【正文】 本科生畢業(yè)設計設計題目： 110萬t/a焦化廠粗苯工段的工藝設計 摘 要 本設計為煤氣產量為110萬t/a焦化廠粗苯工段的工藝設計，包括工藝部分和非公一部分兩部分。工藝部分包括工藝論證及選擇，粗苯回收原理，工藝流程詳述，主要設備的布置，計算和選型等，都以終冷，洗苯和蒸餾脫苯三部分組成，終冷部分采用橫管終冷塔噴灑輕質焦油洗萘，焦油吸油吸苯，在蒸餾部分用管式爐加熱法加熱蒸汽和富油生產一種苯粗苯，采用一臺脫苯塔及必要的輔助設備。非工藝部分，包括土建，供電供氣，自動化儀表、防爆、防火投資概算和經濟分析，這些都是生產順利進行的必要條件。在設計過程中，參照了徐州焦化廠和山東滕州焦化廠的焦爐煤氣凈化工藝根據他們在生產實際中得出的經驗，選用了較好的設備，如用塑料花環(huán)填料代替木格填料，具有阻力小，比表面積大，效率高，重量輕，裝卸方便等優(yōu)點。一臺花環(huán)填料可以代替三臺木格填料，洗苯塔，節(jié)約了大量投資，以螺旋板式換熱器代替列管式換熱器，具有傳熱系數高，價格便宜等優(yōu)點，提高了冷卻效果，節(jié)約了水量，經濟效益也好，所有這些工藝改進，不僅利于生產，而且節(jié)約了投資。目 錄1緒論 1 煉焦煤氣中回收苯烴族的意義 1 粗苯的性質 1 設計任務、條件和要求 22 粗苯工段的工藝過程及工藝選擇 5 5 煤氣終冷和機械化除萘工藝 6 煤氣終冷和焦油洗萘工藝 7 油洗萘和煤氣終冷工藝 8 橫管終冷洗萘工藝 9 洗苯工藝 10 回收方法 10 工藝流程 11 脫苯工藝 13 13 15 粗苯回收原理 16 粗苯工段工藝的詳述 19 工藝流程詳述 19 233 主要設備的工藝計算和選型 26 橫管終冷洗萘塔的計算 27 洗苯塔的計算 31 蒸餾部分的計算 34 管式爐的計算和選型 36 再生器的計算和選型 41 脫苯塔的計算和選型 43 貧富油換熱器 47 貧油冷卻器（螺旋板式換熱器） 49 管徑的計算 50 貧油泵的計算和選型 514 主要設備的論證及選型 53 洗苯塔 53 脫苯塔 55 終冷塔 56 貧油冷卻器 565 設備的工藝布置說明 58 布置原則 58 工藝布置詳述 58 操作技術指標 606 非工藝部分 63 自動化儀表的要求 63 防火防爆和采暖通風 64 供氣和給排水 65 檢化驗項目 65 電力 土建 667 經濟概算 68 編制說明 68 經濟概算 68 經濟收入 69 銷售稅金及附加 71 結余 718 圖紙說明 73 設備一覽表 73 圖紙目錄 74 管道明細表 75參考文獻：………………………………………………………………………80致謝：……………………………………………………………………………811緒 論 煉焦煤氣中回收苯烴族的意義粗苯和煤焦油是煉焦化學產品回收中最重要的兩類產品。在石油工業(yè)中曾被稱為基礎化工原料的八種烴類有四類（苯、甲苯、二甲苯、萘）從粗苯和煤焦油產品中提取。目前，中國年產焦炭達到兩億多噸，可回收的粗苯資源達200多萬噸。雖然從石油化工可生產這些產品，但焦化工業(yè)仍是苯類產品的重要來源，因此，從焦爐煤氣中回收苯族烴具有重要的意義。煉焦化學是研究以煤為原料，經高溫干餾獲得焦炭和荒煤氣（或稱粗煤氣），并用經濟合理的方法將荒煤氣分離和精致成化學產品的技術和工藝原理的學科。以煤為原料，經過高溫干餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油、并回收其他化工產品的工業(yè)是煉焦化學工業(yè)。煉焦化學工業(yè)是煤炭綜合利用的專業(yè)。煤在煉焦時除了有75%左右變成焦炭外，還有25%左右生成各種化學品及煤氣。從荒煤氣重粗苯的含量來看，回收粗苯是十分必要的。焦爐煤氣經脫苯出氨后進入粗苯工段，其次進行苯族烴回收并制取粗苯，目前我國焦化工業(yè)生產的苯類產品仍占很重要的地位。 粗苯的性質粗苯是多種芳烴族和和其它多種碳氫化合物組成的復雜混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等。此外，還含有一些不飽和化合物，硫化物及少量的酚類和吡啶堿類。在用洗油回收煤氣中的苯族烴時，則尚有少量輕質餾分摻雜在其中。粗苯是談黃色的透明液體，比水輕，不溶于水。在貯存時，由于輕質不飽和化合物的氧化和聚合所形成的樹脂狀物質能溶于粗苯使其著色并很快地變暗。在常溫下，～。粗苯是易燃易爆物質，閃點12℃.～%（體積）范圍內時，及形成爆炸性的混合物。粗苯質量的好壞以實驗室蒸餾時180℃前蒸餾出量的百分數來確定，粗苯的沸點范圍是75～200℃，若180℃前溜出量越多，粗苯質量越好；若在180℃后的溜出物則為溶劑油。粗苯易燃易爆，要求工段必須嚴禁煙火，并對電動機加以防爆。粗苯的組成取決于煉焦配煤的組成及煉焦產物在碳化室內熱解程度，粗苯各組分的平均含量如下：組 分分 子 式含 量%備 注苯55～75甲苯11～22二甲苯～6同分異構體及乙基苯三甲苯和乙基甲苯1～2同分異構體總和不飽和化合物，其中：7～12環(huán)戊二烯～苯乙烯～苯并呋喃～包括同系物茚～硫化物，其中：～按硫計二硫化碳～噻吩～飽合物～為了滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油為了滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油應具有如下性能：（1）常溫下對苯族烴有良好的吸收能力，在加熱時又能使粗苯很好的分離出來。（2）有足夠的化學穩(wěn)定性，即在長期使用中其吸收能力基本穩(wěn)定。（3）在吸收操作溫度下，不應析出固體沉淀物。（4）易與水分離，且不生成乳化物。（5）有較好的流動性，易于用泵抽送并能在填料上均勻分布。 設計任務、條件和要求一、設計任務本設計是110萬t/a焦化廠粗苯回收工段的工藝設計。二、設計條件本設計是在參考徐州焦化廠的基礎上進行的。徐州地區(qū)的氣象條件如下：本地區(qū)屬海洋性氣候，具有大陸性氣候的特點，常年主導風向為東風、東北風。海拔高度： 43m極端最高氣溫： ℃（1927/6/11）年平均氣溫： 14℃極端最低氣溫： ℃（1969/2/6）室外計算干球溫度：冬季采暖： 6℃冬季通風： 1℃夏季通風： 31℃大氣壓力：冬季： KPa夏季： KPa最高地下水位： mm最大風速： m/s最常風向及頻率：全年 東、東北夏季 東、東南土壤耐壓力（沙質黏土）：12 t/m三、設計要求本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油經脫苯塔蒸餾，得到粗苯，粗苯產品的質量指標。粗苯的質量指標名 稱指 標加工用粗苯溶劑用粗苯外觀黃色透明液體黃色透明液體比重（d204）～餾程75℃前餾出量（容）% 不大于3%180℃前餾出量（容）%不小于93%不小于91水分室溫（18～25℃）下目測無可見的溶解水焦油洗油質量指標名 稱指 標比重（d204）～餾程230℃前餾出量（容）%不大于3%300℃前餾出量（容）%不小于90%酚含量（容）%奈含量（容）%不大于13粘度（。E25）不大于2水分%15℃結晶物無綜上合述：本設計為畢業(yè)設計，是集四年學習專業(yè)知識理論和實際中運用在生產過程中的的體現(xiàn)，目的在于通過這次設計學會綜合運用所學的各種知識和技能，是一次比較全面的分析和解決工程問題的能力訓練。是我們初步了解有關技術政策，學會查閱和綜合運用各種文獻資料，掌握使用有關工程技術的規(guī)定和準則，以及設計的方案的論證和確定，設計的計算能力，繪圖和撰寫說明書的能力，于此同時培養(yǎng)自己一個嚴肅的工作態(tài)度和掌握嚴密的工藝流程，為今后打下良好的工作基礎。2 粗苯工段的工藝過程及工藝選擇隨著煉焦工藝的發(fā)展，化學產品的產率取決于煉焦過程的技術操作條件。影響粗苯的回收率的因素主要有三點：一、配煤性質和組成的影響焦油的產率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質程度。在一定范圍內，苯族烴的產率隨著煤料中的碳氫比（C/H）及揮發(fā)分的增加而增加。當配煤的揮發(fā)分V=20～30%時，可由下式求得產率Y（%）：=+二、溫度對焦爐化學產品的影響焦爐化學產品的組成會受到焦爐操作溫度，壓力和揮發(fā)物在反映空間停留時間的影響，也受到焦爐內生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化劑作用的影響，而最主要的影響因素是爐墻溫度和炭化室空間溫度。增高爐墻溫度將使焦油中苯族烴含量減少，而高溫產物——萘、蔥瀝青和游離碳的含量增加，比重變大，酚類及中性油類含量降低。 碳化室頂部空間溫度在整個煉焦過程中是有變化的，但其值不宜超過800℃，碳化室頂部空間溫度過高，則由于熱解作用，焦油和粗苯的產率均將降低，高溫化合水的產率增加，氨脂高溫下由于進行逆反反應而部分分解，并和此熱的焦炭作用生成氰化氫，氨氮產率也降低。三、焦爐內操作壓力大影響炭化室內壓力的升高或降低都會造成化學產品的部分損失，故規(guī)定焦氣管必須報一定的壓力。在實際生產中，粗苯工段的主要任務是完成煤氣的終冷除萘、吸收苯族烴以及粗苯的脫出三項任務。下面分別介紹完成這三項任務的工藝及論證。在生產硫氨的回收工藝中，出飽和器進入粗苯工段的煤氣溫度通常為55℃左右，而回收苯族烴的適宜溫度為25℃左右，因此在回收苯族烴之前煤氣要進行冷卻。在焦爐氣冷卻和部分水蒸氣冷凝的同時，尚有萘從煤氣析出，因此煤氣的最終冷卻的同時應考慮到如何除萘。目前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三種即煤氣終冷機械化除萘工藝，煤氣終冷和焦油洗萘工藝，油洗萘和煤氣終冷工藝和橫管終冷噴灑輕質焦油的新終冷除萘工藝。 煤氣終冷和機械化除萘工藝 圖21 煤氣終冷和機械化除萘工藝流程1煤氣終冷塔 2機械化刮萘槽 3萘揚液槽 4終冷循環(huán)水泵5涼水架 6循環(huán)水冷卻器來自硫銨工段的煤氣進入終冷塔內，與隔板孔眼淋下的冷卻水密切接觸，從55℃左右冷卻到25℃左右。在煤氣冷卻的同時，煤氣中一部分水蒸氣被冷凝，大部分萘析出并被水沖洗下來。煤氣含萘量從2000～3000毫克/標m3降至800毫克/標m3左右，冷卻后的煤氣進入洗苯塔。含萘的冷卻水由塔底經水封管自流到機械化刮萘槽，水和萘在槽中分離后，水自流到冷水架被冷卻至30～32℃，再用泵送經冷卻器用低溫水將其冷卻到25℃后，回終冷塔循環(huán)使用。在刮萘槽中積聚的萘，定期用水蒸氣間接熔化后流入萘的揚液槽，再用水蒸氣壓送到焦油槽和焦油氨水澄清槽。該流程的優(yōu)點是操作穩(wěn)定，便于管理；缺點是出終冷塔煤氣含萘量較高；水和萘不能充分分離，部分萘被水帶到涼水架，增加清掃冷水架的次數；刮萘槽結構復雜而且笨重，基建費用較高。 煤氣終冷和焦油洗萘工藝圖22 煤氣終冷和焦油洗萘工藝流程1煤氣終冷塔 2循環(huán)水泵 3焦油循環(huán)泵 4焦油槽 5水澄清槽 6液位調節(jié)器 7循環(huán)水冷卻器 8焦油泵煤氣在終冷塔內的冷卻過程同前所述。含萘冷卻水從終冷塔底部流出，經液封管導入焦油洗萘器底部并向上流動。熱焦油經伸入器內的分布器均勻噴灑在篩板上，通過篩板的孔眼向下流動，在與水封流接觸過程中將水中萘萃取出來，可使出口煤氣含萘量降到800毫克/標m3以下。洗萘后的焦油從焦油洗萘器下部排出，經液位調節(jié)器流入焦油槽。經過加熱靜止脫水，再送往焦油車間，送完焦油的容槽，再接受從冷凝鼓風工段來的新鮮焦油以備循環(huán)洗萘使用。從洗萘器上部流出的水進入水澄清槽，分離出殘余焦油后，水自流到冷水架。分離出的焦油及浮在水面上的油類、萘等混合物也自流到焦油槽。上述兩種工藝存在的共同特點是：在終冷塔內冷卻煤氣的同時，析出的萘須用水沖流，因而實際所需的冷卻水量遠大于熱平衡所需的冷卻水量，由于水量大，則更新循環(huán)水系統(tǒng)所排出的污水量相應增多。 油洗萘和煤氣終冷工藝 圖23 油洗萘和煤氣終冷工藝流程1洗萘塔 2加熱器 3富油泵 4含萘富油泵 5煤氣終冷塔6循環(huán)水冷卻器 7熱水泵 9循環(huán)水泵 10熱水池 11冷水池從飽和器來的55～60℃煤氣進入木格填料塔或洗萘塔，被由塔頂噴淋下來的富油洗滌。富油進塔溫度比煤氣高5～7℃，煤氣含萘可由2000～2500毫克/標m3降到500～800毫克/標m3左右。從洗萘塔頂出來的煤氣，溫度約升高2℃，進入煤氣終冷塔，被噴淋下來的冷卻水冷卻后至洗苯塔。該流程所用的循環(huán)水量，僅為前兩種煤氣終冷流程用水一半，因而可以減少污水排放量。由于上述流程的油洗萘過程系在較高溫度下進行，因而洗萘塔后煤氣含萘量還較高，終冷塔排出的水有時有浮油。 橫管終冷洗萘工藝 圖24 輕質焦油終冷洗萘工藝流程1終冷塔 2新焦油槽 3溢流槽 4焦油泵 5循環(huán)泵該工藝流程見圖，煤氣的終冷和除萘都在橫管終冷塔進行，煤氣從上部導入終冷洗萘塔，從終冷塔下部導出，而水從下往上與煤氣逆流而行，且與煤氣是間接接觸，冷卻到24～26℃后進入吸收段的上部，循環(huán)噴灑輕質焦油除萘，凈化后的煤氣進入捕霧器除去其所夾帶動焦油霧滴，捕霧后的煤氣進入洗苯塔。為使循