【正文】 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 第 一 章 緒 論 、焦爐煤氣凈化及苯族回收的意義 ： 煤在煉焦時一般 72%78%轉(zhuǎn)化為焦炭，其中 22%28%轉(zhuǎn)化為荒煤氣，苯族烴是煤干餾過程中產(chǎn)生的芳香烴化合物中分子較低的部分，其產(chǎn)率占煉焦干煤臟入量的 %%產(chǎn)率的波動主要受煉焦煤料的性質(zhì)煉焦溫度的影響，近年來，由于石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，可以提供苯類，苯酚類等產(chǎn)品，對煤煉焦化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，但是焦化工業(yè)提供的許多種芳香族化合物和雜環(huán)化合物是石油化學(xué)工業(yè)所不能代替的，它們不可能或者不能經(jīng)濟的從石油加工過程中獲得，今后這類產(chǎn)品 主要依賴煉焦化學(xué)產(chǎn)品的吸收與加工，因此這些化學(xué)產(chǎn)品對綜合利用煤炭資源和我國社會主義經(jīng)濟建設(shè)有著重要意義。 荒煤氣必須經(jīng)過凈化后成為潔凈燃氣，才能通過煤氣管道外送及供用戶使用。在焦爐煤氣凈化過程中，經(jīng)過冷卻、吸收、解析、化學(xué)轉(zhuǎn)化、蒸餾分離等化工單元操作，可以分離出交友、氨水、粗苯（或輕苯、重苯），并將煤氣和氨水中的氨、硫化氫、氰化氫等有害物質(zhì)去除且制成有用的化學(xué)產(chǎn)品。 苯族烴回收精制加工后，可得到的輕苯，重苯，精苯，甲苯，二甲苯，溶劑油等產(chǎn)品。甲苯，二甲苯，三甲苯，乙基甲苯，古馬隆，茚，噻吩，酚。這些產(chǎn)品具 有極為廣泛的用途，是塑料合成纖維，合成橡膠，染料，涂料，醫(yī)藥，耐高溫材料及國防工業(yè)極為寶貴的原料，對于我國的社會主義建設(shè)具有十分重大的政治意義和經(jīng)濟意義。 ： 粗苯在常態(tài)下為淡黃色透明溶體，此水輕，不溶于水，在貯存時，由于其中的戊烯類，環(huán)戊二烯等不合和化合物的氧化合聚合而形成樹脂狀物質(zhì)，故使粗苯差色變暗，粗苯易燃易爆，閃點為 12 攝氏度，粗苯苯氣在空氣中的濃度在 %%（體積）范圍內(nèi)時，能形成爆炸性混合物。 粗苯的各主要成分皆在 180 攝氏度前餾出， 180 攝氏度以后餾出的是粗苯中所含的 洗油輕質(zhì)餾分，稱為溶劑油。在測定粗苯中各組分的含量和計算其加工過程中的產(chǎn)量時，通常將 180 攝氏度前的餾出量作為鑒別粗苯質(zhì)量的指標之一。粗苯在 180 攝氏度前的餾出量取決于粗苯的工藝流程和操作制度。180 攝氏度前的餾出量越多，粗苯的質(zhì)量就越好，一般要求粗苯在 180 攝氏度前餾出量達 93%95%，粗苯中除了主要的苯類物質(zhì)之外，還有飽和化合物和硫化物，這是由于從煤氣中回收粗苯的同時，煤氣中的烯烴，一氧化碳等等的膠質(zhì)生成物及有機硫化合物也一同進入了粗苯中。 粗苯的組成取決于煉焦配煤的組成及煉焦產(chǎn)物在炭化室內(nèi)熱解的程度 。粗苯各組成的平均含量如表 1— 1。此外，粗苯中酚類的含量通常在 — %之間，吡啶堿類的含量不超過 %。當硫銨工段從煤氣回收吡啶堿類時，則粗苯中的吡啶堿類含量不超過 %。各產(chǎn)品的質(zhì)量指標見表 1— 1— 1— 3。 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 粗苯中各組分的含量 表 11 組 分 分 子 式 含量 % 苯 甲苯 二甲苯 三甲苯 不飽和化合物 其中：環(huán)戊二烯 苯乙烯 苯并呋喃及同系物 茚及同系物 硫化物（按硫計） 其中：二硫化碳 噻吩 C6H6 C6H5（ CH2） 3 C6H4（ CH2） 2 C6H3（ CH2） 3 —— C5H6 C6H5CHCH2 C8H6O C9H5 —— CS2 C4H4S 55～ 70 12～ 22 ～ 6 ～ 5 7～ 12 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 由于粗苯是易燃的物質(zhì)，粗苯蒸汽在空氣中的濃度在 — %（體積）范圍內(nèi)時，能形成爆炸性混合物，因此該工段要嚴禁煙火，電機防爆。 重苯和重質(zhì)苯的質(zhì)量指標 表 12 指標名稱 重 苯 （參考指標） 重質(zhì)苯（ YB 303— 64） 一級 二級 餾程： 初餾點，℃ ≮ 139 ≮ 160 ≮ 160 150℃前餾出量， Wt% ≯ 10 — — 200℃前餾出量， Wt% ≮ 50 ≮ 85 ≮ 80 水分， Wt% — ≯ ≯ 粗苯和輕苯的質(zhì)量指標 表 13 指標名稱 加工用粗苯 溶劑用粗苯 輕 苯 外觀 黃色透明液體 比重， d4178。176。 ～ ≯ ≯ 餾程： 75℃前餾出量， V% — ≯ 3 — 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 180℃前餾出量， wt% ≮ 93 ≮ 91 餾出 96%（ V%）的溫度，℃ — — ≯ 150 水分 室溫（ 18～ 25℃） 下目測無可見不溶解的水 第 二 章 操 作 及 設(shè) 計 參 數(shù) 設(shè)計任務(wù)： 本次設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)國內(nèi)外冶金焦化行業(yè)的基本情況 ,進行年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 , 初選主機設(shè)備；進行粗苯工段工藝流程選擇設(shè)備的選型計算及相關(guān)非工藝設(shè)計。 設(shè)計參數(shù)： （ 1）要求工段年平均工作日 360 天，煤氣及粗苯組成見下表，其余參數(shù)結(jié)合實習(xí)企業(yè)的實際生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)。 焦爐煤氣的組成表 指標名稱 NH3 H2S HCN 萘 粗苯 焦油 指標 (g/Nm3) 35 凈化煤氣的質(zhì)量指標表 指標名稱 NH3 H2S HCN 萘 粗苯 焦油 指標 (g/Nm3) 3 粗苯的組成表 指標名稱 苯 甲苯 二甲苯 溶劑油 指標（質(zhì)量 %） 73 24 6 3 本設(shè)計采用焦油洗油吸收煤氣中的苯族烴，對焦油洗油的質(zhì)量要求見下表 焦油洗油質(zhì)量標準 (YB 29764) 名 稱 指 標 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 堿液 焦油 焦油渣 比重 ( 204d ) 餾程 : 230℃前餾出量 (容 ),% 300℃前餾 出量 (重量 ),% 酚含量 (容 ),% 萘含量 (重量 ),% 黏度 (176。 E25) 水分 ,% 15℃結(jié)晶物 ～ ≯ 3 ≮ 90 ≯ ≯ 13 ≯ 2 ≯ 無 （ 2）廠址所在地區(qū)年平均氣溫 16℃，最高氣溫 38℃，最低氣溫 27℃；常年主導(dǎo)風向東風、東北風。 （ 3） 煤在煉焦時一般 75%為焦炭，其中 25%為荒煤氣。即每年用煤 萬噸，年生產(chǎn)荒煤氣 萬噸。 第三章 焦爐煤氣凈化回收工藝過程及工藝選擇 煤氣凈化過程主要有以下幾個工段組成 :冷凝鼓風工段、脫硫工段、蒸氨工段、硫銨工段、 終冷洗苯工段、 粗苯蒸餾工段 、 油庫工段、脫水工段、生化工段等組成。 荒煤氣 機械化澄清器 外管 氨水 冷鼓電捕 循環(huán)氨水槽 硫劑 硫酸 脫硫及硫回收 硫胺 新洗油 洗脫苯 剩余氨水槽 焦爐 蒸氨 生化 焦油槽 熄焦 備煤 焦油渣槽 粗苯儲槽 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 化產(chǎn)工藝流程 一、 冷凝鼓風工段： （一）工藝方法： 可分為冷凝和鼓風兩部分。其中冷凝又可分為直接冷卻、間接冷卻和直接間接混合冷卻三種。 （ 1）直接冷卻：與煤氣直接接觸，冷卻效果好，但產(chǎn)生污水量大。 （ 2）間接冷卻：不直接與煤氣接觸，通過換熱設(shè)備間接冷卻，污染小，蒸氨設(shè)備效率高，使用較廣泛。 （ 3）混合冷卻：可以兼得直接冷卻和間接冷卻兩者 的優(yōu)點。 鼓風部分：主要為粗煤氣加壓，使其能通過后續(xù)凈化系統(tǒng)的設(shè)備和管路，并起到脫除粗煤氣中部分焦油霧的作用。 電捕焦油器：脫除粗煤氣中的焦油 （二）工藝流程： 來自焦爐～ 80 C的荒煤氣，與焦油和氨水沿吸煤氣管道流至氣液分離器，氣液分離后的荒煤氣由分離器上部出來，進入四臺并聯(lián)操作的橫管初冷器上部，在此用 32 C 的循環(huán)水將煤氣冷卻至～ 35 C；由橫管初冷器下部排出的煤氣，進入直冷塔下部，用直冷塔循環(huán)水噴灑煤氣，將煤氣冷卻至～ 22 C；由直冷塔上部排出的煤氣，進入三臺并聯(lián)操作的電捕焦油器，捕集煤氣中夾帶的焦油 ，再由煤氣鼓風機壓送至脫硫工段。 為了保證橫管初冷器冷卻效果，在初冷器上部連續(xù)噴灑來自機械化氨水澄清槽中部的焦油、氨水混合液，在其頂部用熱氨水定期沖洗，以清除管壁上的焦油、萘等雜質(zhì)。初冷器底部排出的冷凝液經(jīng)水封槽流入冷凝液槽，再送至機械化氨水澄清槽。 從直冷塔底部出來的循環(huán)液加兌一定量氨水后 ,用泵經(jīng)直冷塔循環(huán)水冷卻器用低溫水冷卻至～ 21 C，送到直冷塔頂部循環(huán)噴灑，多余部分送至機械化氨水澄清槽。 由氣液分離器分離下來的焦油和氨水進入機械化氨水澄清槽，在此進行氨水、焦油和焦油渣的分離。上部的氨水流入循環(huán)氨水中 間 1 槽，再由循環(huán)氨水泵送至焦爐冷卻煤氣；其中一部分氨水定期經(jīng)高壓氨水泵加壓送至焦爐，一部分氨水去初冷器、電捕頂部噴灑，以清除管壁積存的萘、焦油等雜物。多余部分作為剩余氨水經(jīng)過剩余氨水中間槽沉淀澄清、除焦油器除油后送入剩余氨水貯槽，再用剩余氨水泵送至氨水蒸餾裝置處理。 機械化氨水澄清槽下部的焦油靠靜壓流入焦油分離器，進一步進行焦油與焦油渣的沉降分離。分離出的焦油自流入焦油中間槽，用焦油泵送至焦油蒸餾油庫的焦油貯槽。機械化氨水澄清槽和焦油分離器刮出的焦油渣，排入焦油渣車，定期送往煤場，摻入煉焦煤中。 （三）工藝 選擇： 裝置采用混合冷卻工藝，先間接冷卻，后直接冷卻，對煤氣冷卻凈化的效果好，有效降低煤氣中煤粉、焦油和萘的含量。 遼寧科技學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 年產(chǎn)焦炭 80 萬噸焦化廠回收車間粗苯工段工藝初步設(shè)計 冷鼓工藝流程圖 二、脫硫工段： （一）工藝方法： 其主要任務(wù)是脫除硫化氫，可分為干法和濕法兩種。干法常用氧化鐵或活性炭法，濕法分為溶劑吸收法和氧化法兩種。吸收法脫硫是用堿性溶液吸收粗氣中的硫化氫，吸收液經(jīng)解吸放出硫化氫后返回循環(huán)吸收硫化氫。常用的氧化法有：蒽醌二磺酸鈉法、改良砷堿法、氨水催化 法、萘醌法、苦味酸法及栲膠法等。 （二）工藝流程： 由鼓風機送來的煤氣首先進入預(yù)冷塔與塔頂噴灑的循環(huán)冷卻水逆向接觸，被冷至 30℃；循環(huán)冷卻水從塔下部用泵抽出送至循環(huán)水冷卻器，用低溫水冷卻至 28℃后進入塔頂循環(huán)噴灑。采取部分剩余氨水更新循環(huán)冷卻水，多余的循環(huán)水返回冷凝鼓風工段。 預(yù)冷后的煤氣依次進入三臺串聯(lián)的脫硫再生塔，與塔中部噴淋下來的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫（同時吸收煤氣中的氨，以補充脫硫液中的堿源）。第三臺脫硫再生塔后煤氣含硫化氫約 20mg/m3，送入硫銨工段。 吸收了 H2S、 HCN 的脫硫液由 脫硫液循環(huán)泵從脫硫再生塔底部抽出送至上部再生段的噴射器，靠噴射器的吸力，脫硫液再生需要的空氣同時被吸入再生段，使溶液在塔內(nèi)得以氧化再生。再生后的溶液從塔頂經(jīng)液位調(diào)節(jié)器自流回塔中部循環(huán)使用。浮于塔頂部的硫磺泡沫，利用位差自流入泡沫槽，硫泡沫經(jīng)泡沫泵送入熔硫釜加熱熔融，清液流入廢液槽，硫磺冷卻后裝袋外銷。為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果，排出少量廢液送往配煤。 （三）工藝選擇及特點： 本設(shè)計采用吸收法脫硫，以氨為堿源， HPF 為催化劑的焦爐煤氣脫硫脫氰新工藝，此法不但具有較高的脫硫脫氰效率，而且流程短，不需外 加堿，煉焦荒煤氣、氨水 氣液分離器 煤氣 脫 硫 工 段 循環(huán) 氨水泵 焦油中間罐 脫硫蒸氨 機械澄清器 剩余氨水泵 初冷器 循環(huán)氨水槽 鼓風機 電捕 剩余槽 焦油泵 化工廠 焦油儲槽 焦爐 遼寧科技學(xué)院 2020 屆