【正文】 流到氨水中間槽，再用循環(huán)氨水泵送回焦?fàn)t集氣管噴灑以冷卻粗煤氣。經(jīng)氣液分離后的煤氣進(jìn)入數(shù)臺(tái)并聯(lián)的立管式間接初冷器內(nèi)用水間接冷卻。煤氣與冷卻介質(zhì)不直接接觸，氣液兩相只是間接傳熱而不發(fā)生傳質(zhì)過程。粗煤氣通過間接初冷器，溫度從80～85℃降至25～35℃，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入電捕焦油器除去煤氣中的焦油霧后，送往煤氣凈化的后續(xù)工藝裝置?！?g/m3，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)和電捕焦油器進(jìn)一步分離后。間接初冷器是一種列管式固定管板換熱器。兩者逆流或錯(cuò)流通過管壁間接換熱，使煤氣冷卻。立管式初冷器如圖13所示。換熱器管徑有38mm、45mm、57mm和76mm幾種。水箱隔板與折流板對(duì)應(yīng)放置，構(gòu)成圖13立管式初冷器冷卻水與煤氣逆流間接換熱。這種初冷器結(jié)構(gòu)簡單，管內(nèi)結(jié)的水垢便于清掃；但冷卻水流速低，傳熱效果差，煤氣中萘的凈化不好。其換熱管與水平面成3176。管板外側(cè)管箱與冷卻水管連通，構(gòu)成冷卻水通道，可分兩段或三段供水。煤氣自上而下通過初冷器。在冷卻器殼程各段上部，設(shè)置噴灑裝置，連續(xù)噴灑含煤焦油的氨水，以清洗管外壁集結(jié)的焦油和萘，同時(shí)可以從煤氣中吸收一部分萘。圖 14 橫管式初冷器 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。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。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。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。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。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。據(jù)某廠實(shí)測生產(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。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。但直接初冷工藝流程較復(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)。2 初冷工藝的計(jì)算 集氣管的物料平衡和熱計(jì)算 物料平衡選用JN606型2，年設(shè)計(jì)能力30萬噸，焦?fàn)t生產(chǎn)能力的計(jì)算式中 36524——全年工作時(shí)間n——每個(gè)焦?fàn)t組的焦?fàn)t個(gè)數(shù)N——每座焦?fàn)t的炭化室個(gè)數(shù)h——炭化室的有效裝煤高度 ml——炭化室的有效裝煤長度 mb——炭化室的有效裝煤寬度 m——裝煤煤干基堆密度 t(干煤)/～, τ——運(yùn)轉(zhuǎn)周期 取設(shè)計(jì)結(jié)焦時(shí)間25hK——干煤全焦率，%。令其為裝煤干煤量，取煤氣發(fā)生量Mg=25(干煤)則煤氣發(fā)生量Q=Mg =25 =—焦?fàn)t緊張操作系數(shù)剩余氨水量 1）原始數(shù)據(jù) 裝入濕煤量 配煤水分 10% 化合水 2% 煤氣發(fā)生量 25(干煤) 煤氣初冷器后煤氣溫度 一般為25℃40℃本設(shè)計(jì)取30℃ 30℃2)計(jì)算 根據(jù)煤氣初冷系統(tǒng)中的水平衡，可得剩余氨水 t/h=— 式中 ——煤氣帶入集氣管中水量 t/h ——初冷器后煤氣帶走的熱量 t/h =10% ＋（1－10%）2% = =（110%）340= Kg/h= ==通過集氣管的熱平衡計(jì)算已確定蒸發(fā)水量M及煤氣出口的露點(diǎn)溫度。集氣管內(nèi)冷凝的焦油氣體積為：集氣管內(nèi)蒸發(fā)的氨水汽體積為：如果無煙裝煤采用噴射蒸汽的方法，則蒸汽量對(duì)干煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：％；％。第一段采用5868℃的采暖循環(huán)水，第二段采用3042℃的循環(huán)水，第三段采用18℃的低溫冷卻水，升溫至25℃。K）蒸汽放出的顯熱：2491——水的蒸發(fā)潛熱，kJ／kg；、——水蒸氣在相應(yīng)溫度時(shí)的比熱容，kJ／（kg焦油氣放出熱量（設(shè)有85％焦油氣冷凝下來）：進(jìn)入橫管初冷器的焦油氣量為：——焦油的氣化潛熱，kJ／kg；155——裝煤量（濕煤），t／h；、——焦油蒸氣在相應(yīng)溫度時(shí)的比熱容，kJ／（kg對(duì)其余組分及散熱損失均略而不計(jì)，則放出的總熱量為：2 冷卻水用量。所需傳熱面積按下式計(jì)算：F=Q/（在近似計(jì)算中，可按下式計(jì)算: 上式中的x是煤氣混合物中的水蒸氣含量（體積百分?jǐn)?shù)）。Sk 導(dǎo)熱系數(shù)：=動(dòng)力黏度：=10pa 密度：= kg/ m則：R= ==23045p==故 = () ==3961J/㎡K是鋼管壁的熱阻，=是管內(nèi)壁水垢層熱阻，則傳熱系數(shù)：==581煤氣與冷卻水之間的平均溫度差為：℃則冷卻面積F=Q/（反應(yīng)方程式：上述反應(yīng)是放熱反應(yīng),當(dāng)用硫酸吸收煉焦煤氣中的氨時(shí), ,實(shí)際所得的熱效應(yīng)和硫酸銨母液的酸度及溫度有關(guān)，其值約比理論反應(yīng)放出的熱量少10%左右。在飽和器內(nèi)的酸度控制在12%時(shí)，生成的硫銨產(chǎn)品主要為正鹽當(dāng)酸度升高時(shí)，隨酸度的提高而酸式鹽含量則提高，飽和器內(nèi)酸度控制（指母液的酸度）在48%時(shí)飽和器和母液中同時(shí)存在著正鹽又存在著酸式鹽。在噴淋式飽和器內(nèi)硫酸銨從母液中形成晶體要經(jīng)歷兩個(gè)階段：首先是細(xì)小的結(jié)晶中心晶核的形成，而后是晶核（或晶體）的長大。即在一定的條件下結(jié)晶，若晶核形成的速率大于晶體成長的速率，得到的是小粒結(jié)晶。顯然，如控制好此速率，便可控制晶體顆粒的大小，從而可以得到較滿意的產(chǎn)品硫酸銨顆粒粒度。晶核的成長速度和溶液的潔凈程度，溶液的酸度以溶質(zhì)由液相向固相的傳質(zhì)速率有關(guān)，在純凈的母液中，硫銨晶體的生長速度最快，母液中的可溶性雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶的成長速度和晶核均有不利的影響。母液內(nèi)晶體的生長速度隨著溫度的提高而顯著增大。同時(shí)，由于體積生長的速度隨結(jié)晶的溫度的提高有很大的增長，因而在適當(dāng)?shù)奶岣邷囟鹊那闆r下，可把溶液的過飽和程度控制在教小的范圍內(nèi)，從而大大減少針形晶核的形成，但是不是把溫度提高的太高，否則會(huì)適得其反，飽和器母液的酸度對(duì)硫銨結(jié)晶的成長也有一定的影響。這是因?yàn)楫?dāng)其他條件不變的時(shí)候母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度的增加而減少，因而不保持有利于晶體成長所必須的過飽和程度。因而增加了硫銨分子向晶體表面擴(kuò)散的阻力，阻礙了晶體正常的生長。但是，從生產(chǎn)的操作來看，母液的酸度過低也是不允許的。其流程見圖31。第一，噴淋式飽和器除氨，充分吸收煤氣中氨氣，明顯解決了氨氣對(duì)環(huán)境污染問題。第二，設(shè)備阻力小，大大降低了風(fēng)機(jī)能耗，明顯地增加了經(jīng)濟(jì)效益。第三。第四，噴淋式飽和器底部帶結(jié)晶室，有利于硫銨結(jié)晶的解決，增大了結(jié)晶顆粒，提高了硫銨產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。第六，提高了硫銨產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。噴淋式飽和器結(jié)構(gòu)見圖32。因此，應(yīng)該加大其開發(fā)研制的資金投入，進(jìn)一步加快研制的進(jìn)度，盡快投入批量生產(chǎn)，滿足國際國內(nèi)市場的需求4 硫酸銨工藝計(jì)算原始數(shù)據(jù)焦?fàn)t干煤裝入量 t/h煤氣發(fā)生量Mg (干煤)25氨的產(chǎn)率（揮發(fā)氨） %初冷器后煤氣溫度t ℃30剩余氨水量 t/h蒸氨廢水中含氨量 g/l剩余氨水中含氨量 g/l直接用蒸汽量（每蒸餾1稀氨水） kg/250分縮器后氨氣溫度 t ℃98飽和器后煤氣含氨量 g/硫酸濃度 Wt %78煉焦煤含水量 %12總氨N飽 和 器N1煤氣帶入氨N2剩余氨水帶入氨N5飽和器耗氨N3飽和器帶出氨N4蒸氨廢水帶出氨由平衡知 N = N1＋N2 = N3＋N4＋N5則總氨量 N =%=%= t/h=剩余氨水帶入氨 N2 = = =干餾煤氣帶入氨 N1 = N－N1==干餾煤氣帶出氨 N3 = 25蒸氨廢水帶出氨L = +=N4 = 1000 =飽和器耗氨量 N5 = N－N3－N4 = －－= kg/h由反應(yīng)原理 硫酸吸收氨反映式：217 98 132 y x硫氨產(chǎn)量 kg/h硫酸理論耗量 kg/h換算成 98% 硫酸耗量 =飽和器內(nèi)的水分主要是煤氣和氫氣帶來的。洗滌硫氨用水占硫氨質(zhì)量總重的6%，沖洗飽和器和除酸器帶入的水量平均取200kg/h， 飽和器水平衡如下：輸入方 輸出方 飽 和 器洗滌硫銨水煤氣帶入水氨氣帶入水硫銨帶入水沖洗水煤氣帶出水Wt硫銨產(chǎn)品帶出水1)帶入飽和器的總水量初冷后煤氣溫度是30℃煤氣帶入水量 =25=氨汽帶入水量 又N2－N4=（＋N2－ N4）10% 得kg/h硫酸帶入水 =(178%)=硫酸洗滌用水（扣除硫銨產(chǎn)品帶出水）：=6%=沖洗水量 =50kg/h則帶入飽和器總水量為Wt= ＋ ＋ ＋ ＋ =＋＋＋＋50 =2)飽和器煤氣分壓以上求得的帶入飽和器的總水量均應(yīng)由煤氣帶走，則由飽和器出去的1煤氣應(yīng)帶走的水量為：=相應(yīng)的1的煤氣中的水汽的體積為=故混合氣中水汽所占的體積比為= % MPa， MPa則水蒸氣分壓為 %==273mmHg （注：1mmHg=）3）飽和器母液溫度的確定飽和器內(nèi)母液的適宜溫度可按母液的最低溫度乘以平衡偏離系數(shù)來確定。因母液內(nèi)水的蒸發(fā)需要推動(dòng)力（ΔP=PlPg），還由于煤氣飽和器中停留時(shí)間短，氣液兩相的水汽分壓不可能達(dá)到平衡，所以實(shí)際上母液液面上的蒸汽分壓為 PL = KPg式中 K——平衡偏離系數(shù)（～） 當(dāng)K= PL = 273=409mmHg由PL=81 mmHg由《焦化工藝學(xué)》（中國礦業(yè)大學(xué)出版社）圖93可知，酸度為9 %，其適宜的操作溫度為54℃。 飽和器[平衡如下：輸入方 輸出方飽 和 器循環(huán)母液帶入熱量反應(yīng)熱回流母液熱量洗滌水帶入母液硫酸帶入熱量氨汽帶入熱量煤氣帶入熱量煤氣帶出熱量結(jié)晶母液帶出熱量循環(huán)母液帶出熱量熱損失1)輸入熱量煤氣帶入飽和器的熱量，由煤氣帶入熱量，水汽帶入熱量和氨帶入熱量三部分組成。K)③氨帶入熱量 ===式中 ——氨帶入的熱量 KJ/h 2．11——氨的比熱 KJ/(Kg則煤氣帶入飽和器的總熱量為= ＋ ＋=＋＋＋=+2)氨汽帶入的熱量 氨汽帶入的熱量由氨帶入的熱量和水汽帶入的熱量兩部分組成。K)②水汽帶入的熱量=(＋98) =(＋98) =則氨汽帶入的熱量= ＋ =3)硫酸帶入的熱量=E=20=式中 ——濃度為78%硫酸的比熱E—硫酸的平均溫度4）洗滌水帶入的熱量（包括洗滌結(jié)晶和沖洗設(shè)備的水，水溫為60℃） =(＋50)60=式中 ——60℃時(shí)水的比熱 KJ/(Kg一般為45℃，回流母液量為硫銨產(chǎn)量的10倍，則=4510X=4510=(Kg7）化學(xué)反應(yīng)熱①硫酸的中和熱（1 Kgmol的硫銨但是結(jié)晶熱為10886 KJ/h）KJ/h③硫酸的稀釋熱（100% KJ/Kg外徑的高度，煤氣在飽和器內(nèi)的停留時(shí)間大約為13S飽和器內(nèi)的煤氣的體積為：。則硫酸銨的液體體積為 ， 下筒體計(jì)算：循環(huán)母液通過降液管從結(jié)晶室的底部上返，攪拌母液，晶核不斷生成和長大，同時(shí)顆粒分級(jí)。封頭高h(yuǎn)=飽和器總高度H=+++=。