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【正文】 ................................................................... 11 機(jī)械化氨水澄清槽 ................................................................................ 13 第四章 工藝計(jì)算 .. …………………………………………………………… 14 熱量衡算和物料衡算 ............................................................................ 14 主要設(shè)備計(jì)算 ........................................................................................ 30 初冷器的工藝計(jì)算 ...................................................................... 30 鼓風(fēng)機(jī)的工藝計(jì)算，選型 .......................................................... 36 電捕焦油器的工藝計(jì) 算，選型 .................................................. 38 集氣管的計(jì)算 .............................................................................. 40 機(jī)械化氨水澄清槽的計(jì)算，選型 .............................................. 40 中間槽的計(jì)算 .............................................................................. 41 第五章 設(shè)備一覽表 ..... ……………………………………………………… .43 第六章 非工藝設(shè)計(jì)條件 .... ………………………………………………… ..45 土建設(shè)計(jì)條件 ......................................................................................... 45 供電照明 ................................................................................................. 45 儀表控制條件 ........................................................................................ 46 采暖通風(fēng) ................................................................................................ 48 給排水設(shè)計(jì)條件 .................................................................................... 48 分析化驗(yàn)設(shè)計(jì)條件 ................................................................................ 49 參考文獻(xiàn) .... …………………………………………………………………… 50 謝 辭 … ……………………………………………………………………………………… 51 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 概 述 煤化工 發(fā)展簡(jiǎn)史 煤化工的發(fā)展始于 18世紀(jì)后半葉， 19 世紀(jì)形成了完整的煤化學(xué)工業(yè)體系。進(jìn)入 20 世紀(jì)，許多有機(jī)化學(xué)品多以煤為原料生產(chǎn)，煤化學(xué)工業(yè)成為化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。 18 世紀(jì)中葉，由于工業(yè)革命的進(jìn)展，煉鐵煉鋼用焦炭的需求增大，煉焦化學(xué)工業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。 世界化石能源 (包括煤炭、石油、天然氣 )資源比較豐富，是當(dāng)今的主要能源。由于石油 天然氣的的儲(chǔ)量少，用量大，且不斷的漲價(jià)，煤炭在世界能源構(gòu)成中的比重將不斷的加大 ，必然要由煤生產(chǎn)氣體燃料，液體燃料和化學(xué)品。 煤炭是中國的主要能源，也是許多重要化工產(chǎn)品的主要原料。隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速發(fā)展，近年來能源、化工產(chǎn)品的需求也出現(xiàn)較高的增長速度，煤化工在中國能源、化工領(lǐng)域中已占有重要地位。中國煤化工的發(fā)展對(duì)發(fā)揮豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)充國內(nèi)油、氣資源不足和滿足對(duì)化工產(chǎn)品的需求，保障能源安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)的意義。新型煤化工 在中國正面臨新的發(fā)展機(jī)遇和長遠(yuǎn)的發(fā)展前景。煤炭焦化、煤 氣化 已是中國主要的煤化工產(chǎn)業(yè)，隨著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場(chǎng)的巨大需求，煤炭焦化、煤氣化一甲醇及下游化工產(chǎn)品等將得到快速發(fā)展 。 中國未來煤化工的發(fā)展方向是在傳統(tǒng)煤化工穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)，加大力度發(fā)展可替代石油的潔凈能源與化工品的新型煤化工技術(shù)，并建成技術(shù)先進(jìn)、大規(guī)模、多種工藝集成的新型煤化工企業(yè)或產(chǎn)業(yè)基地。先進(jìn)的催化合成技術(shù)、分離技術(shù)、生物化工技術(shù)、節(jié)能與環(huán)保技術(shù)、材料與大型工業(yè)裝備制造技術(shù)等是新型煤化工的發(fā)展基礎(chǔ)。在引進(jìn)和吸收工業(yè)發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，發(fā)展適合國內(nèi)需求的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)和新裝備制造能力 ，是實(shí)現(xiàn)跨越式技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。目前，中國新型煤化工總體上還處于發(fā)展初期，未來 20年是其技術(shù)開發(fā)、工業(yè)化建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要時(shí)期。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 煤氣初步冷卻的目的和意義 煤氣的初冷，輸送及初步凈化，是煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收工藝過程的基礎(chǔ)。其操作運(yùn)行的好壞，不僅對(duì)回收工段的操作有影響，而且對(duì)焦油蒸餾工段及煉焦?fàn)t的操作也有影響。因此，對(duì)這部分工藝及設(shè)備的研究都很重視。 煤氣初冷的目的一是冷卻煤氣，二是使焦油和氨水分離，并脫除焦油渣。 煤氣的初步冷卻分兩步進(jìn)行：第一步是 來自焦?fàn)t的出煤氣（ 650800℃） 在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到 8090℃； 使 60%左右的焦油蒸汽冷凝下來。第二步再在煤氣初冷器中冷卻，使殘余焦油和大部分水汽冷凝下來， 可將煤氣冷卻到 2535℃。 煤氣經(jīng)冷卻后，體積變小，從而使鼓風(fēng)機(jī)以較少的動(dòng)力消耗將煤氣送往后續(xù)的凈化工序。煤氣經(jīng)初冷后，溫度降低，是保證煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收率和質(zhì)量的先決條件。 為了回收化學(xué)產(chǎn)品和凈化煤氣，便于加工利用，必須要對(duì)粗煤氣的分離。來自焦?fàn)t中的粗煤氣含有水汽和焦油蒸汽等，需要進(jìn)行初步冷卻，分理處焦油和水，以便把煤氣輸送到回收車間后續(xù)工序和進(jìn)一步利用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 第二章 鼓風(fēng)冷凝工藝流程選擇 煤氣冷卻的流程方式可分為間接冷卻，直接冷卻和間冷 直冷混合冷卻三種。被冷卻的煤氣與冷卻介質(zhì)直接接觸的冷卻器，稱為直接混合式冷卻器，簡(jiǎn)稱為直接冷卻器或直接冷卻；被冷卻的煤氣與冷卻介質(zhì)分別從固體壁面的兩側(cè)流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質(zhì)的冷卻器，稱為間壁式冷卻器，簡(jiǎn)稱為間接冷卻或間接冷卻器。 間冷 直冷混合冷卻是結(jié)合間冷、制冷的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的方法。 上述三種各有缺點(diǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，工藝要求幾其他條件因地制宜地選擇采用。 本設(shè)計(jì)采用的是橫管式間冷工藝流程。 煤氣的間接冷卻工藝 煤氣的間接冷卻有立管式和橫管式兩種，立管式相對(duì)于橫管式工藝較老，而且本設(shè)計(jì)也是按橫管式間冷設(shè)計(jì)的，故立管式工藝在此不再多說，下面是橫管式間冷工藝。 橫管式煤氣初冷器冷卻，煤氣走管間， 從上向下流動(dòng)； 冷卻水走管內(nèi) ，由下向上流動(dòng) 。 用焦油氨水混合液噴灑，不僅可在管外形成液膜，提高傳質(zhì)效果，而且可以從上而下沖洗傳熱管，防止萘和焦油的沉積，除萘效果比立管式好。再加上橫管式冷卻器提高了冷卻水的流速，一般可達(dá) 12m/s，煤氣流速也可達(dá)到，且煤氣與冷凝液的流向相同。因此?？倐鳠嵯禂?shù) 可高達(dá)8361672KJ/M2 h ℃，幾乎比立管式冷卻器高出一倍多，從而可大幅度降低冷卻器的換熱面積。密集的冷卻管束還可以起到分離焦油霧和水霧的擋板作用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 煤氣的直接冷卻工藝 煤氣的直接冷卻，是在直接式煤氣初冷塔內(nèi)由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。我國小焦化大都用此流程。工藝如下： 由圖 2 可見，由煤氣主管來的 8085℃的煤氣，經(jīng)過氣液分離器進(jìn)入并聯(lián)的直接式煤氣初冷塔，用氨水噴灑冷卻到 2528℃，然后由鼓風(fēng)機(jī)送至電捕焦油器，電捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。 由氣液分離器分離出的氨水 ，煤焦油和焦油渣，經(jīng)過焦油盒分離出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清槽底部的煤焦油流入煤焦油池，然后用泵抽送到煤焦油槽中，再送往煤焦油車間加工處理。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工撈出。 初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經(jīng)水封槽進(jìn)入初冷氨水澄清池，與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與煤焦油進(jìn)行分離。分離出來的煤焦油與上述煤焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環(huán)使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。從初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水澄清池，以補(bǔ)充 焦?fàn)t用循環(huán)氨水的蒸發(fā)損失。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 煤氣直接冷卻，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。據(jù)某廠實(shí)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在直接式煤氣初冷塔內(nèi)，可以洗去 90%以上的煤焦油， 80%左右的氨， 60%以上的萘，以及 50%的硫化氫和氰化氫。這對(duì)后面洗氨洗苯過程及減少設(shè)備腐蝕都有好處。 同煤氣間接冷卻相比，直接冷卻還具有冷卻效率高，煤氣壓損失小，基建投資少等優(yōu)點(diǎn)。但也具有工藝流程較復(fù)雜，動(dòng)力消耗大，循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞，各澄清池污染也嚴(yán)重，大氣環(huán)境惡劣等缺點(diǎn)。因此目前大型焦化廠還很 少單獨(dú)采用這種煤氣直接冷卻流程。 煤氣的間冷 直冷混合冷卻 自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸氣所飽和，水蒸氣熱焓約占煤氣總熱焓的94%，所以煤氣在高溫階段冷卻放出的熱量決大部分為水蒸氣冷凝熱，因而傳熱系數(shù)較高；而且在溫度較高時(shí)，萘不會(huì)凝結(jié)造成堵塞。所以，煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段，由于煤氣中水汽含量已大為減少，氣體對(duì)壁面的對(duì)流傳熱系數(shù)底，同時(shí)萘的凝結(jié)也易造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。流程如下： 由集氣管來的 82℃左右的荒煤氣經(jīng)氣液分離器分離出煤焦油氨水后，進(jìn)入 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 橫管式間接冷卻器 被冷卻到 5055℃，再進(jìn)入直冷空噴塔冷卻到 2535℃。在直冷空噴塔內(nèi)，煤氣由下向上流動(dòng)，與分兩段噴淋下來的氨水煤焦油混合液逆流密切接觸而得到冷卻。 聚集在塔底的噴灑液及冷凝液沉淀出其中的固體雜志后，其中用于循環(huán)噴灑的部分經(jīng)液封槽用泵送往螺旋板換熱器，在此冷卻到 25℃左右，再壓送到直冷空噴塔上、中兩段噴灑。相當(dāng)于塔內(nèi)生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底導(dǎo)入機(jī)械化氨水澄清槽，與氣液分離器下來的氨水、煤焦油以及橫管初冷器下來的冷凝液等一起混合后進(jìn)行分離澄清的氨水進(jìn)入氨水槽后，泵往焦?fàn)t噴灑，剩余氨水經(jīng)氨水儲(chǔ)槽泵送 脫酚及蒸氨裝置。初步澄清的煤焦油送至煤焦油分離槽除去煤焦油渣及進(jìn)一步脫除水分，然后經(jīng)煤焦油中間槽泵入煤焦油儲(chǔ)槽。 直冷空噴塔內(nèi)噴灑用的洗滌液在冷卻煤氣同時(shí)，還吸收硫化氫、氨及萘等，并逐漸為萘飽和。采用螺旋板換熱器來冷卻閉路循環(huán)的洗滌液，可以減輕由于萘的沉積而造成的堵塞。在采用氨水混合分離系統(tǒng)時(shí)，循環(huán)氨水中揮發(fā)的濃度相對(duì)增加，而循環(huán)氨水的溫度又高，因而氨的揮發(fā)損失將增大。為防止氨的揮發(fā)損失及減少污染，澄清槽和液體槽宜采用封閉系統(tǒng)，并設(shè)置排氣洗凈塔，以凈化由槽內(nèi)排除的氣體。 煤氣的直接冷卻是在直接冷卻塔 內(nèi)，由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣的良好、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低及煤氣阻力小等優(yōu)點(diǎn)。間冷、直冷結(jié)合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合的方法，在國內(nèi)外大型焦化已得到采用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 第三章 設(shè)備的選擇 初冷器型式的選擇 初冷器是焦化廠煤氣冷卻的主要設(shè)備，主要有立管式間接初冷器和橫管式間接初冷器兩種。在此設(shè)計(jì)里我們選擇了橫管式間接初冷器，下面我們就其優(yōu)缺點(diǎn) 對(duì)此兩種初冷器進(jìn)行詳細(xì)分析。 立管式間接初冷器 如圖 3所示，立管式間接初冷器的橫斷面呈長橢圓形，直立的 鋼管束裝在上下兩塊管柵板之間，被五塊縱板分成六個(gè)管組，因而煤氣通路也分成六個(gè)流道。煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)，二者逆向流動(dòng)。冷卻水從冷卻器煤氣出口端底部進(jìn)入，依次通過各組管束后排出器外。由圖可知，六個(gè)煤氣流道的橫斷面積是不一樣的，這是因?yàn)槊簹饬鬟^出冷氣時(shí)溫度逐步降低，并冷凝出液體，煤氣的體積流量逐漸減小。為使煤氣在各個(gè)流道中的流速大體保持穩(wěn)定，所以沿煤氣流向各流道的橫斷面積依次遞減；而冷卻水沿起流向各管束的橫斷面積則相應(yīng)遞減。所用鋼管規(guī)格為φ 76mm 3mm。 立管式出冷器一般均為多臺(tái)并聯(lián)操作，煤氣流速為 34m/s，煤氣通過阻力約為 。 當(dāng)接近飽和的煤氣進(jìn)入出冷器后，即有水汽和煤焦油在管壁上冷凝下來，冷凝液在管壁上形成很薄的液膜，在重力作用下沿管壁向下流動(dòng)，并因不斷有新的冷凝液加入，液膜逐漸加厚，從而降低了傳熱系數(shù)。此外，隨著煤氣的冷卻，冷凝的萘將以固態(tài)薄片晶體析出。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 在初冷器前幾個(gè)流道中，因冷凝焦油量多，溫度也較高，萘多溶于煤焦油中；在其后通路中，因冷凝煤焦油量少，溫度低，萘晶體將沉積在管壁上，使傳熱系數(shù)降低，煤氣流通阻力亦增大。在煤氣上升通路上。冷凝物還會(huì)因接觸熱煤氣而又部分蒸發(fā)，因而增加了 煤氣中萘的含量。上述問題都是立管式初冷器的缺點(diǎn)。為克服這些缺點(diǎn)，可在