粗苯工段DSC控制系统-毕业设计

天津冶金职业技术学院 毕业课题 粗苯工段粗苯工段 DSCDSC 控制系统控制系统 系别电气系 专业生产过程自动化 班级过控 09-2 学生姓名邢金明 指导教师 20201212 年 4 4 月 3030 日日 1 摘要 本设计是 50000 Nm3/h 焦炉煤气回收粗苯工段的设计。 主要包括六部分: 一 、工艺方法的论证及选择(煤气的终冷除萘,粗笨的吸收和脱出), 工艺流程详述和说明。二 、主要设备的计算，论证和选型(终冷塔、洗苯塔、脱苯塔、贫 油冷却器等等)。三 、设备平面布置说明。四 、非工艺部分要求（自动化仪表，防火防 爆，给水排水，供电，供气，土建，安全与劳保等） 。五 、操作岗位的确定和人员编制。 六 、经济概算。 本设计所采用的工艺流程分两部分：终冷洗苯部分和蒸馏脱本部分。终冷洗苯部分采 用的是横管终冷轻质焦油洗萘，焦油洗油洗苯工艺。该工艺对煤气的终冷采用间接冷却， 因此不产生含酚废水，冷却的同时轻质焦油洗萘效果好，洗苯采用塑料花环填料塔，其有 阻力小，洗苯效果好等优点。蒸馏脱苯部分采用的是管式炉加热生产一种苯的工艺。该工 艺具有富油预热温度高，节省蒸汽耗量，脱苯效果好等优点，另外，贫油冷却器采用螺旋 板换热器，贫富油换热器采用浮头式换热器，其具有传热系数大，省钢材等优点。 该工艺的总投资 4204.53 万元，投资回收期为 1 年 8 个月。 焦炉煤气在以活性炭为催化剂进行干燥重整已经被研究用来生产合适的甲醇合成气， 这项工作的主要目的是研究焦炉煤气中氢数量对焦炉煤气干燥重整的影响，以及其它条件 的影响，利如温度和体积空速的影响。结果发现，反向水煤气变换（RWGS）反应的发生是 由于焦炉煤气中氢的存在，而且它对反应的影响随着温度的降低过程而增加。这种情可能 引起的焦炉煤气中的氢组成的变化，并由此预计。这种反应可以在约 1000 度的高温下生 产适合用于合成甲醇的合成气。结果还发现，空速的增加对水煤气变换反应有利。此外， 活性炭被证明是最适合焦炉煤气生产合成甲醇的合成气的催化剂。 关键词关键词：焦炉煤气;干重整，合成气，甲醇 2 目目录录 1、摘要1 1.1 炼焦煤气中回收苯族烃的意义 1 1.2 粗笨的性质 1 1.3 设计任务 3 （1）徐州地区的气相条件3 （2）工段规模和煤气处理能力的计算4 2 2、粗笨工段的工艺过程及工艺选择 5 2.1 煤气终冷及洗奈工艺 5 2.2 洗苯工艺9 2.3 脱苯工艺12 2.4 本设计工艺详述14 3 3、主要设备论证及选型16 3.1 洗苯塔16 3.2 脱苯塔18 3 3.3 终冷塔 18 3.4 贫富油换热器19 4 4、 主要设备和管道的工艺计算、 选型21 4.1 终冷塔的计算21 4.1.1 物料衡算 21 4.1.2 热量恒算 22 4.1.3 终冷塔设计 23 4.1.4 冷却面积的计算 24 4.1.5 终冷塔塔高的计算 24 4.2 洗苯塔的计算25 4.2.1 洗油循环量的计算26 4.2.2 贫富油中粗苯含量的计算26 4.2.3 塔径、填料面积、填料量和塔高的确定27 4.3 管式炉的计算与选型27 4.3.1 物料衡算 28 4.3.2 能量衡算 31 4.3.3 管式炉的选型 33 4.4 再生器的计算选型34 4.4.1 物料衡算 34 4.4.2 再生器选型 36 4.5 脱苯塔的计算选型36 4 4.6 换热器39 4.6.1 贫富油换热器39 4.6.2 贫油冷却器 42 4.6.3 冷凝冷却器42 4.6.4 分缩器 43 4.7 主要管道43 4.7.1 煤气管道43 4.7.2 蒸气管道 43 4.7.3 富油管道 44 参考资料70 1 绪论 1.1 炼焦煤气中回收苯族的意义 煤在炼焦时一般 72%-78%转化为焦炭，其中 22%-28%转化为荒煤气，苯族烃是煤干馏 过程中产生的芳香烃化合物中分子较低的部分，其产率占炼焦干煤脏入量的 0.8%-1.4%产 率的波动主要受炼焦煤料的性质炼焦温度的影响， 近年来， 由于石油化学工业的迅速发展， 可以提供笨类，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。 苯族烃回收精制加工后，可得到的轻苯，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。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，对于我国的社会主义建设具有十分重大的政治意义和经济意义。 1.2 粗苯的性质 粗苯在常态下为淡黄色透明溶体，此水轻，不溶于水，在贮存时，由于其中的戊烯类， 环戊二烯等不合和化合物的氧化合聚合而形成树脂状物质，故使粗苯差色变暗，粗苯易燃 易爆，闪点为 12 摄氏度，粗苯苯气在空气中的浓度在 1.4%-7.5%（体积）范围内时，能形 成爆炸性混合物。 粗苯的各主要成分皆在 180 摄氏度前馏出，180 摄氏度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过程中的产量时，通 常将 180 摄氏度前的馏出量作为鉴别粗笨质量的指标之一。粗苯在 180 摄氏度前的馏出量 取决于粗笨的工艺流程和操作制度。180 摄氏度前的馏出量越多，粗苯的质量就越好，一 般要求粗笨在 180 摄氏度前馏出量达 93%-95%，粗笨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 1 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。 粗苯中各组分的含量表 1-1 组分分 子 式含量 % 苯 甲苯 二甲苯 三甲苯 不饱和化合物 其中：环戊二烯 苯乙烯 苯并呋喃及同系物 茚及同系物 硫化物（按硫计） 其中：二硫化碳 噻吩 C6H6 C6H5（CH2）3 C6H4（CH2）2 C6H3（CH2）3 C5H6 C6H5CHCH2 C8H6O C9H5 CS2 C4H4S 5570 1222 2.06 2.05 712 0.61.2 0.51.0 1.02.0 1.52.5 0.31.5 0.31.5 0.21.2 由于粗苯是易燃的物质，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，因此该工段要严禁烟火，电机防爆。 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 2 比重，d40.8710.900.9000.880 馏程：75前馏出量，V%3 180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， 139160160 150前馏出量，Wt%10 200前馏出量，Wt%508580 水分，Wt%0.50.5 1.3 设计任务： 本设计为 50000Nm 3/h 焦炉煤气粗苯回收工段设计。 （1）徐州地区气象条件 本设计是参考徐州市环宇焦化厂粗苯工段设计的。 厂址：徐州郊区，东经 11718，北纬 3417，海拔度 34 米 本地区属海洋性气候，具有大陆性气候特点。 年平均气温14 极端最高气温40.6（1972.6.11） 极端最底气温22.6（1969.2.6） 大气压力： 3 冬季767mmHg 夏季751mmHg 降水量（年）869.9mm 降水天数（年）91.7day 平均相对温度71% 最大积雪厚度25cm 最高地下水位1.251.75mm 最大风速23.4m/s 最大平均风速19.3m/s 最多风向几频率： 全年东、东北 夏季东、东南 土壤耐压力（砂质黏土）12t/m 地下水质对硅酸盐水泥混泥土无侵蚀作用。 （2）工段规模和煤气处理能力的计算 本设计采用焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，对焦油洗油的质量要求见表 1-4 焦油洗油质量标准(YB 297-64)表 1-4 名称指标 4 比重( 20 4d) 馏程: 230前馏出量(容),% 300前馏出量(重量),% 酚含量(容),% 萘含量(重量),% 黏度(E25) 水分,% 15结晶物 1.041.07 3 90 0.5 13 2 1.0 无 计算依据； 炉型是 425 孔 JN60-82 型焦炉 炭化室有效容积：38.5 m 炉组孔数：425 孔 设计结焦时间：19.5h 煤饼堆积密度：744.84t/ m 焦化厂年产能力： G 煤 / 干煤碳化室 nNV 42538.5744.84/19.5 147058.82kg/h 式中 G 煤:装炉干煤量 n:每个焦炉组的焦炉座数 N:每座焦炉碳化室孔数 :周转时间 h 碳化室 V：碳化室有效容积 干煤 ：干煤堆积密度 2 粗笨工段的工艺过程及工艺选择 5 焦炉煤气经硫铵工段脱除氨后进入粗苯工段,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.下面分别进行对完成这三响任务的工艺论证. 2.12.1 煤气的终冷及洗萘工艺煤气的终冷及洗萘工艺 回收煤气中的苯族烃的适量温度为 21-27左右,在饱和器后温度通常是在 50-56, 50-56的煤气进入终冷塔， 被有喷淋下来的富油洗萘。 富油进塔温度比煤气温度高 5-7， 煤气含萘可由 2000-2500mg/Nm降到 500-800mg/Nm。除萘后的煤气进入终冷塔，该塔为 隔板式，分两段。下段用从凉水架来的循环水冷却至 20-23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 2.5-3 吨/1000 标米煤气左右, 因此,在回收苯族烃之前,煤气必须进行最终冷却.由于在煤气冷却和部分水蒸气冷凝的同 时,也有萘从煤气中析出,所以,煤气的最终冷却同时也兼有除萘的作用. 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四种,即:煤气终冷和机 械除萘工艺;煤气终冷和焦油洗油工艺;洗油萘和煤气最终冷却工艺;横管终冷喷洒轻焦油 洗萘工艺. 2.1.12.1.1 煤气终冷和机械化除萘工艺煤气终冷和机械化除萘工艺 该工艺流程如图 2-1 所示. 来自硫铵工段煤气在终冷塔内自下而上流动,在流动过程中与经由隔板孔眼喷淋而下 的冷却水流密切接触，从 55-60冷却至 21-27,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 2000-3000mg/Nm,降到 800-1200mg/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 30-32,再由泵抽送经冷却器冷却到 21左右后,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，再用水蒸汽压送 往焦油槽或焦油氨水澄清槽。亦可用冷凝工段的初冷冷凝液来熔化萘，熔萘后的冷凝液自 流返冷凝鼓风段，这样既简化了操作又改善了劳动条件。 6 1-终冷塔 2-机械化沉淀糙 3-萘扬液螬 4-循环水泵 5-凉水架 6-循环水冷却器 图 2-1 煤气终冷和机械化除萘工艺 萘送焦油槽 6 2 3 22 25 水1 煤气 煤气 水 萘 萘 水蒸汽 4 32 5 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， 故塔后的煤气含萘量较高。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，刮萘槽结构复杂且笨重，基建费高。该洗萘法仅用于硫铵生 产工序之后。 2.1.22.1.2 煤气终冷和焦油洗萘工艺煤气终冷和焦油洗萘工艺 煤气终冷和焦油洗萘工艺流程如图 2-2: 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，在与水对流接触过程中将水中含萘降到 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 24 小时后，经加热静止脱水用泵送 往焦油车间加工处理，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。 焦油洗萘比机械化除萘效率高，但操作复杂。 7 去凉水架热水 冷凝工段来焦油 去焦油车间焦油 低温水 凉水架来 循环水 煤气 煤气 煤气终冷塔（下部为焦油洗萘器）循环水泵焦油循环泵 焦油槽水澄清槽液位调节器循环水冷却器焦油泵 图 2-2 用热焦油洗涤除萘的工艺流程 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 作用结果，减少凉水架的清扫次数，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。 2.1.32.1.3 油洗萘和煤气终冷工艺油洗萘和煤气终冷工艺 油洗萘和煤气终冷工艺流程图如图 2-3 从凉水架来 冷却水 到凉水架热水 煤气 低温水 17 煤气 洗苯富油 含苯富油 洗苯塔加热器富油泵含萘富油泵 煤气终冷塔循环水冷却器热水泵 、循环水泵热水池冷水池 图 2-3 油洗萘和煤气终冷工艺流程 饱和器来的 50-55的煤气进入木格填料洗萘塔底部，塔顶喷洒温度为 55-57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 2000-2500mg/Nm降 到 500-800mg/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 20-23的循环水喷淋，将煤气再冷却 25左右，额外水从终冷塔底部 8 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 2.5-3 吨/1000 标米煤气。 该流程的优点是塔后煤气含萘量要前两种工艺流程，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。 2.1.42.1.4 横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺 横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺如图 2-4 水 蒸 汽 冷 凝 鼓 风 来 的 轻 质 焦 油 去 焦 油 段 煤 气 煤 气 横 管 终 冷 洗 萘 塔 2 - 轻 质 焦 油 循 环 泵 3 - 备 用 泵 或 液 下 泵 4 - 轻 质 焦 油 槽 5 - 地 下 槽 图 2 - 4 横 管 终 冷 喷 洒 轻 质 焦 油 洗 萘 工 艺 水 从硫铵工段来的煤气由塔顶进入，与连续喷洒的轻质焦油并流差速接触速冷，至横管 段继续冷却至 21-25，同时脱萘至 450 毫克/标米以下，然后从塔底排出，进入旋风捕 雾器除掉夹带的焦油，萘和凝结水雾，然后去洗苯塔。轻质焦油由其补充至塔底循环油槽， 循环油由槽底泵出至槽中部，顶部喷洒，与横管束和煤气接触换热，同时溶解煤气中析出 的萘，然后经液封回循环槽。 （此过程中，循环油槽内，入塔处，出塔处油温基本相同） 。 焦油循环至一定程度，用泵送至焦油上段。18的冷冻水由塔下部横管冷却器进入，向上 经串联着的各横管器与塔内循环油，煤气间接换热绳温，然后从塔的外部排出。 由于该工程主要依靠降低煤气的温度使煤气中萘析出，并由轻质焦油将萘溶解，因此 煤气温度需降至 21左右。 如此低温， 就决定了必须要有低温水的焦化厂才易采用该工艺。 该流程的优点是： 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 21左右， 9 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，风机电耗低；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。 综合上述的四种工艺，通过比较，第四种优点突出，徐州地区有低温的水源。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。 2.22.2 洗苯工艺洗苯工艺 从焦炉煤气中回收的苯族烃可采用下列方法： 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发。 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，国内外焦化厂主要采用洗油吸收法回收煤气中的苯族烃。 用洗油回收煤气中的苯族烃所采用的洗苯塔虽有多种形式，但工艺流程基本相近。下面只 简单介绍用木格填料塔回收粗苯的流程，如图 2-5： 煤气经最终冷却到 21-25，含苯族烃为 25-40 克/标米煤气，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/标米。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 0.2-0.4%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 10 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，也避免洗油进入煤气。 贫 油 新 洗 油 煤气 富 油 煤 气 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 7 - 接 受 槽 图 2 - 5 从 煤 气 中 吸 取 苯 族 烃 的 工 艺 流 程 近年来，为解决木材短缺问题，采用筛板塔，钢板网填料，不锈钢填料以及塑料花环 填料洗苯塔，取得了较好的效果，洗苯塔台数可减少为一至两台。 我国焦化厂洗涤用的洗油主要有焦油洗油和石油洗油。吸收放又分为焦油洗油吸收法 和石油洗油法。 2.2.12.2.1 焦油洗油吸收法焦油洗油吸收法 焦油洗油是高温焦油加工时 230-300的馏分,由于大多数焦化厂都能自得,所以应用 广泛,其质量指标已在第一章中列出如表 1-3. 焦油洗油的含萘量除规定要小于 13%外,还要求其含苊量不大于 5%,是为了保证在 10-15时无固体沉淀物。萘苊因熔点较高,在常温下易析出固体结晶,因此应控制其含量。 但是萘苊同芴,氧及洗油中其他高沸点组分混合时,能生成低熔点的有关各组分的共熔点 混合物,所以洗油中存在一定数量的萘,则有助于降低洗油析出沉淀物的温度。洗油含酸量 高时,会与水形成乳化物,从而破坏吸苯的操作,且酚的存在使洗油变稠,黏度大,因此必须 严格控制洗油中的含酚量。 2.2.22.2.2 石油洗油吸收法石油洗油吸收法 用石油洗油回收苯族烃的工艺与焦油洗油苯族烃的工艺流程一样,只是在设计油槽时, 须要考虑经常排出油渣和可能生成的乳化物. 石油洗油洗苯具有油耗低，油水分离容易及操作简便等优点。石油洗油的质量指标见 表 2-1 11 石油洗油稳定性好，脱萘能力强。但石油洗油吸收能力低，故循环 洗油比用焦油洗 油时大，因而洗油在循环使用过程中，会形成不溶于洗油的油渣，造成换热设备的堵塞而 破坏正常的加热制度。同时，含有油渣的洗油与水能形成稳定的乳浊液而影响生产。 石油洗油质量指标表 2-1 名称单 位指标 比重（20） 黏度 蒸馏试验： 初馏点 350前馏出量 凝固点 含水量 固体杂物 Rl 50 % % 不大于 0.89 不大于 1.5 不小于 265 不小于 95 低于 20 不大于 0.2 无 综上所述，由于石油洗油洗苯工艺存在很多问题尚未解决，设备选型上存在难题，所 以一般不采用石油洗油工艺，而多采用焦油洗油洗苯工艺。 2.2.32.2.3、粗苯回收原理及影响因素 洗油回收粗苯的原理洗油回收粗苯的原理 用洗油回收炼焦煤气中的粗苯是一种吸收过程。其吸收机理是建立在双膜理论基础 上。双膜理论的基本观点如下： 相互接触的气液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一很薄的有效滞留膜 层。由于两流体的主体充分揣动，浓度的均匀的，全部的浓度变化集中在两个有效膜层内， 且吸收过程在界面处达平衡。因此扩散过程的全部阻力也就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。 影响粗苯吸收的因素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乃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，% 12 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 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。如果一步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前馏出率减少，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 13 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。 2.32.3 脱苯工艺脱苯工艺 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 250-300，这在实际上是不可行的， 但为了降低脱苯蒸馏的温度，可采用水蒸汽蒸馏法或真空蒸馏法。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。 2.3.12.3.1蒸汽加热法生产一种苯蒸汽加热法生产一种苯 蒸汽加热法生产一种苯的工艺如图 2-6： 贫油冷却器贫富体油换热器再生器富油预热器 脱苯塔残渣池粗笨储槽产品泵分缩器 冷凝冷却器重油水分离器轻油水分离器 粗笨油水分离器控制分离器 残渣 蒸汽 直接 蒸汽 水 贫油去洗苯 冷却水 与富油混合 水 富油入 富油出 上水 由洗涤工序来的富油在分离器下面的三格中，被脱苯塔来的蒸汽加热至 70-80，然 后进入贫富油换热器，被来自脱苯塔的温度为 130-140的热贫油加热到 90-100，最后 在富油预热器中用低间接蒸汽加热到 135-145，进入脱苯塔顶部进行脱苯。 从脱苯塔顶部溢出的粗苯， 洗油蒸汽和水蒸气的油汽和水汽混合物进入分缩器下面三 格中与富油换热，并在分缩器顶上的一格用冷水冷却，从而之大部分洗油汽和水汽冷凝下 14 来，从分缩器顶部溢出的即是粗苯蒸汽。为得到合格的粗苯产品，可用 冷却水水量控制 分缩器顶部蒸汽温度，之其在 86-89的范围内。 由分缩器顶部溢出的粗苯蒸汽进入冷凝冷却器，在此用冷水冷凝冷却到 25-30，做 经粗苯分离器将水分出后计量槽进入粗苯储槽。 进入分离器的油气和水汽混合物，在分离器底部两格所形成的冷凝液为重分缩油，在 分缩器顶部两格所形成的冷凝液为轻分缩油。轻、重分缩油分别进入油水跟力气，与水分 离后与富油混合并送往脱苯塔。 从粗苯、 轻分缩油、 重分缩油油水分离器排出的分离水均进入控制分离器进一步分离， 以减少洗油损失。 从脱苯塔底部排出的贫油温度比富油温度低 3-5，自流入贫富油换热器，与富油换 热并冷却至 110-120后，再回到脱苯塔底热贫油槽，在此用贫油泵送到贫油冷却器冷却 至 25-30后，送往洗苯塔循环喷洒。 由于洗油在循环使用当中质量变坏。为保持循环洗油量的 1-1.5%由富油入塔的管路 引入洗油再生器，在此，洗油被间接蒸汽加热至 160-180，并用过热蒸汽直接蒸吹，从 再生器顶部蒸吹出来的温度为 135-175 的油气和水汽的混合蒸汽进入脱苯塔的底部。 再 生器底部的残渣油可靠设备内的蒸汽压力间歇地或连续地排至残渣油槽。 2.3.22.3.2、管式炉加热法生产一种苯的工艺管式炉加热法生产一种苯的工艺 管式炉加热法生产一种苯的工艺流程如图 2-7 图管式炉加热法生产一种苯工艺流程 管式炉 2-再生器 3-残渣池 4-脱苯塔 5-贫油冷却器 6-贫富油换热器 7-重分缩器水分离器 8-轻分缩器油水分离器 9-粗笨油水分离器 10-控制分离器 11-粗笨储槽12-产品泵 13-分缩器 14-冷凝冷却器 15-贫油泵 来自洗苯塔的富油先进入分缩器，被从脱苯塔来的粗苯油气加热到 70-80，然后入 15 贫富油换热器，被热贫油加热到 130-140后进入管式炉。加热到 180-190 的 富 油，从第 14 层板进入脱苯塔。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 25-30送回洗苯塔循环使用。 从脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽，进入分缩器，温度从 170-180，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。轻、重分缩器分别进入油水分离器分离。 为保证洗油质量，从管式炉加热后的富油管线引出 1-2%的富油进再生器，于此用管 式炉过热至 400-450的蒸汽进行蒸吹。再生器顶排出温度为 190-200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。 管式炉加热法生产一种苯与蒸汽加热法生产一种苯相比具有以下优点： 1、粗苯回收率高； 2、蒸汽耗量低； 3、酚水量少等优点。 2.3.32.3.3、脱苯原理及影响因素脱苯原理及影响因素 脱苯原理（蒸汽法）脱苯原理（蒸汽法） 脱苯原理实际是精馏原理， 由挥发度不同的组分组成的混合液在精馏塔内进行部分汽 化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态的过程。在精馏过程中，当加热互不相溶的液体混合 物时，如果此混合物的蒸汽分压之和达到塔内的总压时，液体即行沸腾。所以。在脱苯蒸 馏过程中通入大量直接水蒸汽，当塔内的总压力一定时，若气相中水蒸汽所占的分压愈高， 则粗苯和洗油的蒸汽分压就愈低，这样就可以在较低的脱苯蒸馏温度（远比 250-300的 温度低）下，便可将粗苯完全地从洗油中蒸出来。 影响脱苯的因素影响脱苯的因素 1、在塔底温度下各组分在蒸汽压。 提高富油预热温度，则塔底贫油温度也相应提高。贫油中各组分的蒸汽压增大，从而 使粗苯的蒸出率也增加。 2、脱苯塔内操作压力 提高塔内操作压力时，各组分的蒸出率相应减少。反之，则相应增加。 3、脱苯塔的塔板层数 增多加料板以下的塔板数 n，可使各组分的蒸出率增大，特别是 对甲苯，二甲苯的蒸出率影响较大。 6、直接蒸汽量、温度 16 提高直接蒸汽量，可使各组分的蒸出率增加。反之则各组分的蒸出 率减小。此外还 有富油的预热温度和含苯量。 2.4 4 本设计工艺详述本设计工艺详述 2.4.12.4.1 工艺流程详述工艺流程详述 2.4.2 轻质焦油终冷洗萘轻质焦油终冷洗萘 工艺流程见图 2-4。 由硫铵工段来的煤气，温度为 50-60，进入终冷塔顶空喷塔，与从循环油槽来的连 续喷洒的轻质焦油同流差速接触速冷，再进入横管段继续冷至 21-25，同时脱萘至 0.45 克/标米以下，后从塔底排出，进入旋风捕雾器除掉的大部分焦油，凝结水雾，进入煤气 总管送至洗苯塔。由终冷塔下来的轻质焦油经过 U 型管自流入塔底循环油槽。再由循环油 泵从槽底抽出至塔顶喷洒。循环到一定含萘量时，用泵送至焦油工段或冷鼓工段。打开轻 质焦油槽至循环油槽的阀门，新轻焦油依靠液位差自流入循环油槽，大约补充新洗油约 2 小时。 18冷凝水由塔下部横管冷却器进入，向上经串联着的横管器与塔内循环油，煤气间 接换热升温后 塔的上部外排。 2.4.32.4.3 洗苯洗苯 工艺流程见图 2-5。 （采用一个洗苯塔） 煤气经最终冷塔却器至约 21进入洗苯塔。塔前煤气中含苯族烃 25-40 克/标米，在 塔内与逆流流动的洗油接触后，出塔煤气中含苯族烃低于 2 克/标米。 从脱苯工序来的贫油含粗苯 0.2-0.4%，用贫油泵送至洗苯塔顶部，从塔顶喷淋而下， 含苯量增至 2.5%左右，经过 U 型管自流入塔底富油槽。再用富油泵从油槽底部抽出，送往 脱苯工序。脱苯后的贫油循环使用。 当塔底油槽液位降低时，用贫油泵从新鲜洗油槽中抽新洗油补充，以维持液位稳定。 2.4.42.4.4 脱苯脱苯 工艺流程见图 2-7。 从洗涤工序来的洗油先进入分缩器换热，被从脱苯塔来的汽体加热到 70-80，然后 进入贫富油换热器，温度升到 120左右，然后送到管式炉加热到 180-190。热富油从 脱苯塔 14 层塔板进入。热贫油从脱苯塔底部靠液位差送入贫富油换热器，被冷却到 75 左右，再流回塔底油槽。然后用贫油泵从塔底抽出到贫油冷却器，冷却到 25-30，回洗 苯塔循环使用。 从脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽，送入分缩器，部分水蒸气被冷凝下来，然后进入冷凝冷 1 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 进入储槽。轻、重分缩器进一步分离，分离水送至地下水井。轻、重分缩器进入地下槽与 富油混合后处理使用。 为保证洗油质量，从管式炉加热后的富油管线引出 1-2%的富油进再生器。于此用管式 炉过热至 400-450的蒸汽进行蒸吹。器顶排出温度为 190-200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。 2 3 主要设备论证及选型 前面我们介绍了四种终冷洗萘工艺，它们各自使用的终冷塔也不同。 煤气终冷和机械化除萘工艺用金属隔板塔。此塔其有传热，传质好的优点，但在终冷 塔后出口煤气的含萘量较高，萘的脱除率低，终冷水和萘不能很好地分离。 煤气终冷和热焦油洗萘工艺使用带焦油洗萘器的煤气终冷塔（筛板塔） 。此塔虽然具 有扩散推动力大的优点，但操作不稳定，对水质的要求高。 油洗萘和煤气终冷工艺中使用的是横管式终冷塔。此工艺洗萘与终冷分开，投资高， 不易小厂借鉴。 横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺使用横管终冷洗萘塔。它的优点：不仅终冷效果好， 除萘效果也好；系统阻力小，操作维修简便，节约点耗；不需含酚污水处理。 根据本设计在第二章所确定选用的终冷除萘工艺、流程，可确定选用与该工艺相配 套的终冷塔横管终冷洗萘塔。 3.13.1 洗苯塔洗苯塔 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。 3.1.13.1.1 空喷塔空喷塔 空喷塔一般为多段喷洒，没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，从顶部洒 下来的洗油经降液管引到下段。洗油从第二段起来采用循环喷洒。 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。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。 3.1.23.1.2 板式塔（孔板塔）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。 3.1.33.1.3 填料塔填料塔 填料洗苯塔是应用较早，较广的一种塔。塔内填料了用木格，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 3 该塔型在我国焦化厂应用较多，它具有阻力较小，操作稳定等优 点。但也存在着 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。因此在一些国家 里，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。但难于制造，价格昂贵。这种填料在苏、美应用较多。 4、塑料花环填料塔 塑料花环填料是近年来又国外引进的高效填料，经过实践检验证明，花环填料