年处理12万吨焦油焦油车间蒸馏工段初步设计 毕业论文.doc

辽宁科技学院本科生毕业设计 第95页年处理12万吨焦油焦油车间蒸馏工段初步设计毕业论文 目录1绪论11.1煤焦油的论述11.1.1煤焦油的应用及深加工意义11.1.2焦油主要危害及其特性11.2研究现状分析21.2.1国内发展现状21.2.2国外发现展状31.2.3产品方案31.2.4工艺流程41.2.5环保水平41.2.6节能水平41.3 煤焦油精制新技术51.4煤焦油加工展望51.4.1切忌盲目新建煤焦油加工设施51.4.2项目建设要求61.4.3慎重投资61.4.4注重煤焦的开发61.4.5加强环保工作61.5设计任务72生产工艺流程和主要设备的论述82.1原料及产品说明82.1.1煤焦油概述82.1.2产品分类92.2煤焦油加工过程92.3煤焦油加工工艺92.3.1一塔式流程102. 3.2 二塔式流程102.4焦油分离主要设备112.4.1 管式加热炉122.4.2蒸发器142.4.3蒸馏塔153车间及非工艺部分的设计183.1蒸馏工艺布置183.2车间布置183.3厂址的选择193.4 土建193.5供电203.6供水排水203.7防火防爆213.8采暖通风233.9环保233.10设备维修244专题蒸馏工艺过程的环境污染与防治254.1概述254.2煤焦油化工厂废气发生源264.3煤焦油化工厂废气治理方法264.3.1比重大于1的油品污染气体治理264.3.2轻质油品污染气体的控制274.4沥青烟萘粉尘的净化处理274.5酚钠盐分解废气治理284.6改进生产工艺减少污染284.6.1用氮气封闭液体化工物料储存设备294.6.2沥青和萘实行液态运输294.6.3酚钠盐分解的先进工艺304.6.4连续硫酸法酚钠盐分解工艺304.6.5二氧化碳分解305物料与热量衡算315.1计算条件及操作制度315.2耗热量和煤气用量的计算356管式炉的计算与选型416.1辐射段计算416.2对流段的计算486.3炉管压力降计算576.4烟囱计算626.4.1阻力计算626.4.2烟囱高度667其他设备的计算选型697.1蒽塔的选型697.3 一次蒸发器697.4二段蒸发器707.5其他冷却器的选型707.5.1混合馏分冷却器707.5.2一蒽油冷却器717.5.3二蒽油冷却器71结论73致谢74参考文献75附录A761绪论1.1煤焦油的论述煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中副产的具有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠状液体产品,1 产率大约占炼焦干煤的 3%4%, 几乎完全是由芳香族化合物组成的复杂混合物, 组分上万种, 已从中分离并认定的单种化合物500 余种, 约占煤焦油总量的55%。煤焦油中很多化合物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料, 也有一部分多环芳烃化合物是石油加工业无法生产和替代的。1.1.1煤焦油的应用及深加工意义我国的煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油、萘油、甲基萘油、洗油、蒽油、蒽油及煤沥青, 各馏分再经深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多种芳烃类化工原料及中间体。少量煤焦油被用作筑路油、防腐剂及炭黑原料油、燃料油等。近年也有人利用合成树脂、合成橡胶对煤焦油进行改性, 制造高档次防水涂料。占煤焦油50%的煤沥青用途十分广泛, 可用作电极黏结剂, 制造碳素纤维等。煤焦油混合物不经加工仅作为燃料油、炭黑原料油或防腐油以及直接或简单加工后的应用价值不是很大1。煤焦油蒸馏进行初步分离，一般可分离得到轻油、酚油、洗油、萘油、蒽油、沥青焦油六种馏份。萘是化学工业中很重要的原料，广泛用于制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料油漆及医药等用；酚及其同系物用来生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等；蒽用来制蒽醌燃料、合成糅剂及油漆。沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物，用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。1.1.2焦油主要危害及其特性健康危害：作用于皮肤，引起皮炎、痤疮、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣赘及癌肿。可引起鼻中隔损伤。环境危害： 对环境有危害，对大气可造成污染。燃爆危险： 本品易燃，为致癌物。危险特性： 其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。1.2研究现状分析1.2.1国内发展现状我国煤焦油加工工业是随着炼焦工业发展起来的，目前我国的煤焦油加工存在着加工工艺相对落后、装置规模小且加工企业过于分散、加工过程环境污染严重、分离新技术应用水平低、加工深度不够等问题2 。国内外普遍看好的是其深加工精制产品的应用。随着经济和技术的发展，不仅传统的煤焦油加工产品开发出了新的用途，而且应用新技术提取或进一步加工出的煤焦油馏分产品更具市场竞争力。因此应用新技术、新工艺，从煤焦油中提取市场急需的各类贵重化工产品，不仅实现了资源综合利用，提高了产品附加值，而且经济效益、环境效益、社会效益明显，对煤焦油的精制加工极为重要。蒸馏分离可以合理利用资源，节省不可再生资源，并减少分散加工带来的环境污染获取最佳经济效益和社会效益。同时对我国社会主义经济建设有着重要意义。我国煤焦油初馏装置规模较小，普遍在10万吨/年以下，但我国焦化量大，焦油产量增加，加工空间大，同时深层产品潜力更大。所以煤焦油的深加工前景广阔。我国现有焦油年加工能力为540万吨，在建加工能力425万吨，而拟建的加工能力达到377万吨，投产后合计年加工能力达到1340万吨。与世界先进水平相比，能力小、技术水平低、产品品种少、能耗高、环境污染严重。造成这一现象的主要原因是煤焦油分散加工。目前仍未建成一座现代化的煤焦油集中加工厂。上海宝钢于20世纪80年代建成的煤焦油加工系统的主要设备技术从日本引进，但规模偏小，产品、副产品只有26 种，中间产品种，与国内同行相比，技术上没有多大突破，我国煤焦油加工业的状况与德国进行比较，存在较大的差距，分离精制技术低，产品数量少，品级低，而且其市场还有待于进一步开拓，不少化工企业从国外进口焦化原料，而焦化行业却因产品找不到国内市场又不得不低价出口2。 近30年来，由于受到来自石油化工的激烈竞争，以及钢铁工业的制约，其发展比较缓慢且不均衡。进入20世纪90年代中期，由于对煤焦油产品的需求，人们对煤焦油加工工业的重要地位又有了新的认识，煤焦油加工工业作为区域经济发展的重要支柱产业已经形成，特别在当前原油价格大幅上涨的背景下，石油化工原料成本不断攀高、石化产品竞争力大大削弱，“高油价时代”的到来，为长期处于竞争劣势的煤化工提供了一个千载难逢的发展机遇。1.2.2国外发现展状 近十几年来，德国和日本等许多发达国家已将煤焦油的分离和利用的重点由高含量组分转向低含量组分，以从中获取合成精细化学品所需的高附加值成分，并且成功地开发出一系列先进的煤焦油加工新工艺。德国是最早利用煤焦油的国家。世界闻名的一些工艺流程几乎都是德国斯蒂尔公司和考伯斯公司设计的，它们投入相当大的力量，积极开发与完善加工新技术，扩大产品品种，提高产品的质量等级。目前，吕特格公司（Rutgers Werke AG）的焦油加工能力为150万t/a，他们已能生产500多种芳烃产品，煤焦油的化工利用率接近1.2，位居世界之首。日本的焦化工业发展较快，现有煤焦油加工能力已达180万t/a。煤焦油加工工艺最大的是考伯斯二次气化工艺的改进型。近十多年来，在住友金属化学、新日铁化学、神户制钢和川崎制铁等多家公司的共同努力下，日本的煤焦油加工业已形成了集中化、大型化和现代化的产业体系。日本十分重视煤焦油加工方面新技术的研究与开发，在煤焦油的精密分离和焦化产品的深度加工利用等方面取得了令人瞩目的成就。前苏联的煤焦油加工能力一直很强，单机年处理煤焦油的能力高达60万t，采用的多是一次汽化单或双塔流程，精制的焦油产品约有190种，其煤焦油分离效率仅次于德国。作为发展中国家，印度的煤焦油加工生产水平也较高，目前其生产量达38万t / a 。印度在萘、苯、甲苯及二甲苯和酚的生产工艺方面取得了突出的成就，在甲苯、萘和蒽的催化氧化方面也做了大量的研究和开发工作3。 1.2.3产品方案国外煤焦油加工有3种模式生产：一是全方位多品种，提纯和配制各种规格和等级的产品；二是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染料、医药方面延伸的深加工产品；三是重点加工沥青类产品，国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青等。 1.2.4工艺流程国内外焦油蒸馏的工艺大同小异，都是脱水、分馏，但国外的工艺比国内要多样化。国内的焦油蒸馏工艺与国外工艺相比较，差距并不大，只是适用的场合不同。焦油蒸馏国内多采用常压、一塔式、两塔式、切取两混或三混馏分的蒸馏工艺。引进的煤焦油蒸馏装置有如下特点：采用连续脱水脱轻油，馏分塔为减压操作，塔顶采出酚油 ，塔底为软化点的软沥青；采用方箱管式炉，其中，软沥青与焦油换热、各馏分采用蒸汽发生器产生 的低压蒸汽；馏分塔塔顶的油汽采用空气冷凝冷却器，并为减压操作，可节能；减压抽出的尾气与分离酚水，均送往管式炉焚烧；馏分塔材质选用抗腐蚀低碳合金钢。只要对国内工艺的设备、仪表控制、能量利用方面做一些改进工作，就能够变成先进和实用的工艺。1.2.5环保水平锅炉房产生的锅炉烟气；生产中产生的各种工艺废气；生产工艺设备噪声；工艺中产生的固体废物。 在废水、废渣的处理上国内外所采取的措施基本相同，所不同的是国内处理后的指标要差一点。废气处理主要是指焦油加工过程中的放散气和沥青烟气的处理。国外焦油厂收集这部分废气，并集中到洗涤塔，净化、降温后送管式炉焚烧。有些焦油加工厂的油槽顶部还进行氮封，其放散气排出的可能性就更小。而国内只有个别焦油加工装置对放散气进行集中收集处理，大部分装置都是自由放散。但只要严格管理，认真处理，达到国外处理水平是完全可以实现的。1.2.6节能水平节能降耗是装置的重要指标。焦油加工是高能耗过程，国外在水、蒸汽、煤气消耗方面控制较好，采用空冷、冷热流体换热、多级循环水、低温减压蒸馏、热量回收蒸汽等技术，但电的消耗反而比国内还高。随着国内能源结构的调整，多使用电，减少水、蒸汽和煤气的消耗是一个必然趋势。热回收焦炉与现存发电设备的组合是个完美概念。这种配置节约了可观的总投资成本，另一个好的组合是与化工厂配合，消耗炼焦过程生产的蒸汽。如果采用干熄焦技术，可回收显热能进一步增加。以100万t热回收炼焦设备加80MW发电机为基础，采用干熄焦后，可增加发电量16MW。在蒸汽方面，将干熄焦引入热回收炼焦设备后。蒸汽的输出量可从每小时270t增加到325t。1.3 煤焦油精制新技术现代焦油蒸馏的模式大致有以下类型：采用大型装置，如德国采用大焦油蒸馏装置；采用常、减压连续蒸馏操作方式，并全部设置余热利用，使每吨焦油耗热量减小 ；提高塔的分离效率；通过“闪蒸”方式，获得不同软化点的沥青；有效抑制焦油过程中发生聚合反应，特别是避免结焦；采用微机控制，实现开停工切换与正常运行的全部工艺参数自控调节；寻求扩大焦油原料的资源。煤焦油加工发展方向集中加工与大型化煤焦油集中加工与大型化的优点是：成本低；能耗低、产率高；投资省；产品品种多、档次高，有利于深加工；环境保护好。而目前国内焦油加工装置普遍较分散、规模小，每吨焦油能耗高达 ，而且环境污染严重，产品品种少，质量较差，生产成本高，经济效益差。扩大加工原料的资源即掺混一部分“蒸汽裂解法制烯烃”过程中产生的“裂解焦油”，与煤焦油一起进行加工。该工艺在吕特格公司已实现工业化。而国内仍有较多的煤焦油直接作为燃料油，未能实现资源的综合利用。1.4煤焦油加工展望对照国内煤焦油加工业现状和存在的问题，我国煤焦油产业发展从以下几方面进行。1.4.1切忌盲目新建煤焦油加工设施目前，我国现有的加工能力尚且开工不足。加上新建、拟建的新设施，焦油加工能力已经产生过剩。如前所述，由于与焦油加工“唇齿相依”的焦炭业不景气，许多焦化工亏损关门，导致焦油产量减少。这样煤焦油加工企业产能更显过剩。规模较大，产品较多的企业目前还不至于亏损，但利润空间已大大减少，而那些小的焦油加工企业支持不住，有的已经倒闭。能力过剩现象已经给焦油加工投资和产业发展拉响了警报，投资者务必慎重决策，分析研究市场。政府及有关部门则应加强规划管理等方面的调控，避免焦油加工业重蹈焦炭产能过剩、身陷严冬的“覆辙”。1.4.2项目建设要求 由于焦油中许多含量较少的高附加值产品如果规模太小则无法提取，也不具备经济性，因此亟待扩大加工能力。这样才能大大增强企业竞争力。目前年产10万吨的准人门槛看来还是有点低，从建设周期和投资资金方面许多企业都很容易解决，甚至有些企业为了追求短期的利润打政策的擦边球。如报批10万吨每年的规模，却是先搞5万吨。搞分期建设。这样会导致环保问题更加突出。1.4.3慎重投资投资前要对原料、产品、运输等的多方面市场情况进行详尽市场调研，做到项目原料来源有保证，产品市场前景看好，运输成本经济，投资产出比合理。同时，煤焦油加工项目属于高污染行业、危化行业，必须建设相应的环保和安全设施。大工业化化工项目的上马必须要考虑三十到五十年的生存周期，不能搞三五年。回收成本，赚一笔就走人。那种做法是弊大于利，因为化工企业的污染太大了，不像建房子一样。不用了把它拆了铺上土还是一块地。一个煤焦油加工厂运行几年后它的地下周围都会有不同程度的污染物残留的。环保工作做得再好跑冒滴漏也是不可能完全杜绝的。1.4.4注重煤焦的开发加大深加工产品和精细化工产品的开发投入。目前国内外焦油加工工艺需要解决的主要难题是如何提高煤焦油各单组份的分离效率，如何提高所得产品的纯度以及如何改善配套的生产工艺，尽可能多地提取更多有价值的组分，延伸加工产业链，提高资源利用率。使煤焦油加工的路走得更长更远。1.4.5加强环保工作以人为本，不论生产哪种产品，其产品及原料大多是含芳烃类化合物或混合物，在开发、利用煤焦油的同时，也要从保护、防护、治疗等方面进行投人、研究，使煤焦油开发者、研究者、生产者有一个良好的环境，使我国煤焦油加工的技术更新及其应用能走的更快。1.5设计任务本设计的主体设备是管式炉，主要进行管式炉的物料衡算、能量衡算及具体的工艺尺寸计算，并绘制成图。此外对蒽塔工艺尺寸计算选型; 一次蒸发器和二次蒸发器的计算及选型。本设计的专题是介绍煤焦油蒸馏工艺过程中存在的污染物及危害。综合论述国内外煤焦油蒸馏过程中对污染物采取的防护治理措施、工艺、特点、污染治理取得的效果及展望。最后根据相关数据及资料进行非工艺部分的简要论述。完成蒸馏工段的设备布置，绘制工艺流程图、平面图及立面图；完成该工艺三废处理与环境保护方面的设计和用水、用电等非工艺部分的设计任务。 2生产工艺流程和主要设备的论述目前我国各焦化厂根据生产能力和规模大小的不同，所采取的生产形式有：间歇式焦油蒸馏和连续式焦油蒸馏，生产工艺分为：单塔、双塔两种。通过设计题目和要求可知本设计属大型焦化厂精馏工段，所以采用管式炉连续蒸馏工艺对焦油进行蒸馏，在这套工艺中，无水焦油经过汽化和精馏，能够较好地得到分离，从而得到沥青和其他副产品。2.1原料及产品说明2.1.1煤焦油概述煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一，其产量约占装炉煤的3%4%在常温常压下其产品呈黑色粘稠液状，密度通常在0.95-1.10g./cm3之间，闪点100具有特殊臭味，煤焦油又称焦油。根据干馏温度和方法的不同可得到以下几种焦油：低温（450650）干馏焦油；低温和中温（600800）发生炉焦油；中温（9001000）立式炉焦油；高温（1000）炼焦焦油4。生产原料为炼焦回收的高温焦油，高温煤焦油 黑色粘稠液体，相对密度大于1.0，含大量沥青，其他成分是芳烃及杂环有机化合物。包含的化合物已被鉴定的达 400余种。工业上将煤焦油集中加工，有利于分离提取含量很少的化合物。加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分，然后再进一步加工。各馏分的加工采用结晶方法可得到萘、蒽等产品；用酸或碱萃取方法可得到含氮碱性杂环化合物（称焦油碱），或酸性酚类化合物（称焦油酸）。焦油酸、焦油碱再进行蒸馏分离可分别得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。这些化合物是染料、医药、香料、农药的重要原料。煤焦油蒸馏所得的馏分油也可不经分离而直接利用，如沥青质可制电极焦、碳素纤维等各种重要产品，酚油可用于木材防腐，洗油用作从煤气中回收粗苯的吸收剂，轻油则并入粗苯一并处理。低温煤焦油也是黑色粘稠液体，其不同于高温煤焦油是相对密度通常小于1.0，芳烃含量少,烷烃含量大，其组成与原料煤质有关 ，低温干馏焦油是人造石油的重要来源之一，经高压加氢制得汽油、柴油等产品。 2.1.2产品分类焦油的各组分性质有差别，但性质相近组分较多，需要先采用蒸馏方法切取各种馏分，使酚、萘、蒽等欲提取的单组分产品浓缩集中到相应馏分中去，再进一步利用物理和化学的方法进行分离。 一般在焦油连续蒸馏系统中所切取的馏分有以下几种：170前的馏分为轻油；170210的馏分，主要为酚油产率0.40.8%(对无水焦油)，比重为0.880.90。主要含有苯族烃，酚含量小于5%并含有少量的古马龙和茚等不饱和化合物及微量的萘；210230的馏分主要为萘油，产率为1.02.5%，比重为0.981.01。含有酚和甲酚2030%；萘520%；吡啶碱类46%，其余为酚油；230300的馏分主要为洗油，产率为4.56.5%，比重为1.041.06。含有甲酚、二甲酚及高沸点酚类35%；重质吡啶碱类45%；萘含量低于15%；其余为洗油及少量其他有机物质；280360的馏分主要为一蒽油，产率为1622%，比重1.051.10。含蒽1620%；萘24%；高沸点酚类13%；重质吡啶碱类24%；其余为蒽油；二蒽油馏分初馏点为310，产率46%，比重1.081.12，初馏点310，馏出50%时为400，含萘不大于3%；沥青：为焦油蒸馏的残液，产率为5456%。2.2煤焦油加工过程煤焦油加工从过程上分为 4 个层次：首先是原料煤焦油的预处理，即煤焦油的净化脱水、脱渣、除盐过程；其次是煤焦油蒸馏，切取各种馏分；第三是各馏分的分离，即用各种分离技术从馏分中提取各种精制产品；最后是精制产品的进一步深加工，利用各种物理或化学方法开发下游精细化工产品。原料煤焦油的预处理, 目前各国基本采用静置分层、离心分离、加压过滤、铵盐反应转化等方法对煤焦油进行脱渣、脱水、脱盐。我国焦油加工企业采用离心分离技术和加压过滤技术的相对较少。脱盐技术主要是利用碳酸盐或二氧化碳反应除去煤焦油中的固定铵盐。2.3煤焦油加工工艺 煤焦油蒸馏是焦油加工的龙头，其技术水平影响着焦油馏份的质量，并对焦油馏份的后续加工工艺的选择有着较大影响。目前国内外成熟的煤焦油蒸馏工艺流程较多，就蒸馏塔的操作压力而言，可分为常压蒸馏、常减压蒸馏和减压蒸馏三大类；按蒸馏塔的数量可分为一塔式、二塔式和多塔式。目前国内焦化企业大都采用常压单塔流程，这种流程投资低，易操作，比较适合中小规模的焦油蒸馏装置，但馏份切割较粗。国外大型煤焦油加工企业，大都采用常减压流程，特点是：各馏份切取较精细，如萘油馏份中萘的集中度可达95%以上，洗油馏份中含萘量较低；由于馏份分割较细，有利于馏份的后续加工和提高产品的提取率。我国以前煤焦油蒸馏装置多采用间歇蒸馏或常压连续蒸馏，按温度切取轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油等馏分及沥青的流程，该工艺加热温度高、时间长。分一塔式焦油蒸馏工艺和两塔式焦油蒸馏工艺。2.3.1一塔式流程一塔式焦油蒸馏工艺又被称为一塔半式， 就是在二段蒸发器上部加一段精馏塔以切取二蒽油馏分。原料焦油经预处理以后，经由原料泵送往管式炉一段， 加热至120 130进入一段蒸发器脱水， 塔底无水焦油于管式炉二段加热至405左右送入二段蒸发器进行蒸发、分馏， 沥青由器底排出，温度为320 335的二蒽油自蒸发器上部精馏它侧线排出，经冷却后送储槽。其余馏分的混合蒸汽自顶部逸出进入馏分塔，自馏分塔底排出的270 290的一蒽油，经冷却后， 一部分用于二段蒸发器顶部打回流，以保持二段蒸发器顶部温度为315 325， 其余送去处理。由馏分塔下部侧线切取温度为225 245的洗油馏分，中部侧线切取馏分温度为200 215的萘油馏分，上部侧线切取165 185的酚油馏分， 各种馏分均经冷却后导入相应的中间槽,然后送去处理。轻油及水的混合蒸汽以95 115自塔顶逸出，经冷凝冷却油水分离后，部分轻油打回流，其余送粗苯工段处理。当一塔式流程在用于切取酚、萘、洗三混馏分时，馏分塔总塔板层数可由切取窄馏分的65层塔板减至41层。而后再精制三混得到高纯度的萘、苊、芴、酚、吲哚、吡啶盐、甲基萘馏分和甲基萘馏分。而以上过程主要采用还是普通精馏操作。2. 3.2 二塔式流程二塔式蒸馏工艺是在一塔式的基础上做的改进工艺，为了提高焦油初次蒸馏的效果，在馏分塔之前加入了蒽塔，用于切取一蒽油和二蒽油，然后塔顶的产品进入馏分塔， 提取萘油、洗油和酚油。这样的流程使蒽油等重组分可以较早的从焦油中分离出来，对后面其他组分分离的干扰小，虽然在设备投入方面多一些，但产品质量得到了改善。上面的流程主要是用于提取焦油中的一些馏分，如轻油馏分和三混馏分。在焦油初步分离之后还有更复杂的分离操作，以能够进一步经过一系列分离操作得到高纯度的工业用产品或原料。例如对于酚油的继续精制，要进行先经过洗涤，在经由蒸馏操作得到精酚，本次本设计采用两塔式蒸馏过程，蒸馏工艺如下：由原料贮槽来的初步脱水的焦油用1段焦油泵送入管式炉的对流段、加热至120130后进入1次蒸发器。于此，粗焦油中的大部分水份和部分轻油的混合蒸汽以100106的温度自1次蒸发器顶逸出，进入一段冷凝冷却器；及油水分离器；与水分离后的轻油送往粗苯工段处理。经脱水后含水量0.5%以下的无水焦油，经过油封流入无水焦油槽中。无水焦油槽应保持经常满流，满流的焦油流入无水焦油槽，此槽中的焦油可用泵倒回原料焦油贮槽，或将满流焦油引入一段焦油泵前的管路中。无水焦油用2段焦油泵送入管式炉辐射段，在此被加热到400左右送入2段蒸发器进行闪蒸，分离成镏份的混合蒸汽和液体沥青。由2次蒸发器的底部排出的沥青，送沥青冷却浇注系统。从2次蒸发器顶逸出的馏份混合蒸汽进入蒽塔进料塔板，塔底排出温度为320330的二蒽油，侧线切取温度为290300的一蒽油。一、二蒽油分别经各自埋入式冷却器冷却后，流入各自贮槽，以备结晶工段加工处理。蒽塔顶用洗油打回流。自蒽塔顶来的油气进入馏分塔进料塔板。洗油馏份以230340的温度自塔底排出；温度为200210的萘油馏份从侧线采出；温度为150160的酚油馏份从对应的侧线层采出；这些馏份都分别经各自的埋入式冷却器，然后经窥镜流入各自的贮槽。馏份塔顶出来的轻油和水的混合蒸汽引入馏份塔轻油冷凝冷却器中，冷凝液经油水分离后，水经窥镜导入酚水槽或下水道内。轻油经窥镜流入回流槽，用回流泵送到馏份塔顶作为回流油，剩余的轻油送往粗苯工段。由本次设计题目要求可知本设计属大型焦化厂精馏工段，所以采用管式炉两塔式连续蒸馏工艺对焦油进行蒸馏，在这套工艺中，无水焦油经过汽化和精馏，能够较好地得到分离，从而得到沥青和其他副产品。2.4焦油分离主要设备焦油蒸馏过程主要是将焦油加热，利用组分间的沸点不同。从而得到分离开的轻、重组分，重组分为沥青，轻组分可通过进一步的精馏得到多种产品。此生产过程的主要设备为：管式炉、蒸发器、蒽塔、馏分塔、冷却器等6。2.4.1 管式加热炉1、管式炉工作原理中国焦化厂用于焦油蒸馏的管式加热炉有圆形和方形式两种，新建厂多为圆筒形或箱型立体式。箱型立体式或圆筒管式炉主要由燃烧室、对流室和烟囱构成。炉管分辐射段和对流段，水平安设。辐射管从入口至出口管径是变化的，按顺序依次为四种规格，可使焦油在管内加热均匀，提高炉子热效应，避免炉管结焦，延长使用寿命。 炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达10001500、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700900。以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200450的烟气从烟囱排人大气。油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。由于火焰温度很高(最高处可达15001800左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风机强制通风。有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为23mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。焦油在管内流向是先从对流管的上部接口进入，流经全部对流管后，出对流段，经联络管进入斜顶处的辐射管入口，由下至上流经辐射段一侧的辐射管，再由底部与另一侧的辐射管相连，由下至上流动，最后由斜顶处最后一根辐射管出炉。本炉设有多个自然通风和垂直向上的燃烧器，煤气通入中心烧嘴进行燃烧，有一次、二次通风口，并有手柄调节风量。烧嘴中有的设有废气通入管，用以喷然有害气体。在两个燃烧器旁设有喷烧酚水的喷嘴。风箱是一个侧面为L型、断面为长方形的管状物，内衬消声材料，端部入口设有百叶窗。燃烧器用风通过风箱时噪声被消除。炉子采用陶瓷纤维为耐火材料，以玻璃棉毡为绝热性能好，质量轻，易施工，使用寿命长。2、管式炉的分类炼油厂加热炉类型很多，按照管式加热炉的用途可分为纯加热炉和加热-反应炉，前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到被加热的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还有足够的时间进行裂解和焦化反应。按照管式炉的结构又可分为立式炉、圆筒炉和无焰炉。立式炉：立式炉炉膛为长方形箱体，炉管可水平放置或垂直放置。卧管立式炉其辐射炉管沿炉壁横排，火焰垂直于炉管上烧，炉膛较窄。对流室置于辐射室之上，长度与辐射室相同，烟囱放在对流室顶部。这种炉的特点是炉管沿长度方向受热均匀，另外由于其辐射室高度低，故各辐射管间的受热也比较均匀。其主要优点是减少了炉管支架，便于布置多管程，缺点是炉管沿管长受热不均匀，清扫困难。立式炉在热负荷较低时，投资高于圆筒炉，一般在热负荷较大时使用。圆筒炉：圆简炉炉膛为直立圆筒形，辐射管在炉膛周围垂直地排列一周，方形对流室在圆筒体上部，对流管分水平与直立设置两种。圆筒炉的特点是结构紧凑，造价较低。从热负荷上看，圆筒炉通常用作中、小型加热护，这是因为辐射管不能太长，加大炉膛直径又会提高造价。圆筒炉的热效率偏低也使热负荷的提高受到限制。无焰炉：无焰炉其外形和立式炉相似，主要特点是将无焰喷嘴沿炉膛测墙均匀分布。由于无焰燃烧，炉膛体积可缩小，传热较均匀。由于燃烧完全，过剩空气系数小，炉子热效率较高。但这种无焰燃烧喷嘴目前只能烧气体燃料，另外炉墙结构也比较复杂、造价较高，国内主要用作焦化炉、高温制氢的转化炉及裂解炉等。3、圆管式炉选择要点合理确定一段和二段加热面积比例，应满足正常条件下，（1）二段焦油出口温度400410时，一段焦油出口温度120130之间的要求。（2）蒸汽过热段可以设置一段或二段，要合理确定加热面积。当蒸汽量为焦油量的4%时，应满足加热至400450的要求。（3）辐射管热强度实际生产波动在18002600千卡/米2时。设计宜采用18002600千卡/米2时，对小型加热炉，还可取低些。当选用光管时，对流段热强度一般采用600010000千卡/米2时。（4）保护层厚度宜大于200毫米，使热损失控制在3%以内。（5）火嘴能力应大于管式炉能力的1.251.3倍火嘴与管净4宜大于900毫米，以免火嘴舔烧炉管。（6）辐射管和遮蔽管宜采用耐热钢.根据设计题目的要求，再结合生产实践和经济条件方面来选择管式炉。从生产要求和经济效益核算来考虑纯加热式圆筒炉是本设计的最佳选择。2.4.2蒸发器 一次蒸发器选择应满足以下条件：空塔速度宜采用0.2米/秒。闪蒸空间一般不小于2400毫米。结构形式有两种，一种是上部蒸发器与下部无水焦油槽相连，中间用隔板隔开。另一种是中间无隔板，上下连通。两种形式均可，后者操作简便。无水槽宜以液面自动调节装置自控液面。材质采用铸铁或普通碳钢。本设计选择的一次蒸发器如下表2.1。表2.1一段蒸发器规格Dg1600项目数据高度，毫米10000折流板板数3折流板距离，毫米400捕雾层3层星型泡板，每层27个泡罩无水焦油槽容积，米38.300材质铸铁 二次一次蒸发器选择应满足以下条件：底部空塔速度宜采用0.20.3米/秒。一般情况下，二段蒸发器直径宜按馏分塔直径大一级考虑。闪蒸空间一般不小于4000毫米。采用液面自调装置控制沥青液面。材质采用铸铁或碳钢内衬不锈钢薄板，以耐高温和腐蚀。设置人孔以便清扫、检修。本设计选择的二次蒸发器如下表2.2。表2.2二次蒸发器Dg2400项目数据高度，毫米2200塔板层数10000内蒸空间，毫米4102捕雾层10层钢丝网，总高1000毫米2.4.3蒸馏塔1馏分塔选择原则：根据塔径确定踏板间距。进料层的闪蒸空间宜采用板距的2倍。降液管截面宜按停留时间不低于5秒考虑。踏板层数应结合流程种类、产品方案、切取制度及其他经济技术指标综合考虑。2馏分塔的分类：板式塔：可根据气液操作状态分为鼓泡式塔板，如泡罩、浮阀、筛板等塔板及喷射式塔，如舌形、网孔等塔板。又可根据有没有降液管分为溢流式塔板（泡帽等）和穿流式塔板（穿流式筛板和穿流式栅板等)5。泡罩塔盘：泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一。在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子”，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，气体从下一层塔盘上升进入升气管，再经泡罩的条形孔流散到液体中。浮阀塔盘：浮阀塔盘是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。浮阀是保证气液接触的元件，操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。筛板塔盘：筛板塔盘是在塔盘板上开许多小孔，操作时液体从上层塔盘的降液管流入，横向流过筛板后，越过溢流堰经降液管导入下层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡通过液层，在此过程中进行传质、传热。由于通过筛孔的气体有动能，故一般情况下液体不会从筛孔大量泄漏。舌形和浮舌塔盘：舌形塔盘是在塔盘板上冲有一系列舌孔，舌片与塔盘板呈一定倾角，气流通过舌孔时，利用气体喷射作用，将液相分散成液滴和流束而进有一次、二次通风口，并有手柄调节风量。烧嘴中有的设有废气通入管，用以喷然有害气体。在两个燃烧器旁设有喷烧酚水的喷嘴。风箱是一个侧面为L型、断面为长方形的管状物，内衬消声材料，端部入口设有百叶窗。燃烧器用风通过风箱时噪声被消除。炉子采用陶瓷纤维为耐火材料，以玻璃棉毡为绝热性能好，质量轻，易施工，使用寿命长。3填料塔根据结构特点分为乱堆填料（鲍尔环、阶梯环、环矩鞍等颗粒填料）及规则填料（网波纹填料、板波纹填料、格栅填料）6。本设计所应用的2个塔设备都是对多种分进行分离，通过造价、塔板效率和操作弹性等多方面考虑，采用泡罩塔作为本设计的塔设备类型。其主要特点为：气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。具有较高的生产能力，适用于大型生产。不易堵塞，介质适用范围广。结构复杂、造价高，安装维护麻烦；气相压降较大，但若在常或加压下操作，这并不是主要问题8。 馏分塔可为条形泡罩塔或浮阀塔，塔板数为4163层。塔段和塔板由铸铁制造。塔板零件由合金钢制造。馏分塔板间距为350450mm，空塔蒸汽流速可取0.350.45m/s。馏分塔底设有直接蒸汽分布器，供通入直接过热蒸汽用。当采用减压蒸馏时，塔底则无此分布器，根据第七章的计算结果和目前国内的焦油加工标准系列，本设计选择的馏分塔和蒽塔指标如表2.3。表2.3馏分塔和蒽塔指标项目蒽塔Dg2000馏分塔Dg2000高度，毫米1600024000重量，吨42.333690.255塔板层数2163精馏段1660提馏段53泡罩形式条形星形泡罩个数1043泡罩齿缝高度，毫米2538每层塔板齿缝面积，米20.275降液管面积，米20.022板距，毫米4504003车间及非工艺部分的设计3.1蒸馏工艺布置焦油蒸馏工段一般由管式炉、蒸馏塔平台、蒸馏厂房、馏分中间槽等组成。必要时也可与工业萘工段合并处理。根据气温条件，蒸馏厂房可以布置为敞开式或半敞开式。各种设备标高要相适应，以满足各种馏分液体自流要求。碳酸钠高位槽槽底标高应高于一段焦油泵的原料焦油槽高度。沥青冷却器宜布置于焦油蒸馏塔平台附近，以利于兼作开工停工用的循环热焦油的冷却设备。馏分中间槽的布置，应考虑共加热器抽出方便。并宜邻近结晶洗涤工段。一般情况下，焦油蒸馏工段的工艺布置间距见表3.1。表3.1 焦油蒸馏工段工艺布置间距焦油蒸馏工段的工艺布置间距数值（米）厂房与室外中间槽之间净距管式炉与蒸馏平台之间净距两座管式炉中心距按最大炉径D厂房与焦油中间槽之间净距泵头与墙行列线之间距离馏分中间槽之间净距：两行布置时，行与行之间净距一行布置时，槽与槽之间净距蒸馏塔之间净距蒸馏平台内人行道宽度610 1.5D102 1.5 0.9 1.5 13.2车间布置本次设计的主要任务是年处理量12万吨吨焦油焦油蒸馏工段初步设计，车间布置应满足以下要求：焦油车间各工段的配置，应考虑各工序的相互衔接；各工段之间的连接管道布置合理，尽量缩短去沥青高置槽的沥青管道距离；与产品运输路线协调等。各工段之间的距离符合防火安全要求，一般工段之间尽距离不少于12米，厂房与室外储槽尽距离不少于6米。沥青池应布置于当地最小频率风向的上风侧。考虑综合利用，在车间范围内应适当留有发展余地。当有桶装产品时，与布置有装桶与堆捅场地。在车间范围内应布置车间办公室、厕所、浴室更衣室等生活设施。3.3厂址的选择厂址的选择是一项十分复杂的工作，必须根据拟建项目的技术经济要求，结合建厂地区的自然地理特征，运输条件、水源和动力供应条件、建筑施工条件以及工人住宅区布置条件等进行多方案的技术经济比较，选择一个能最大限度满足建设和生产经营 要求的、建厂费用和经营费用最省的建厂位置。厂址的选择一般要求如下：（1）厂址应有较好的交通运输条件。年运输量超过某个数值时（按国家规定）。应铺设专用线并和铁路正线接转。专用线最好不经过桥梁、涵洞，长度应尽量缩短。（2）厂址应当靠近主要原材料供应地区或产品销售地区；最好靠近热电站以获得大量蒸汽和电力。（3）必须有充足的水源保证供应，如有温度较低的充足水源则更好，这样可以节省冷却设备，节约资源，水温一般要求在2532以下。（4）应在居民区的下风向和江河下游，但又不受其他企业的烟气的影响的地方建厂。窝风的盆地不宜建厂，在全年主导风向不明时，应以夏季风向为主。（5）厂址最好选择在已有居民的附近地区，离城市不远或靠近已建成投资的其他企业，这样可以利用城市或原有企业的各种设施。（5）厂址面积与外形应适应工厂总平面布置，并有发展余地，一般要求平坦，稍能向外倾斜，有一定的坡度，以利于雨水排出。（6）有些化工厂有大量的废渣产生，要有适当的洼地堆放或填埋7。3.4 土建土建应满足以下要求：厂房室内地坪高比室外地坪高宜高出0.15米。酸碱洗涤室及所属室外酸类贮槽区的地坪应作仿佛处理，室内应设墙裙及冲洗地坪的排水箅子。各工段泵房和主要设备厂房的地坪应按耐油耐碱处理，一般铺设磁砖或水磨石地坪。室外设备的操作区及通道需作水泥地坪，并考虑排水。室内穿楼板的管洞应作凸台，以防漏水漏油。按照工艺需要在厂房设计中考虑安装门或安装孔。焦油车间关于建筑物的防火等级要大大提高。对于建筑物进行设计时，应使厂房室内的地平标志次室外地平标高出0.15m。酸、碱洗涤室及所需室外酸类储槽区的地平应作防腐处理。室内应设置墙裙及冲洗地平的排水管子7。3.5供电焦油车间供电负荷按焦化厂负荷分级规定。用电设备的按钮一般设在设备附近，连续运转的设备，在仪表室内应有运行指示信号。主要的泵如一、二段焦油泵、工业萘热油循环泵等应有电流表及报警信号。观察频繁的操作部分如视镜、工业萘塔底面等处应有局部照明。车间或工段办公室和主要仪表操作室应设置自动电话和调度电话。滑触线高度不宜小于3.5m；如低于3.5m，其下部应设防护网，防护网应接地良好。车辆上的电磁站中的人行道净宽不得小于0.8m；当人行道上部布置有裸导体且离地高度不高于2.2m时，其下部应有隔板，隔板离地不小于1.9m。电气设备（特别是手持电动工具）的外壳和电线的金属护管应有接零或接地保护和漏电保护器。电力驱动车辆的轨道应接地，轨道接头应有跨条连接。行灯必须是24伏低压灯；在金属容器内或潮湿地方其电压不得超过12伏。安全电压的电路必须是悬浮的。建筑物和生产装置必须采取防直接雷击和感应雷击的措施。精苯车间应设独立的避雷装置。3.6供水排水在本设计中，用水量是很大的，它包括了生产用水（工艺用水和冷却用水）、辅助生产用水（清洗设备及清洗工作环境用水）、生活用水和消防用水等，所以供排水设计是化工设计中一个不可缺少的组成部分。 1供水 在该设计中直接使用城市自来水作为水源，冷却用水占了工业用水的主要部分。由于冷却用水对水质有一定的要求，因此，从水源取来的原水一般都要经过必要的处理如沉淀、混凝和过滤以除去悬浮物，必要时还需经过软化处理以降低硬度才能使用。为了节约水源以及减少水处理的费用，大量使用冷却水的化工厂应该循环使用冷却水，即把经过换热设备的热下水送入冷却塔或喷水池降温（冷却塔使用较多见），在冷却塔中，热下水自上向下喷淋，空气自下而上与热水逆流接触，一部分水蒸发 ，使其余的水冷却。水在冷却塔中降温约510，经水质稳定处理后在用作冷却水，如此不断循环。2排水 该设计污水的水源大体上有两个方面：生活污水（来自厕所、浴室等）生产污水。生活污水和大气污水污染的有害程度均小于生产污水，生产污水中往往含有大量的酸、碱、盐和各种有害物质，经过净化达到国家规定的排放标准排入河道。污水的排除方法有两类：合流系统和分流系统。在合流系统中是将所有的污水通过一个共同的水管到净化池处理后再引入河道，分流系统是将生活污水和大气污水与生产污水分开排除，或生产污水和生活污水合流而大气污水分流。该设计采用合流系统。3.7防火防爆凡是输送距离短，有条件设置的，均宜采用自流和虹吸输送方式。从安全角度看，选用蒸汽往复泵输送易燃液体最为合适，因为其是以蒸汽为驱动力，可以避免产生火花。用气体压送易燃液体时，不可采用压缩空气，可用氮气或二氧化碳等惰性气体压送。只有对闪点高的及沸点在130以上的可燃液体，才可用空气压送。控制明火的产生，限制使用范围，严格用火管理，对于防止泵房火灾是十分必要的。在加热时应避免使用明火，严格机动车行驶和禁烟等规定。保持轴承润滑良好；摩擦、撞击部分采用不发火金属；严禁穿带钉鞋进入危险区域。厂房之间防火距如下表3.2，爆炸和火灾危险场所等级见上表3.3。表3.2厂房之间防火间距耐火等级 耐火等级一、二级三级四级一、二级三、级三、级201214121416141618表3.3爆炸和火灾危险场所等级场所或设备名称主要介质名称介质操作温度，环境或场所等级焦油蒸馏部分：焦油管式炉焦油蒸馏塔、室外空间槽焦油馏分冷却室、泵房工业萘部分：工业萘管式炉工业萘精馏塔及其冷凝冷却器工业萘产品槽工业萘结晶机室工业萘仓库馏分洗涤