【文章內(nèi)容簡介】 ....... 76 附錄英文翻譯 ........................................................................................................ 85 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 焦油蒸餾工段非計算設(shè)計說明書 1 緒論 煤焦油的論述 煤焦油是煤在高溫干餾和氣化過程中副產(chǎn)的具有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠狀液體產(chǎn)品 ,[1] 產(chǎn)率大約占煉焦干煤的 3%~4%, 幾乎完全是由芳香族化合物組成的復雜混合物 , 組分上萬種 , 已從中分離并認定的單種化合物約 500 余種 , 約占煤焦油總量的 55%。煤焦油中很多化合物是塑料、合成纖維、染料、合成橡膠、農(nóng)藥、醫(yī)藥、耐高溫材料及國防工業(yè)的貴重原料 , 也有一部分多環(huán)芳烴化合物是石油加工業(yè)無 法生產(chǎn)和替代的。 煤焦油的應(yīng)用及深加工意義 我國的煤焦油主要用來加工生產(chǎn)輕油、酚油、萘油、甲基萘油、洗油、Ⅰ蒽油、Ⅱ蒽油及煤瀝青 , 各餾分再經(jīng)深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多種芳烴類化工原料及中間體。少量煤焦油被用作筑路油、防腐劑及炭黑原料油、燃料油等。近年也有人利用合成樹脂、合成橡膠對煤焦油進行改性 , 制造高檔次防水涂料。占煤焦油 50%的煤瀝青用途十分廣泛 , 可用作電極黏結(jié)劑 , 制造碳素纖維等。煤焦油混合物不經(jīng)加工僅作為燃料油、炭黑原料油或防腐油以及直接或簡單加工后的應(yīng)用價值不是很大 [1]。 煤 焦油蒸餾進行初步分離，一般可分離得到輕油、酚油、洗油、萘油、蒽油、瀝青焦油六種餾份。萘是化學工業(yè)中很重要的原料，廣泛用于制取鄰苯二甲酸酐，供生產(chǎn)樹脂、工程塑料、染料油漆及醫(yī)藥等用；酚及其同系物用來生產(chǎn)合成纖維、工程塑料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、燃料中間體、炸藥等；蒽用來制蒽醌燃料、合成糅劑及油漆。瀝青是焦油蒸餾殘液，為多種多環(huán)高分子化合物的混合物，用于制屋頂涂料、防潮層和筑路、生產(chǎn)瀝青焦和電爐電極等。 焦油主要危害及其特性 健康危害：作用于皮膚，引起皮炎、痤瘡、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣贅及癌腫?？?引起鼻中隔損傷。 環(huán)境危害： 對環(huán)境有危害，對大氣可造成污染。 燃爆危險： 本品易燃，為致癌物。 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 危險特性： 其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應(yīng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。 研究現(xiàn)狀分析 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國煤焦油加工工業(yè)是隨著煉焦工業(yè)發(fā)展起來的，目前我國的煤焦油加工存在著加工工藝相對落后、裝置規(guī)模小且加工企業(yè)過于分散、加工過程環(huán)境污染嚴重、分離新技術(shù)應(yīng)用水平低、加工深度不夠等問題。 [2] 國內(nèi)外普遍看好的是其深加工精制產(chǎn)品的應(yīng)用。 隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展 ,不僅傳統(tǒng)的煤焦油加工產(chǎn)品開發(fā)出了新的用途 ,而且應(yīng)用新技術(shù)提取或進一步加工出的煤焦油餾分產(chǎn)品更具市場競爭力。因此 ,應(yīng)用新技術(shù)、新工藝 , 從煤焦油中提取市場急需的各類貴重化工產(chǎn)品 , 不僅實現(xiàn)了資源綜合利用 , 提高了產(chǎn)品附加值 , 而且經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益明顯 , 對煤焦油的精制加工極為重要。蒸餾分離可以合理利用資源，節(jié)省不可再生資源，并減少分散加工帶來的環(huán)境污染 ,獲取最佳經(jīng)濟效益和社會效益。同時對我國社會主義經(jīng)濟建設(shè)有著重要意義。 我國煤焦油初餾裝置規(guī)模較小，普遍在 10 萬噸 /年以下，但 我國焦化量大，焦油產(chǎn)量增加，加工空間大，同時深層產(chǎn)品潛力更大。所以煤焦油的深加工前景廣闊。我國現(xiàn)有焦油年加工能力為 540 萬 t，在建加工能力 425 萬 t，而擬建的加工能力達到 377 萬 t，投產(chǎn)后合計年加工能力達到 1340 萬 t。與世界先進水平相比，能力小、技術(shù)水平低、產(chǎn)品品種少、能耗高、環(huán)境污染嚴重。造成這一現(xiàn)象的主要原因是煤焦油分散加工。前仍未建成一座現(xiàn)代化的煤焦油集中加工廠。上海寶鋼于 20 世紀 80 年代建成的煤焦油加工系統(tǒng)的主要設(shè)備技術(shù)從日本引進，但規(guī)模偏小，產(chǎn)品、副產(chǎn)品只有 26 種，中間產(chǎn)品種，與國內(nèi)同行相比， 技術(shù)上沒有多大突破，我國煤焦油加工業(yè)的狀況與德國進行比較，存在較大的差距，分離精制技術(shù)低，產(chǎn)品數(shù)量少，品級低，而且其市場還有待于進一步開拓，不少化工企業(yè)從國外進口焦化原料，而焦化行業(yè)卻因產(chǎn)品找不到國內(nèi)市場又不得不低價出口 [2]。 近 30 年來，由于受到來自石油化工的激烈競爭，以及鋼鐵工業(yè)的制約，其發(fā)展比較緩慢且不均衡。進入 20 世紀 90 年代中期，由于對煤焦油產(chǎn)品的需求，人們對煤焦油加工工業(yè)的重要地位又有了新的認識，煤焦油加工工業(yè)作為區(qū)域經(jīng) 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，特別在當前原油價格大幅上漲的背景下，石油化 工原料成本不斷攀高、石化產(chǎn)品競爭力大大削弱，“高油價時代”的到來，為長期處于競爭劣勢的煤化工提供了一個千載難逢的發(fā)展機遇。 國外發(fā)現(xiàn)展狀 近十幾年來，德國和日本等許多發(fā)達國家已將煤焦油的分離和利用的重點由高含量組分轉(zhuǎn)向低含量組分，以從中獲取合成精細化學品所需的高附加值成分，并且成功地開發(fā)出一系列先進的煤焦油加工新工藝。 德國是最早利用煤焦油的國家。世界聞名的一些工藝流程幾乎都是德國斯蒂爾公司和考伯斯公司設(shè)計的，它們投入相當大的力量，積極開發(fā)與完善加工新技術(shù)，擴大產(chǎn)品品種，提高產(chǎn)品的質(zhì)量等級。目前 ，呂特格公司（ Rutgers Werke AG）的焦油加工能力為 150 萬 t/a，他們已能生產(chǎn) 500 多種芳烴產(chǎn)品，煤焦油的化工利用率接近 ，位居世界之首。 日本的焦化工業(yè)發(fā)展較快，現(xiàn)有煤焦油加工能力已達 180 萬 t/a。煤焦油加工工藝大是考伯斯二次氣化工藝的改進型。近十多年來，在住友金屬化學、新日鐵化學、神戶制鋼和川崎制鐵等多家公司的共同努力下，日本的煤焦油加工業(yè)已形成了集中化、大型化和現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)體系。日本十分重視煤焦油加工方面新技術(shù)的研究與開發(fā)，在煤焦油的精密分離和焦化產(chǎn)品的深度加工利用等方面取得了令人 矚目的成就。前蘇聯(lián)的煤焦油加工能力一直很強，單機年處理煤焦油的能力高達 60 萬 t，采用的多是一次汽化單或雙塔流程，精制的焦油產(chǎn)品約有 190 種，其煤焦油分離效率僅次于德國。作為發(fā)展中國家，印度的煤焦油加工生產(chǎn)水平也較高，目前其生產(chǎn)量達 38 萬 t / a 。印度在萘、苯、甲苯及二甲苯和酚的生產(chǎn)工藝方面取得了突出的成就，在甲苯、萘和蒽的催化氧化方面也做了大量的研究和開發(fā)工作 [3]。 產(chǎn)品方案 國外煤焦油加工有 3 種模式生產(chǎn)：一是全方位多品種，提純和配制各種規(guī)格和等級的產(chǎn)品；二是在煤焦油加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，向著 精細化工、染料、醫(yī)藥方面延伸的深加工產(chǎn)品；三是重點加工瀝青類產(chǎn)品國內(nèi)煤焦油加工產(chǎn)品主要是酚類、萘、洗油、粗蒽、瀝青等。 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 工藝流程 國內(nèi)外焦油蒸餾的工藝大同小異，都是脫水、分餾，但國外的工藝比國內(nèi)要多樣化。國內(nèi)的焦油蒸餾工藝與國外工藝相比較，差距并不大，只是適用的場合不同。焦油蒸餾國內(nèi)多采用常壓、一塔式、兩塔式、切取兩混或三混餾分的蒸餾工藝。引進的煤焦油蒸餾裝置有如下特點：采用連續(xù)脫水 — 脫輕油，餾分塔為減壓操作，塔頂采出酚油、壓力為 ，塔底為軟化點的軟瀝青；采用方箱管式爐，出口焦油溫度為 ；余熱利 用好，其中，軟瀝青與焦油換熱、各餾分采用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生 的低壓蒸汽；餾分塔塔頂?shù)挠推捎每諝饫淠鋮s器，并為減壓操作，可節(jié)能約；減壓抽出的尾氣與分離酚水，均送往管式爐焚燒；餾分塔材質(zhì)選用抗腐蝕低碳合金鋼。只要對國內(nèi)工藝的設(shè)備、儀表控制、能量利用方面做一些改進工作，就能夠變成先進和實用的工藝 [4]。 環(huán)保水平 鍋爐房產(chǎn)生的鍋爐煙氣；生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種工藝廢氣；生產(chǎn)工藝設(shè)備噪聲；工藝中產(chǎn)生的固體廢物。 在廢水、廢渣的處理上國內(nèi)外所采取的措施基本相同，所不同的是國內(nèi)處理后的指標要差一點。廢氣處理主要是指焦 油加工過程中的放散氣和瀝青煙氣的處理。國外焦油廠收集這部分廢氣，并集中到洗滌塔，凈化、降溫后送管式爐焚燒。有些焦油加工廠的油槽頂部還進行氮封，其放散氣排出的可能性就更小。而國內(nèi)只有個別焦油加工裝置對放散氣進行集中收集處理，大部分裝置都是自由放散。但只要嚴格管理，認真處理，達到國外處理水平是完全可以實現(xiàn)的。 節(jié)能水平 節(jié)能降耗是裝置的重要指標。焦油加工是高能耗過程，國外在水、蒸汽、煤氣消耗方面控制較好，采用空冷、冷熱流體換熱、多級循環(huán)水、低溫減壓蒸餾、熱量回收蒸汽等技術(shù)，但電的消耗反而比國內(nèi)還高。隨 著國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，多使用電，減少水、蒸汽和煤氣的消耗是一個必然趨勢。 熱回收焦爐與現(xiàn)存發(fā)電設(shè)備的組合是個完美概念。這種配置節(jié)約了可觀的總投資成本，另一個好的組合是與化工廠配合，消耗煉焦過程生產(chǎn)的蒸汽。如果采用干熄焦技術(shù)，可回收顯熱能進一步增加。以 100 萬 t 熱回收煉焦設(shè)備加 80MW 發(fā)電機為基礎(chǔ)，采用干熄焦后，可增加發(fā)電量 16MW。在蒸汽方面，將干熄焦引入熱回收煉焦設(shè)備后．蒸 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 汽 (500℃， 100 巴 )的輸出量可從每小時 270t 增加到 325t[4]。 煤焦油精制新技術(shù) 現(xiàn)代焦油蒸餾模式現(xiàn)代焦油蒸餾的模式大 致有以下類型：采用大型裝置，如德國采用大焦油蒸餾裝置；采用常、減壓連續(xù)蒸餾操作方式，并全部設(shè)置余熱利用，使每噸焦油耗熱量小于 ；提高塔的分離效率，使萘的回收率大于 、萘的集中度也達以上；通過“閃蒸”方式，獲得不同軟化點的瀝青；有效抑制焦油過程中發(fā)生聚合反應(yīng)，特別是避免結(jié)焦；采用微機控制，實現(xiàn)開停工切換與正常運行的全部工藝參數(shù)自控調(diào)節(jié)；尋求擴大焦油原料的資源。煤焦油加工發(fā)展方向集中加工與大型化煤焦油集中加工與大型化的優(yōu)點是：成本低；能耗低、產(chǎn)率高；投資?。划a(chǎn)品品種多、檔次高，有利于深加工；環(huán)境保護好。而目前國 內(nèi)焦油加工裝置普遍較分散、規(guī)模?。ㄐ∮谌f），每噸焦油能耗高達 ，而且環(huán)境污染嚴重，產(chǎn)品品種少，質(zhì)量較差，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟效益差。擴大加工原料的資源即摻混一部分“蒸汽裂解法制烯烴”過程中產(chǎn)生的“裂解焦油”，與煤焦油一起進行加工。該工藝在呂特格公司已實現(xiàn)工業(yè)化。而國內(nèi)仍有較多的煤焦油直接作為燃料油，未能實現(xiàn)資源的綜合利用。 煤焦油加工展望 對照國內(nèi)煤焦油加工業(yè)現(xiàn)狀和存在的問題，我國煤焦油產(chǎn)業(yè)發(fā)展從以下幾方面進行。 切忌盲目新建煤焦油加工設(shè)施 目前，我國現(xiàn)有的加工能力尚且開工不足．加上新建、擬建的 新設(shè)施，焦油加工能力已經(jīng)產(chǎn)生過剩。如前所述，由于與焦油加工“唇齒相依”的焦炭業(yè)不景氣，許多焦化工虧損關(guān)門，導致焦油產(chǎn)量減少。這樣煤焦油加工企業(yè)產(chǎn)能更顯過剩．規(guī)模較大，產(chǎn)品較多的企業(yè)目前還不至于虧損，但利潤空間已大大減少，而那些小的焦油加工企業(yè)支持不住，有的已經(jīng)倒閉。能力過?，F(xiàn)象已經(jīng)給焦油加工投資和產(chǎn)業(yè)發(fā)展拉響了警報，投資者務(wù)必慎重決策，分析研究市場。政府及有關(guān)部門則應(yīng)加強規(guī)劃管理等方面的調(diào)控，避免焦油加工業(yè)重蹈焦炭產(chǎn)能過剩、身陷嚴冬的“覆轍”。 項目建設(shè)要求 由于焦油中許多含量較少 的高附加值產(chǎn)品如果規(guī)模太小則無法提取，也 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 不具備經(jīng)濟性，因此亟待擴大加工能力。這樣才能大大增強企業(yè)競爭力。目前年產(chǎn) 10 萬噸的準人門檻看來還是有點低，從建設(shè)周期和投資資金方面許多企業(yè)都很容易解決，甚至有些企業(yè)為了追求短期的利潤打政策的擦邊球。如報批 10 萬噸每年的規(guī)模，卻是先搞 5 萬噸．搞分期建設(shè)。這樣會導致環(huán)保問題更加突出。 慎重投資 投資前要對原料、產(chǎn)品、運輸?shù)鹊亩喾矫媸袌銮闆r進行詳盡市場調(diào)研，做到項目原料來源有保證，產(chǎn)品市場前景看好，運輸成本經(jīng)濟，投資產(chǎn)出比合理。同時，煤焦油加工項目屬于高污染行業(yè)、 ?；袠I(yè)，必須建設(shè)相應(yīng)的環(huán)保和安全設(shè)施。 大工業(yè)化化工項目的上馬必須要考慮三十到五十年的生存周期，不能搞三五年．收回成本，賺一筆就走人。那種做法是弊大于利，因為化工企業(yè)的污染太大了，不像建房子一樣．不用了把它拆了鋪上土還是一塊地。一個煤焦油加工廠運行幾年后它的地下周圍都會有不同程度的污染物殘留的。環(huán)保工作做得再好．跑冒滴漏也是不可能完全杜絕的。 注重煤焦的開發(fā) 加大深加工產(chǎn)品和精細化工產(chǎn)品的開發(fā)投入。目前國內(nèi)外焦油加工工藝需要解決的主要難題是如何提高煤焦油各單組份的分離效率，如何提高所得產(chǎn)品的純度 以及如何改善配套的生產(chǎn)工藝，盡可能多地提取更多有價值的組分，延伸加工產(chǎn)業(yè)鏈，提高資源利用率。使煤焦油加工的路走得更長 ,更遠。 加強環(huán)保工作 以人為本，不論生產(chǎn)哪種產(chǎn)品，其產(chǎn)品及原料大多是含芳烴類化合物或混合物，在開發(fā)、利用煤焦油的同時，也要從保護、防護、治療等方面進行投人、研究，使煤焦油開發(fā)者、研究者、生產(chǎn)者有一個良好的環(huán)境，使我國煤焦油加工的