【正文】 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 12 所示，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 13 所示，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 11 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(xiàng)目名稱 焦炭 焦油 熱解水 粗苯 氨 凈煤氣 硫等物質(zhì) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 59 頁 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 75～ 78 ～ 2～ 4 ～ ～ 15～ 19 ～ 表 12 出焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)含量 /[gm3] 項(xiàng)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～ 粗輕吡啶 ～ 萘 10 其他 2～ 表 13 典型焦?fàn)t煤氣主要組成 項(xiàng)目名稱 組成 /%(體積分?jǐn)?shù) ) H2 55～ 59 CO 6～ CO2 ～ N2 3～ CH4 24～ 26 CnHm 2～ O2 ～ 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)量中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 共 59 頁 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(xiàng)目會(huì)大量興建，進(jìn)行新工藝的探索會(huì)對將來大規(guī)模興建提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。 本章還對項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù)、項(xiàng)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(jì)中對各個(gè)工藝有深入了解，各個(gè)工段的組織更加合理、有序。在下面的組織設(shè)計(jì)中始終以當(dāng)前成熟經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，合理和科學(xué)進(jìn)行組織和安排。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 59 頁 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(jì) 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(gè) 系統(tǒng)均處于正壓下操作。 避免 負(fù)壓操作時(shí)，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(dòng)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(shí)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(xiǎn)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(jì)為一體化裝置減少動(dòng)力消耗，更少的占用空間，節(jié)約土地使用費(fèi)。同時(shí)， 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)較小；吸收氨和苯族烴等的吸收推動(dòng)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(shí)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(shí)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中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 59 頁 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(shí)儲(chǔ)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 H2S， HCN。 吸收液出來后進(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 直接水蒸氣吹蒸，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?ω(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(dòng)，與經(jīng)隔板噴淋下來的冷卻水流接觸被冷卻，此時(shí)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(dòng)。 在焦油洗萘器中與從各層篩板上流動(dòng)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(chǔ)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(dòng)，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 氣 硫塊 焦油 初冷器 電捕焦油器 離心機(jī) 氣柜 離心機(jī) 脫硫 脫氨 去終冷段 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 共 59 頁 圖 21 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(jì)采用 橫管多級(jí)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 H2S等可有效地被除去 [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。 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 11 焦油儲(chǔ)槽 1鼓風(fēng)機(jī) 圖 22 煤氣初冷段工藝流程圖 來自脫氨段煤氣 終冷脫萘 脫苯 潔凈焦?fàn)t煤氣 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 59 頁 濕法脫硫工段 — 改良 ADA 法簡 述 (1)反應(yīng)機(jī)理： a 在吸收塔中 溶液中 Na2CO3, 吸收煤氣中的 H2S： Na2CO3 + H2S = NaHS + Na2CO3 在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 ： 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = NaV4O9 + 4NaOH + S NaV4O9+2ADA(O) + 2NaOH+H2O = 4NaVO3 + 2ADA(H) 煤氣中 HCN 被溶液中 NaCO3 和反應(yīng)生成的 S： NaCO3+HCN+S = NaCNS+NaHCO3 b 在再生塔中 還原態(tài) 被空氣氧化再生： 2ADA(H) + O2 = 2ADA(O) + H2O NaCO3 再生反應(yīng)： NaHCO3+NaOH = Na2CO3+H2O (2)工藝 流程 含 有 H2S 的焦?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 H2S 被溶液吸收而脫除，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。空氣從再生塔底部鼓泡通入，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 NaHCO3 吸收煤氣中的氰酸，此部分NaHCO3 不能再生，有外界補(bǔ)充。反應(yīng)消耗的 Na2CO3 大部分在再生 塔中再生。 用循環(huán)泵打進(jìn)吸收塔循環(huán)利用。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 共 59 頁 脫硫塔 氣液分離器 液位調(diào)節(jié)器 除沫器 再生塔 循環(huán)槽 液封槽 硫泡沫槽 真空過濾機(jī) 干燥器 1空氣壓縮機(jī) 1離心泵 圖 23 改良 ADA 法脫硫工藝流程圖 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 (NH4)2HPO4，在高溫條件下，能 釋放 出氨分 子，這一特性的化學(xué)反應(yīng)式為 : NH3+H3PO4 NH4H2PO4 NH3+ NH4H2PO4 (NH4)2HPO4 （ 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 蒸汽，在高溫下解吸富液中的氨，氨氣從塔