【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中也確定了有三甲基萘存在，但目前12種三甲基萘的可能異構(gòu)體中只在煤焦油中發(fā)現(xiàn)了兩種，它們是2,3,6及1,3,7的異構(gòu)物。萘按其來源不同，分為煤焦油萘和石油萘。萘來源于煤焦油，它是在1819年發(fā)現(xiàn)并于1821年從熱解的煤焦油中分離出的較純固體；另外在石油煉制過程中，利用催化裂化、重整等餾分為原料，經(jīng)過加氫精制、催化脫烷基、脫氫等工藝也可獲得萘，通稱石油萘。美國(guó)萘的來源有煤焦油萘和石油萘，而中國(guó)和其它國(guó)家只有煤焦油萘[9]。在煤焦油的高沸點(diǎn)化合物中還發(fā)現(xiàn)了萘的衍生物苯并茚。煤焦油中還發(fā)現(xiàn)了少量萘的氫化衍生物如二氫萘和四氫萘。此外還有苊，主要集中在洗油餾分中。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,促使能源的消耗量不斷增，近幾年來，石油價(jià)格的持續(xù)上漲及儲(chǔ)量的限制，促進(jìn)了煤化工工業(yè)的迅速發(fā)展，煤化產(chǎn)品生產(chǎn)量大幅提高，同時(shí)，對(duì)各種煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格，以滿足各行業(yè)對(duì)煤化工產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。萘是有機(jī)化學(xué)工業(yè)的重要原料，是煤焦油中含量最多(占煤焦油的8%~15%)，提取價(jià)值很高的重要組分，廣泛用于生產(chǎn)染料、增塑劑、合成纖維、橡膠、樹脂和各種化學(xué)助劑等[10]。洗油的成分中含有甲基萘、聯(lián)苯、苊、芴、氧芴等組分(%~%)，常用于洗滌吸收煤氣中的苯族烴和從中提取喹啉類化合物、酚類化合物、甲基萘、二甲基萘、吲哚、聯(lián)苯、苊、芴、氧芴等產(chǎn)品，也有一些工廠作為合成柴油的主要原料。因此，在煤焦油加工中如何提高萘及洗油的產(chǎn)率和質(zhì)量顯得尤其重要。生產(chǎn)萘的原料油主要是餾程為210~230℃的萘油餾分[9]。精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘處理量大，萘回收率高，且對(duì)原料萘油要求不高，因而廣泛用于中國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家。精餾法有多種流程，如連續(xù)和間歇；常壓和減壓等。連續(xù)精餾又有常壓雙爐雙塔、單爐單塔和單爐雙塔、加壓?jiǎn)螤t雙塔等類型。這些工藝都具有各自的特點(diǎn)，主要從投資、能耗、方便操作等方面加以區(qū)別。目前應(yīng)用最廣的是雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝(主要設(shè)備是兩座管式加熱爐和兩座精餾塔)；由于精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘主要缺點(diǎn)之一是能耗較高，有專家認(rèn)為工業(yè)萘精餾采用單爐單塔是發(fā)展的方向，且應(yīng)采用高效填料塔以提高經(jīng)濟(jì)效益[10]。由于萘的沸點(diǎn)(218℃)和硫茚的沸點(diǎn)(℃)相差不到2℃，因此精餾法只能生產(chǎn)95%的工業(yè)萘，不能生產(chǎn)純度更高的工業(yè)萘，更不能生產(chǎn)精萘[10]。工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進(jìn)行分餾，提取出產(chǎn)品工業(yè)萘。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。年處理量決定精餾方式，與年處理量12000t 焦油裝置相配合的工業(yè)萘精餾裝置采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝。以焦油蒸餾提取出的含萘餾分作為工業(yè)萘生產(chǎn)原料，到完成工業(yè)萘的生產(chǎn)過程，一般分為3個(gè)階段，即原料的預(yù)處理，初餾和精餾。我國(guó)有些工廠在餾分塔中將萘油餾分和洗油餾分合并一起切取，叫做兩混餾分。此時(shí)塔底油稱為苊油餾分，含苊量大于25%。這種操作可使萘較多的集中在兩混餾分中，萘的集中度達(dá)93%~96%，從而提高了工業(yè)萘的產(chǎn)率[11]。國(guó)內(nèi)許多焦化廠以已洗(酚油、萘油、汽油)三混餾分為原料，采用雙爐雙塔制取工業(yè)萘工藝。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是萘的提取率高，工藝成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量容易保證等。但能耗高是其主要缺點(diǎn)。70年代，焦化廠開發(fā)的以己洗(萘油、洗油)兩混餾分為原料的單爐單塔工業(yè)萘生產(chǎn)工藝，具有設(shè)備臺(tái)數(shù)少，流程短，能耗較低等優(yōu)點(diǎn)；石家莊焦化廠曾將以三混餾分為原料的單爐雙塔工藝按此進(jìn)行改遣試生產(chǎn)，也能得到合格產(chǎn)品，能耗較低。但受塔高的限制，萘的提取率偏低，對(duì)操作的要求較高，后來改為雙爐雙塔工藝。80年代，上海寶鋼焦化廠一期工程從日本引進(jìn)了以己洗萘油(和提取精萘后的晶析油)為原料的單爐雙塔雙精餾制取工業(yè)萘裝置，并以其能耗低引起許多人的興趣。嗣后，隨著能源緊缺局面逐步緩解，近年來對(duì)此已很少提及，不過，節(jié)能降耗畢竟是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。因此，在保持以三混餾份為原料，雙塔蒸餾優(yōu)點(diǎn)的前提下，探討單爐雙塔雙效蒸餾的可能性具有重要意義。雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝流程見圖3。經(jīng)過靜置脫水后的萘洗混合分，由原料泵送至工業(yè)塔換熱器，溫度由80~90℃升至200℃左右，進(jìn)入設(shè)有70層浮閥塔板的初餾塔。初餾塔頂溢出的酚油蒸汽經(jīng)冷凝冷卻和油水分離后進(jìn)入回流槽。在此大部分作初餾塔回流，少部分從回流槽滿流入酚油槽。已脫除酚油的萘洗塔底油用熱油泵送往初餾塔管式爐加熱后返回初餾塔底，以供給出餾塔熱量。同時(shí)在熱油泵出口分出一部分萘洗油打入精餾塔。精餾塔頂溢出的工業(yè)萘蒸汽，在熱交換器中與原料油換熱后進(jìn)入汽化冷凝冷卻器，液態(tài)的工業(yè)萘流入回流槽，一部分作精餾塔回流。一部分經(jīng)轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)冷卻結(jié)晶，則得到含萘質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%的工業(yè)萘產(chǎn)品。精餾塔塔底殘油用熱油泵送至管式爐加熱后返回塔底，以供給精餾塔熱量。同時(shí)在熱油泵出口分出一部分殘油作低萘洗油，經(jīng)冷卻后進(jìn)入洗油槽[8]。該工藝的特點(diǎn)是：初餾與精餾塔的塔底供熱均靠各自的專用管式爐提供，以控制塔底的溫度；兩個(gè)塔的塔頂溫度均靠調(diào)節(jié)其回流量來控制，有各自獨(dú)立的溫度制度，故操作方便，易控制[12]圖3 工業(yè)萘連續(xù)精餾流程圖單爐單塔連續(xù)精餾工藝流程與雙爐雙塔連續(xù)精餾流程不同之處是采用一爐一塔；原料經(jīng)管式爐對(duì)流段加熱后進(jìn)入工業(yè)萘精餾塔，塔底洗油送至管式爐輻射段加熱后返回塔內(nèi)，以供給精餾塔熱量；工業(yè)萘由精餾塔側(cè)線采出[8]。 單爐雙塔加壓連續(xù)精餾單爐雙塔加壓連續(xù)精餾工藝為：脫酚后的萘油井第一換熱器和第二換熱器分別與萘精餾塔地的甲基萘油和萘塔回流槽來的工業(yè)萘換熱后進(jìn)入初餾塔。從初餾塔地溢出的酚油氣，經(jīng)第一凝縮器將熱量傳遞給鍋爐給水，使其產(chǎn)生蒸汽。冷凝液再經(jīng)第二凝縮器后進(jìn)入回流槽。在此大部分作回流返回初餾塔頂，少部分經(jīng)冷卻后作脫酚的原料。初餾塔底液被分成兩路，一部分用泵送入萘塔，另一部分用循環(huán)泵抽送入重沸器，與萘塔頂溢出的萘氣換熱后返回初餾塔，以供給初餾塔熱量。為了利用乃塔頂逸出的萘蒸汽的余熱，萘塔采用加壓操作。此壓力是靠調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)加入系統(tǒng)內(nèi)的氮?dú)饬亢拖蛳到y(tǒng)外排出的氮?dú)饬慷鴮?shí)現(xiàn)的。從萘塔頂逸出的萘氣經(jīng)初餾塔重沸器冷凝后進(jìn)入萘塔回流槽。在此一部分送到萘塔頂作回流，另一部分送入第二換熱器和冷卻器冷卻后作為產(chǎn)品排入貯槽?；亓鞑鄣奈茨龤怏w排入排氣冷卻器后，用壓力調(diào)節(jié)閥減壓至接近大氣壓，再經(jīng)過安全閥噴出氣凝縮器而進(jìn)入排氣洗凈塔。在排氣冷卻器冷凝的萘油流入回流槽。萘塔地的佳績(jī)萘油，一小部分與初餾原料換熱，再經(jīng)冷卻排入貯槽；另外大部分通過加熱爐返回萘塔，供給精餾所必需的熱量[8]。(1)采用三混餾分,提高萘的集中度為了提高工業(yè)萘的產(chǎn)率,提高萘的集中度,將酚油餾分、萘油餾分和洗油餾分合并作為三混餾分一起切出,可使煤焦油中萘極大限度地集中到三混餾分中,萘集中度可達(dá)96%,而萘洗兩混餾分中萘集中度僅能達(dá)到86%~90%。(2)加強(qiáng)堿洗工藝,提高脫酚效率酚萘洗三混餾分中,含有較高的酸性組分、堿性組分,經(jīng)過堿洗的混和餾分精餾以后,原料中的吡啶類大多轉(zhuǎn)入酚油和洗油中,%,因此,堿洗脫萘操作是影響工業(yè)萘質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)(3)提高工業(yè)萘的產(chǎn)率以三混餾分為原料制取工業(yè)萘,萘的精制率可達(dá)93%以上,根據(jù)現(xiàn)有雙爐雙塔設(shè)備運(yùn)行狀況和工藝參數(shù)的計(jì)算,借鑒其他煤化工廠經(jīng)驗(yàn),改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝,形成生產(chǎn)控制最佳方案。(4)輔助措施在實(shí)際工作中,加強(qiáng)一線各崗位操作人員的培訓(xùn)工作,提高業(yè)務(wù)素質(zhì),增強(qiáng)操作技能,嚴(yán)格按照工藝要求操作,嚴(yán)格控制各項(xiàng)物理參數(shù)(溫度、壓力、時(shí)間等)。加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和檢修。對(duì)熱油泵、管式爐、蒸發(fā)器、餾分塔、精餾塔、冷凝冷卻器等關(guān)鍵設(shè)備和管道及時(shí)維護(hù)和檢修,確保設(shè)備平穩(wěn)安全高效地運(yùn)轉(zhuǎn)該設(shè)計(jì)采用雙爐雙塔的操作工藝，即該設(shè)計(jì)包括兩個(gè)管式爐兩個(gè)精餾塔。生產(chǎn)的萘的質(zhì)量除了與工藝有關(guān)，還與所采取的原料有關(guān)，三混餾分的萘的集中度最大，因此該設(shè)計(jì)選萘集中度高的三混餾分作為原料，由于經(jīng)酸洗或堿洗后的焦油餾分作為原料含萘量高，故選已洗三混餾分作為原料。公用工程包括給排水、供電、供熱與冷凍以及采暖通風(fēng)等非工藝條件的設(shè)計(jì)。建廠地區(qū)的水源要充足，因?yàn)樗敺佑屠鋮s及萘油冷卻都需要水，冷卻范圍大，而且水在循環(huán)使用過程中會(huì)吸收空氣中的CO2與水中的Ca離子反應(yīng)而結(jié)垢，因此循環(huán)水需經(jīng)常補(bǔ)充新水源以減少對(duì)設(shè)備的腐蝕，故需大量水源以滿足生產(chǎn)。由于該設(shè)計(jì)需要泵向管式爐和塔內(nèi)輸送原料，年產(chǎn)萘量較大需泵等電器設(shè)備的負(fù)荷大，因此該設(shè)計(jì)的車間內(nèi)采取高壓3000V，低壓選用380V，由該廠直接變電使用。該設(shè)計(jì)要求對(duì)供電可靠性大，因?yàn)橥蝗煌ｋ妼?duì)精餾塔的壓力和溫度控制帶來不便而影響產(chǎn)品質(zhì)量。該設(shè)計(jì)需提供一定熱量控制塔的溫度，由于本設(shè)計(jì)采取的原料是酚萘洗油，利用酚油以及洗油的熱來提供一部分熱量，其余熱量靠在管式爐內(nèi)加熱洗油來提供，而管式爐所需熱量由該廠的煤氣燃燒供給。車間內(nèi)通風(fēng)采用自然通風(fēng)即可，靠室內(nèi)外空氣溫差引起的相對(duì)密度差和風(fēng)壓進(jìn)行自然換氣，以免車間內(nèi)余熱余濕對(duì)身體造成危害。2 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)選用雙爐雙塔操作工藝，該工藝特點(diǎn)是兩個(gè)塔中初餾塔保持近常壓操作，精餾塔也常壓操作以便將萘塔塔頂?shù)妮琳羝淠裏嶙鳛槌躔s塔底液的加熱源達(dá)到回收廢熱，節(jié)省能耗的目的該工藝包括初餾、精餾和輔助工藝系統(tǒng)。本工藝的要求如下：1. 原料的預(yù)熱：要求預(yù)熱溫度穩(wěn)定，并與進(jìn)料板汽相溫度一致，即沸點(diǎn)進(jìn)料。預(yù)熱方式除與工業(yè)萘蒸汽換熱外，還可用管式爐對(duì)流段加熱或在塔底熱油循環(huán)槽內(nèi)設(shè)換熱器2. 原料質(zhì)量：質(zhì)量恒定，含水量盡量維持恒定，%。3. 塔頂溫度和回流比：塔頂溫度和酚油含萘量應(yīng)以采出合格的工業(yè)萘為原則加以確定。初餾塔塔頂酚油含萘量隨溫度升高而增加，一般控制在20%左右（對(duì)萘油原料）或10%左右（對(duì)酚萘洗混合餾分原料）。精餾塔塔頂溫度與工業(yè)萘成品的純度密切相關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格控制在218~219℃。塔頂溫度除了與進(jìn)料溫度和塔底溫度有一定關(guān)系外，主要由回流比控制。4. 塔底溫度：對(duì)初餾塔講，塔底溫度高低應(yīng)保證撥去沸點(diǎn)比萘低的輕餾分同時(shí)不使過多的萘帶到塔頂。而精餾塔塔底溫度高低應(yīng)保證塔頂工業(yè)萘產(chǎn)品合格，塔底洗油的萘含量隨溫度升高而降低，洗油萘含量一般應(yīng)控制在5%以下，應(yīng)為洗油產(chǎn)量遠(yuǎn)大于酚油，所以，洗油帶走的萘是造成萘損失的主要原因。5. 塔底循環(huán)比：即洗油循環(huán)量對(duì)采出量之比。萘的回收率與循環(huán)比有較好的相關(guān)性，循環(huán)比大，萘的回收率高，洗油中萘含量低，相反，則萘回收率低，洗油中萘含量高。6. 萘回收率的控制：萘回收率是衡量精餾和其它分離精制方法的重要指標(biāo)：萘回收率=%萘回收率與加工的原料有密切關(guān)系，對(duì)萘油餾分一般大于97%，對(duì)萘洗混合餾分為96~97%，酚萘洗三混餾分制取萘的質(zhì)量指標(biāo)范圍為95～98%。7. 連續(xù)精餾制取工業(yè)萘全年工作日330天，每日工作時(shí)間24h，三班制。本工藝優(yōu)點(diǎn)：萘的回收率高，工業(yè)萘質(zhì)量高，工藝容易控制，萘損失較小，熱效率高，操作費(fèi)用和成本較低，且操作穩(wěn)定。缺點(diǎn)：設(shè)備多，工藝流程復(fù)雜，能量消耗較大。1. 計(jì)算依據(jù)：①原料處理量：由于焦油蒸餾一塔式工藝切取三混餾分產(chǎn)率為18～23%[13]該工藝取20%，因此原料處理量： kg②原料組成見表11[14]%[13]表11 已洗三混餾分的組成組分分子式沸點(diǎn)/℃相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)%摩爾分?jǐn)?shù)%質(zhì)量處理量kg/h摩爾處理量kmol/h1,2,4三甲苯C9H12120茚C9H8116對(duì)甲酚C7H8O202108四氫化萘C10H12132萘C10H8218128硫雜茚C8H6S134二甲酚C8H10O225122喹啉C9H7N129β甲基萘C11H101421750二甲基萘C12H12156苊C12H10278154合計(jì)―――100100 取四氫化萘為輕關(guān)鍵組分，萘為重關(guān)鍵組分，則原料進(jìn)料量=%（摩爾分?jǐn)?shù)）=%（摩爾分?jǐn)?shù)） （摩爾分?jǐn)?shù)），（摩爾分?jǐn)?shù)）。 設(shè)：塔頂餾出物的摩爾分?jǐn)?shù)為，釜液摩爾數(shù)為。則物料平衡關(guān)系式為： ① ②解得：塔頂餾出物量：=，釜液量：= 餾出物中含四氫化萘的量：= 餾出物中含萘的量：(+++)= 釜液中萘的量：=沸點(diǎn)低于四氫化萘的各組分可以認(rèn)為全部被蒸出，沸點(diǎn)高于萘的各種餾分可以認(rèn)為全部留在殘液中。則初餾塔的物料平衡如下表。見表12表12 初餾塔的物料平衡原料餾出物殘液組分kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)%kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)%kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)%1,2,4三甲苯――茚――對(duì)甲酚――四氫化萘萘硫雜茚――二甲酚――喹啉――β甲基萘――二甲基萘――苊――合計(jì)100100100 初餾塔的工藝計(jì)算1. 塔操作條件的確定(1) 操作壓力的確定:由于初餾塔為近常壓操作。 kPa。（絕壓）。(2) 操作溫度① 塔頂溫度： 塔頂溫度的確定采用泡點(diǎn)法。對(duì)于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成。1，2，4三甲苯⑴―茚⑵―對(duì)甲酚⑶―四氫化萘⑷―萘⑸―硫雜茚⑹―二甲酚⑺―喹啉⑻―β甲基萘⑼―二甲基萘⑽―苊⑾分別為，……與，……成平衡的液相組成為，……各組分在塔頂下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為，……，塔頂操作總壓力。根據(jù)拉烏爾定律列出相