【正文】 1 1 總 論 煤是我國最主要的能源，除了燃燒提供能量以外，煤還可以經(jīng)過綜合加工利用，生產(chǎn)多種化學(xué)產(chǎn)品。目前應(yīng)用最廣，也是最合理成熟的綜合利用是煉焦化學(xué)工業(yè)，隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，煤氣及化學(xué)產(chǎn)品已不再是舊的燃燒，而是加以回收利用，尤其是煤氣中的芳香烴是寶貴的化工原料 ,對合理利用我國煤炭資源，提高經(jīng)濟效益有十分重要的現(xiàn)實意義。因此，對煤氣中的苯族烴及萘應(yīng)盡可能回收完全。粗苯回收工段的主要任務(wù)是，回收煤氣中的苯族烴及洗除煤氣中的大部分萘。 粗苯是多種芳烴和其他化合物組成的混合物，粗苯是主要成分是苯，甲苯，二甲苯 及三甲苯等。此外，還含有一些不飽和化合物，硫化物及小量的酚類和吡啶堿類。當(dāng)用洗油回收煤氣中的苯族烴時，在所得的粗苯中尚有少量的洗油輕質(zhì)餾分。 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(dāng)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 %。 粗苯的各主要組分均在 180℃的餾出物稱為溶劑油。在測定粗苯中各組分的含量和計算產(chǎn)量時，通常把 180℃前餾出量當(dāng)作 100%來 來計算，故以其180℃前的餾出量作為餾出量質(zhì)量的指標(biāo)之一。粗苯在 180℃前的餾出量取決于粗苯工段的工藝流程和操作制度。 180℃前的餾出量越多，粗苯的質(zhì)量就越好，一般要求的 180℃前的餾出量為 93— 95%粗苯。 各組分的平均含平量 表 11 組 分 分 子 式 含量 % 苯 C6H6 55～ 70 甲苯 C6H5（ CH2） 3 12～ 22 二甲苯 C6H4（ CH2） 2 ～ 6 三甲苯 C6H3（ CH2） 3 ～ 5 2 不飽和化合物 — — 7～ 12 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 C5H6 C6H5CHCH2 C8H6O C9H5 —— CS2 C4H4S ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 苯及溶劑油三種產(chǎn)品。粗苯是淡黃色的透明液體，比水輕，不溶于水。在儲存時，由于輕質(zhì)不飽和化合物的氧化和聚合形成的樹脂狀物質(zhì)能溶解于粗苯中使其著色并很快地變暗。粗苯 是易燃的物質(zhì)，閃點 12℃。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，此工段要求嚴禁煙火，電機防爆。 粗苯工段的產(chǎn)品，依工藝過程的不同而異。一般生產(chǎn)輕苯和重苯，但也可生產(chǎn)粗苯一種產(chǎn)品或輕苯，重苯。 設(shè)計任務(wù)： 本設(shè)計為 100 萬 t/a 焦化廠粗苯回收工段設(shè)計。 條件： （ 1）、廠址：徐州郊區(qū) （ 2）、氣象條件： 大氣壓力： 冬季 767mmHg 夏季 751mmHg 最大風(fēng)速 3 最大平均風(fēng)速 最多風(fēng)向幾頻率： 全年 東、東北 夏季 東、東南 2 工藝論證及選擇 焦?fàn)t煤氣經(jīng)硫銨工段脫除氨后進入粗苯工段 ,在此進行苯族烴的回收和制取 .該工段的主要任務(wù)是完成 煤氣終冷除萘 ,苯族烴的回收和脫苯三項任務(wù) .下面分別進行對完成這三響任務(wù)的工藝論證 . 煤氣的終冷及洗萘工藝 回收煤氣中的苯族烴的適量溫度為 2127℃左右 ,在飽和器后溫度通常是在 5056℃的煤氣進入木格式洗苯塔，被噴淋下來的富油洗萘。富油進塔溫度比煤氣溫度高 57℃ ， 煤氣 含 萘 可 由 20202500mg/Nm 179。 降到500800mg/Nm179。除萘后的煤氣進入終冷塔，該塔為隔板式，分兩段。下段用從涼水架來的循環(huán)水冷卻至 2023℃的循環(huán)水噴淋，將煤氣再冷卻 25℃左右，額外水從終冷塔底部經(jīng)水封管流入熱水池； 然后用泵送至涼水架，經(jīng)冷卻后自流入冷水池。再用泵送至終冷冷塔的上下兩端，送往上端的水須于間冷器用低溫水冷卻，由于終冷器只是為了冷卻煤氣，所以終冷循環(huán)水量可減至 噸 /1000 標(biāo)米 179。煤氣左右 ,因此 ,在回收苯族烴之前 ,煤氣必須進行最終冷卻 .由于在煤氣冷卻和部分水蒸氣冷凝的同時 ,也有萘從煤氣中析出 ,所以 ,煤氣的最終冷卻同時也兼有除萘的作用 . 我國焦化廠目前所采用的煤氣終冷及除萘的工藝流程主要有四種 ,即 :煤氣終冷和機械除萘工藝 。煤氣終冷和焦油洗油工藝 。洗油萘和煤氣最終冷卻工藝 。橫管終冷噴灑輕焦油洗萘工藝 . 橫管終冷噴灑輕質(zhì)焦油洗萘工藝如圖 24 4 水蒸汽冷凝鼓風(fēng)來的輕質(zhì)焦油去焦油段煤氣 ℃煤氣水橫管終冷洗萘塔 2 輕質(zhì)焦油循環(huán)泵3備 用泵或液下泵 4 輕質(zhì)焦油槽 5 地下 槽圖 24 橫 管終冷噴灑輕質(zhì)焦油洗萘工藝 從硫銨工段來的煤氣由塔頂進入，與連續(xù)噴灑的輕質(zhì)焦油并流差速接觸速冷，至橫管段繼續(xù)冷卻至 2125℃，同時脫萘至 450 毫克 /標(biāo)米 179。以下，然后從塔底排出，進入旋風(fēng)捕霧器除掉夾帶的焦油，萘片和凝結(jié)水霧，然后去洗苯塔。輕質(zhì)焦油由其補充至塔底循環(huán)油槽，循環(huán)油由槽底泵出至槽中部，頂部噴灑，與橫管束和煤氣接觸換熱，同時溶解煤氣中析出的萘，然后經(jīng)液封回循環(huán)槽。（此過程中，循環(huán) 油槽內(nèi)，入塔處，出塔處油溫基本相同）。焦油循環(huán)至一定程度，用泵送至焦油上段。 18℃的冷凍水由塔下部橫管冷卻器進入，向上經(jīng)串聯(lián)著的各橫管器與塔內(nèi)循環(huán)油，煤氣間接換熱繩溫，然后從塔的外部排出。 由于該工程主要依靠降低煤氣的溫度使煤氣中萘析出，并由輕質(zhì)焦油將萘溶解，因此煤氣溫度需降至 21℃左右。如此低溫，就決定了必須要有低溫水的焦化廠才易采用該工藝。 該流程的優(yōu)點是： 不僅對煤氣中的萘的脫除率高，而且冷卻效果非常好。出口煤氣約21℃左右，煤氣含萘量大約在 350450mg/Nm179。 無須洗油，只須自產(chǎn)輕質(zhì) 焦油，節(jié)約洗油耗量；煤氣中的萘直接轉(zhuǎn)入焦油，降低了萘的損失。 該系統(tǒng)阻力小，風(fēng)機電耗低；操作維護簡便；無污染；占地面積小， 5 基建費用少。 由于煤氣冷卻不直接與水接觸，所以無含酚污水的處理。 綜合上述的四種工藝，通過比較，第四種優(yōu)點突出，徐州地區(qū)有低溫的水源。因此本設(shè)計采用橫管終冷噴灑輕質(zhì)焦油洗萘工藝。 洗苯工藝 從焦?fàn)t煤氣中回收的苯族烴可采用下列方法： 洗油吸收法： 用洗油在洗滌塔中回收煤氣中的苯族烴。將吸收了苯族烴的洗油（富油）送至脫苯塔蒸餾裝置中，以提取粗苯。脫奔后的洗油（貧油）冷卻后重 新送至洗滌塔循環(huán)使用。洗油吸收法又分為常壓吸收法和加壓吸收發(fā)。加壓吸收法可強化生產(chǎn)過程，適于煤氣在遠距離或用作合成氨廠原料的情況下采用。 吸附法： 煤氣通過具有微孔組織，接觸表面很大的活性炭或硅膠等固體吸附劑。苯族烴即被吸附在其表面上直至達到飽和狀態(tài)。被吸附的苯族烴可用直接水蒸汽進行提取。 用活性炭吸附劑可將煤氣中的苯族烴幾乎完全吸附下來。此法要求煤氣凈化的程度較高，加之吸附劑價格昂貴，因此在工業(yè)上的應(yīng)用受到一定的限制，而多用于煤氣中的苯族烴的定量分析。 凝結(jié)法： 在低溫加壓的情況下，使苯族烴從煤氣 中冷凝出來。此法比吸附法所得粗苯質(zhì)量好。但煤氣的壓縮及冷凍過程復(fù)雜，動力消耗大，設(shè)備材質(zhì)要求高。 目前，國內(nèi)外焦化廠主要采用洗油吸收法回收煤氣中的苯族烴。 用洗油回收煤氣中的苯族烴所采用的洗苯塔雖有多種形式，但工藝流程基本相近。下面只簡單介紹用木格填料塔回收粗苯的流程，如圖 25： 煤氣經(jīng)最終冷卻到 2527℃，含苯族烴為 2540克 /標(biāo)米 179。煤氣，依次進入三個洗苯塔在塔內(nèi)與逆向流動的洗油接觸后，從最后的洗苯塔出來的煤氣中苯族烴的含量要求低于 2克 /標(biāo)米 179。洗苯塔的煤氣直接回脫硫后回焦?fàn)t供加熱使用及作冶金工廠的 其他燃料。含粗苯為 %的貧油，由洗油槽用泵送往洗苯塔頂，并依次經(jīng)過各塔后，含苯量增至 %，此含苯富油從塔底經(jīng) U型管排入接受槽。由此，再用泵送往脫苯工序，脫苯后的貧油經(jīng)冷卻后再回貧油槽供循環(huán)使用。在最后一個洗苯塔的噴頭上部射捕霧層，以捕集被煤氣帶走的油滴，減少洗油的損失，也避免洗油進入煤氣。 6 煤氣洗苯塔 2新 洗油槽 3貧 油槽 4貧 油泵5半富 油泵 6富 油泵 7接 受槽圖 2 5 從 煤氣中吸取苯族烴的工藝流程新洗油貧油煤氣富油 近年來，為解決木材短缺問題，采用篩板塔，鋼板網(wǎng)填料，不銹鋼填料以及塑料花環(huán)填料洗苯塔，取得了較好的效果，洗苯塔臺數(shù)可減少為一至兩臺。 我國焦 化廠洗滌用的洗油主要有焦油洗油和石油洗油。吸收放又分為焦油洗油吸收法和石油洗油法。 焦油洗油吸收法 焦油洗油是高溫焦油加工時 230300℃的餾分 ,由于大多數(shù)焦化廠都能自得 ,所以應(yīng)用廣泛 。 焦油洗油的含萘量除規(guī)定要小于 13%外 ,還要求其含苊量不大于 5%,是為了保證在 1015℃時無固體沉淀物。萘苊因熔點較高 ,在常溫下易析出固體結(jié)晶 ,因此應(yīng)控制其含量。但是萘苊同芴 ,氧及洗油中其他高沸點組分混合時 ,能生成低熔點的有關(guān)各組分的共熔點混合物 ,所以洗油中存在一定數(shù)量的萘 ,則有助于降低洗油析出沉淀物的溫度。洗 油酚含量高時 ,會與水形成乳化物 ,從而破壞吸苯的操作 ,且酚的存在使洗油變稠 ,黏度大 ,因此必須嚴格控制洗油中的含酚量。 由于石油洗油洗苯工藝存在很多問題尚未解決，設(shè)備選型上存在難題，所以一般不采用石油洗油工藝，而多采用焦油洗油洗苯工藝。 脫苯工藝 由洗苯工序過來的含苯富油需進行脫苯。用一般蒸餾的方法可以把富油 7 中的粗苯蒸出來 。但為達到需要的脫苯程度，則需將富油加熱到 250300℃，這在實際上是不可行的，但為了降低脫苯蒸餾的溫度，可采用水蒸汽蒸餾法或真空蒸餾法。我國焦化廠均采用水蒸汽蒸餾法脫苯 ，或稱氣提法脫苯。 按照富油的加熱方式的不同，可分為蒸汽加熱法和管式爐加熱法兩種。按照粗苯產(chǎn)品又可分為生產(chǎn)一種苯的方法和生產(chǎn)兩種苯的方法。本設(shè)計任務(wù)是生產(chǎn)一種苯，下面將蒸汽加熱和管式爐加熱生產(chǎn)一種苯的方法分別加以介紹。 蒸汽加熱法生產(chǎn)一種苯 蒸汽加熱法生產(chǎn)一種苯的工藝如圖 26： 貧油冷卻器 貧富體油換熱器 再生器 富油預(yù)熱器脫苯塔 殘渣池 粗笨儲槽 產(chǎn)品泵 分縮器冷凝冷卻器 重油水分離器 輕油水分離器粗笨油水分離器 控制分離器殘渣蒸汽直接蒸汽水貧油去洗苯冷卻水水富油水輕、重分器至富油 由洗滌工序來的富油在分離器下面的三格中，被脫苯塔來的蒸汽加熱至7080℃，然后進入貧富油換熱器，被來自脫苯塔的溫度為 130140℃的熱貧油加 熱到 90100℃，最后在富油預(yù)熱器中用低溫間接蒸汽加熱到 135145℃，進入脫苯塔頂部進行脫苯。 從脫苯塔頂部溢出的粗苯，洗油蒸汽和水蒸氣的油汽和水汽混合物進入分縮器下面三格中與富油換熱，并在分縮器頂上的一格用冷水冷卻，從而之大部分洗油汽和水汽冷凝下來，從分縮器頂部溢出的即是粗苯蒸汽。為得到合格的粗苯產(chǎn)品，可用冷卻水水量控制分縮器頂部蒸汽溫度，之其在 8689℃的范圍內(nèi)。 由分縮器頂部溢出的粗苯蒸汽進入冷凝冷卻器，在此用冷水冷凝冷卻到 8 2530℃，做經(jīng)粗苯分離器將水分出后計量槽進入粗苯儲槽。 進入分離器 的油氣和水汽混合物，在分離器底部兩格所形成的冷凝液為重分縮油，在分縮器頂部兩格所形成的冷凝液為輕分縮油。輕、重分縮油分別進入油水跟力氣，與水分離后兌入富油送往脫苯塔。 從粗苯、輕分縮油、重分縮油油水分離器排出的分離水均進入控制分離器進一步分離，以減少洗油損失。 從脫苯塔底部排出的貧油溫度比富油溫度低 35℃，自流入貧富 .油換熱器，與富油換熱并冷卻至 110120℃后，再回到脫苯塔底熱貧油槽，在此用貧油泵送到貧油冷卻器冷卻至 2530℃后，送往洗被呢塔循環(huán)噴灑。 由于洗油在循環(huán)使用中質(zhì)量變壞。為保持循環(huán)洗油量 的 %由富油入塔的管路引入洗油再生器，在此，洗油被間接蒸汽加熱至 160180℃，并用過熱蒸汽直接蒸吹，從再生器頂部蒸吹出來的溫度為 135175℃ 的油氣和水汽的混合蒸汽進入脫苯塔的底部。再生器底部的殘渣油可靠設(shè)備內(nèi)的蒸汽