130万吨焦化厂粗笨工段工艺设计毕业论文

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页1 绪 论1.1 炼焦煤气中回收苯族烃的意义炼焦化学工业是煤炭综合利用的专业。煤在炼焦时除了有 75%左右变成 焦炭外，还有 25%左右生成各种化学品及煤气，为了便于说明将煤炭炼焦时的产品列出如下：（单位： ）2/Nmg75%252504813602.5180.46 2水 煤 汽焦 油 汽粗 苯氨焦 炭 煤 荒 煤 气 硫 化 氢其 它 硫 化 物 (CS,噻 吩 等 )氰 化 物萘吡 啶 盐 基由此看来，从荒煤气中粗苯的含量来看，回收粗苯是十分必要的。焦炉煤气经硫铵工段后进入粗苯工段，进行苯族烃的回收并制取粗苯，目前我国焦化工业生产的苯类产品仍占很重要的地位。1.2 粗苯的性质粗苯是多种芳烃族和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。粗苯是谈黄色的透明液体，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 0.8910.92kg/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，及形成爆炸性的混合物。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前溜出量越多，粗苯质量越好；在 180后的溜出物则为溶剂油。粗苯易燃易爆，要求工段必须严禁烟火，并对电动机加以防爆。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程度，粗苯各组分的平均含量见下表（表 1-1） 。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页表 1-1组 分 分 子 式 含 量% 备 注苯 6CH5575甲苯 531122二甲苯 62()2.56 同分异构体及乙基苯三甲苯和乙基甲苯 53CH12 同分异构体总和不饱和化合物1-甲基-3- 乙基苯 25643712环戊二烯 C0.61.0苯乙烯 652H0.51.0苯并呋喃 8O1.02.0 包括同系物茚 9C1.52.5硫化物二硫化碳 2S0.31.4噻吩 4CH0.21.6饱合物 0.61.5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 任务 130 万吨焦化厂粗苯工段的工艺设计1.3.2 条件本设计是参照徐州环宇焦化有限公司进行的，厂址建在江苏徐州西郊。其气候属大陆性西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页季风气候，常年主导风向为东风、东北风。 （表 1-2）表 1-2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： 43m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 地下水质对硅酸盐水泥混凝土无侵蚀作用。1.3.3 焦炉炉型JNKD55-05 捣固焦炉参数 焦耐院设计:(1)炭化室平均宽 500mm，炭化室有效容积：41m 3；(2)设计结焦时间（可作为周转时间）：25.5 小时；每孔干煤量 36.6t；每孔年产焦炭量 10320t。1.3.4 设计要求本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油经脱苯塔蒸馏，得到粗苯，粗苯产品的质量指标见（1-3）表。表 1-3指 标粗苯加工用粗苯 溶剂用粗苯外观 黄色透明液体 黄色透明液体比重（d 204） 0.8710.900 不大于 0.90075前馏出量（容）% 不大于 3%馏程 180前馏出量（容）% 不小于 93% 不小于 91%水分 室温（1825）下目测无可见的溶解水1.4 影响化产品产率和组成的因素西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页炼焦化学产品的产率取决于炼焦过程的技术和操作条件。1、配煤性质和组成的影响：焦油的产率取决于配煤的挥发分高低和煤的变质程度。在一定的范围内，苯族烃的产率随着煤料中碳氢比及挥发份的增加而增加。2、受到焦炉操作温度、压力和挥发物在反应空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨、焦炭、或焦炭灰分中某些成分的催化作用的影响，而最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室顶部空间温度。增高炉墙的温度将使焦油中苯族烃含量减少，而高温产物：萘、蒽、沥青和游离碳的含量增加、比重变大、酚类及中性油类含量降低。炭化室顶部温度在整个炼焦过程中是有变化的，但其值不宜超过 800。炭化室的顶部温度过高，则由于热解作用，焦油粗苯的产率均降低，高温化合水的产率将增加；氨在高温下由于进行逆反应而部分分解，并和炽热的焦炭作用生成氰化氢，氨的产率也将降低。3、焦炉内操作压力的影响炭化室内压力的升高和降低都会造成化学产品的部分损失，故此规定焦炉内必须保持一定的压力。综上所述：本设计为毕业设计，是集三年学习专业知识理论和实际中运用在生产过程中的的体现，目的在于通过这次设计学会综合运用所学的各种知识和技能，是一次比较全面的分析和解决工程问题的能力训练。它是一个我们初步了解有关技术政策，学会查阅和综合运用各种文献资料，掌握使用有关工程技术的规定和准则的过程。它不但锻炼了我们设计方案的论证和确定，设计的计算能力和绘图以及撰写说明书的能力，而且同时使我们养成了一个严肃的工作态度，为今后工作打下了良好的基础。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页2 工艺论证及确定随着炼焦工艺的发展，化学产品的产率取决于炼焦过程的技术操作条件。影响粗苯的回收率的因素主要有三点：1. 配煤性质和组成的影响焦油的产率取决于配煤的挥发分高低和煤的变质程度。在一定范围内，苯族烃的产率随着煤料中的碳氢比（C/H）及挥发分的增加而增加。当配煤的挥发分V=2030%时，可由下式求得产率Y（%）：=-1.6+0.14V-0.0016V 22. 温度对焦炉化学产品的影响焦炉化学产品的组成会受到焦炉操作温度，压力和挥发物在反映空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨，焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化剂作用的影响，而最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室空间温度。增高炉墙温度将使焦油中苯族烃含量减少，而高温产物萘、蔥沥青和游离碳的含量增加，比重变大，酚类及中性油类含量降低。炭化室顶部空间温度在整个炼焦过程中是有变化的，但其值不宜超过 800，炭化室顶部空间温度过高，则由于热解作用，焦油和粗苯的产率均将降低，高温化合水的产率增加，氨脂高温下由于进行逆反反应而部分分解，并和炽热的焦炭作用生成氰化氢，氨、氮产率也降低。3. 焦炉内操作压力大影响炭化室内压力的升高或降低都会造成化学产品的部分损失，故规定集气管必须有一定的压力。在实际生产中，粗苯工段的主要任务是完成煤气的终冷除萘、吸收苯族烃以及粗苯的脱除三项任务。下面分别介绍完成这三项任务的工艺及论证。2.1 煤气的终冷及除萘的方法及工艺选择在生产硫铵的回收工艺中，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。在焦炉气冷却和部分水蒸汽冷凝的同时，尚有萘从煤气析出，因此煤气的最终冷却的同时应考虑到如何除萘。目前我国焦化厂目前所采用的煤气终冷及除萘的工艺流程主要有三种即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；和横管终冷喷洒轻质焦油终冷除萘工艺。2.1.1 煤气终冷和机械化除萘工艺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的过程中与隔板眼淋下的冷却水密切接触，从 55左右冷却到 25左右。在煤气冷却的同时，煤气中一部分水蒸汽被冷凝，大部分萘析出并被水冲洗下来。煤气含萘量从 20003000mg/标 m3降至 800mg/标 m3左右，冷却后的煤气进入洗苯塔。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页32 水 蒸 汽 萘 萘 水煤 气 煤 气水25 萘 送 焦 油 槽图 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5-凉水架 6-循环水冷却器含萘的冷却水由塔底经水封管自流到机械化刮萘槽，水和萘在槽中分离后，水自流到冷水架被冷却至 3032，再用泵送经冷却器用低温水将其冷却到 25后，回终冷塔循环使用。在刮萘槽中积聚的萘，定期用水蒸汽间接熔化后流入萘扬液槽，再用水蒸汽压送到焦油槽和焦油氨水澄清槽。该流程的优点是操作稳定，便于管理；缺点是出终冷塔煤气含萘量较高；水和萘不能充分分离，部分萘被水带到冷水架，增加清扫冷水架的次数；刮萘槽结构复杂而且笨重，基建费用较高。2.1.2 煤气终冷和焦油洗萘工艺煤气在终冷塔内的冷却过程同前所述。含萘冷却水从终冷塔底部流出，经液封管导入焦油洗萘器底部并向上流动。热焦油经伸入器内的分布器均匀喷洒在筛板上，通过筛板的孔眼向下流动，在与水封流接触过程中将水中萘萃取出来，可使出口煤气含萘量降到 800 毫克/标 m3以下。洗萘后的焦油从焦油洗萘器下部排出，经液位调节器流入焦油槽。经过加热静止脱水，再送往焦油车间，送完焦油的容槽，再接受从冷凝鼓风工段来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，自流到冷水架。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。上述两种工艺存在的共同特点是：在终冷塔内冷却煤气的同时，析出的萘须用水冲流，因而实际所需的冷却水量远大于热平衡所需的冷却水量，由于水量大，则更新循环水系统所排出的污水量相应增多。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页1煤 气6从 凉 水 架来 循 环 水 27煤 气 4445去 焦 油 车 间 焦 油38低 温 水 去 凉 水 架 热 水从 冷 凝 工 段 来 焦 油图 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2.1.3 油洗萘和煤气终冷工艺从饱和器来的 5560煤气进入木格填料塔或洗萘塔，被由塔顶喷淋下来的富油洗涤。富油进塔温度比煤气高 57，煤气含萘可由 20002500mg/标 m3降到500800mg/标 m3左右。从洗萘塔顶出来的煤气，温度约升高 2，进入煤气终冷塔，被喷淋下来的冷却水冷却后至洗苯塔。该流程所用的循环水量，仅为前两种煤气终冷流程用水一半，因而可以减少污水排放量。由于上述流程的油洗萘过程系在较高温度下进行，因而洗萘塔后煤气含萘量还较高，终冷塔排出的水有时有浮油。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页522从 饱 和 器来 煤 气含 萘 富 油 到粗 苯 富 油 槽从 洗 苯 塔来 富 油 34煤 气 到洗 苯 塔 到 凉 水 架 热水 85-90吨 /时435 620 3 低 温 水1011771 从 凉 水 架来 冷 却 水图 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2.1.4 横管终冷洗萘工艺1煤 气 热 水冷 水煤 气 32外 来 焦 油去 焦 油 工 段45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，且与煤气是间接接西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页触，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. 设备小，操作简便，无污染，占地面积小，基建费用比较少2. 冷却效果好，萘的脱除高，出口煤气约 22，煤气含萘量大约在350450mg/Nm 33. 无须用洗油，只须自产轻质焦油，节约洗油耗量，同时煤气中的萘直接转入焦油，减少萘的损失。4. 由于煤气不直接与水接触，故没有含酚污水的处理，另外，由于系统阻力小，风机电耗低。这种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，它使煤气的含萘量可降到 400mg/标 m3，因而该工艺优点突出，而且徐州地区具有丰富的低温地下水（18）因而本设计采用的就是这种工艺。2.2 洗苯工艺目前，国内焦化厂主要采用洗油吸收法回收煤气中的苯族烃，经过终冷的煤气温度降至 2527，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. 洗油吸收法用洗油在洗涤塔中回收煤气中的苯族烃，再将吸收了苯族烃的洗油（富油）送入脱苯蒸馏装置中，以提取粗苯，脱苯后的洗油（贫油）经过冷却后，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，加压吸收法可以强化生产过程，适用于煤气远距离输送或用作合成氨厂原料的情况下采用。2. 吸附法：使煤气通过具有微孔组织比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，直至达到接近饱和状态，然后用水蒸气直接