煤气初冷及硫酸铵制取

设计说明

从焦炉炭化室生成的荒煤气需在化学产品回收车间进行冷却、输送，回收煤

焦油、氨、硫、苯族煌等化学产品，同时净化煤气。我在焦炉煤气初冷时采用半

负压操作系统，这样有利于吸取氨、苯族煌等，增大吸取推动力，有利于提高吸

取率和回收率。对于硫酸铁制取工艺，采用喷淋式饱和器生产硫酸铁的工艺，并

以饱和器母液生产粗轻毗咤。用楮胶法除去硫化氢和氟化氢杂质，以洗油方法吸

取苯族垃。

1.物料衡算：

①运算基准的确定：

②运算过程中的原料消耗及物料输出量（包括参加及不参加反应之物料、杂质

等各项）；

③列出主要设备的输入及输出物料平稳表（包括物料名称、工业品组成、分子

量、成品重量等各项）；

④饱和器的物料平稳图（原料及产品重量、物料缺失等）；

2.热量衡算（以物料衡算为基础）：

①需明确物料进入设备入口温度，列出热量衡算方程；

②运算各物理或化学变化吸取或放出的热量，特别是潜热及反应热的运算；

③对反应器须运算各物料进出口温度，及反应器内部温度；换热器运算原料

及冷却（加热）介质进、出口温度；

④热量平稳，挑选传热结构，运算传热面积。

此设计以喷淋式饱和器为主设备进行运算，主要附属设备有除酸器、结晶槽、

沸腾干燥器等。对于饱和器需要得出其煤气进口管直径、中央煤气管径、饱和器

的高度和直径，同时运算了除酸器和干燥器的管径、内径。

图纸三份，分别为喷淋式饱和器生产硫酸镂工艺流程图、喷淋式饱和器设备

图、初冷器图。

DesignNotes

Wastegasgeneratedfromthecokeovencokingchamberneedforcoolinginchemical

productsrecoveryplant,transportation,recoveryofcoaltar,ammonia,sulfur,benzene

familyhydrocarbonsandotherchemicalproducts,whilepurifyingthegas.Coldcoke

ovengastothesemi-vacuumoperatingsystem,itisagoodabsorptionofammonia,

benzenefamilyhydrocarbons,increasingtheabsorptiondrivingforcetohelpimprove

theabsorptionrateandrecovery.Ammoniumsulfatesystemtotaketheprocess,the

processofspraysaturatortoproduceammoniumsulfate,andsaturatormotherliquor

productionofcrudelightpyridine.Tanninextractimpuritiestoremovehydrogensulfide

andhydrogencyanide,benzenefamilyhydrocarbonwashoilabsorption.

(1)thematerialbalance:

①calculatethebaselinetodetermine:

②calculatetheconsumptionofrawmaterialsandmaterialsintheprocessoutput

(includingparticipationinanddonotparticipateinalloftheresponseofmaterials,

impurities,etc.);

(3)liststhemajorequipmentinputandoutputmaterialbalance(includingthematerial

name,theindustrialcomposition,molecularweight,finishedweight);

Equilibriumdiagramofthe④saturatedmaterials(rawmaterialsandproductweight,

materialloss,etc.);

2heatbalance(materialbalancebased):

①requireexplicitmaterialintothedeviceinlettemperature,listedintheheatbalance

equation;

②Calculationofthephysicalorchemicalchangesintheabsorptionorreleaseofheat,

especiallythecalculationoflatentheatandheatofreaction;

(3)reactorrequiredtocalculatetheinletandoutlettemperaturesofthevariousmaterials,

andthereactorinternaltemperature;mediumintotheheatexchangertocalculatethe

rawmaterialsandcooling(heating)andoutlettemperature;

(4)theheatbalance,selectaheattransferstructure,calculatetheheattransferarea.

Thisdesignspraysaturator-baseddevicetocalculatethemainancillaryequipmentacid

removaldevice,crystallization,boilingdryers.Saturationneedstocometotheheight

anddiameterofthegasinlettubediameter,thecentralgaspipediameter,saturated,and

thecalculateddiameter,insidediameter,inadditiontotheacidanddryers.

Drawingthree,respectively,forthespraysaturatorproductionofammoniumsulfate

processflowchartdiagramofthespraysaturatorequipment,PrimaryCoolermap

目录

主要符号说明.........................................................2

弓I言]

1焦炉煤气初冷工艺...................................................1

1.1集气管冷却...................................................1

1.2初冷器冷却...................................................1

1.3煤气的直接冷却工艺...........................................3

2初冷工艺的运算.....................................................5

2.1集气管的物料平稳和热运算.....................................5

2.1.1物料衡算............................................5

2.1.2集气管的热量衡算...................................7

2.2横管初冷器热量和物料衡算....................................11

2.2.1横管初冷器的物料衡算...............................11

2.2.2横管初冷器的热量衡算...............................13

2.3主要设备运算................................................17

2.4剩余氨水量的运算............................................23

3硫酸镂制取工艺....................................................25

4硫酸铉工艺运算....................................................28

4.1物料衡算....................................................28

4.1.1氨平稳运算.........................................28

4.1.2水平稳的运算.......................................29

4.2母液最低温度的确定..........................................30

4.3热平稳运算..................................................30

5硫酸锭生产的主设备的运算..........................................35

6硫酸镂附属设备的运算..............................................39

6.1结晶槽......................................................39

6.2沸腾干燥器..................................................40

6.2.1沸腾床最低流态化速度的确定.........................41

6.2.2干燥器直径的确定..................................43

6.2.3干燥器溢流口高度的确定............................43

6.3除酸器......................................................44

6.3.1除酸器煤气进口尺寸.................................44

6.3.2出口管直径.........................................44

6.3.3除酸器的内径.......................................44

6.3.4出口管在器内部分的高度............................45

河南城建学院本科毕业设计（论文）目录

7后续工序的设计说明................................................45

7.1中和器法提取粗轻毗咤工艺流程................................45

7.2焦炉煤气中硫化氢和氧化氢的脱除..............................46

7.3洗油吸取煤气中的苯族煌......................................47

设计结果............................................................48

参考文献............................................................49

附录...............................................................50

致谢...............................................................51

河南城建学院本科毕业设计（论文）目录

主要符号说明

煤气流量加力

温度℃

蒸汽量kg/m3

煤气含氨量g//

热量kJ/h

干煤装入量t/h

体积流量m3/h

体积m3

速度m/s

直径及高度m

密度kg/m3

黏度Pas

面积m"2

热容kJ/kg・

热焰KJ/kg

河南城建学院本科毕业设计（论文）主要符号说明

引言

焦炉煤气的处理采用半负压操作系统，煤气的初冷采用的是横管式间接初冷

器。第一，概述了煤气初步冷却的目的意义，介绍了鼓风冷凝工段的工艺流程，

常用的初冷工艺及工艺流程中的常用设备，并对鼓冷工段进行了物料衡算和热量

衡算。通过热量衡算和物料衡算确定了设备的选型。其次，采用喷淋式饱和器生

产硫酸镂的工艺，并以饱和器母液生产粗轻毗咤。最后，对脱硫和苯回收工艺作

说明。同时也对介绍了用硫酸法吸取氨制取硫酸镂的工艺，并对硫酸吸取氨的工

艺原理及注意事项做了一些说明，以及对硫酸镂生产工艺的物料衡算和热量衡算,

硫酸镂生产的主设备及辅助设备的设计运算。并从硫酸镂母液中回收粗轻吐陡。

对于煤气中的硫化氢和氧化氢的除去在回收煤化学产品具有重要作用，并通过榜

胶法将硫化氢和氧化氢除去，由于焦化厂生产硫酸铉需要大量的硫酸，而通过设

置脱硫装置并回收硫化氢制造硫酸，可以节省所需硫酸量的一半左右，并使资源

得到合理的利用，故脱除硫化氢和氟化氢必须重视。洗油吸取煤气中粗苯蒸气的

过程是物理吸取过程，当煤气中粗苯蒸气的分压大于洗油表面上粗苯蒸气时，煤

气中的粗苯就被洗油吸取。

煤气的初步冷却分两步进行：第一步是在集气管及桥管中用大量循环氨水喷

洒，使煤气冷却到80~90℃；第二步再在煤气初冷器中冷却。可将煤气冷却到25~

65℃□

煤气的初冷，输送及初步净化，是炼焦化学产品回收工艺过程的基础。其操

作运行的好坏，不仅对回收工段的操作有影响，而且对焦油蒸储工段及炼焦炉的

操作也有影响。因此，对这部分工艺及设备的研究都很重视。

煤气初冷的目的一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣。

在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750C,第一

经过初冷，将煤气温度降至25-30C,粗煤气中所含的大部分水气、焦油气、蔡及

固体微粒被分离出来，部分硫化氢和鼠化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从而可

减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后，体积变小，从而使鼓风机以

较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序。煤气经初冷后，温度降低，是保证

炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。

从煤气初冷过来的煤气中含有一定的氨，由于氨对干装入煤的产率一样为

0.20〜0.35%。在荒煤气初步冷却的过程中，部分氨转入冷凝氨水中，氨在煤气和

I

河南城建学院本科毕业设计（论文）引言

冷凝氨水中的分配，取决于煤气初冷的方式（间冷还是直冷）、冷凝氨水的产量和

煤气冷却的程度。当采用间接冷却时，煤气冷却越低，冷凝氨水量愈大，则冷却

器后煤气中含氨量愈少，反之则愈多。一样情形下，在采用混合氨水流程时，初

冷器后煤气中的含氨量约为4〜。

目前，中国焦化厂炼焦时生成的氨主要通过生产硫酸镀，也有用磷酸吸取氨

制取无水氨的工艺，因所得产品质量高，技术先进，得到应用和发展。生产浓氨

水工艺，因氨易挥发缺失，污染环境，产品运输困难，故此工艺在大厂没有采用。

并在制取硫酸锭的同时，粗轻毗咤盐基从硫酸锭母液中提取回收。也对除去硫化

氢和氟化氢的方法做了介绍，还涉及了苯族姓的回收的设计。

河南城建学院本科毕业设计（论文）引言

1

河南城建学院本科毕业设计（论文）焦炉煤气初冷工艺

1焦炉煤气初冷工艺

在炼焦过程中，从焦炉炭化室出来的粗煤气温度为650〜800℃。此时煤气中

含有水蒸气、焦油雾、苯族烧、硫化物、氟化物、氨、蔡及其他化合物。为回收

和处理这些化合物，并使煤气体积变小，便于输送，第一应将煤气进行冷却。煤

气初冷一样分为集气管冷却和初冷器冷却两个步骤。

1.1集气管冷却

来自焦炉炭化室的高温粗煤气（露点为65c左右）在桥管和集气管内用压力

为0.15〜0.2MPa、温度为70〜75℃的循环氨水通过喷头强烈喷洒，如图1-1所示。

部分氨水吸取大量显热迅速蒸发，煤气温度由650〜800C降至80〜85C,并为水

气所饱和。随着煤气的冷却，煤气中50%~60%的煤焦油被冷凝下来，其中一小部

分与煤气中的煤、焦微粒混合成为焦油渣。冷却后的煤气与氨水和煤焦油等液体

在气液分离器中分离，煤气流向焦炉煤气初冷器，氨水、焦油和焦油渣则进入焦

油氨水分离器，按密度进行分离。大部分氨水用泵送回集气管喷洒，小部分剩余

氨水经溶剂脱酚、蒸氨和生物脱酚等多级处理后外排。焦油送煤焦油加工装置处

理。焦油渣回配入装炉煤。

1.2初冷器冷却

初冷器冷却的方法有间接初冷法、直接初冷法和间接-直接初冷法三种。间接

初冷法的煤气冷却和净化成效好，为世界各国广泛采用；直接初冷法，冷却水和

煤气直接接触，有较好的净化成效，但因设备较多，投资较大，应用不如间接初

冷器普遍；间接-直接初冷法是70年代后发展的初冷方法,煤气初冷和净化成效好,

但设备多，投资大，未能广泛采用。

间接初冷法的工艺流程如图1-1所示。

I

河南城建学院本科毕业设计（论文）焦炉煤气初冷工艺

图1-1间接初冷法工艺流程

1一气液分离器；2一间接初冷器；3—焦炉煤气鼓风机；4一电捕焦油器；

5一冷凝液槽；6一冷凝液液下泵；7、8—水封槽；9一焦油氨水分离器；10-

氨水中间槽；11一事故氨水槽；12一焦油贮槽；13—焦油中间槽；14-冷凝液中间

槽

该流程在我国得到广泛采用。粗煤气与喷洒氨水冷凝焦油等沿吸煤气主管第

一进入气液分离器，煤气与焦油、氨水、焦油渣等在此处分离。分离下来的焦油、

氨水和焦油渣一起进入焦油氨水澄清槽，经过澄清分成三层：上层为氨水，中层

为焦油，下层为焦油渣。沉淀下来的焦油渣由刮板输送机连续刮送至漏斗处排出

槽外。焦油则通过液面调剂器流至焦油中间槽，由此用泵送至焦油贮槽，经初步

脱水后，再用泵送往焦油车间。氨水由澄清槽的上部满流到氨水中间槽，再用循

环氨水泵送回焦炉集气管喷洒以冷却粗煤气。这部分氨水称为循环氨水。

经气液分离后的煤气进入数台并联的立管式间接初冷器内用水间接冷却。煤

气走管间，冷却水走管内。煤气与冷却介质不直接接触，气液两相只是间接传热

而不发生传质过程。在初冷器内，煤气中焦油气、水气和蔡大部分都冷凝下来，

煤气中一部分氨、硫化氢和氧化氢等溶解于冷凝液中，煤气则被净化。粗煤气通

过间接初冷器，温度从80〜85℃降至25〜35C,经鼓风机送入电捕焦油器除去煤

气中的焦油雾后，送往煤气净化的后续工艺装置。由初冷器、焦炉煤气鼓风机和

电捕焦油器排出的冷凝液以及由气液分离器下来的焦油氨水和冷凝液，在焦油氨

水分离器中沉降分层后所碍的氨水，作为循环氨水送回集气管，剩余氨水送溶剂

脱酚装置；煤焦油送入焦油贮槽；焦油渣回配入装炉煤。冷却后的煤气中焦油含

量降至1.5〜2g/m3,经鼓风机和电捕焦油器进一步分离后，最终降至0.05g/m3。

间接初冷法的主要设备是间接式初冷器。间接初冷器是一种列管式固定管板

换热器。在初冷器内，煤气走管外，冷却水走管内。两者逆流或错流通过管壁间

接换热，使煤气冷却。间接初冷器有立管式和横管式两种。

立管式初冷器如图1-2所示。其换热器竖直放置，壳体截面有圆形、长圆形和

方形。换热器管径有38mm、45mm、57mm和76mm几种。折流板与管子同向，

折流板间距由热端至冷端逐步减小，以使煤气流速基本不变。水箱隔板与折流板

对应放置，构成图1-3立管式初冷器冷却水与煤气逆流间接换热。上水箱敞开，冷

却水自流通过冷却器。这种初冷器结构简单，管内结的水垢便于清扫；但冷却水

流速低，传热成效差，煤气中蔡的净化不好。

2

河南城建学院本科毕业设计（论文）焦炉煤气初冷工艺

图1-2立管式初冷器

横管式初冷器如图1-3所示。其换热管与水平面成3°角横放，壳体截面为矩

形。管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道，可分两段或三段供水。两

段供水是供低温水和循环水，三段供水则供低温水、循环水和采暖水。煤气自上

而下通过初冷器。冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差,

低煤气出口温度。在冷却器壳程各段上部，设置喷洒装置，连续喷洒含煤焦油的

氨水，以清洗管外壁集结的焦油和蔡，同时可以从煤气中吸取一部分蔡。横管式

初冷器结构复杂，管内积结的水垢难于清扫；但冷却水流速高，传热效率好，冷

却后的煤气含蔡低，净化好。

图1-3横管式初冷器

1.3煤气的直接冷却工艺

煤气的直接冷却，是在直接式煤气初冷塔内由煤气和冷却水直接接触传热完

成的。我国小焦化大都用此流程。

由煤气主管来的80-85C的煤气，经过气液分离器进入并联的直接式煤气初冷

塔，用氨水喷洒冷却到25-28C,然后由鼓风机送至电捕焦油器，电捕除焦油雾后，

3

河南城建学院本科毕业设计（论文）焦炉煤气初冷工艺

将煤气送往回收氨工段。

由气液分离器分离出的氨水，煤焦油和焦油渣，经过焦油盒分离出焦油渣后

流入焦油氨水澄清池，从澄清池出来的氨水用泵送回集气管喷洒冷却煤气。澄清

槽底部的煤焦油流入煤焦油池，然后用泵抽送到煤焦油槽中，再送往煤焦油车间

加工处理。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工捞出。

初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初冷氨水澄清池，与洗氨塔来

的氨水混合并在澄清池与煤焦油进行分离。分离出来的煤焦油与上述煤焦油混合。

澄清后的氨水则用泵送入冷却器冷却后，送至初冷塔循环使用。剩余氨水则送去

蒸氨或脱酚。从初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水澄清池,

以补充焦炉用循环氨水的蒸发缺失。

煤气直接冷却，不但冷却了煤气，而且具有净化煤气的良好成效。据某厂实

测生产数据表明，在直接式煤气初冷塔内，可以洗去90%以上的煤焦油，80%左右

的氨，60%以上的蔡，以及50%的硫化氢和氧化氢。这对后面洗氨洗苯过程及减少

设备腐蚀都有好处。

同煤气间接冷却相比，虽然直接冷却具有冷却效率高，煤气压缺失小，基建

投资少等优点。但直接初冷工艺流程较复杂，动力消耗大，循环氨水冷却器易腐

蚀易堵塞，各澄清池污染也严重，大气环境恶劣等缺点。综上我采用横管式间接

初冷器对煤气进行初冷的设计。

4

河南城建学院本科毕业设计（论文）焦炉煤气初冷工艺

2初冷工艺的运算

2.1集气管的物料平稳和热运算

2.1.1物料衡算

0000

干煤量M=।金..=86万吨/年，1吨煤产焦炉煤气340每小时装入

132x0.3%

干煤量120%,一年开工300天，每天24小时。

原始数据

产品产率（对干煤质量）％

焦炉煤气14

水分（化合水2.2,配煤水分7.8）10

焦油4.0

粗苯1。

氨0.3

硫化氢0.3

焦炭76

炼焦煤气组成（体积）％

H257

CH427

CO6

N25

CO22.2

C,.Hm2.3

O20.5

每小时装入湿煤量：120X=1量t/h

100-10

装入煤带水量：133-120=13t/h

5

河南城建学院本科毕业设计（论文）初冷工艺的运算

（1）进入集气管的物料（kg/h）

干煤气120X340X0.47=19176m3

水蒸气120000X0.022+13000=15640

焦油气120000X0.04=4800

粗苯气120000X0.011=1320

硫化氢120000X0.003=360

氨120000X0.003=360

合计41656

干煤气密度:

P=(0.57X2+0.27X16+0.06X28+0.05X28+0.022X44+0.023X28+0.005X32)

X—=0.45kg/m3

22.4

按体积计的物料为

干煤气120X340=40800

224

水蒸气15640X^=19463

18

224

焦油气4800X^=632

170

224

粗苯气1320X^=356

83

224

硫化氢360X^^=237

34

224

氨360X^=474

17

合计61954

其中：170—焦油平均分子量

83一粗苯平均分子量

34—硫化氢分子量

（2）离开集气管煤气的组成

在集气管中有60%焦油气冷凝，即为：

4800X0.6=2880kg/h或632X0.4=253m3/h

设在集气管中有Mkg/h的水蒸发，即誉M=1.24Mm3/h。而集气管中的蒸

18

发水量M是在热平稳中确定的。

6

河南城建学院本科毕业设计（论文）初冷工艺的运算

表1集气管的物料组成

物料名称输入输出

Kg/hm3/hKg/hm3/h

干煤气19176408001917640800

水蒸气156401946315640+M19463+1.24M

焦油气48006321920253

粗苯气13203561320356

硫化氢360237360237

氨360474360474

合计416566195438776+M61583+1.24M

2.1.2集气管的热量衡算

通过集气管的热平稳运算已确定蒸发水量M及煤气出口的露点温度。

输入热量：

1.煤气带入的热量Qi

(1)干煤气带入的热量：

设煤气的入口温度为650℃,干煤气比热为：

Cg=(0.57X0.313+0.27X0.5566+0.06X0.3265+0.05X0.3235+0.022X

0.4943+0.023X0.717+0.005X0.3409)X4.186=1.7kJ/m3•℃

即-LL=3.8AJ/kg•℃

0.45

.,.qi=19176X3.8X650=47364720kJ/h

(2)水蒸气带入热量

q2=15640X(2308+2.02X650)=56530780kJ/h

式中：2308—0℃时水蒸气的焰，KJ/Kg

2.02—水蒸气在0-650C时的平均比热，KJ/Kg•℃

(3)焦油气带入的热量

焦油气比热：

Cc=(0.305+0.392XI0-3Xt)X4.186

=(0.305+0.392X10-3X650)X4.186

=2.3KJ/kg•℃

.•.q3=4800X(88+2.3X650)=7598400KJ/h

式中：88—0℃时焦油气的熔，KJ/kg

(4)粗苯带入的热量

7

河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

粗苯气比热：

「(20.7+0.026/)x4.186

CB=---------------------------

W

_(20.7+0.026x650)x4.186

83

=1.9KJ/kg•℃

式中：W一粗苯的平均分子量，取W=83

，q4=1320X1.9义650=1630200KJ/h

(5)硫化氢带入的热量

qs=360X1.15X650=269100KJ/h

式中：1.15—0-660C范畴内硫化氢的平均比热，KJ/kg•℃

(6)氨带入的热量

q6=360X2.61X650=610740KJ/h

式中：2.61一氨的比热，KJ/kg•℃

煤气输入的热量：

QI=q।+q2+q3+q4+q5+q6

=47364720+56530780+7598400+1630200+269100+610740

=114003940KJ/h

2.循环氨水带入的热量Q2

Q2=W1T|

式中：Wi—循环氨水，kg/h

Ti一循环氨水温度，。C

每吨干煤所用循环氨水量5-6m3/h,则：Wl=120X6=720m3/h

循环氨水温度应比进入集气管的煤气露点温度高5-10℃,以保证水的蒸发动

力。

设集气管中煤气的总压力为101.325KPa,则水蒸气分压为：

Pv=101.3251X94^6^3=31.8/CPa

61954

相应的露点温度为70.88C

取循环氨水的实际温度Tl=77℃

Q2=720XI.IX1000X77X4.186=254913120KJ/h

则总输入量：QA=Qi+Q?=114003940+254913120=368917060KJ/h

输出热量：

1.炼焦煤气带走的热量Q3

(1)干煤气带走的热量

8

河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

设集气管出口煤气温度为82℃,干煤气在0-82℃的平均比热为：

Cg=(0.57X0.306+0.27X0.384+0.06X0.31+0.005X0.309+0.02X0.392+0.023X

0.518+0.005X0.314)X4.18=1.4KJ/m3・℃

14

或：—=3KJ/kg•℃

0.45

,qi=19176X3X82=4717296KJ/h

(2)水蒸气带出的热量

q2=(l5640+M)X(2487+1.83X82)=41243618+2637M

式中：1.83—水蒸气的比热，KJ/kg

(3)焦油气带走的热量

焦油气的比热：

Cc=(0.305+0.392X10-3X82)X4.18=1,4KJ/kg•℃

二q3=1920X(367.8+1.4X82)=926592KJ/h

(4)粗苯气带走的热量

粗苯气的比热：

》(20.7+0.026x82)x4.186,℃

CB=----------------------------------=1.1KJ/kg•C

83

,q4=1320X1.1义82=119064KJ/h

式中：83一粗苯气的平均分子量

(5)氨带走的热量

q5=360X2.11X82=62287KJ/kg

式中：2.11一氨的比热，KJ/kg•℃

(6)硫化氢带走的热量

q6=360X0.995X82=29372KJ/kg

式中：0.995一硫化氢的比热，KJ/kg­℃

则炼焦煤气带走的热量为：

Q3=qi+q2+q3+q4+q5+q6

=4717296+41243618+2637M+926592+119064+62287+329372

=47098229+2637M

2.循环氨水和冷凝焦油带走的热量Q4

设循环氨水及冷凝焦油在集气管中的温度为80℃

焦油的比热：

0=(0.327+0.3IX10-3X80)X4.186

=1.471KJ/kg•℃

则Q4=[(720000-M)X4.18+2880X1,5]X80=(241219280-334.4M)KJ/h

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河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

3.集气管周围散热缺失Q5

Qa=(ai+a2)xFx(ti-t2)

式中：ai+a2—集气管壁对空气的对流和辐射给热系数，KJ/m2•h•℃

可按下式求出：

ai+a2=33.44+0.209tl；匕一集气管壁温度，取100C

2

则ai+a2=(33.44+0.209X100)=54.34KJ/m•h•℃

t2一空气温度，取25℃

F一集气管总的外表面积，m?按下式求出：

F=2nDL=2X3.14X1.3X50=408.2m2

式中：D一集气管的直径，m

L一集气管长度，m

2一焦炉座数

则散热量为：

Q5=54.34X408.2X(100-25)=1663619KJ/h

所以，总的输出量为：

Q,li=Q3+Q4+Q5

=47098229+2637M+(241219280-334.4M)+1663619

=289981128+2302.6M

令Q-=Q出

则有：368917060=289981128+2302.6MM=34281kg/h

OOA

3428IX三二=42661m34

18,

集气管出口煤气总体积：

61583+42661=104244

集气管煤气出口水蒸气体积：

19463+42661=62124/"

集气管出口煤气中水蒸气分压：

P=101.325X62124=50KPa

104244

相应煤气出口温度816cp82℃(露点)，与假设相符。

表2集气管的热平稳(KJ/h)

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河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

物料名称输入热量输出热量

干煤气473647204717296

水蒸气56530780131642615

焦油气7598400926592

粗苯气1630200119064

硫化氢26910029372

氨61074062287

小计114003940137497226

循环氨水254913120229410114

焦油—345600

集气管热缺失—1663619

合计368917060368916559

2.2横管初冷器热■和物料衡算

本塔采用三段冷却流程，第一段煤气从82℃冷却到65℃；第二段从65℃冷却

到45℃。第一段采用58-68C的采暖循环水，第二段采用30-40C的循环水。

2.2.1横管初冷器的物料衡算

表3进入初冷器的物料组成如下

物料名称kg/hm3/h

干煤气1917640800

水蒸气4992162124

焦油气1920253

粗苯气1320356

硫化氢360237

氨360474

小计73057104244

(1)一段初冷器出口煤气中水蒸气量的运算

知煤气出口温度为65c压力47KPa,在初冷器中大部分焦油气冷凝。即焦油

气在第一段冷凝了60%,溶解于剩余氨水中的氨、硫化氢和二氧化碳的总量为

107m3并且溶解了60%o

第一段初冷器煤气出口所含水蒸气量按下式运算：

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河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

Vv=Vcg—^―

P-P

式中：Veg—初冷器出口干的煤气体积，加7〃

p—水蒸气在65c时的分压，p=2547毫米水柱

P一段初冷器出口煤气压力，P=9983毫米水柱

而Vcg=104244-621241(253+107)X0.6]=41904//〃

2547

.-.Vv=41904X=14353mi/h

9983-2547

14353

X18=11534kg/h

(2)二段初冷器出口煤气中水蒸气量的运算

在二段中设焦油蒸气全部冷凝下来，氨、硫化氢和二氧化碳溶于剩余氨水中。

水蒸气量按下式运算：匕=匕

式中：Veg—初冷器出口干的煤气体积，m3/h

p'一水蒸气在45℃时的分压，p，=974毫米水柱

P一二段初冷器出口煤气压力，P=9933毫米水柱

而V'cg=104244-62124-(253+107)=41760/"

974,

V'=41760X——----=4540而h

v9933-974/

4540

X18=3648kg/h

通过运算得，在一、二段初冷器中冷凝的水蒸气量为：

49921-3648=46273kg/h

送到溶剂脱酚去的氨水量为：

15640-3648=11992kg/h

需要补充到循环氨水中的冷凝水量为：

46273-11992=3428lkg/h

设剩余氨水含氨5g/L,含硫化氢2g",含二氧化碳2g/L,则溶解于剩余

氨水中的二氧化碳和硫化氢各为：

11992X0.002=24kg/h

或:：H2S15.8，〃3//7,CO212.2加7。

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河南城建学院本科毕业设计（论文）初冷工艺的运算

溶解于剩余氨水中的氨为：

13804X0.005=60kg/h或19后帆

因此两段冷却流程的横管式初冷器的物料平稳见下表:

表4两段冷却流程横管式初冷器的物料平稳表

物料名称输入输出

Kg/hnr1/hKg/hm3/h

干煤气19176408001915240787.8

水蒸气499216212436484540

焦油气1920253——

粗苯气13203561320356

硫化氢360237336221.5

氨360474300395

小计730571042442292244026

水——48085—

溶解气体——125123

焦油——1920253

总计73057—73050—

2.2.2横管初冷器的热量衡算

通过上面的运算，我们确定了物料在初冷器中的基本运行情形，下面我们要

通过热量衡算来确定横管初冷器各段所需的冷却水量。

1）第一段初冷器的热量衡算（采暖循环水段）

输入热量

1.煤气的带入热量：

Ql=137497226kJ/h

2.冷却水带入的热量：

Q2=Wt'wX4.18kJ/h

式中：W—初冷器所需要冷却水量，kg/h

Tw—冷却水入口温度，t，w=58℃

故：Q2=242.44WkJ/h

则输入总热量：Q137497226+242.44WkJ/h

3彳盾环氨水的量带入的量

每吨干煤所用循环氨水量5-6n?/h,则：Wi=19.15X6=114m3/h

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河南城建学院本科毕业设计(论文)初冷工艺的运算

Q氮=mtcp=(114000x2.245+36093x4.18)x25=10169969kJ/h

t=25m=114000+36093=150093kg/h

输出热量

1.煤气带走的热量

设在第一段初冷器的煤气出口处温度为65℃,则在下边的运算中应用到以下

数据：

物料名称温度(℃)比热(kJ/kg•K)

干煤气653.003

水蒸气651.906

粗苯气651.129

氨652.245

硫化氢651.099

焦油气651.379

干煤气带走的热量：

qi=19152x3.003x65=3721978kJ/h

水蒸气带走的热量：

q2=14353X(2487.1+1.906X65)=37475539kJ/h

粗苯气带走的热量：

q3=1320X1.129X65=96868kJ/h

④氨带走的热量：

q4=(360-60X0.6)X0.87X2.245X65=47280kJ/h

⑤硫化氢带走的热量：

q5=(360-24X0.6)X0.94X1.099X65=24042kJ/h

⑥焦油气带走的热量：

q6=(1920-1920X0.6)X1.397X65=69738kJ/h

则煤气带出的总热量为：

Qa=q।+q2+q3+q4+qs+q6

=3721978+37475539+96868+47280+24042+69738=41435445kJ/h

2.水和焦油带走的热量Q4

在第一段初冷器中，水和焦油的平均温度为：

82-65

tcp==83℃

2哺

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