【正文】 噴淋式飽和器 預(yù)冷塔 脫硫塔 煤氣換熱器 荒 煤氣氣 再生塔 終冷塔 洗苯塔 硫銨 粗苯 硫磺 初 冷 器 鼓 風(fēng) 機 電 捕焦油器 脫硫塔 噴 淋式飽和器 終 冷 塔 洗苯塔 克勞斯裝置 真空泵 再生塔 凈煤氣 硫銨 粗苯 酸氣 尾 氣 硫磺 荒 煤氣 凈煤氣 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 6 頁 共 59 頁 所示） 圖 15 A—S法脫硫洗氨及間接法飽和器生產(chǎn)硫銨的煤氣凈化工 藝 (4) 克勞斯法生產(chǎn)元素硫的工藝 （如圖 16所示） 圖 16 克勞斯法生產(chǎn)元素硫的工藝流程圖 焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用前景 隨著技術(shù)的不斷進步、科技的不斷開發(fā)、國家經(jīng)濟 實力 的逐步提高，焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用前景將越來越廣 。 圖 11 正壓操作焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 圖 12 負(fù)壓操作焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 電捕焦油 初冷器 脫 萘 濕法脫硫 脫 氨 終冷器 脫 苯 煤氣 鼓風(fēng)機 氨水處理 凈煤氣 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 硫銨 焦 爐 電捕焦油 初冷器 脫 萘 濕法脫硫 脫 氨 終冷器 脫 苯 煤氣 鼓風(fēng)機 氨水處理 凈煤氣 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 液氨 焦 爐 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 5 頁 共 59 頁 典型的焦?fàn)t煤氣凈化工藝 單元 煤氣凈化工藝通常由冷凝鼓風(fēng)、脫硫脫氰、脫氨、終冷洗苯、硫回收和粗苯蒸餾等單元組成，選擇不同的脫硫脫氨工藝，煤氣凈化工藝的組合方式略有不同，以下為幾種比較常見組合的煤氣凈化工藝 [6]。他的缺點是負(fù)壓操作時，煤氣體積增加，煤氣管道和設(shè)備容積均相應(yīng)增加（如洗苯塔直徑增加 7%～ 8%）；負(fù)壓使煤氣中各組分的分壓下降，減少了系統(tǒng)推動力，如洗苯塔的苯回收率下降 %；負(fù)壓操作要求所有的設(shè)備管道加強密封，一面空氣漏入。該流程的優(yōu)點是無煤氣終冷系統(tǒng)，減少了低溫水用量，總能耗有所降低。 工藝流程圖如圖 11所示。 （ 1） 正壓操作的焦?fàn)t煤氣處理系統(tǒng) 鼓風(fēng)機位于初冷器之后，在風(fēng)機之后的全系統(tǒng)均處于正壓操作，此流程國內(nèi)應(yīng)用廣泛?；厥沾置簹庵械拇直?，獲得有用產(chǎn)品，同時還避免了環(huán)境的污染。回收氨和吡啶堿，既得到了有用產(chǎn)品，又防止了氨的危害。 多數(shù)焦化廠由粗煤氣回收化學(xué)產(chǎn)品和進行煤氣凈化，采用冷凝的方式析出焦油和水 。 當(dāng)前 焦?fàn)t煤氣凈化工藝流程 自焦?fàn)t導(dǎo)出的粗煤氣按一定順序進行粗煤氣處理，以便回收和精制獲得焦油、粗苯、氨等化學(xué)產(chǎn)品，并得到凈化的煤氣。煤氣凈化包含煤氣的初冷、煤氣的輸送、化學(xué)產(chǎn)品回收，如：脫硫、制取硫銨、終冷洗苯、粗苯蒸餾等工序，以減少煤氣中有害物質(zhì)。 今后在豐富的煤炭資源基礎(chǔ)上，沒得綜合利用將會更加合理和高效地發(fā)展。焦?fàn)t煤氣除滿足鋼鐵生產(chǎn)自身需要外，其余部分經(jīng)深度脫硫后，還可以公民用或送化學(xué)工廠用作合成原料氣。粗苯和煤焦油都是組成很復(fù)雜的半成品，經(jīng)精制加工后，可得到二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、古馬隆、甲酚、萘、蒽和吡啶鹽 基及瀝青等產(chǎn)品。氰化氫可用于制取黃血鹽鈉或黃血鉀鹽。煤氣中所含乙烯可用于制取乙醇和二氯乙烷的原料。氨可用于制取硫酸銨和無水氨。 焦?fàn)t煤氣凈化的意義 焦?fàn)t煤氣凈化回收的煉焦化學(xué)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，煉焦化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要部門，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分之一，是煤炭的綜合利用 工業(yè) 。 焦?fàn)t氣為有易爆性氣體，空氣中的爆炸極 限為 6%～ 30%；密度為 ～ ，運動粘度 25106m2/s。其中氫氣、甲烷、一氧化碳、 C2 以上不飽和烴為可燃組分，二氧化碳、氮氣、氧氣為不可燃組分。 焦?fàn)t煤氣的組成及性質(zhì) 焦?fàn)t氣是混合物，其產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦 化過程條件不同而有所差別，一般每噸干煤可生產(chǎn)焦?fàn)t氣 300m3～ 350m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。煤氣中還含有很多有毒的物質(zhì)，如硫化中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 2 頁 共 59 頁 物、氰化物、酚類化合物、苯類化合物及萘。煤氣中古有大量的甲烷和氫氣 ， 每干餾一噸煤能產(chǎn) 300 m3～ 350m3 的煤氣，每 m3 的煤氣的熱值相當(dāng)于 的煤。煤在 干 鎦中還產(chǎn)生煤焦油．焦炭赴冶金，鑄造，化工，電石等部門的燃料或原料。煉焦過程析出的揮發(fā)性產(chǎn)物，從炭化室出來后成為粗煤氣（又稱為荒煤氣），粗煤氣中的有用物質(zhì)在經(jīng)過回收和凈化之后便得 到潔凈焦?fàn)t煤氣。因此，對它必須進行深度凈化綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展的循環(huán) [1]。焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用開發(fā)前景非常廣闊，從焦?fàn)t煤氣可提煉出的數(shù)百種 化工產(chǎn)品來看，其不但延長了煉焦綜合利用的產(chǎn)業(yè) 但是，焦?fàn)t煤氣欲得到進一步利用，必須對其進行凈化。 因此，我國未來 每年 焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量將十分可觀。焦?fàn)t煤氣的有效利用可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，并且可避免環(huán)境污染和二次能源的浪費。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 1 頁 共 59 頁 1 緒論 概述 隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，焦化行業(yè)進入到一個大發(fā)展時期。大量焦?fàn)t煤氣的產(chǎn)生，為焦?fàn)t 煤氣的合理開發(fā)利用提出了新的課題。 與石油資源相比，我國的煤炭儲量十分豐富，結(jié)合當(dāng)前焦炭市場需求旺盛的局面，必將會產(chǎn)生大量的焦?fàn)t煤氣 。 是因為未經(jīng)凈化的煤氣中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、 SO2 等物質(zhì)以及 CO2 等溫室氣體。未經(jīng)凈化的荒煤氣不能得到利用，這 鏈條經(jīng)濟道路，還可將低附加值的焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。 文獻綜述 焦?fàn)t煤氣特點 焦?fàn)t 煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃?xì)怏w 。 焦?fàn)t煤氣是煉焦時的副產(chǎn)品．煤在隔絕空氣下干鎦， 當(dāng)溫度小于 350℃ 時， 煤受熱分解出水分和部分氣態(tài)物 (CO， CO2)；當(dāng)溫度在 350℃ ～ 550℃ 時，煤受熱析出大量的氣體 (甲烷占 45%～ 55%，氫氣占 10%～20%) 當(dāng)溫度在 550℃ ～ 700℃ 時， 煤中的氫大量受熱分解，氣體中的氫氣比例上升；當(dāng)溫度超過 700℃ ，煤氣量減少．當(dāng)溫度升到 950℃ ～ l050℃ 時， 焦炭成熟．煤氣就是溫度小于 700℃ 以前煤受熱分解出的氣態(tài)物質(zhì)。煤 焦油中含有多種物質(zhì)，苯、酚、甲酚等是醫(yī)藥、塑料、合成纖維等部門的重要化工原料， 瀝青是建筑行業(yè)的防水材料。煤氣中還含有一部分氨氣 ， 氨氣與硫酸反應(yīng)能生成硫銨，與水接觸可生成氨水。這些物質(zhì)回收起來能成為化工原料，分散在煤氣中則 產(chǎn)生污染 [2]。其主要成分為氫氣（ 55%～ 60%）和甲烷（ 23%～ 27%），另外還含有少量的一氧化碳（ 5%～ 8%）、 C2以上不飽和烴（ 2%～ 4%）、二氧化碳（ %～ 3%)、氧氣 (%～ %)、氮氣 (3%～7%)。 焦?fàn)t氣屬于中熱值氣，其熱值為每標(biāo)準(zhǔn)立方米 1719MJ，適合用做高溫工業(yè)爐的燃料和城市煤氣。 焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體；焦?fàn)t煤氣因含有 CO 和少量的 H2S 而有毒；焦?fàn)t煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短，著火溫度為 600℃ ～ 650℃ [3]。 來自焦?fàn)t的荒煤氣經(jīng)冷卻和用各種吸收劑處理后，可以提取出焦油、氨、萘、硫化氫、氰化氫及粗苯等 化學(xué)產(chǎn)品， 并得到凈焦?fàn)t煤氣。煤氣中所含氫可用于制造合成氨、合成甲醇、雙氧水、環(huán)己烷等，合成氨可進一步制成尿素、硝酸銨和碳酸氫銨等化肥。硫化氫是生產(chǎn)單質(zhì)硫和元素硫的原料。同時，回收硫化氫和氰化氫對減輕大氣和水質(zhì)的污染，加強環(huán)境保護以及減輕設(shè)備腐蝕均具有重要意義。 在鋼 鐵聯(lián)合企業(yè)中，經(jīng)過回收化學(xué)產(chǎn)品的焦?fàn)t煤氣是具有較高熱值的冶金燃?xì)?，是鋼鐵生產(chǎn)中的重要燃料。石油和天然氣的化學(xué)加中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 3 頁 共 59 頁 工和合成技術(shù)的發(fā)展，使煉焦化學(xué)產(chǎn)品市場競爭激烈，由于石油儲量有限，開采量加大，按目前耗用速度，石油使用年限估計為幾十年，而煤的使用年限估計為幾十年，而煤的使用年限估計在幾百年 。 煤氣的凈化對煤氣輸送過程及回收化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)備正常運行都是十分必 要的。在大中型焦化廠設(shè)置煤氣凈化系統(tǒng)，既是獲得一些化工產(chǎn)品的途徑，又是焦化生產(chǎn)所必不可少的工藝過程和技術(shù)手段 [4]。 凈化后的煤氣可以用作基本化工原料，也可用作工廠的熱源氣。用鼓風(fēng)機抽吸和加壓以便輸送煤氣。回收硫化氫和氰化氫變害為寶。目前，國內(nèi)外的焦?fàn)t煤氣的凈化流程分為正壓操作和負(fù)壓操作兩種 [5]。煤氣經(jīng)壓縮之后溫升 50℃ ，故對飽和器生產(chǎn)硫酸銨（需 55℃）和弗 薩姆 法回收氨系統(tǒng)那個特 別適用。 （ 2） 負(fù)壓操作的焦?fàn)t煤氣處理系 該系統(tǒng)把鼓 風(fēng)機化在最后，將焦?fàn)t煤氣從 7kPa～ 10kPa升壓到 15kPa～ 17kPa后送到用戶 [28]。鼓風(fēng)機后煤氣升溫，成為熱煤氣遠(yuǎn)距離輸送時冷凝液少了，減輕了管道腐蝕。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 4 頁 共 59 頁 此外， 負(fù)壓操作 系統(tǒng) 適合于水洗氨工藝 ， 工藝流程圖如圖 12所 示。 各個工藝都力求節(jié)約能量，節(jié)省成本，獲得做大經(jīng)濟效益的產(chǎn)品。未來焦?fàn)t煤氣可能會在以下幾個方面產(chǎn)生重要經(jīng)濟價值經(jīng)濟 ： ① 焦?fàn)t煤氣用于 發(fā) 電； ② 焦?fàn)t煤氣用于生產(chǎn)甲醇； ③ 用焦?fàn)t煤氣制取還原性氣體用于還原生產(chǎn)海綿鐵； ④ 焦?fàn)t煤氣用于高爐煉鐵； ⑤ 焦?fàn)t煤氣制取氫氣。 設(shè)計任務(wù)的說明 本項目設(shè)計的依據(jù) 本 次設(shè)計 《 50000m3／ h 焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)車間工藝設(shè)計 》是 化工與環(huán)境學(xué)院張立新老師為我選擇的本科畢業(yè)設(shè)計課題 ， 設(shè)計 根據(jù)長期國內(nèi) 焦?fàn)t煤氣的利用現(xiàn)狀 的調(diào)查結(jié)果，認(rèn)為 我國焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，焦?fàn)t煤氣 產(chǎn)量巨大。因此，考慮現(xiàn)狀老師為我選擇了此課題 。 主要設(shè)計原則如下 : (1)在積極采用先進技術(shù)，在工藝和設(shè)備設(shè)計時，既考慮設(shè)備與工藝過程的相 應(yīng)適性和合理性 ，又在 在滿足工藝要求前提下，盡量采用先進設(shè)備。 設(shè)計分工 本設(shè)計中 我負(fù)責(zé)的設(shè)計內(nèi)容包括工藝設(shè)計 、 部分非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計和選型 、 車間設(shè)備布局設(shè)計方案 。 焦?fàn)t煤氣 凈化 參數(shù) 簡述 從焦?fàn)t中出來的荒煤氣含有大量雜質(zhì)和對人體有害物質(zhì)，具體含量如表 11所示 。經(jīng)過凈化處理的煤氣中各組分含量變化如表 12 所示，大部分有用物質(zhì)被回收提純后可以作為化工原料。 表 11 高溫焦?fàn)t產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率（按煉焦干煤的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)） 項目名稱 焦炭 焦油 熱解水 粗苯 氨 凈煤氣 硫等物質(zhì) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 8 頁 共 59 頁 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 75～ 78 ～ 2～ 4 ～ ～ 15～ 19 ～ 表 12 出焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)含量 /[g 近年來在我國 焦炭行業(yè) 發(fā)展迅速， 副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣產(chǎn) 量逐年增大， 工藝不斷創(chuàng)新 ， 其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 本章還對項目的設(shè)計依據(jù)、項目分工、 目前 生產(chǎn)方法 進行簡要說明 ，目的 是為了在下面的設(shè)計中對各個工藝有深入了解，各個工段的組織更加合理、有序。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 10 頁 共 59 頁 2 車間工藝及流程簡述 車間 工藝流程的選擇 選擇依據(jù) 本次設(shè)計 采用的 方式是 正壓操作的焦?fàn)t煤氣 凈化 處理系統(tǒng) ， 在此處理系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機位于初冷器后， 自風(fēng)機以后的整個 系統(tǒng)均處于正壓下操作。同時負(fù)壓操作要求所有的設(shè)備管道加強密封，一面空氣漏入便可能發(fā)生爆炸，此操作系統(tǒng)潛在危險比較大，如果采用此系統(tǒng)，對檢測設(shè)備和防護設(shè)施要求更為苛刻，在高端檢測和控制設(shè)備大量依賴進口的情況下采用正壓操作系統(tǒng)更為經(jīng)濟合理。 弗薩姆液氨回收法我國已經(jīng)成功引進，生產(chǎn)性能良好，值得推廣。同時， 因在正壓下操作，煤氣體積小，有關(guān)設(shè)備及煤氣管道尺寸相應(yīng)較??；吸收氨和苯族烴等的吸收推動力較大，有利于提高吸收速率和回收率。 工藝程 流 簡述 煤炭在焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾，揮發(fā)出含有各種有害組分的荒煤氣 。在集氣管中， 用 70℃ ～ 75℃ 循環(huán)氨水進行噴灑 ， 焦?fàn)t煤氣 冷卻到80℃ ～ 85℃ ， 有 60%左右的焦油蒸汽冷凝下來 ， 這是重質(zhì)焦油部分。 經(jīng)過分離、澄清并補充氨水后，由循環(huán)氨水泵打回集氣管，循環(huán)利用。 增壓后的煤氣進入電捕