【正文】 ...........................................................................68參考文獻 ......................................................................................................................69附錄 A....................................................................................................................70英文文獻 ......................................................................................................................70附錄 B ....................................................................................................................75英文翻譯 ......................................................................................................................751 緒論 煤化工生產(chǎn)的國內(nèi)外現(xiàn)狀煤焦油行業(yè)是一個比較傳統(tǒng)的行業(yè)，盡管近 30 年來受到石油化工行業(yè)的激烈競爭，煤焦油行業(yè)仍然具有較大的發(fā)展?jié)摿?，尤其近幾年來隨著新材料和鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，煤焦油資源的高效利用再度引起人們的重視。我國煤焦油年產(chǎn)量約為 500—600 萬噸，加工能力約為 450 萬噸，在建、擴建、擬建項目能力約為 200 萬噸。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和對環(huán)境保護要求的日益提高，煤焦油的深加工成為一個亟待解決的課題。生產(chǎn)規(guī)模日本、德國、法國、俄羅斯等國家的單套焦油蒸餾裝置的能力都在 l0～50萬。國內(nèi)單套焦油蒸餾裝置有0．6，1．2，3，5，7．5，5，10，15 萬噸／年各種規(guī)模。 。工藝流程國內(nèi)外焦油蒸餾的工藝大同小異，都是脫水、分餾，但國外的工藝比國內(nèi)要多樣化。只要對國內(nèi)工藝的設(shè)備、儀表控制、能量利用方面做一些改進工作，就能夠變成先進和實用的工藝。在廢水、廢渣的處理上國內(nèi)外所采取的措施基本相同，所不同的是國內(nèi)處理后的指標(biāo)要差一點。國外焦油廠收集這部分廢氣，并集中到洗滌塔，凈化、降溫后送管式爐焚燒。而國內(nèi)只有個別焦油加工裝置對放散氣進行集中收集處理，大部分裝置都是自由放散。節(jié)能水平節(jié)能降耗是裝置的重要指標(biāo)。隨著國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，多使用電，減少水、蒸汽和煤氣的消耗是一個必然趨勢。而引進的煤焦油蒸餾裝置有如下特點：采用連續(xù)脫水脫輕油，餾分塔為減壓操作，塔頂采出酚油、壓力為 13．3 kPa，塔底為軟化點為 65℃的軟瀝青；采用方箱管式爐，出口焦油溫度為 330℃；余熱利用好，其中，軟瀝青與焦油換熱、各餾分采用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生 0．3 MPa 的低壓蒸汽；餾分塔塔頂?shù)挠推捎每諝饫淠鋮s器，并為減壓操作，可節(jié)能約 15％一 50％；減壓抽出的尾氣與分離酚水均送往管式爐焚燒；餾分塔材質(zhì)選用抗腐蝕低碳合金鋼。在國內(nèi)，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于各個生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域。2022 年中國煤焦油需求量約為 3Mt／a，預(yù)計到 2022 年的需求量約為 ／a，生產(chǎn)能力將有望達到 ／a 。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)濟的發(fā)展已開始走上持續(xù)發(fā)展的軌道。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)濟地位又有了更新的認識。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。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]。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。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)境保護好。 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計主要完成年處理 16 與主要設(shè)備進行物料衡算，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。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。 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，密度通常在之間，閃點 100℃，具有特殊臭味，煤焦油又稱焦油。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。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~。酚油餾份：為 170~210℃前的餾分，產(chǎn)率為 ~%，比重為 ~。萘油餾份：為 210～230℃的餾份，產(chǎn)率為 10～13%，比重為 ～。洗油餾份：為 230～300℃餾份，產(chǎn)率為 ～%，比重為 ～。Ⅰ蒽油餾份：為 280～360℃餾份，產(chǎn)率為 16～22%，比重 ～。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%。 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管式爐的加熱方式。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℃后進入 1 次蒸發(fā)器。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)器進行閃蒸，分離成鎦份的混合蒸汽和液體瀝青。從 2 次蒸發(fā)器頂逸出的餾份混合蒸汽進入蒽塔進料塔板，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。蒽塔頂用洗油打回流。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。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。從而得到分離開的輕、重組分，重組分為瀝青，輕組分可通過進一步的精餾得到多種產(chǎn)品。 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。煙氣沿著輻射室上升到對流室，溫度降到 700~900℃。油品則先進入對流管再進入輻射管，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。由于火焰溫度很高(最高處可達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。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。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。有時則利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。 [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行裂解和焦化反應(yīng)。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。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。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。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。從熱負荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護，這是因為輻射管不能太長，加大爐膛直徑又會提高造價。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。由于燃燒完全，過?？諝庀禂?shù)小，爐子熱效率較高。從生產(chǎn)實踐和經(jīng)濟條件方面來選擇管式爐。 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。（1）泡罩塔盤泡罩塔盤是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔盤之一。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入升氣管，再經(jīng)泡罩的條形孔流散到液體中。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。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。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]。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。具有較高的生產(chǎn)能力，適用于大型生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，安裝維護麻煩；氣相壓降較大，但若在常或加壓下操作，這并不是主要問題。geWQ??= ?=4160千卡 /標(biāo)米 3=17389千焦/ 標(biāo)米 3燃燒所需空氣量%濕煤氣組成（體積%）：CO2 CmHn O2 CO H2 CH4 N2 H2O 在760毫米汞柱下煤氣中的飽和水蒸汽壓力溫度 ℃ 壓力 mmHg 溫度℃ 壓力mmHg 溫度℃ 壓力mmHg 溫度℃ 壓力mmHg0 11 22 33 1 12 23 34 2 13 24 35 3 14 25 36 4 15 26 37 5 16 27 38 6 17 28 39 7 18 29 40 8 19 30 41 9 20 31 42 10 21 32 43 焦?fàn)t煤氣各組成的發(fā)熱量（千卡/標(biāo)米 3）氣體名稱 高熱值 低熱值 氣體名稱 高熱值 低熱值CO 3018 3018 C6H6 34910 33504H2 3052 2581 CmHn 17430 16375CH4 9500 8558 H2S 6063 5593C2H4 15057 14120 C3H6 21955 20550燃燒過程計算，燃燒1標(biāo)米 3的濕煤氣的理論需氧量為：= 3 以100米 3濕煤氣為基準(zhǔn)的計算結(jié)果廢棄組成 米 3濕煤氣組 成含量體積%焦?fàn)t煤氣可燃成分的燃燒反應(yīng)式理論需氧量 米 3 CO2 H2O N2CO2 — — — —O2 — — — — —CmHn C2H4+3O2→2CO 2+2H2O —CO CO+ 1/2O2→ CO2 — —CH4 CH4+2O2→CO 2+2H2O —H2 H2+ 1/2O2→H 2O — —N2 — — — — H2O — — — — —合 計 100 當(dāng)空氣過剩系數(shù)α =：= 3/標(biāo)米 3濕煤氣；當(dāng)空氣過剩系數(shù)α =：= 3/標(biāo)米 3濕煤氣；未參加燃燒的過剩氧量為：當(dāng)α= 時，= 標(biāo)米 3/標(biāo)米 3濕煤氣；當(dāng)α= 時，= 標(biāo)米 3/標(biāo)