粗苯工段毕业设计.doc

中国矿业大学2013届进修生毕业设计 第92页1 绪论1.1炼焦煤气中回收苯族烃的意义中国是一个以煤炭为主的能源大国，在世界煤炭储量中的仅次于美国而居世界第二。煤除了燃烧提供热量外，还可以经过综合加工利用，生产出各种化工产品。粗苯是干馏过程中分解产生的芳香烃化合物中分子量较低的部分,其产率占炼焦干煤装入量的0.8%1.4%。荒煤气中的粗苯含量一般为2545g标m，它在荒煤气中的体积比约为1%。目前，焦化工业生产的苯类产品仍占有重要地位，因此，必须从焦炉炼气中回收粗苯。 粗苯中除了主要的苯类物质以外，还有不饱和的化合物和硫化物，这是由于从煤气中回收粗苯的同时，煤气中的烯烃、no等的胶质生成物及有机硫化合物也一同进入了粗苯中。苯族烃经回收深加工后，可得到轻苯、重苯、精苯、甲苯、二甲苯、溶剂油等产品。甲苯、二甲苯、三甲苯、乙基甲苯、古马隆、茚、噻吩、酚类这些产品具有极为广泛的用途，是塑料合成纤维、合成橡胶、染料、涂料、医药、耐高温材料及国防工业极为宝贵的原料。近年来，由于石油化学工业的迅速发展，可以提供苯类，苯酚类等产品，对煤炼焦化学工业产生了巨大的影响，但是焦化工业提供的许多种芳香族化合物和杂环化合物是石油化学工业所不能代替的，它们不可能或者不能经济的从石油加工过程中获得，今后这类产品主要依赖炼焦化学产品的吸收与加工，因此这些化学产品对综合利用煤炭资源和我国社会主义经济建设有着重要意义。为了便于说明将煤炭炼焦时的产品如下：(单位：g/nm) 1.2粗苯的性质粗苯是多种芳烃族和其它多种碳氢化合物组成的复杂混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等。此外，还含有一些不饱和化合物，硫化物及少量的酚类和吡啶碱类。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚有少量轻质馏分掺杂在其中。粗苯是淡黄色的透明液体，比水轻，不溶于水。在贮存时，由于轻质不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶于粗苯使其着色并很快地变暗。在常温下，粗苯的比重是0.820.92kg/l。粗苯是易燃易爆物质，闪点12。 粗苯蒸汽在空中的浓度达到1.47.5%(体积)范围内时即形成爆炸性的混合物。故要求工段严禁烟火，并对电动机加以防爆。粗苯质量的好坏以实验室蒸馏时180前蒸馏出量的百分数来确定，粗苯的沸点范围是75200，180前馏出量越多，粗苯质量越好；若在180后的馏出物则为溶剂油。一般要求粗苯在180前馏出量达93%-95%，粗苯中除了主要的苯类物质之外，还有饱和化合物和硫化物，这是由于从煤气中回收粗苯的同时，煤气中的烯烃，一氧化碳等等的胶质生成物及有机硫化合物也一同进入了粗苯中。粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解的程度。粗苯各组成的平均含量如表11。此外，粗苯中酚类的含量通常在0.11.0%之间，吡啶碱类的含量不超过0.5%。当硫铵工段从煤气回收吡啶碱类时，则粗苯中的吡啶碱类含量不超过0.01%。各产品的质量指标见表11、12、13。 粗苯各组分平均含量表 11组 分分 子 式含 量备 注苯5575甲苯1122二甲苯2.56同分异构体及乙基苯三甲苯和乙基甲苯12同分异构体总和不饱和化合物，其中：712环戊二烯0.61.0苯乙烯0.51.0苯并呋喃1.02.0包括同系物茚1.52.5硫化物， 其中：0.31.8按硫计二硫化碳0.31.4噻吩0.21.6饱合物0.61.5 粗苯和轻苯的质量指标 表1-2指标名称加工用粗苯溶剂用粗苯轻 苯外观黄色透明液体比重，d40.8710.900.9000.880馏程：75前馏出量，v%3180前馏出量，wt%9391馏出96%(v%)的温度，150水分室温(1825)下目测无可见不溶解的水 重苯和重质苯的质量指标 表1-3 指标名称重 苯(参考指标)重质苯(yb 30364)一级二级比重d40.910.980.910.980.910.98馏程：初馏点，139160160150前馏出量，wt%10200前馏出量，wt%508580水分，wt%0.50.5 为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如下性能：(1) 常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使粗苯很好的分离出来；(2) 有足够的化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定；(3) 在吸收操作温度下，不应析出固体沉淀物；(4) 易与水分离，且不生成乳化物；(5) 有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。1.3 设计任务书1.3.1设计题目：250孔jnd62506焦炉配套粗苯回收工段设计要求： (1)工艺论证；(2)主要设备计算和选型；(3)绘制带控制点工艺流程图、设备平面布置图、管道平面和立面布置图和一张主要设备图(与自己的设备计算尺寸一致)，图纸均用用autocad绘制；(4)编制设计说明书；(5)按250孔jnd625-06焦炉配套规模进行计算。1.3.2计算条件：1.苯回收率： 1.2%（占干煤重量）2.硫铵工段来煤气温度/饱和温度58/50： 3.终冷温度：234. jnd625-06捣固焦炉参数：由焦耐院设计，系双联火道、废气循环、下喷、复热式侧装捣固煤饼焦炉。 炭化室平均宽530mm，炭化室有效容积：51.4m3；设计结焦时间(可作为周转时间)：24.5小时；每孔干煤量45.6t；每孔年产焦炭量12000t；1.3.3设计条件:本设计在设计过程中，参考了徐州焦化厂的粗苯工段工艺。 厂址：东经11718，北纬3417，海拔高度34米徐州的气象条件如下： 本地区属暖温带半湿润季风性气候，四季分明，常年主导风向为东风、东北风， 徐州地区的气候特征 表1-4指标数值最大风速23.4m/s最大平均风速19.3m/s极端最高气温40.6(1927.6.11)年平均气温14极端最低气温-22.6海拔高度34m室外计算干球温度冬季采暖-6冬季通风-1夏季通风31大气压力冬季767mmhg夏季751mmhg最高地下水位1.251.75m平均相对湿度71%最大积雪厚度25cm土壤耐压力(砂质黏土)12t/m2地下水质地下水质对硅酸盐水泥混凝土无侵蚀作用。 2 粗苯工段的工艺论证及工艺选择焦炉煤气经硫铵工段脱除氨后进入粗苯工段,在此进行苯族烃的回收。粗苯工段的主要任务是将煤气进行煤气终冷除萘、吸收苯族烃和脱苯三个工序。下面分别进行对完成这三响任务的工艺论证。2.1煤气的终冷及洗萘工艺 高温炼焦时，炼焦荒煤气中萘含量一般为812g/nm3，其中绝大部分溶于集管及初冷器冷凝焦油中。 在生产硫氨的回收工艺中，出饱和器进入粗苯工段的煤气温度通常为55左右，而回收煤气中苯族烃的适宜温度为25左右，因此在回收苯族烃之前煤气要进行冷却。煤气中的萘很容易结晶析出，在焦炉气冷却和部分水蒸气冷凝的同时，尚有萘从煤气析出，因此煤气终冷的同时应考虑到如何除萘。目前，我国焦化厂采用的煤气终冷及除萘的工艺主要有四种：煤气终冷和机械化除萘工艺；煤气终冷和焦油洗萘工艺；油洗萘和煤气终冷工艺；横管终冷喷洒轻焦油洗萘工艺。2.1.1煤气终冷及洗萘工艺： 工艺流程见图2-1： 图2-1 煤气终冷和机械化除萘工艺流程 1-煤气终冷塔 2-机械化刮萘槽 3-萘扬液槽 4-终冷循环水泵 5-凉水架 6-循环水冷却器 来自硫铵工段煤气在终冷塔内自下而上流动,在流动过程中与隔板孔眼喷淋而下的循环冷却水流密切接触，从5560冷却至2227。煤气冷却的同时，部分水汽被冷凝下来，同时还有相当数量的萘也从煤气中析出，并被水冲洗下来,煤气含萘量可从20003000mg/nm，降到8001200mg/nm。冷却后的煤气去洗苯塔脱苯。 含萘冷却水由塔底经水封管自流入机械化刮萘槽，水和萘在槽中分离后，水自流入凉水架冷却到3032，再由泵抽送经冷却器冷却到25左右回终冷塔循环使用。 在刮萘槽中积聚的萘,定期用水蒸气间接加热熔化后流入萘的扬液槽，再用水蒸气定期压送到焦油槽或焦油氨水澄清槽。亦可用冷凝工段的热氨水或初冷冷凝液来熔萘，熔萘后的冷凝液自流回冷凝鼓风工段，这样既简化了操作又改善了劳动条件。该流程的优点是操作稳定，便于管理。缺点是该工艺流程的除萘率受冷却水温的影响，除萘率较低，故塔后的煤气含萘量较高；终冷水和萘不能充分分离，部分萘被水带到凉水架，增加了凉水架清扫工作，因其排污水量大，刮萘槽结构复杂且苯重，基建费高，操作环境差。该洗萘法仅用于硫铵生产工序之后，仅有一些老焦化厂仍然采用。2.1.2煤气终冷和焦油洗萘工艺：在煤气终冷和机械化除萘工艺中，除萘率较低，塔后的煤气含萘量较高，且基建费用高操作环境差，故有些新焦化厂采用煤气终冷和焦油洗萘的工艺方法，工艺流程见图2-2： 图2-2 煤气终冷和焦油洗萘工艺 1-煤气终冷塔 2-循环水泵 3-焦油循环泵 4-焦油槽 5-水澄清槽 6-液位调节器 7-循环水冷却器 8-焦油泵煤气在终冷塔内的过程同前所述。含萘冷却水从终冷塔底部流出，经液封管导入终冷塔下面的焦油洗萘器底部并向上流动。热焦油经伸入器的分布管均匀喷洒在筛板上，通过筛板孔眼向下流动，在与水逆流接触过程中将水中含萘量降到800mg/nm以下。洗萘后的焦油从洗萘器下部排出，经液位调节器流入焦油槽。焦油在循环使用一段时间后，经加热静止脱水再用泵送至焦油车间加工处理，送空的焦油槽再接受冷鼓工段的新鲜焦油以备循环洗萘使用。从洗萘器上部流出的水进入水澄清槽，分离出残余焦油后，自流到凉水架。分离出的焦油及浮在水面上的油类、萘等混合物自流到焦油槽。热焦油洗萘主要操作制度：（1） 洗萘器焦油入口温度8090；（2） 洗萘器焦油出口温度7080；（3） 洗萘器焦油用量约为终冷水量5；（4） 每台贮槽焦油循环使用时间为24h。该流程的优点是不仅可以把冷却水中的萘几乎全部清除，而且对水中的酚有一定萃取作用，减少凉水架的清扫工作，有利于冷却水的进一步处理。缺点是操作复杂，出口煤气含萘量高，用水量大，后期仍需进行污水处理。2.1.3油洗萘和煤气终冷工艺：工艺流程见图2-3： 图2-3 油洗萘和煤气终冷工艺流程 1-洗萘塔 2-加热器 3-富油泵 4-含萘富油泵 5-煤气终冷塔 6-循环水冷却器 7-热水泵 8、9-循环水泵 10-热水池 11-冷水池饱和器来的5560的煤气进入木格填料洗萘塔底部，塔顶喷洒温度为5570的洗苯富油进行洗萘。富油进塔温度比煤气温度高5-7，使煤气含萘可由20002500mg/nm降到500800mg/nm。除萘后的煤气进入终冷塔，该塔为隔板式，分两段。上段用从凉水架来的循环水冷却至2023的循环水喷淋，将煤气再冷却25左右，额外水从终冷塔底部经水封管流入热水池；然后用泵送至凉水架，经冷却后自流入冷水池。再用泵送至终冷冷塔的上下两端，送往上端的水须于间冷器用低温水冷却，由于终冷器只是为了冷却煤气，所以终冷循环水量可减至2.53吨/1000标米煤气。该流程的优点是塔后煤气含萘量要比前两种工艺流程效果好，而且用水量为水洗萘的一半，因而可减少含酚污水的排放量。缺点是该流程油洗萘在较为高的温度下进行，塔后煤气含萘量仍较高，煤气温度波动；操作复杂，洗油耗量大，脱苯困难，仍需进行污水处理。2.1.4横管终冷轻质焦油洗萘工艺：工艺流程见图2-4 ：图2-4 轻质焦油终冷洗萘工艺流程1-终冷塔 2-新焦油槽 3-溢流槽 4-焦油泵 5-循环泵 该工艺流程见图，煤气的终冷和除萘都在横管终冷塔进行，煤气从上部导入终冷洗萘塔，从终冷塔下部导出，而水从下往上与煤气逆流而行，且与煤气是间接接触，煤气中遇冷段内，冷却到2426后进入吸收段的上部，循环喷洒轻质焦油除萘，净化后的煤气进入捕雾器除去其所夹带动焦油雾滴，捕雾后的煤气进入洗苯塔。 为使循环轻质焦油中的萘含量保持稳定，在轻质焦油由泵送入循环槽的同时，从循环槽的压出管引出相同的数量的焦油连续送往机械化氨水澄清槽，在送往焦油车间处理。 横管终冷洗萘是冷却水和煤气间接接触，因而它有很多优点： 1、此工艺不仅对煤气中的萘的脱除率高，而且冷却效果非常好。出口煤气约22左右，煤气含萘量大约在350-450mg/nm。 2、无须洗油，只须自产轻质焦油，节约洗油耗量；煤气中的萘直接转入焦油，降低了萘的损失。 3、该系统阻力小；操作维护简便；无污染；占地面积小，基建费用少。 4、由于煤气冷却不直接与水接触，所以无含酚污水的处理。综合上述四种工艺，通过比较，横管终冷洗萘工艺解决了前几种工艺流程中存在的废水多，含萘高的问题，因此本设计采用第四种方法即：横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺。2.2洗苯工艺2.2.1 洗苯方法及选择：目前，国内外焦化厂主要采用洗油吸收法回收煤气中的苯族烃，经过终冷的煤气温度降至2227，然后进入洗苯塔回收苯族烃，回收方法大致分为下列三种：1、洗油吸收法：洗油吸收煤气中的苯族烃为典型的物理吸收，是在洗涤塔中回收煤气中的苯族烃。将吸收了苯族烃的洗油(富油)送至脱苯塔蒸馏装置中，以提取粗苯。脱苯后的洗油(贫油)冷却后重新送至洗涤塔循环使用。洗油吸收法又分为常压吸收法和加压吸收法。加压吸收法可强化生产过程，适于煤气在远距离或用作合成氨厂原料的情况下采用。2、吸附法： 煤气通过具有微孔组织，接触表面很大的活性炭或硅胶等固体吸附剂。苯族烃即被吸附在其表面上直至达到饱和状态。被吸附的苯族烃可用直接水蒸汽进行提取。 用活性炭吸附剂可将煤气中的苯族烃几乎完全吸附下来。此法要求煤气净化的程度较高，加之吸附剂价格昂贵，因此在工业上的应用受到一定的限制，而多用于煤气中的苯族烃的定量分析。3、凝结法：在低温加压的情况下，使苯族烃从煤气中冷凝出来。此法比吸附法所得粗苯质量好。但煤气的压缩及冷冻过程复杂，动力消耗大，设备材质要求高。目前国内焦化厂主要采用洗油吸收法回收煤气中的苯族烃，洗油吸收法分为焦油洗油吸收法和石油吸收法，焦油洗油是高温煤焦油蒸馏时分离出的230300的馏分，其来源方便，洗苯性能优良，故多数厂采用焦油洗油吸收法。焦油洗油质量的要求见表2-1： 焦油洗油质量指标 表2-1 名 称质 量 指 标 比重()1.041.07 粘度()2 230前馏出量，v%3 300前馏出量，v%90 酚含量, v%0.5 萘含量, %13 含水量，%1.0 15结晶物无焦油洗油中含有一定量的苊，芴，氧芴等高沸点组分，适当的萘含量以及与其生成低熔点的共熔混合物，因此，洗油中存在一定数量的萘，有助于防止洗油中固体沉淀物的析出。洗油中含酚量易于水形成乳化物，且酚的存在可使洗油变稠，因此，需严格控制洗油中的含酚量。石油洗油即为轻柴油，其质量指标见表2-2，其平均分子量大于焦油洗油，故洗苯能力较差，但吸萘能力比焦油洗油强，可使塔后煤气中的萘脱至0.15g/n m3以下。由于石油洗油吸苯能力差，故生产中洗油循环量大。在洗油循环过程中会形成不溶性的油渣，易堵塞换热设备。 石油洗油质量指标见表 表2-2名 称质 量 指 标比重()0.89粘度()1.5蒸馏实验初溜点，265350前馏出量，%95凝固点， 10含水量，%0.2固体杂质无 为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油具有如下性能：常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使粗苯很好的分离出来。有足够的化学稳定性，即在长期使用中吸收能力基本稳定。. 在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物。. 易于与水分离，且不生成乳蚀物。. 有较好的流动性，易于用泵抽送并能在调料上均匀分布。由于石油洗苯工艺流程缺点较多，分别选型上存在难题，故一般不采用它，而多采用第一种工艺流程。本设计就采用焦油洗油回收粗苯工艺。2.2.2工艺流程：用焦油洗油回收煤气中的粗苯的方法，所用的洗苯塔有多种型式，但工艺流程基本一致。见图2-5： 图2-5 洗苯工艺流程图1-填料洗苯塔 2-富油泵 3-贫油中间槽 4-贫油冷却器煤气经最终冷却到2227后，进入洗苯塔内与逆向流动的洗油接触。塔前的煤气含粗苯为3240克/标m3，塔后的煤气中含粗苯低于2克/标m3。从脱苯工序来的贫油，含粗苯0.20.4%，进入贫油槽，用贫油泵进入洗苯塔顶部，从塔顶喷淋而下，含苯量增至2.5%左右，排入富油接受槽，用富油泵将富油从塔底抽出，送往脱苯工序。脱苯后的贫油经冷却后送回贫油槽循环使用。本设计所选用的就是这种工艺流程，但洗苯塔有多种形式，如木格填料塔，塑料花环填料塔，钢板网填料塔等，选择合适的填料是值得研究的。2.2.3洗苯塔选型：目前，我国焦化厂采用的洗苯塔主要是填料塔、板式塔和空喷塔。（一） 填料塔该塔是应用较早，较广泛的一种塔。塔内填料的形式较多，包括木格填料、金属螺旋填料、帖拉累托填料、钢板网填料以及塑料花环填料等。（1）木格填料塔木格填料塔是使用历史最长、最普遍的一种塔型。该塔阻力小，操作稳定可靠，但由于该塔存在生产能力小，设备庞大苯重，投资和操作费用高及木材耗量大等缺点，因此已被其他塔所取代。（5） 金属螺旋填料塔金属螺旋填料塔采用钢带或钢丝绕成，其比表面积大、重度小；由于形状复杂，填料层的持液量大，因此吸收剂与煤气接触时间较长；又由于煤气通过填料时搅动激烈，因而吸收率较高。但难于制造，价格昂贵。 （3）帖拉累托填料塔 帖拉累托填料是由聚丙烯制成的一种新型填料，其堆积重度小，比表面积大，价格便宜，效率高，阻力小，动力消耗低。但是操作难于稳定，该塔国外采用较多。 （4）钢板填料塔该塔型与木格填料塔相比，具有比表面积大，吸收率高，阻力小，动力消耗低等优点，但是其制造麻烦，价格昂贵，处理能力小。（5）塑料花环填料塔塑料花环填料是具有比表面积大，空隙率高，阻力小，处理能力大，液体分布好，润湿率高的新型填料。该填料塔处理能力大，阻力小，效率高，投资省，占地少，节能耗，并且制造安装容易，操作方便，是国家要求推广的高效塔型。国内生产的三种型号的花环填料规格如表2-3所示。表2-3 国内生产的三种型号的花环填料规格型号外径cm内厚环数高cm容量kg/m3空隙率%比表面积填充数10m3使用温度hx14733919111881853.25120hz173341227.5102891278120hd1953612378890943120（二） 板式塔主要是穿流式筛板塔，气液两相同时经由塔板上的一些孔道穿流通过。该塔容易实现最佳流体力学条件，即增加气相与液相的接触面积，提高两相的湍流程度，迅速更新两相界面，以减少其扩散阻力。该种塔结构简单，易于制造，生产能力大，投资省，节省材料，且安装检修方便。但是塔板的效率受负荷变动的影响较大。(三) 空喷塔一般为多段喷洒，每段下部均设有煤气分布器，相邻两断摄影煤气通过锥形的伞罩，底部设有很多份额喷嘴组成的洗油喷洒装置，其上设有备用的中央喷嘴，从顶端喷洒下来的洗油经降液管引到下段，洗油从第二段起采用循环喷洒。其循环量为正常喷洒量的两倍。用空喷塔洗苯具有投资省、处理能力强，阻力小，不堵塞。但是其洗苯效率低，塔后煤气含苯高，洗油循环量大，动力消耗大。表2-4 各种形式洗苯塔比较塔形使用厂家规模万吨/年塔径m塔高m台数每台重量t泵数阀门个数总容积比总占地出总投资出总重量比总阻力pa木格填料邯钢603.5273833941.9733.682000浮动喷射板济钢603.523135131.02710.71.17000钢板网填料新余603.535254263.5721.63.51000日本空喷塔宝钢1086.24432101297733.571500西德钢板阀宣钢903.8511198134.4712.64.41200日本花环填料户烟602.8272_26_7271.5_1100国产花环填料济钢603.22.71311_11116000煤气经最终冷却到2227，含苯族烃为2540克/标m3煤气，依次进入三个洗苯塔在塔内与逆向流动的洗油接触后 ，从最后的洗苯塔出来的煤气中苯族烃的含量要求低于2克/标m3。洗苯塔的煤气直接回脱硫后回焦炉供加热使用及作冶金工厂的其他燃料。含粗苯为0. 20.4%的贫油，由洗油槽用泵送往洗苯塔顶，并依次经过各塔后，含苯量增至2.5%，此含苯富油从塔底经u型管排入接受槽。由此，再用泵送往脱苯工序，脱苯后的贫油经冷却后再回贫油槽供循环使用。在最后一个洗苯塔的喷头上部射捕雾层，以捕集被煤气带走的油滴，减少洗油的损失，也避免了洗油进入煤气。用洗油回收煤气中的粗苯的方法，所用的洗苯塔有多种形式，但工艺流程基本一样，塑料花环填料塔回收粗苯的工艺流程，见图2-6：热水冷水煤气煤气去分缩器1 2345 图2-6 塑料花环填料塔回收粗苯的工艺流程图1-富油泵 2-塑料花环洗苯塔 3-贫油槽 4 贫油冷却器 5贫油槽洗苯塔底部为洗油接受槽，用钢板与煤气部分隔开，从塔顶下来的洗油经u 型管流入该槽，u型管内有一定的液位，足以封位煤气，阻止它进入油槽从放散管溢出。洗苯塔喷头上方设置捕雾器，以捕集的油滴，减少洗油损失，塔顶还有一个喷口，以清洗捕雾层。 因此本设计的洗苯塔选用塑料花环填料塔。2.2.4粗苯回收原理及影响因素：1. 洗油回收粗苯的原理：用洗油吸收煤气中的苯族烃是物理吸收过程，服从亨利定律和道尔顿分压定律，当煤气中苯族烃的分压大于洗油液面上苯族烃的平衡蒸汽压时，煤气中的苯族烃会被洗油吸收，两者的差值越大，则吸收过程进行得越容易，吸收速率也越快。在流体流速不大的情况下，此吸收过程的机理建立在双膜理论上，即两相接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞留膜层，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层；在相界面处，气液两相达到平衡；扩散过程的阻力等于气膜和液膜的阻力之和，这个阻力的大小也就决定了吸收速率的大小。吸收剂的性质、温度、吸收设备的构造及吸收过程进行的条件对吸收速率有影响。2. 影响粗苯吸收的因素在吸收过程中，如果吸收系数比较大，那么进入液相的量也较大，也就是说吸收进行的完全。为此，我们通过气相进入液相的量的多少来讨论回收进行的程度。煤气中的苯族烃在洗苯塔被回收的程度称为回收率。回收率是评价洗苯操作的重要指标，可按下式表示：=1-a2/a1 式中：-粗苯回收率，% a1，a2洗苯塔入口，出口煤气中苯含量，克/标米。 回收率的大小取决于下列因素：煤气和洗油中苯族烃的含量；煤气流速几其压力；洗油循环量及其分子量；吸收温度；洗苯塔的构造，对填料塔则为填料表面积及其特性等。现分述如下：(1) 吸收温度的影响 吸收温度指洗苯塔内气体液体两相接触面的平均温度，它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度的影响。 吸收温度是通过吸收系数和吸收推动力的变化而影响粗苯回收率的。吸收温度增高，吸收系数有些增大，但不显著。当煤气中苯族烃的含量一定时，温度愈低，洗油中与其呈平衡的粗苯含量愈高；因而当提高温度时，洗油中与其呈平衡的粗苯含量愈低，因此温度升高，吸收推动力随之减小。吸收温度不宜过高，也不宜过低。适宜为25左右，实际操作温度波动于2030之间。(2) 洗油的分子量及循环油量的影响 当其它条件一定时，洗油的分子量变小将使洗油中粗苯含量变大，即吸收得愈好。但洗油的分子量也不宜过小，否则洗油在吸收过程中损失较大，并在脱苯蒸馏时不易与粗苯分离。 增加循环洗油量可降低洗油中粗苯的含量，增加气液间的吸收推动力，从而提高粗苯回收率。但循环洗油量也不易过大，以免过多增加电、蒸汽耗量和冷却用水量。(3) 贫油含苯量的影响贫油含苯量是决定塔后煤气含苯量的主要因素之一。其它条件一定时，入塔贫油中粗苯含量愈高，则塔后损失愈大。现行规定塔后煤气中粗苯含量低于2g/m。如果一度降低贫油中的粗苯含量，虽有助于降低塔后损失，但将增加脱苯蒸汽时的水蒸汽耗量，使粗苯180前馏出率降低，即相应增加粗苯中溶剂油的生成量，并使洗油的耗量增加。(4) 吸收表面积的影响填料的表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收过程进行得也愈完全。(5) 煤气压力和流速的影响煤气压力增大时，其扩散系数随压力的增加而减小，因而使吸收系数降低。但随煤气压力的增加，煤气中苯族烃的分压将成比例地增加，从而使吸收推动力迅速增加，吸收速率也将增大。煤气速度的增大时吸收系数增大，可提高气液相接触的旋流程度和提高洗苯塔的生产能力。所以加大煤气速度可强化吸苯过程，但太大，会使洗苯塔阻力和雾沫夹带量急剧增加。2.3脱苯工艺由洗苯工序过来的含苯富油需进行脱苯。用一般蒸馏的方法可以把富油中的粗苯蒸出来 。但为达到需要的脱苯程度，则需将富油加热到250300，在这么高的温度下，粗苯损失增加，洗油分子量增大，质量变差，吸收率下降，这在实际上是不可行的，但为了降低脱苯蒸馏的温度，工业上可采用水蒸汽蒸馏法或真空蒸馏法。由于水蒸汽蒸馏具有操作简便，经济可靠等优点，我国焦化厂均采用水蒸汽蒸馏法脱苯，或称气提法脱苯。按照富油的加热方式的不同，可分为蒸汽加热法和管式炉加热法两种。按照粗苯产品又可分为生产一种苯的方法和生产两种苯的方法。本设计任务是生产一种苯，下面将蒸汽加热和管式炉加热生产一种苯的方法分别加以介绍。2.3.1脱苯方法：1. 蒸汽加热法生产一种苯的工艺流程如图2-7所示： 图2-7 生产一种苯的工艺流程(蒸汽加热富油脱苯)1-贫油冷却器 2-贫富油换热器 3-预热器 4-再生器 5-热贫油槽 6-脱苯塔 7-重分缩油分离器 8-轻分缩油分离器 9-分凝器 10-冷凝冷却器 11-粗苯分离器 12-控制分离器 13-粗苯槽 14-残渣槽 15-控制分离器 由图可知，由洗涤(洗苯)工序来的富油，在分缩器下面的三格中，被脱苯塔顶溢出来的蒸汽加热至7080，然后进入贫富油换热器，被来自脱苯塔底的温度为130140的热贫油加热至90100，最后在富油预热器中用大于8kgf/cm2的间接蒸汽加热到135145后，在从脱苯塔的第十四 层塔板进入塔内。富油在脱苯塔内逐板向下溢流，在由塔底进入的直接蒸汽的蒸吹作用下，富油中绝大部分粗苯，洗油部分轻质馏分及萘，从洗油中蒸出来，同一定量的水蒸气从塔顶逸出。水蒸汽温度比富油的预热温度相差约12得油气和水汽混合物，进入分缩器顶上一格用冷水冷却，使大部分洗油气和水汽冷凝下来，从分缩器顶部逸出的即为粗苯蒸汽。为得到合格的粗苯产品，可用冷却水量控制分缩器顶部蒸汽温度，使其在8689的范围内。由分缩器顶部逸出的粗苯蒸汽进入蒸汽冷凝冷却器，在此用冷水冷凝冷却到常温2530，再进入粗苯分离器，将水分分离出后即进入粗苯贮槽，并定期用产品泵送往粗笨精制车间加工或出售。进入分缩器的油气和水汽混合物，在分缩器底部两个所形成的冷凝液实施油气中的重馏分，即重分缩油。轻重分缩油分别进分缩器，在与分水分离后兑入富油中并一起送往脱苯塔。 在三个油水分离器，排出的分离水均进入控制分离器进一步分离，以减少洗油的损失。从脱苯塔底排出的贫油温度比富油的预热温度约低35(130140)热贫油子流入贫富有换热器，与富油换热并被冷却至110120后，再回到脱苯塔底的热贫油槽中，在此用热贫油泵送到喷淋式贫油冷却器冷却至2530后，在送往洗苯塔循环洗苯。由于洗油在循环使用的过程中质量会变差，为保持循环洗油的质量，将循环油量的12%由富油入塔前的管路或脱苯塔加料板以下的一块塔板处引入洗油再生器再生，洗油被1012kgf/cm2的间接蒸汽加热至160180，并用过热直接蒸汽直接蒸吹，从再生器顶部蒸吹出来的混合蒸汽进入脱苯塔底部，作为脱苯塔的热源，再生器底部的高沸点聚合物及油渣成为残渣油。可以靠设备内部蒸汽压力间歇地或连续地排至残渣油槽。从再生器排出的残渣油300前的馏出量要求低于40%，若馏出量过高会大大增加洗油耗量。洗油再生器操作效果对洗油耗量有较大的影响，在洗苯塔捕雾及油水分离均良好的情况下，如洗油再生器操作正常，则生产每吨180前的粗苯的焦油洗油耗量应为50kg,石油洗油的耗量较高约为50100kg。洗油消耗量是衡量脱苯工段操作好坏的最重要指标之一。2、管式炉加热法生产一种苯的工艺： 图2-8生产一种苯的工艺流程(管式炉加热富油脱苯)1-脱水塔 2-管式炉3-再生器4-脱苯塔5-脱苯塔油水分离器6-油气换热器7-冷凝冷却器 8-富油泵 9-贫富有换热器 1 0-贫油泵 11-贫油冷却器12-粗苯分离器 13-回流槽 14-控制分离器 15-回流泵 16-粗苯泵17-萘油泵 18-残渣槽 19-粗苯产品回收泵 20-萘油泵 21-残油泵由图可知，从洗涤工序来的富油先进入油气换热器，被从脱苯塔来的气体加热至7080，然后入贫富油换热器，被热贫油加热后进入管式炉。加热到180190的富油从第14层板进入脱苯塔上部。热贫油从脱苯塔底部经贫富油换热器自流入脱苯塔下部的热贫油槽，温度120左右，然后用泵送到贫油冷却器到2530送回洗苯塔循环使用。从脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽，进入油气换热器，温度从170180，降到90左右，部分水蒸汽被冷凝下来，然后进入冷凝冷却器，粗苯和水从冷凝冷却器下部流入油水分离器进行分离。从油水分离器出来的粗苯进入粗苯储槽，部分粗笨回流到脱苯塔顶部，其余粗苯从回流槽顶部流入粗苯中间槽，再送往成品贮槽。为保证洗油质量，从管式炉加热后的富油管线引出12%的富油进再生器，于此用管式炉过热至400450的蒸汽进行蒸吹。器顶排出温度为190200的水汽，油汽与粗苯汽一起进入脱苯塔，再生器底部残渣定期排放。 管式炉加热的富油脱苯工艺，因富油的加热温度高，同蒸汽法脱苯比较具有以下优点： (1)粗苯回收率高。富油在管式炉内加热至180左右，脱苯程度高，贫油中粗苯含量可降至0.1%左右，从而使粗苯的塔后损失减小，粗苯的回收率可高达9597% (2)蒸汽耗量低。每生产1吨180前的粗苯耗蒸汽约11.05t，且不受蒸汽压力波动的影响，操作稳定。 (3)酚水含量少。蒸汽法脱苯，每吨180前粗苯要产生34t工业酚水，而管式炉法只产生1.05吨以下的酚水。 (4)设备费用低。蒸汽耗量显著降低，大大缩小罗冷凝冷却和蒸馏设备的尺寸，从而使设备费用大为降低。因此，本设计选用管式炉加热法生产一种苯工艺。2.3.2脱苯原理及影响因素：1. 脱苯原理对液体混合物进行加热，只要当各组分的蒸汽分压之和达到系统总压时，混合液会沸腾蒸发。在总压一定的条件下，向脱苯蒸馏系统中通入直接水蒸气，显然可以降低蒸馏温度，即在较低的温度下，将粗苯较完全地从洗油中蒸出来。因此，直接蒸汽用量对于脱苯蒸馏操作有其重要的影响，如下： (1)贫油含苯量一定时，直接蒸汽的耗量是随着洗油预热温度的升高而减少的，一般在富油预热温度从140提高到180时，直接蒸汽的耗量可降低一半以上。(2)提高直接蒸汽的过热温度，可降低其耗用量。(3)当富油中粗苯含量较高时，在一定的预热温度下，由于粗苯的蒸汽分压较高，对于蒸出每吨180之前的粗苯，可以减少直接蒸汽耗用量。(4)在其他条件一定时，蒸汽的耗用量是随塔内总压的提高而增加的，否则若要达到所需求的脱苯程度时，塔内温度必然要高。2、影响脱苯的因素(1)富油预热温度与直接蒸汽消耗量的关系：当贫油含苯量一定时，直接蒸汽消耗量和温度随富油预热温度的升高而减小。(2)直接蒸汽温度与消耗量的关系：直接蒸汽消耗量随直接蒸汽过热温度升高而降低。(3)富油含苯量与直接蒸汽消耗量的关系：提高富油含苯量也是降低直接蒸汽消耗量的有效措施，即提高富油含苯量，可以降低粗苯直接蒸汽单耗量。(4)蒸汽法和管式炉法脱苯工艺直接蒸汽消耗量比较：在同样参数的蒸汽条件下，管式炉法与直接蒸汽法相比直接蒸汽消耗量可减少60左右。因此，采用管式炉法加热脱苯工艺，可以减少废水产生量，故应予以推广。2.4 本设计工艺详述2.4.1横管终冷轻质焦油洗萘工艺: 工艺流程见图2-4。煤气的终冷和除萘都在横管终冷塔中进行，煤气从上部导入终冷洗萘塔，温度为55左右，从终冷塔顶进入，在被横管内冷却水冷却到大约25后进入吸收段上部，煤气中毒萘被从轻质焦油循环槽来的连续喷洒的轻焦油溶解吸收。脱萘至0.45g/n m3以下后，从塔底排出，经旋风捕雾器除去大部分夹带的焦油，凝结水雾，再进入煤气总管，去洗苯塔。吸收萘后的轻质焦油，经u型管自流入塔底循环油槽，再用轻质焦油泵从塔底抽出，送至塔顶和塔中分两段进行喷洒，循环至一定含萘量后，用焦油泵从槽底抽出送到焦油工段进行处理，同时补充新焦油。18的低温水自下而上经过串联的各管箱中横管，与煤气逆流接触，与煤气塔内循环油间接接触换热升温后，从塔上部排出，各横管均有一定的斜度(纵向错开半个管箱高度)便于含萘焦油下流，避免粘附于管壁上形成热阻。2.4.2洗苯工艺: 工艺流程见图26： 从终冷器来的温度均为25的煤气，含苯族烃为2540g/n m3，从洗苯塔底部进入，与塔顶喷洒的循环洗油逆流接触后，自洗苯塔顶部送出，出塔煤气含苯低于2g/n m3。 从脱苯工序来的大约30，含苯0.20.4%的贫油被贫油泵送至洗苯塔顶喷洒，含苯量增至2.5%左右，从塔底经u型管导入塔下油槽，再用富油泵从中抽出脱苯工序去脱苯，脱苯后的贫油循环使用。当油槽液位降低时，从流油槽内用贫油泵抽取新洗油槽中的新洗油补充，以确保塔下油槽内的液位保持一定值。2.4.3脱苯工艺:工艺流程见图2-8。从洗涤工序来的富油经分缩器，在分缩器下面三格中与从脱苯塔顶来的油气混合物换热升温至7080进入贫富油换热器，再被从脱苯塔底来的热贫油加热到130140送至管式炉加热升温至180190后，进入脱苯塔顶部，与过热水蒸气逆流接触，在过热蒸汽的蒸吹作用下粗苯以气体形式蒸出脱苯。与富油换热后的贫油进入脱苯塔下热贫油槽，再用贫油泵抽至贫油冷却器冷却后到洗苯塔去循环洗苯。从脱苯塔顶出来的油气混合气进去分缩器，冷凝出轻重分缩油后进入冷凝冷却器，粗苯蒸汽冷凝冷却为粗苯液体，粗苯进入粗苯油水分离器，与水分离后进入粗苯贮槽。轻重分缩油分别进入轻、重分缩油水分离器，与水分离后送入地下槽，与富油混合后送去脱苯。将分离出的水送入控制分离器进一步分离，油进地下槽，水送去酚水架。再生器底部温度应保持在190200，脱苯用蒸汽应过热到400左右以保证再生器出口气体温度高于脱苯塔底部温度。再生器的油渣定期排入残渣槽。 3 主要设备的论证及选型3.1 洗苯塔目前，我国焦化厂采用的洗苯塔主要有空喷塔，板式塔和填料塔，下面分别加以介绍。3.1.1空喷塔:空喷塔一般为多段喷洒，每段下部均设有煤气分布器，相邻两段设有煤气通过的锥性散罩，底部设有许多个喷嘴组成的洗油喷洒装置，其上设有备用的中央喷嘴，从顶部喷下来的洗油经降液管引到下段。洗油从第二段出来采用循环喷洒。用空喷塔洗苯具有以下优点：投资省，处理能力大，阻力小，不堵塞等。空喷塔洗苯的缺点：洗苯效率低，塔后煤气含苯量高，洗油循环量大，动力消耗大。3.1.2板式塔(孔板塔):板式塔主要有穿流式筛板塔。该塔容易实现最佳流体力学条件，即增加气液两相的接触面积，提高两相的湍流程度，迅速更改两相界面以减小其扩散阻力。这种塔结构简单，容易制造，生产能力大，投资省，节约金属材料，且安装和维修简便。其缺点是塔板的效率受负荷变动的影响较大。3.1.3填料塔:填料洗苯塔是焦化厂应用较早、较广的一种塔。填料是填料塔的核心，选择填料的要求如下：（1）要有较大比表面积，较好的润湿性能及有利于液体均匀分布的形状；（2）要有较高的空隙率；（3）从经济、实用及可靠地角度出发，还要求单位体积的质量轻，造价低，坚固耐用，不易堵塞，有足够的机械强度，对气液两相都应有良好的化学稳定性。塔内的填料一般用木格、钢板网、金属螺旋、帖拉累托填料、鲍尔环、鞍形填料以及塑料花环填料等。1、 木格填料塔 木格填料塔在我国焦化厂应用较多，它具有阻力较小，操作稳定等优点。但也存在生产能力小，设备庞大、笨重，投资和操作费用高及木材耗量大等缺点。因此在一些国家木格填料塔已被新型高效填料塔取代。2、钢板网填料塔该塔型在国内已被采用。该填料塔与木格填料塔相比，具有比表面积大，吸收率高，阻力小，动力消耗小等优点，但制造麻烦，价格昂贵，处理能力小。3、金属螺旋填料塔金属螺旋填料塔采用钢带和钢丝绕成，其比表面积大，重度小。由于形状复杂，填料层的持液量大，因此吸收剂与煤气接触时间较长，又由于煤气通过填料时搅动激烈，因而吸收效率较高。但制造复杂，价格昂贵。这种填料在俄罗斯、美国应用较多。4、塑