煤气中粗苯的回收.ppt

第八章 煤气中粗苯的回收,粗苯是煤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0.81.4，荒煤气中的粗苯含量一般为2545g标m3，在荒煤气中的体积比约为1。 回收粗苯的方法有：洗油吸收法；吸附剂吸附法；压缩冷冻法。其中吸附剂吸附法受吸附剂的价格和操作条件的制约，难以工业化；压缩冷冻法是通过将焦炉煤气分步加压冷却至-45，分离出所含的苯族烃。由于对设备的要求高，动力消耗大，使该方法的工业应用受到限制。洗油吸收法是目前实际应用的粗苯的回收方法。,第八章 煤气中粗苯的回收,第一节 煤气终冷和除萘 第二节 洗油吸收法回收粗苯的原理与工艺 第三节 富油脱苯,第一节 煤气终冷和除萘,为了用洗油吸收煤气中的苯族烃，煤气在进行洗苯之前必须进行冷却，降低煤气的温度，同时除去煤气中的萘。一般要求煤气的终冷温度为25左右。 初冷之后的煤气，萘含量仍较高，往往高于煤气初冷温度对应的萘饱和含量（2535时1.12.5g/标m3）。煤气在终冷降温时，萘必然要冷凝；在其它煤气净化流程中，萘同样会在低温下冷凝，导致设备和管道的堵塞，影响煤气的净化操作。因此在进行煤气冷却时必须考虑萘的脱除。脱除煤气中萘的方法主要有两种，一种是用油进行洗涤吸收，另一种是在煤气终冷时，用水进行洗涤。油洗萘常用于氨水流程中。,一、油洗萘工艺,二、水洗萘工艺,一、油洗萘工艺,油洗萘方法可以将煤气中的含萘量降至小于0.58标m3，与水洗萘法相比，具有不排含酚污水，操作环境好等优点。洗萘的洗油可使用焦油洗油、轻质焦油、轻柴油、蒽油等。 油洗萘为物理吸收，其气液两相平衡关系符合亨利定律。同一温度下，萘在焦油洗油中的溶解度比在轻柴油中要高，即焦油洗油比轻柴油的吸萘能力大，为达到同样的洗萘效果，则焦油洗油的用量较少，焦油洗油在焦化厂内可实现自给。 油洗萘工艺流程主要有两种，一种是煤气的终冷和洗萘同时进行，简称冷法油洗萘；另一种是煤气在终冷前进行洗萘，简称热法油洗萘。 在热法油洗萘工艺中，为了防止煤气中的水分在洗萘塔内冷凝，洗萘油的温度应控制略高于煤气露点温度。,二、水洗萘工艺,1、煤气终冷和机械化除萘的工艺流程 该工艺流程如图8-1所示。来自硫铵工段的煤气进入终冷塔底部，在塔内自下而上流动，与冷却水密切接触，从5560冷却至2527。煤气中的水分发生冷凝，萘析出并被水冲洗下来。由终冷塔塔顶出来的煤气的萘含量可降至0.88标m3以下。 含萘的冷却水由塔底自流入机械化刮萘槽，水和萘在槽中分离后，水自流进入凉水架被冷却到3032，经泵送往冷却器采用低温水将其冷却至25，回终冷塔循环使用。 积聚在刮萘槽中的萘，定期用水蒸气间接加热熔化后流入萘扬液槽，再用水蒸气压往焦油槽。,1、煤气终冷和机械化除萘的工艺流程,图8-1 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,2、煤气终冷和热焦油洗萘的工艺流程,该工艺的流程如图8-2所示。煤气在终冷塔内的冷却过程与水洗过程相同。含萘的冷却水从终冷塔底部流出，导入终冷塔下面的焦油洗萘器的底部并自下而上流动。洗萘器内设有数层筛板，温度为90的热焦油通过伸入洗萘器内的分布管均匀喷洒在筛板上，穿过筛板的孔眼分成细流向下流动，在与水逆流接触的过程中，焦油将水中的萘萃取出来。洗萘后的焦油从洗萘器下部排出，经液体调节器流入焦油槽。焦油槽共有3台，每台贮槽的焦油循环使用24h后，经加热静止脱水再送往焦油车间。,2、煤气终冷和热焦油洗萘的工艺流程,图8-2用热焦油洗洗涤除萘的终冷流程 1-煤气冷却塔(下部为洗萘器)；2-循环水泵；3-焦油循环泵；4-焦油贮槽；5-水澄清槽；6-液位调节器；7-循环水冷器；8-焦油泵,2、煤气终冷和热焦油洗萘的工艺流程,从洗萘器上部流出的水进入水澄清槽，分离出残余焦油后，水自流到凉水架。 洗萘器底部的温度宜保持在80左右(由洗萘器底部间接加热器控制)，在此温度下，焦油几乎可以将萘完全溶解。采用热焦油萃取萘，不仅可以将冷却水中的萘几乎完全清除，而且热焦油对于水中的酚也有明显的萃取作用。这不仅改进了水质，而且可部分回收了酚类产品，在焦油加工过程中得以提取。,第二节 洗油吸收法回收粗苯的原理与工艺,一、粗苯产品质量 二、洗油吸苯工艺 三、影响粗苯回收的因素 四、洗苯用洗油,1、粗苯,用洗油吸收法回收下来的粗苯为苯类产品混合物。其中主要组分是苯（5570%）、甲苯（1122%）、二甲苯（2.56%）以及不饱和化合物（712%）和硫化物等，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。 粗苯的各主要组分在180之前馏出。180以后馏出的是粗苯中所含的洗油轻质馏分，称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和计算其加工产量时，通常将180前的馏出量当作100计算。所以，常以其180前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。一般要求粗苯在180前馏出量达9395。 粗苯在常态下为淡黄色透明液体，比水轻，不溶于水，在贮存时，由于其中的戊烯类、环戊二烯等不饱和化合物的氧化和聚合而形成树脂状物质，使粗苯着色而变暗。 粗苯易燃，闪点为12。粗苯蒸汽在空气中的浓度在1.47.5(体积)范围内时，能形成爆炸性混合物。,2、轻苯和重苯,在粗苯回收时，为了便于粗苯的加工，通过精馏方法可将粗苯分离成轻苯和重苯两种产品，粗苯精馏也可以分离三种产品即轻苯、重质苯和萘溶剂油。 粗苯和轻苯的质量指标见表8-1。,表8-1 粗苯和轻苯的质量指标,二、洗油吸苯工艺,洗油吸收煤气中的苯族烃为物理吸收。常用回收粗苯的工艺流程如图8-3所示。,图8-3从煤气中回收粗苯的工艺流程 1填料洗苯塔；2新洗油槽；3贫油槽；4贫油泵；5-半富油泵；6富油泵,二、洗油吸苯工艺,温度为2527，含苯族烃为2545g标m3的煤气依次进入串联操作的洗苯塔。自2号洗苯塔出来的煤气中，苯族烃含量一般要求低于2g标m3。煤气再进入脱硫工段。 脱苯后的洗油称为贫油，含粗苯约0.20.4，用泵送往洗苯塔的塔顶喷淋，洗苯塔串联操作，吸收粗苯后的洗油称为富油，含苯量约为2.5左右，排入富油接受槽，用泵送往脱苯工序，脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。 洗苯主要设备洗苯塔大多选用填料塔，所用的填料有以下几种：木格填料、钢板网填料、金属螺旋填料、塑料花环填料等。,三、影响粗苯回收的因素,（1）吸收温度 吸收温度是指洗苯塔内气液两相接触面的平均温度。它取决于煤气和洗油的温度。粗苯回收率、塔后煤气含粗苯量a2与吸收温度的关系如图8-4所示。,图8-4 和a2与吸收温度的关系,三、影响粗苯回收的因素,由图可见，当吸收温度超过30时，随着吸收温度的升高，a2 显著增加，显著下降，因此吸收温度不宜过高。但吸收温度也不宜太低，当吸收温度低于15时，洗油的粘度将显著增加，使洗油输送及其在塔内均匀分布和自由流动都发生困难。当洗油温度低于10时，还可能从油中析出固体沉淀物。因此洗苯操作适宜的吸收温度为25左右。 生产中洗油的温度应略高于煤气温度，以防止煤气中水蒸气冷凝进入洗油中，使得洗油带水，因水中溶解有腐蚀性物质，导致洗油脱苯蒸馏设备的腐蚀加重。一般规定洗油温度在夏季比煤气温度高2左右，冬季高4左右。为保证适宜的吸收温度，煤气进洗苯塔前，应冷却至1828，贫油应冷却至30以下。,三、影响粗苯回收的因素,（2）洗油的吸收能力及循环油量 用于洗苯操作的洗油有煤焦油洗油和石油洗油两种，因其性质和质量不同，在吸收过程中对苯族烃的吸收能力也不相同。 在其他条件一定时，同类液体吸收剂的吸收能力与其分子量成反比，吸收剂与溶质的分子愈接近，则愈容易溶解，吸收也就愈完全。洗油的分子量也不宜过小，否则在脱苯蒸馏时洗油与苯族烃不易分离，且挥发损失较大。 在洗苯操作时，如果洗油的洗苯能力强，则循环洗油的用量可以相应减少。增加循环洗油量，可降低洗油中苯族烃含量，增加吸收推动力，提高苯族烃的回收率。但加大循环洗油量，洗苯的动力消耗和脱苯的蒸汽和冷却水用量都要增加。,三、影响粗苯回收的因素,实际循环洗油用量可按装入煤量计算： 当装炉煤挥发分不大于28时，洗苯时每吨干煤所需循环洗油用量为0.50.55m3，则所需实际循环洗油用量为： L G(0.5 0.55)dm （8-1） 式中L实际循环洗油用量， kgh； G装炉干煤量， th； dm洗油的密度， kgm3。,三、影响粗苯回收的因素,（3）贫油含苯量 贫油含苯量是决定洗苯塔后煤气含苯族烃量的主要因素之一。入塔贫油含苯量越高，则粗苯塔后损失越大。一般要求塔后煤气含苯族烃量低于2gm3，则贫油含苯量可取为 O.30.5。如进一步降低贫油含苯量，将增加脱苯蒸馏时的水蒸气耗量，也使粗苯产品的180前馏出率减少，并使洗油的耗量增加。,三、影响粗苯回收的因素,（4）吸收表面积 吸收塔的吸收表面积越大，则煤气与洗油接触时间越长，吸收过程进行得越完全。,三、影响粗苯回收的因素,（5）煤气压力和流速 当增大煤气压力时，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力增加，因而吸收速率也将增大。 增加煤气速度可提高气膜吸收系数，从而提高吸收速率，强化吸收过程。但煤气速度也不宜过大，否则加大洗苯塔阻力和雾沫夹带量。 影响粗苯回收率的因素很多，在实际生产中，洗苯的工艺参数一般控制如下：终冷塔后煤气温度2527；入洗苯塔贫油温度2730；贫油含苯量0.20.4；富油含苯量(焦油洗油)1.82.5；塔后煤气含苯量不大于2gm3；循环洗油量1.61.8m31000m3煤气。 另外，根据生产的实际情况，可以适当放宽苯的回收指标，如塔后含苯量控制小于4 gm3。实际上在国外，塔后煤气含苯量控制一般比我国宽，如德国焦化厂，洗苯塔后煤气含苯量一般均控制在10 gm3以下。,四、洗苯用洗油,洗苯用焦油洗油来自煤焦油蒸馏分离出的230300的馏分，其来源方便，洗苯性能好。其质量指标见表8-2。,表8-2 焦油洗油质量指标,四、洗苯用洗油,石油洗油为轻柴油，其平均分子量大于焦油洗油，故洗苯能力较差，但洗萘能力比焦油洗油强，可将塔后煤气中的萘脱至0.15g/标m3以下。,第三节 富油脱苯,富油脱苯若采用一般蒸馏方法时，必须将富油加热到250300，才能达到需要的脱苯程度。为了降低脱苯蒸馏的温度，可以采用水蒸气蒸馏或真空蒸馏方法。实际生产中采用水蒸气蒸馏的方法。,一、富油脱苯的原理,脱苯采用水蒸气蒸馏时，向脱苯塔中直接通入水蒸气，在塔内总压一定时，气相中水蒸气分压愈高，则粗苯和洗油的蒸气分压愈低，液体中的苯族烃容易挥发出来，即可在较低的温度下将粗苯从洗油中蒸出来。因此，水蒸气加热法脱苯过程中，水蒸气的用量对脱苯蒸馏操作有重要的影响。,一、富油脱苯的原理,从理论上可以进行如下推导，如蒸出Gb kg粗苯所耗直接蒸汽为Gs kg，在气相混合物中粗苯和水蒸气的分压各为Pb和Ps，则根据道尔顿分压定律可得：,（8-2）,式中Mb-粗苯的平均分子量。,当塔内总压力为P,洗油蒸气分压为Pm，则水蒸气分压为 Ps = P - Pb - Pm,一、富油脱苯的原理,假定脱苯塔有n块塔板，每块塔板上均有ln的粗苯被蒸出来，并且蒸汽压力沿脱苯塔全高均匀变化。当进入脱苯塔的直接蒸汽温度和洗油温度相等时，每蒸出1t 180前的粗苯，每块塔板上的蒸汽耗量Gsi为： 则整个脱苯塔的蒸汽耗量Gs为：,(8-3),(8-4),脱苯蒸馏过程中通入过热蒸汽作为直接蒸汽使用，以防止水蒸气在塔内冷凝而进入塔底的贫油中，当脱苯塔的直接蒸汽温度高于洗油温度时，因为此时蒸汽的体积与温度成正比，直接蒸汽用量将随其过热度而成比例减小，则式（8-4）可变为：,（8-4）,式中Tm、Ts分别为洗油和过热水蒸气的绝对温度，K。 分析上式可以得出脱苯用直接蒸汽耗量与脱苯蒸馏诸因 素间的关系。,一、富油脱苯的原理,在塔内操作压力和贫油含苯量不变时，直接蒸汽耗量随富油预热温度的升高而减少，当富油预热温度由140提高到180时，直接蒸汽耗量可降低一半以上。提高直接蒸汽的过热温度，可降低直接蒸汽的耗量,采用管式炉加热法脱苯，可以将直接蒸汽过热到400450，通入再生器使用，这样大大减少直接蒸汽用量。当富油中粗苯含量高时，在一定的预热温度下，由于粗苯的蒸汽分压较大，则可减少单位产量的直接蒸汽耗量。在同一富油预热温度下，欲使贫油含苯量降低，直接蒸汽耗量将显著增加。 在正常操作情况下，富油中粗苯含量、贫油含苯量以及脱苯塔内的总压基本稳定，所以富油预热温度以及直接蒸汽温度是影响直接蒸汽耗量的主要因素。,一、富油脱苯的原理,二、管式炉脱苯生产流程,富油脱苯按其加热方式分为蒸汽预热器加热富油脱苯法和管式炉加热富油脱苯法。前者利用列管式换热器用蒸汽间接加热富油，使其温度达到135145后进入脱苯塔；后者采用管式炉作为加热设备，用煤气燃烧间接加热富油，使其温度达到180190后进入脱苯塔。管式炉加热富油脱苯法与蒸汽加热富油脱苯法相比，具有以下优点： 1) 粗苯回收率高 由于富油在管式炉内的加热温度高(约达180左右)，故脱苯程度高，贫油含苯量低，可达0.1左右。而粗苯回收率可高达9597。 2) 蒸汽耗量低 每生产1t 180前粗苯所消耗蒸汽量约为11.5t，仅为蒸气加热法富油脱苯蒸汽耗量的13，且不受蒸汽压力波动的影响，操作稳定。 3) 酚水量少 因为直接蒸汽用量减少，故冷凝水量减少。蒸汽加热法脱180前粗苯1t能产生34t酚水，而管式炉法一般在1.5t以下。 4)设备费用低 由于蒸汽耗量显著降低，故大大缩小蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸，从而降低了设备费用。 因为管式炉加热法的优点，使该方法被广泛的采用，国内新建焦化厂均选用该方法。,1、生产一种苯的流程,脱苯工艺按蒸馏产品不同分为生产一种苯、两种苯(轻苯和重苯)和三种苯类的工艺。 1、生产一种苯的流程 生产一种苯（粗苯）的流程如图8-5所示。来自洗苯工序的富油依次与脱苯塔顶的油气和水蒸气混合物、脱苯塔底排出的热贫油换热后温度达110130进入脱水塔闪蒸脱水，脱水后的富油用泵送管式炉加热至180190进入脱苯塔，脱苯塔顶蒸出的9093的粗苯蒸气与富油换热后温度降到73左右进入冷凝冷却器，冷凝液进入油水分离器，分离出水后的粗苯流入回流槽，部分粗苯送至塔顶作回流，其余作为产品采出。 流程中由富油管路中抽出占循环油量的11.5部分连续引入再生器进行再生，再生过程可以除去洗油中变质生成的大分子杂质，保持循环洗油质量，聚集在再生器内的残渣定期排出。 脱苯塔有泡罩塔和浮阀塔两种，一般采用铸铁泡罩塔，塔板数一般为16层，为了提高分离能力，也可增加塔板数。塔内蒸汽的空塔气速为0.81.2m/s。,1、生产一种苯的流程,图8-5生产一种苯的流程 l-脱水塔；2-管式炉；3-再生器；4-脱苯塔；5-热贫油槽；6-换热器；7-冷凝冷却器；8-冷却器；9-分离器；10-回流槽,2、生产两种苯的工艺流程,其工艺流程如图8-6所示。与生产一种苯流程不同，在生产两种苯的工艺流