【文章內(nèi)容簡介】 是中等城市最好的供氣方案之一；四是化學(xué)工業(yè)中的某些重要有機(jī)產(chǎn)品無法從石油中提取，只能從煤焦油中提 取。 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的 調(diào)整和企業(yè)改制任務(wù)的逐步完成，中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已開始走上持續(xù)發(fā)展的軌道。這對中國基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展從新的發(fā)展層次提出越來越緊迫的更高要求，對煤焦油加工工業(yè)的發(fā)展在結(jié)構(gòu)和總量上會帶來新的發(fā)展需求。其主要原因：一是國家發(fā)展改革委員會在“十五”計劃中己確定中國基礎(chǔ)化學(xué)品和能源將以煤為主，煤焦油加工項目己列人國家發(fā)展計劃，得到國家和地方政府政策上的支持；二是進(jìn)入 90 年代中期，利用煤焦油加工的萘、蒽、吡啶、酚類等多環(huán)或雜環(huán)芳香烴產(chǎn)品，以及發(fā)展起來的炭素工業(yè)對原料 (如針狀焦、中間相瀝青 )的需求不斷加大，人們對煤焦油加工業(yè)的重 要經(jīng)濟(jì)地位又有了更新的認(rèn)識。中國煤焦油加工工業(yè)作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。 煤礦是我國的只要能源對人民的日常生活起著舉足輕重的影響。而煤焦油蒸餾是焦油加工的龍頭，其技術(shù)水平影響著焦油餾份的質(zhì)量，并對焦油餾份的后續(xù)加工工藝的選擇有著較大影響。所以說對蒸餾工段的研究將會對增加產(chǎn)量有著巨大的作用 [1]。 目前，我國煤焦油主要用來加工生產(chǎn)輕油、酚油、萘油及改質(zhì)瀝青等，再經(jīng)深加工后制取苯、酚、萘、蒽等多種化工原料，產(chǎn)品數(shù)量眾多、用途十分廣泛。但煤焦油簡單加工后的利用價值不大，國內(nèi)外普遍看好的是其深加工精制 產(chǎn)品的應(yīng)用。世界焦油精制先進(jìn)廠家已從焦油中提取 230 多種產(chǎn)品，并集中加工向大型化方向發(fā)展。其優(yōu)點是：成本低；能耗低、產(chǎn)率高；投資??；產(chǎn)品品種多、檔次高，有利于深加工；環(huán)境保護(hù)好。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，國內(nèi)外煤焦油加工工藝大同小異，都是脫水、分餾，煤焦油加工的主要研究方向是 增加產(chǎn)品品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量等級、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境 [1]。 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計主要完成年處理 16噸焦油焦油車間蒸餾工段工藝初步設(shè)計 .對工藝與主要設(shè)備進(jìn)行物料衡算，能量衡算；主要設(shè)備的工藝計算及選型：包括管式爐的工藝尺寸的計算；瀝青換 熱器工藝尺寸的計算；蒽塔，瀝青高置槽，一次蒸發(fā)器和二次蒸發(fā)器及相關(guān)冷卻器的選型。完成蒸餾工段的設(shè)備布置，繪制工藝流程圖、平面圖及立面圖；完成該工藝三廢處理與環(huán)境保護(hù)方面的設(shè)計和用水、用電等非工藝部分的設(shè)計任務(wù)。 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 2 生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備的論述 目前我國各焦化廠根據(jù)生產(chǎn)能力和規(guī)模大小的不同，所采取的生產(chǎn)形式有：間歇式焦油蒸餾和連續(xù)式焦油蒸餾，生產(chǎn)工藝有分為：單塔、雙塔兩種。通過設(shè)計題目和要求可知本設(shè)計屬大型焦化廠 精餾 工段，所以采用管式爐連續(xù)蒸餾工藝對焦油進(jìn)行蒸餾，在這套工藝中，無水焦油經(jīng)過汽化和精餾，能夠較好地得 到分離，從而得到瀝青和其他副產(chǎn)品 [2]。 工藝流程的論述 原料及產(chǎn)品 煤焦油是煉焦工業(yè)煤熱解生成的粗煤氣中的產(chǎn)物之一，其產(chǎn)量約占裝爐煤的3%～ 4%，在常溫常壓下其產(chǎn)品呈黑色粘稠液狀，密度通常在 3/ cmg～ 之間，閃點 100℃ ，具有特殊臭味，煤焦油又稱焦油。 煤焦油是煤在干餾和氣化過程中獲得的液體產(chǎn)品。根據(jù)干餾溫度和方法的不同可得到以下幾種焦油： 低溫（ 450～ 650℃ ）干餾焦油； 低溫和中溫（ 600～ 800℃ ）發(fā)生爐焦油； 中溫（ 900～ 1000℃ ）立式爐焦油 ； 高溫（ 1000℃ ）煉焦焦油。 生產(chǎn)原料為煉焦回收的高溫焦油。 一般在焦油連續(xù)蒸餾系統(tǒng)中所切取的餾分有以下幾種： 輕油餾份：為 170℃ 前的餾分，產(chǎn)率 ~%(對無水焦油 )，比重為 ~。主要含有苯族烴，酚含量小于 5%并含有少量的古馬龍和茚等不飽和化合物及微量的萘。 酚油餾份：為 170~210℃ 前的餾分，產(chǎn)率為 ~%，比重為 ~。含有酚和甲酚 20～ 30%；萘 5～ 20%；吡啶堿類 4～ 6%，其余為酚油。 萘油餾份：為 210～ 230℃ 的餾份，產(chǎn)率為 10～ 13%，比重為 ～ 。主要含有萘（達(dá) 70～ 80%）；另含有酚、甲酚、二甲酚 4～ 6%；重質(zhì)吡啶堿類 3～4%；其余為萘油。 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 洗油餾份：為 230～ 300℃ 餾份，產(chǎn)率為 ～ %，比重為 ～ 。含有甲酚、二甲酚及高沸點酚類 3～ 5%；重質(zhì)吡啶堿類 4～ 5%；萘含量低于 15%；其余為洗油及少量其他有機(jī)物質(zhì)。 Ⅰ 蒽油餾份：為 280～ 360℃ 餾份，產(chǎn)率為 16～ 22%，比重 ～ 。含蒽16～ 20%；萘 2～ 4%；高沸點酚類 1～ 3%；重質(zhì)吡啶堿類 2～ 4%；其余為 Ⅰ 蒽油。 Ⅱ 蒽油餾份：產(chǎn)率 4~6%，比重 ～ ，初餾點 310℃ ，餾出 50%時為400℃ ，含萘不大于 3%。 瀝青：為焦油蒸餾的殘液，產(chǎn)率為 54～ 56%[2]。 生產(chǎn)工藝的論述 我國大型焦化廠廣泛采用了管式爐焦油連續(xù)蒸餾裝置，一般均采用原料焦油直接進(jìn)管式爐的加熱方式。按蒸餾系統(tǒng)采用的塔數(shù)及餾份切取的方式的不同，主要有：單塔式流程、兩塔式流程和切取寬、窄餾分的焦油蒸餾流程 [3]。本設(shè)計采用兩塔式蒸餾過程，蒸餾工藝如下： 由原料貯槽來的初步脫水的焦油用 1 段焦油泵送入管式爐的對流段、加熱至120—130℃ 后進(jìn)入 1 次蒸發(fā)器。于此，粗焦油中的 大部分水份和部分輕油的混合蒸汽以 100—106℃ 的溫度自 1 次蒸發(fā)器頂逸出，進(jìn)入一段冷凝冷卻器；及油水分離器；與水分離后的輕油送往粗苯工段處理。經(jīng)脫水后含水量 %以下的無水焦油，經(jīng)過油封流入無水焦油槽中。無水焦油槽應(yīng)保持經(jīng)常滿流，滿流的焦油流入無水焦油槽，此槽中的焦油可用泵倒回原料焦油貯槽，或?qū)M流焦油引入一段焦油泵前的管路中。無水焦油用 2 段焦油泵送入管式爐輻射段，在此被加熱到400℃ 左右送入 2 段蒸發(fā)器進(jìn)行閃蒸，分離成鎦份的混合蒸汽和液體瀝青。 由 2 次蒸發(fā)器的 底 部排出的瀝青，送瀝青冷卻澆注系統(tǒng)。從 2 次蒸發(fā) 器頂逸出的餾份混合蒸汽進(jìn)入蒽塔進(jìn)料塔板，塔底排出溫度為 320~330℃ 的二蒽油，側(cè)線切取溫度為 290~300℃ 的一蒽油。一、二蒽油分別經(jīng)各自埋入式冷卻器冷卻后，流入各自貯槽，以備結(jié)晶工段加工處理。蒽塔頂用洗油打回流。 自蒽塔頂來的油氣進(jìn)入餾分塔進(jìn)料塔板。洗油餾份以 230~340℃ 的溫度自塔底排出；溫度為 200~210℃ 的萘油餾份從側(cè)線采出；溫度為 150~160℃ 的酚油餾份從對應(yīng)的側(cè)線層采出；這些餾份都分別經(jīng)各自的埋入式冷卻器，然后經(jīng)窺鏡流入各自的貯槽。餾份塔頂出來的輕油和水的混合蒸汽引入餾份塔輕油冷凝冷卻器 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 中，冷凝液經(jīng)油水分離后，水經(jīng)窺鏡導(dǎo)入酚水槽或下水道內(nèi)。輕油經(jīng)窺鏡流入回流槽，用回流泵送到餾份塔頂作為回流油，剩余的輕油送往粗苯工段。 設(shè)備的論述 焦油蒸餾過程主要是將焦油加熱，利用組分間的沸點不同。從而得到分離開的輕、重組分，重組分為瀝青，輕組分可通過進(jìn)一步的精餾得到多種產(chǎn)品。此生產(chǎn)過程的主要設(shè)備為：管式爐、蒸發(fā)器、蒽塔、餾分塔、冷卻器等 [4]。 管式爐的工作原理 管式加熱爐一般由三個主要部分組成：輻射室、對流室及煙囪。其工作原理如下： 爐底的油氣聯(lián)合燃燒器 (火嘴 )噴出高達(dá)幾米的火焰，溫度高 達(dá) 1000~1500℃ 、主要以輻射傳熱的方式，將大部分熱量傳給輻射室 (又叫爐膛 )爐管 (也叫輻射管 )內(nèi)流動的油品。煙氣沿著輻射室上升到對流室，溫度降到 700~900℃ 。以對流傳熱的方式繼續(xù)將部分熱量傳給對流室爐管內(nèi)流動著的油品，最后溫度降至200~450℃ 的煙氣從煙囪排人大氣。油品則先進(jìn)入對流管再進(jìn)入輻射管，不斷吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，逐步升高到所需要的溫度。 輻射室是加熱爐的核心部分，從火嘴噴出的燃料 (油或氣 )在爐膛內(nèi)燃燒，需要一定的空間才能燃燒完全，同時還要保證火焰不直接撲到爐管上，以防將爐管燒壞，所以輻 射室的體積較大。由于火焰溫度很高 (最高處可達(dá) 1500~1800℃ 左右 )，又不允許沖刷爐管，所以熱量主要以輻射方式傳送。在對流室內(nèi)，煙氣沖刷爐管，將熱量傳給管內(nèi)油品，這種傳熱方式稱為對流傳熱。煙氣沖刷爐管的速度越快，傳熱的能力越大，所以對流室窄而高些，排滿爐管，且間距要盡量小。有時為增加對流管的受熱表面積，以提高傳熱效率，還常采用釘頭管和翅片管。在對流室還可以加幾排蒸汽管，以充分利用蒸汽余熱，產(chǎn)生過熱蒸汽供生產(chǎn)上使用。煙氣離開對流室時還含有不少熱量，有時可用空氣預(yù)熱器進(jìn)行部分熱量回收，使煙氣溫度降到 200℃ 左 右，再經(jīng)煙囪排出，但這需要用鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)。有時則利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。由于抽力受煙氣溫度、大氣溫度變化的影響，要在煙道內(nèi)加擋板進(jìn)行控制，以保證爐膛內(nèi)最合適的負(fù)壓，一般要求負(fù)壓為 2~3mm 水柱，這樣既控制了輻射室的進(jìn)風(fēng)量，又使火焰不向火門外 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 撲，確保操作安全。 [4] 圖 管式加熱爐的主要結(jié)構(gòu) 管式爐的選型 煉油廠加熱爐類型很多，按照管式加熱爐的用途可分為純加熱爐和加熱 反應(yīng)爐，前者如常壓爐、減壓爐，原料在爐內(nèi)只起到被加熱的作用；后者如裂解爐、焦化爐，原料在爐內(nèi)不僅被加熱 ，同時還有足夠的時間進(jìn)行裂解和焦化反應(yīng)。按照管式爐的結(jié)構(gòu)又可分為立式爐、圓筒爐和無焰爐 [4]。 立式爐 立式爐爐膛為長方形箱體，爐管可水平放置或垂直放置。臥管立式爐其輻射 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 爐管沿爐壁橫排，火焰垂直于爐管上燒，爐膛較窄。對流室置于輻射室之上，長度與輻射室相同，煙囪放在對流室頂部。這種爐的特點是爐管沿長度方向受熱均勻，另外由于其輻射室高度低，故各輻射管間的受熱也比較均勻。其主要優(yōu)點是減少了爐管支架，便于布置多管程，缺點是爐管沿管長受熱不均勻，清掃困難。 立式爐在熱負(fù)荷較低時，投資高于圓筒爐，一般在熱負(fù)荷較大時 使用。 圓筒爐 圓簡爐爐膛為直立圓筒形，輻射管在爐膛周圍垂直地排列一周，方形對流室在圓筒體上部，對流管分水平與直立設(shè)置兩種。圓筒爐的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，造價較低。從熱負(fù)荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護(hù)，這是因為輻射管不能太長，加大爐膛直徑又會提高造價。圓筒爐的熱效率偏低也使熱負(fù)荷的提高受到限制。 無焰爐 無焰爐其外形和立式爐相似，主要特點是將無焰噴嘴沿爐膛測墻均勻分布。由于無焰燃燒，爐膛體積可縮小，傳熱較均勻。由于燃燒完全，過?？諝庀禂?shù)小，爐子熱效率較高。但這種無焰燃燒噴嘴目前只能燒氣體燃料，另外爐 墻結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜、造價較高，國內(nèi)主要用作焦化爐、高溫制氫的轉(zhuǎn)化爐及裂解爐等。 從生產(chǎn)實踐和經(jīng)濟(jì)條件方面來選擇管式爐。圓筒爐是本設(shè)計的最佳選擇，其不僅能夠達(dá)到設(shè)計要求而且造價便宜。 塔設(shè)備的選型 板式塔 可根據(jù)氣液操作狀態(tài)分為鼓泡式塔板，如泡罩、浮閥、篩板等塔板及噴射式塔，如舌形、網(wǎng)孔等塔板。又可根據(jù)有沒有降液管分為溢流式塔板（泡帽等）和穿流式塔板（穿流式篩板和穿流式柵板等） [5]。 （ 1） 泡罩塔盤 泡罩塔盤是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔盤之一。在塔盤板上開許多圓孔，每個孔上焊接一個短管，稱為升氣管，管上 再罩一個 ―帽子 ―，稱為泡罩，泡罩周圍開有許多條形空孔。工作時，液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，氣體從下一層塔盤上升進(jìn)入升氣管，再經(jīng)泡罩的條形孔流散到液體中。 （ 2） 浮閥塔盤 遼寧科技學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 浮閥塔盤是在塔盤板上開許多圓孔，每一個孔上裝一個帶三條腿可上下浮動的閥。浮閥是保證氣液接觸的元件，操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔盤上的液層；液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，再橫流過塔盤與氣相接觸傳質(zhì)后，經(jīng)溢流堰入降液管，流入下一層塔盤。 （ 3） 篩板塔盤 篩板塔盤是在塔盤板上開許多小孔，操作時液體從上層塔盤的降 液管流入，橫向流過篩板后，越過溢流堰經(jīng)降液管導(dǎo)入下層塔盤；氣體則自下而上穿過篩孔，分散成氣泡通過液層，在此過程中進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。由于通過篩孔的氣體有動能，故一般情況下液體不會從篩孔大量泄漏。 （ 4） 舌形和浮舌塔盤 舌形塔盤是在塔盤板上沖有一系列舌孔，舌片與塔盤板呈一定傾角，氣流通過舌孔時，利用氣體噴射作用，將液相分散成液滴和流束而進(jìn)行傳質(zhì)，并推動液相通過塔盤。 填料塔 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分為亂堆填料（鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、環(huán)矩鞍等顆粒填料）及規(guī)則填料（網(wǎng)波紋填料、板波紋填料、格柵填料） [6]。 本設(shè)計所應(yīng)用的 2 個塔 設(shè)備都是對 多 種分進(jìn)行分離，通過造價、塔板效率和操作彈性等多方面考慮，采用泡罩塔作為本設(shè)計的塔設(shè)備類型。其主要特點為：氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤效率高。操作彈性大，在負(fù)荷變動較大時，仍能保持較高的效率