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的生成煤料在焦?fàn)t炭化室內(nèi)進(jìn)行高溫干餾時(shí)，煤質(zhì)發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化。裝入煤在200℃以下蒸出表面水分，同時(shí)析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等氣體；隨溫度升高至250~300℃，煤的大分子端部含氧化合物開始分解，生成二氧化碳、水和酚類，這些酚主要是高級(jí)酚；至約500℃時(shí)，煤的大分子芳香族稠環(huán)化合物側(cè)鏈斷裂和分解，產(chǎn)生氣體和液體，煤質(zhì)軟化熔融，形成氣、固、液三相共存黏稠狀的膠質(zhì)體、并生成脂肪烴，同時(shí)釋放出氫。在600℃前從膠質(zhì)層析出的和部分從半焦中析出的蒸汽和氣體稱為初次分解產(chǎn)物主

要含有甲烷，二氧化碳、—氧化碳、化合水及初焦油，氫含量很低。通過赤熱焦炭和沿炭化室爐墻向上流動(dòng)的氣體和蒸汽，因受高溫而發(fā)生環(huán)烷烴和烷烴的芳構(gòu)化過程(生成芳香烴)并析出氫氣，從而生成二次熱裂解產(chǎn)物。當(dāng)發(fā)生二次熱裂解時(shí)，碳?xì)浠衔锓肿咏Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生以下幾種變化：(a)C-C鍵斷裂引起結(jié)構(gòu)縮小反應(yīng)。(b)C-H鍵裂解引起脫氫反應(yīng)。

(c)按異構(gòu)化進(jìn)行的重排反應(yīng)。(d)

聚合、歧化、縮合引起的結(jié)構(gòu)增大反應(yīng)。通過上述許多復(fù)雜反應(yīng)和其他反應(yīng)，煤氣中的甲烷和重?zé)N(主要為乙烯)的含量降低，氫的含量增高，煤氣的密度變小，并形成一定量的氨，苯族烴、萘和蒽等，在炭化室頂部空間最終形成一定組成的焦?fàn)t煤氣。二、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的組成煉焦配煤在炭化室內(nèi)經(jīng)過一系列的物理變化和化學(xué)變化最終形成焦炭，排放出一定組成的荒煤氣。

荒煤氣中除凈焦?fàn)t煤氣外的主要組成（g/m3）：水蒸氣

250~450

硫化氫

6~30

焦油氣

80~120

其他硫化物

2~2.5

苯族烴

30~45

氰化氫等氰化物

1.0~2.5

氨

8~16吡啶鹽基

0.4~0.6

萘

8~12經(jīng)回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化后的煤氣，稱為凈焦?fàn)t煤氣，也稱回爐煤氣。三、煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率煉焦化學(xué)產(chǎn)品的數(shù)量和組成隨煉焦溫度和原料煤質(zhì)量的不同而波動(dòng)。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，煤料高溫干餾時(shí)各種產(chǎn)物的產(chǎn)率，%(對(duì)干煤的質(zhì)量)：焦炭

70~78；凈焦?fàn)t煤氣

15~19；焦油

3~4.5；化合水：

2~4；苯族烴

0.8~1.4；氨

0.25~0.35其他

0.9~1.1四、影響化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的因素?zé)捊够瘜W(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦配煤的性質(zhì)和煉焦過程的技術(shù)操作條件。配煤性質(zhì)和組成的影響2．焦?fàn)t操作條件的影響煉焦溫度、操作壓力、揮發(fā)物在爐頂空間停留時(shí)間、焦?fàn)t內(nèi)生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用都影響煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率及組成，最主要的影響因素是爐墻溫度(與結(jié)焦時(shí)間相關(guān))和炭化室頂部空間溫度（也稱爐頂空間溫度）。第三節(jié)

回收與加工化學(xué)產(chǎn)品的方法及典型流程從焦?fàn)t炭化室生成的荒煤氣需在化產(chǎn)回收車間進(jìn)行冷卻、輸送，回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學(xué)產(chǎn)品，同時(shí)凈化煤氣。這一方面是為得到有用的化學(xué)產(chǎn)品，另一方面是為了便于煤氣順利地輸送、儲(chǔ)存和用戶的使用。焦化廠一般采用冷卻、冷凝的方法除去煤氣中的焦油和水；利用鼓風(fēng)機(jī)抽吸和加壓輸送煤氣；用電捕方法除少量的焦油霧；煤氣中其他成分的脫除大多采用吸收法；對(duì)于凈化程度要求高的場(chǎng)合，可采用吸附法或冷凍法。一、在正壓下操作的焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng)1.

正壓操作系統(tǒng)焦?fàn)t煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在初冷器的后面。2.

半負(fù)壓操作系統(tǒng)焦?fàn)t煤氣凈化精制處理系統(tǒng)中鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在電捕焦油器的后面。二、在負(fù)壓下操作的焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng)在采用水洗氨的系統(tǒng)中，因洗氨塔操作溫度盡可能低些（22～25℃）為宜，故鼓風(fēng)機(jī)可設(shè)在煤氣凈化系統(tǒng)的最后面，這就是全負(fù)壓工藝流程。三、粗苯加工生產(chǎn)流程系統(tǒng)粗苯工段生產(chǎn)的粗苯，經(jīng)兩苯塔分餾為輕苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的絕大部分和硫化物的大部分及50%的不飽和化合物聚集與輕苯中，苯乙烯、古馬隆和茚等高沸點(diǎn)不飽和化合物聚集于重苯中。輕苯和重苯分別加工。四、焦油加工生產(chǎn)流程系統(tǒng)冷凝工段生產(chǎn)的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠狀液體，其中含有上萬種的物質(zhì)，須經(jīng)過予處理蒸餾切取組分集中的各種餾分，再對(duì)各種餾分用酸堿洗滌、蒸餾、聚合、結(jié)晶等方法進(jìn)行處理提取純產(chǎn)品。第二章

煤氣的初冷和焦油氨水的分離焦?fàn)t煤氣從炭化室經(jīng)上升管逸出時(shí)的溫度為650－750℃此時(shí)煤氣中含有焦油氣，苯族烴、水汽，氨、硫化氫、氰化氫，萘及其他化合物，為回收和處理這些化合物，首先應(yīng)將煤氣冷卻，這是因?yàn)?1.

從煤氣中回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化煤氣時(shí)，多采用比較簡(jiǎn)單易行的冷凝，冷卻法和吸收法，在較低的溫度下(25~35℃)才能保證較高的回收率;2.

含有大量水汽的高溫煤氣體積大(例如由附表2查得0℃時(shí)lm3干煤氣，在80℃經(jīng)水蒸汽飽和后的體積2.429m3，而在25℃經(jīng)水汽飽和的體積為1.126m。，前者比后者大1.16倍)，顯然所需輸送煤氣管道直徑、鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟(jì)的;3.

在煤氣冷卻過程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分離出來，部分硫化物，氰化物等腐蝕性介質(zhì)溶于冷凝液中，從而可減少回收設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕。

煤氣的初步冷卻分兩步進(jìn)行：第一步是在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到80~90℃；第二步再在煤氣初冷器中冷卻。在初冷器將煤氣冷卻到何種程度，隨化學(xué)產(chǎn)品回收與煤氣凈化選用的工藝方法而異，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學(xué)吸收法除去煤氣中的氨，初冷器后煤氣溫度可以高一些，一般為25~35℃；若以水作吸收劑，用物理吸收法除去煤氣中的氨初冷后煤氣溫度要低些，一般為25℃以下。

一、煤氣在集氣管內(nèi)的冷卻

1.

煤氣在集氣管內(nèi)冷卻的機(jī)理煤氣在橋管和集氣管內(nèi)冷卻，是用表壓為150~200kPa的循環(huán)氨水通過噴頭強(qiáng)烈噴灑進(jìn)行的當(dāng)細(xì)霧狀的氨水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故煤氣放出大量顯熱，氨水大量蒸發(fā)，快速進(jìn)行著傳熱和傳質(zhì)過程。傳熱過程推動(dòng)力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。傳熱過程推動(dòng)力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。傳質(zhì)過程的推動(dòng)力是循環(huán)氨水液面上的水汽分壓與煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發(fā)，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的75％~80％。另有約占所放出總熱量10％的熱量由集氣管表面散失。通過上述冷卻過程，煤氣溫度由650~750℃降至80~85

℃，同時(shí)有60％左右的焦油氣冷凝下來，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來，有焦油渣產(chǎn)生。在集氣管冷卻煤氣主要是靠氨水蒸發(fā)吸收需要的相變熱使煤氣顯熱減少溫度降低，所以煤氣溫度可冷卻至高于其最后達(dá)到的露點(diǎn)溫度1~3℃。煤氣的露點(diǎn)溫度就是煤氣被水汽飽和的溫度，以是煤氣在集氣管中冷卻的極限。2、煤氣露點(diǎn)與煤氣中水汽含量的關(guān)系煤氣的冷卻及所達(dá)到的露點(diǎn)溫度同下列因素有關(guān)；在一般生產(chǎn)條件下，煤料水分每降低1％，露點(diǎn)溫度可降低0.6~0.7

℃。顯然，降低煤料水分，對(duì)煤氣的冷卻很重要。

二、煤氣在集氣管內(nèi)冷卻的技術(shù)要求

1.

集氣管技術(shù)操作指標(biāo)（1）集氣管在正常操作過程中用氨水而不用冷水噴灑，因冷水溫度低不易蒸發(fā)，使煤氣冷卻效果不好，所帶入的礦物雜質(zhì)會(huì)增加瀝青的灰分。此外，由于水溫很低，使集氣管底部劇烈冷卻、冷凝的焦油黏度增大，易使集氣管堵塞。氨水又有潤(rùn)滑性，便于焦油流動(dòng)，可以防止煤氣冷卻過程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因積聚，而堵塞煤氣管道。（2）進(jìn)入集氣管前的煤氣露點(diǎn)溫度主要與裝入煤的水分含量有關(guān)（3）對(duì)不同形式的焦?fàn)t所需的循環(huán)氨水量也有所不同，生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定的定額數(shù)據(jù)為：對(duì)單集氣管的焦?fàn)t，每噸干煤需5m3循環(huán)氨水，對(duì)雙集氣管焦?fàn)t需6m3的循環(huán)氨水。（4）集氣管冷卻操作中，應(yīng)經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行清掃，保持循環(huán)氨水噴灑系統(tǒng)暢通，氨水壓力、溫度、循環(huán)量力求穩(wěn)定。

三、集氣管的物料平衡與熱平衡通過集氣管的物料平衡和熱平衡的計(jì)算，可以了解集氣管內(nèi)物料轉(zhuǎn)移的情況以及求得冷卻后的煤氣溫度。若冷卻后的煤氣溫度已確定，就可以求得必需的循環(huán)氨水用量及其蒸發(fā)量。也可用以評(píng)定集氣管操作好壞。第二節(jié)

煤氣在初冷器的冷卻煤氣冷卻和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝，可以采用不同形式的冷卻器。被冷卻的煤氣與冷卻介質(zhì)直接接觸的冷卻器，稱為直接混合式冷卻器，簡(jiǎn)稱為直接冷卻器或直接冷卻；被冷卻的煤氣與冷卻介質(zhì)分別從固體壁面的兩側(cè)流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質(zhì)的冷卻器，稱為間壁式冷卻器，簡(jiǎn)稱為間接冷卻器或間接冷卻。由于冷卻器的形式不同，煤氣冷卻所采取的流程也不同。煤氣冷卻的流程可分為間接冷卻、直接冷卻和間直混合冷卻三種。一、煤氣的間接初冷1.

立管式冷卻器間接初冷工藝流程經(jīng)氣液分離后的煤氣進(jìn)入數(shù)臺(tái)并聯(lián)立管式間接冷卻器，用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)。從各臺(tái)初冷器出來的煤氣溫度是有差別的，匯集在一起后的煤氣溫度稱為集合溫度，這個(gè)溫度依生產(chǎn)工藝的不同而有不同的要求：在生產(chǎn)硫銨系統(tǒng)中，要求集合溫度低于35℃，在水洗氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，則要求集合溫度低于25℃。隨著煤氣的冷卻，煤氣中絕大部分焦油氣、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下來，萘溶解于焦油中。煤氣中一定數(shù)量的氨，二氧化碳，硫化氫，氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。冷凝氨水中含有較多的揮發(fā)銨鹽（NH3與H2S、HCH、H2CO3形成的銨鹽，如

(NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定銨鹽（如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量較少。當(dāng)其溶液加熱至100℃即分解的銨鹽為揮發(fā)銨鹽，需加熱到220~250℃或有堿存在的情況下才能分解的銨鹽叫固定銨鹽。2.

橫管式冷卻器間接初冷工藝流程橫管式煤氣初冷器冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)。水通道分上下兩段，上段用循環(huán)水冷卻，下段用制冷水冷卻，將煤氣溫度冷卻到22℃以下。橫管式初冷器煤氣通道，—般分上中下三段，上段用循環(huán)氨水噴灑，中段和下段用冷凝液噴灑，根據(jù)上、中、下段冷凝液量和熱負(fù)荷的計(jì)算可知：上段和中段冷凝液量約占總量的95％，而下段冷凝液量?jī)H占總量的5％；從上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的顯熱及噴灑的冷凝液冷卻顯熱，約占總熱負(fù)荷的60％；下段冷凝液的冷凝圖2-5-1

橫管式煤氣初冷工藝流程潛熱及冷卻至30℃的顯熱，約占總熱負(fù)荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負(fù)荷20%。3.

剩余氨水量的計(jì)算在氨水循環(huán)系統(tǒng)中，由于加入配煤水分和煉焦時(shí)產(chǎn)生的化合水，使氨水量增多而形成所謂的剩余氨水。這部分氨水從循環(huán)氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨。顯然，剩余氨水量取決于配煤水分和化合水的數(shù)量以及煤氣初冷后集合溫度的高低．煤氣初冷的集合溫度不宜偏高，否則會(huì)帶來下列問題：

①煤氣中水汽含量增多，體積變大，致使鼓風(fēng)機(jī)能力不足，影響煤氣正常輸送。②焦油氣冷凝率降低，初冷后煤氣中焦油含量增多，影響后續(xù)工序生產(chǎn)操作。③在初冷器內(nèi)，煤氣冷卻到一定程度（一般認(rèn)為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細(xì)小薄片晶體析出，可溶入焦油中，溫度愈低，煤氣中萘蒸汽含量也愈少，當(dāng)集合溫度高時(shí)，煤氣中含萘量將更顯著增大。由上述可見，在煤氣初冷操作中，必須保證初冷器后集合溫度不高于規(guī)定值，并盡可能地脫除煤氣中的萘。

二、煤氣的直接初冷煤氣的直接初步冷卻，是在直接冷卻塔內(nèi)由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。由吸氣主管來的80～85℃的煤氣，經(jīng)過氣液分離器進(jìn)入并聯(lián)的直接式初冷塔，用氨水噴灑冷卻到25～28℃，然后由鼓風(fēng)機(jī)送至捕焦油器，捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。

由氣液分離器分離出的氨水、焦油和焦油渣，經(jīng)焦油盒分出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清池底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到焦油槽，再送往焦油車間加工處理。焦油盒底部的焦油渣由人工撈出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經(jīng)水封槽進(jìn)入初冷循環(huán)氨水澄清池，與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與焦油進(jìn)行分離。分離出來的焦油與上述焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環(huán)使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。

煤氣直接初冷，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。某廠實(shí)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在直接初冷塔內(nèi)，可以洗去90％以上的焦油，80％左右的氨，60%以上的萘，以及約50%的硫化氫和氰化氫。這對(duì)后面洗氨洗苯過程及減少設(shè)備腐蝕都有好處。同煤氣間接初冷相比，直接初冷還具有冷卻效率較高，

煤氣壓力損失小，基建投資較少等優(yōu)點(diǎn)。但也具有工藝流程較復(fù)雜。動(dòng)力消耗較大，循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞、各澄清池污染嚴(yán)重，大氣環(huán)境惡劣等缺點(diǎn)。因此目前大型焦化廠還很少單獨(dú)采用這種煤氣直接冷卻流程三、間冷和直冷結(jié)合的煤氣初冷如前所述煤氣的直接初冷，是在直接冷卻塔內(nèi)，由煤氣和冷卻水(經(jīng)冷卻后的氨水焦油混合液)直接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣效果良好、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低及煤氣阻力小等優(yōu)點(diǎn)。間冷直冷結(jié)合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合的方法，在國(guó)內(nèi)外大型焦化已得到采用。自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸汽所飽和，水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的94%，所以煤氣

在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽冷凝熱，因而傳熱系數(shù)較高；而且在溫度較高時(shí)(高于52℃)，萘不會(huì)凝結(jié)造成設(shè)備堵塞。所以，煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段，由于煤氣中水汽含量已大為減少，氣體對(duì)壁面間的對(duì)流傳熱系數(shù)低，同時(shí)萘的凝結(jié)也易于造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。第三節(jié)

焦油氨水的分離一、焦油氨水混合物的性質(zhì)及分離要求在用循環(huán)氨水于集氣管內(nèi)噴灑荒煤氣時(shí)，約60%的焦油冷凝下來，這種集氣管焦油是重質(zhì)焦油，其相對(duì)密度(20℃)1.22左右，黏度較大，其中混有一定數(shù)量的焦油渣。煤氣再初冷器中冷卻，冷凝下來的焦油為輕質(zhì)焦油。其輕組分含量較多。在兩種氨水混合分離流程中，上述輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油的混合物稱之為混合焦油。混合焦油20℃密度可降至1.15~1.19kg/1，黏度比重質(zhì)焦油減少20％~45％，焦油渣易于沉淀下來，混合焦油質(zhì)量明顯改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，給焦油分離帶來一定困難。焦油的脫水直接受溫度和循環(huán)氨水中固定銨鹽含量的影響，在80~90℃和固定銨鹽濃度較低情況下，焦油與氨水較易分離。因此，在獨(dú)立的氨水分離系統(tǒng)中，集氣管焦油脫水程