【正文】 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第80頁(yè)130萬(wàn)噸焦化廠粗笨工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒 論煉焦化學(xué)工業(yè)是煤炭綜合利用的專(zhuān)業(yè)。煤在煉焦時(shí)除了有75%左右變成 焦炭外，還有25%左右生成各種化學(xué)品及煤氣，為了便于說(shuō)明將煤炭煉焦時(shí)的產(chǎn)品列出如下：（單位：） 由此看來(lái)，從荒煤氣中粗苯的含量來(lái)看，回收粗苯是十分必要的。焦?fàn)t煤氣經(jīng)硫銨工段后進(jìn)入粗苯工段，進(jìn)行苯族烴的回收并制取粗苯，目前我國(guó)焦化工業(yè)生產(chǎn)的苯類(lèi)產(chǎn)品仍占很重要的地位。粗苯是多種芳烴族和和其它多種碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)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(lèi)和吡啶堿類(lèi)。在用洗油回收煤氣中的苯族烴時(shí)，則尚有少量輕質(zhì)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(shí)，由于輕質(zhì)不飽和化合物的氧化和聚合所形成的樹(shù)脂狀物質(zhì)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(zhì)，閃點(diǎn)12℃.～%（體積）范圍內(nèi)時(shí)，及形成爆炸性的混合物。粗苯質(zhì)量的好壞以實(shí)驗(yàn)室蒸餾時(shí)180℃前蒸餾出量的百分?jǐn)?shù)來(lái)確定，粗苯的沸點(diǎn)范圍是75～200℃，180℃前溜出量越多，粗苯質(zhì)量越好；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(yán)禁煙火，并對(duì)電動(dòng)機(jī)加以防爆。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)熱解程度，粗苯各組分的平均含量見(jiàn)下表（表11）。表11組 分分 子 式含 量%備 注苯55～75甲苯11～22二甲苯～6同分異構(gòu)體及乙基苯三甲苯和乙基甲苯1～2同分異構(gòu)體總和不飽和化合物1甲基3乙基苯7～12環(huán)戊二烯～苯乙烯～苯并呋喃～包括同系物茚～硫化物二硫化碳～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(yīng)具有如下性能：（1） 常溫下對(duì)苯族烴有良好的吸收能力，在加熱時(shí)又能使粗苯很好的分離出來(lái)；（2） 有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，即在長(zhǎng)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(yīng)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(dòng)性，易于用泵抽送并能在填料上均勻分布。 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 任務(wù) 130萬(wàn)噸焦化廠粗苯工段的工藝設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是參照徐州環(huán)宇焦化有限公司進(jìn)行的，廠址建在江蘇徐州西郊。其氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)、東北風(fēng)。（表12）表12最大風(fēng)速： 最大平均風(fēng)速： 極端最高氣溫： ℃（）年平均氣溫： 14℃極端最低氣溫： ℃海拔高度： 43m室外計(jì)算干球溫度冬季采暖： 6℃冬季通風(fēng)： 1℃夏季通風(fēng)： 31℃大氣壓力： 冬季767mmHg 夏季751mmHg最高地下水位： ~平均相對(duì)濕度 71%最大積雪厚度 25cm土壤耐壓力(砂質(zhì)黏土)： 12T/m2地下水地下水質(zhì)對(duì)硅酸鹽水泥混凝土無(wú)侵蝕作用。JNKD5505搗固焦?fàn)t參數(shù) 焦耐院設(shè)計(jì):(1)炭化室平均寬500mm，炭化室有效容積：41m3；(2)設(shè)計(jì)結(jié)焦時(shí)間（可作為周轉(zhuǎn)時(shí)間）：；；每孔年產(chǎn)焦炭量10320t。 設(shè)計(jì)要求本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油經(jīng)脫苯塔蒸餾，得到粗苯，粗苯產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)（13）表。表13粗苯指 標(biāo)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(cè)無(wú)可見(jiàn)的溶解水煉焦化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦過(guò)程的技術(shù)和操作條件。配煤性質(zhì)和組成的影響：焦油的產(chǎn)率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質(zhì)程度。在一定的范圍內(nèi)，苯族烴的產(chǎn)率隨著煤料中碳?xì)浔燃皳]發(fā)份的增加而增加。受到焦?fàn)t操作溫度、壓力和揮發(fā)物在反應(yīng)空間停留時(shí)間的影響，也受到焦?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的影響，而最主要的影響因素是爐墻溫度和炭化室頂部空間溫度。增高爐墻的溫度將使焦油中苯族烴含量減少，而高溫產(chǎn)物：萘、蒽、瀝青和游離碳的含量增加、比重變大、酚類(lèi)及中性油類(lèi)含量降低。炭化室頂部溫度在整個(gè)煉焦過(guò)程中是有變化的，但其值不宜超過(guò)800℃。炭化室的頂部溫度過(guò)高，則由于熱解作用，焦油粗苯的產(chǎn)率均降低，高溫化合水的產(chǎn)率將增加；氨在高溫下由于進(jìn)行逆反應(yīng)而部分分解，并和熾熱的焦炭作用生成氰化氫，氨的產(chǎn)率也將降低。焦?fàn)t內(nèi)操作壓力的影響炭化室內(nèi)壓力的升高和降低都會(huì)造成化學(xué)產(chǎn)品的部分損失，故此規(guī)定焦?fàn)t內(nèi)必須保持一定的壓力。綜上所述：本設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì)，是集三年學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)理論和實(shí)際中運(yùn)用在生產(chǎn)過(guò)程中的的體現(xiàn)，目的在于通過(guò)這次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)的各種知識(shí)和技能，是一次比較全面的分析和解決工程問(wèn)題的能力訓(xùn)練。它是一個(gè)我們初步了解有關(guān)技術(shù)政策，學(xué)會(huì)查閱和綜合運(yùn)用各種文獻(xiàn)資料，掌握使用有關(guān)工程技術(shù)的規(guī)定和準(zhǔn)則的過(guò)程。它不但鍛煉了我們?cè)O(shè)計(jì)方案的論證和確定，設(shè)計(jì)的計(jì)算能力和繪圖以及撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)的能力，而且同時(shí)使我們養(yǎng)成了一個(gè)嚴(yán)肅的工作態(tài)度，為今后工作打下了良好的基礎(chǔ)。2 工藝論證及確定隨著煉焦工藝的發(fā)展，化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦過(guò)程的技術(shù)操作條件。影響粗苯的回收率的因素主要有三點(diǎn)：1. 配煤性質(zhì)和組成的影響焦油的產(chǎn)率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質(zhì)程度。在一定范圍內(nèi)，苯族烴的產(chǎn)率隨著煤料中的碳?xì)浔龋–/H）及揮發(fā)分的增加而增加。當(dāng)配煤的揮發(fā)分V=20～30%時(shí)，可由下式求得產(chǎn)率Y（%）：=+2. 溫度對(duì)焦?fàn)t化學(xué)產(chǎn)品的影響焦?fàn)t化學(xué)產(chǎn)品的組成會(huì)受到焦?fàn)t操作溫度，壓力和揮發(fā)物在反映空間停留時(shí)間的影響，也受到焦?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(chǎn)物——萘、蔥瀝青和游離碳的含量增加，比重變大，酚類(lèi)及中性油類(lèi)含量降低。 炭化室頂部空間溫度在整個(gè)煉焦過(guò)程中是有變化的，但其值不宜超過(guò)800℃，炭化室頂部空間溫度過(guò)高，則由于熱解作用，焦油和粗苯的產(chǎn)率均將降低，高溫化合水的產(chǎn)率增加，氨脂高溫下由于進(jìn)行逆反反應(yīng)而部分分解，并和熾熱的焦炭作用生成氰化氫，氨、氮產(chǎn)率也降低。3. 焦?fàn)t內(nèi)操作壓力大影響炭化室內(nèi)壓力的升高或降低都會(huì)造成化學(xué)產(chǎn)品的部分損失，故規(guī)定集氣管必須有一定的壓力。在實(shí)際生產(chǎn)中，粗苯工段的主要任務(wù)是完成煤氣的終冷除萘、吸收苯族烴以及粗苯的脫除三項(xiàng)任務(wù)。下面分別介紹完成這三項(xiàng)任務(wù)的工藝及論證。在生產(chǎn)硫銨的回收工藝中，出飽和器進(jìn)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(jìn)行冷卻。在焦?fàn)t氣冷卻和部分水蒸汽冷凝的同時(shí)，尚有萘從煤氣析出，因此煤氣的最終冷卻的同時(shí)應(yīng)考慮到如何除萘。目前我國(guó)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和機(jī)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(zhì)焦油終冷除萘工藝。來(lái)自硫銨工段的煤氣進(jìn)入終冷塔底部，在塔內(nèi)自下而上流動(dòng)的過(guò)程中與隔板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(shí)，煤氣中一部分水蒸汽被冷凝，大部分萘析出并被水沖洗下來(lái)。煤氣含萘量從2000~3000mg/標(biāo)m3降至800mg/標(biāo)m3左右，冷卻后的煤氣進(jìn)入洗苯塔。 圖21 煤氣終冷和機(jī)械化除萘工藝流程1煤氣終冷塔 2機(jī)械化刮萘槽 3萘揚(yáng)液槽 4終冷循環(huán)水5涼水架 6循環(huán)水冷卻器含萘的冷卻水由塔底經(jīng)水封管自流到機(jī)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(jīng)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，定期用水蒸汽間接熔化后流入萘揚(yáng)液槽，再用水蒸汽壓送到焦油槽和焦油氨水澄清槽。該流程的優(yōu)點(diǎn)是操作穩(wěn)定，便于管理；缺點(diǎn)是出終冷塔煤氣含萘量較高；水和萘不能充分分離，部分萘被水帶到冷水架，增加清掃冷水架的次數(shù)；刮萘槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且笨重，基建費(fèi)用較高。煤氣在終冷塔內(nèi)的冷卻過(guò)程同前所述。含萘冷卻水從終冷塔底部流出，經(jīng)液封管導(dǎo)入焦油洗萘器底部并向上流動(dòng)。熱焦油經(jīng)伸入器內(nèi)的分布器均勻噴灑在篩板上，通過(guò)篩板的孔眼向下流動(dòng)，在與水封流接觸過(guò)程中將水中萘萃取出來(lái)，可使出口煤氣含萘量降到800毫克/標(biāo)m3以下。洗萘后的焦油從焦油洗萘器下部排出，經(jīng)液位調(diào)節(jié)器流入焦油槽。經(jīng)過(guò)加熱靜止脫水，再送往焦油車(chē)間，送完焦油的容槽，再接受從冷凝鼓風(fēng)工段來(lái)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(jìn)入水澄清槽，分離出殘余焦油后，自流到冷水架。分離出的焦油及浮在水面上的油類(lèi)、萘等混合物自流到焦油槽。上述兩種工藝存在的共同特點(diǎn)是：在終冷塔內(nèi)冷卻煤氣的同時(shí)，析出的萘須用水沖流，因而實(shí)際所需的冷卻水量遠(yuǎn)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(yīng)增多。 圖22 煤氣終冷和焦油洗萘工藝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(diào)節(jié)器 7循環(huán)水冷卻器 8焦油泵從飽和器來(lái)的55~60℃煤氣進(jìn)入木格填料塔或洗萘塔，被由塔頂噴淋下來(lái)的富油洗滌。富油進(jìn)塔溫度比煤氣高5~7℃，煤氣含萘可由2000~2500mg/標(biāo)m3降到500~800mg/標(biāo)m3左右。從洗萘塔頂出來(lái)的煤氣，溫度約升高2℃，進(jìn)入煤氣終冷塔，被噴淋下來(lái)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(guò)程系在較高溫度下進(jìn)行，因而洗萘塔后煤氣含萘量還較高，終冷塔排出的水有時(shí)有浮油。 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 圖24 輕質(zhì)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(jiàn)圖，煤氣的終冷和除萘都在橫管終冷塔進(jìn)行，煤氣從上部導(dǎo)入終冷洗萘塔，從終冷塔下部導(dǎo)出，而水從下往上與煤氣逆流而行，且與煤氣是間接接觸，煤氣中遇冷段內(nèi)，冷卻到24～26℃后進(jìn)入吸收段的上部，循環(huán)噴灑輕質(zhì)焦油除萘，凈化后的煤氣進(jìn)入捕霧器除去其所夾帶動(dòng)焦油霧滴，捕霧后的煤氣進(jìn)入洗苯塔。為使循環(huán)輕質(zhì)焦油中的萘含量保持穩(wěn)定，在輕質(zhì)焦油由泵送入循環(huán)槽的同時(shí)，從循環(huán)槽的壓出管引出相同的數(shù)量的焦油連續(xù)送往機(jī)械化氨水澄清槽，在送往焦油車(chē)間處理。橫管終冷洗萘是冷卻水和煤氣間接接觸，因而它有很多優(yōu)點(diǎn)：1. 設(shè)備小，操作簡(jiǎn)便，無(wú)污染，占地面積小，基建費(fèi)用比較少2. 冷卻效果好，萘的脫除高，出口煤氣約22℃，煤氣含萘量大約在350～450mg/Nm33. 無(wú)須用洗油，只須自產(chǎn)輕質(zhì)焦油，節(jié)約洗油耗量，同時(shí)煤氣中的萘直接轉(zhuǎn)入焦油，減少萘的損失。4. 由于煤氣不直接與水接觸，故沒(méi)有含酚污水的處理，另外，由于系統(tǒng)阻力小，風(fēng)機(jī)電耗低。這種工藝解決了前幾種工藝流程中存在的廢水多，含萘高的問(wèn)題，它使煤氣的含萘量可降到400mg/標(biāo)m3，因而該工藝優(yōu)點(diǎn)突出，而且徐州地區(qū)具有豐富的低溫地下水（18℃）因而本設(shè)計(jì)采用的就是這種工藝。目前，國(guó)內(nèi)焦化廠主要采用洗油吸收法回收煤氣中的苯族烴，經(jīng)過(guò)終冷的煤氣溫度降至25～27℃，然后進(jìn)入洗苯塔回收苯族烴，回收方法大致分為下列三種：1. 洗油吸收法用洗油在洗滌塔中回收煤氣中的苯族烴，再將吸收了苯族烴的洗油（富油）送入脫苯蒸餾裝置中，以提取粗苯，脫苯后的洗油（貧油）經(jīng)過(guò)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法，加壓吸收法可以強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程，適用于煤氣遠(yuǎn)距離輸送或用作合成氨廠原料的情況下采用。2. 吸附法：使煤氣通過(guò)具有微孔組織比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(dá)到接近飽和狀態(tài)，然后用水蒸氣直接進(jìn)行解析，即得粗苯。用活性炭做吸附劑，可將煤氣的苯族烴完全吸附下來(lái)但此法要求煤氣凈化的程度較高，加之吸附劑價(jià)格昂貴，因此在工業(yè)上應(yīng)用受到一定的限制，而多用于煤氣苯族烴的定量分析。3. 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(lái)，此法比吸收法所得到的粗苯質(zhì)量好，但煤氣的壓縮及冷凍過(guò)程復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，設(shè)備材質(zhì)要求高。 目前國(guó)內(nèi)焦化廠主要采用洗油吸收法回收煤氣中的苯族烴，油吸收法可分為焦油洗油吸收法和石油吸收法，焦油洗油的指標(biāo)見(jiàn)下表。石油洗油質(zhì)量指標(biāo) 表 2 1名 稱(chēng)質(zhì) 量 指 標(biāo)比重（20℃）粘度（。E50）蒸餾實(shí)驗(yàn)初溜點(diǎn)，℃不小于265350℃前餾出量，%不小于95凝固點(diǎn)℃小于10含水量℃固體雜質(zhì)無(wú)：用洗油回收煤氣中的粗苯的方法，所用的洗苯塔有多種型式，但工藝流程基本一樣。煤氣經(jīng)最終冷卻到25~27℃后，進(jìn)入洗苯塔。塔前的煤氣含粗苯32~40g/標(biāo)m3，塔后的煤氣中含粗苯低于