年产120万吨焦化厂粗苯工段的设计

年产120万吨焦化厂粗苯工段的设计一、设计依据与原则本设计方案严格遵循国家现行的环境保护、安全生产、能源利用及工业项目建设相关法律法规。设计核心目标是在年产120万吨焦炭的规模基础上，实现焦炉煤气中苯族烃的高效回收，确保粗苯回收率达到先进水平，同时最大限度地降低能耗、物耗，实现“安全稳定、长周期满负荷、优质低耗”的运行目标。设计依据主要包括《焦化行业准入条件》、《炼焦化学工业污染物排放标准》、《石油化工企业设计防火标准》以及建设单位提供的原料煤气参数、地质气象资料等基础数据。设计原则强调技术的成熟性与先进性相结合，优先选用在国内大型焦化企业中经过长期验证、运行稳定、自动化程度高的工艺流程和设备。在设备选型上，立足国产优质装备，关键仪表和阀门引进国际知名品牌，确保系统整体可靠性。同时，充分考虑余热回收利用，降低蒸汽消耗，并采取严格的密闭措施和尾气治理技术，确保满足国家特别排放限值的要求。二、工艺流程方案与详细描述本工段采用焦炉煤气洗油吸收法回收粗苯，工艺流程主要包括终冷洗苯和蒸馏脱苯两个主要部分。根据年产120万吨焦炭的产能计算，配套煤气处理量约为（52000～55000）Nm³/h。设计选用“横管终冷洗苯+富油脱苯+管式炉加热”的经典工艺路线，该路线热效率高，操作弹性大，产品质量稳定。1.煤气终冷与洗苯工序来自硫铵工段的焦炉煤气，温度约为（50～55）℃，含萘量较高。首先进入终冷洗苯工段，煤气首先进入终冷塔。本设计采用横管间接式终冷塔，塔顶喷洒含萘的循环冷却水，煤气自下而上流动，与塔内的横管冷却介质及喷淋洗涤液接触。在此过程中，煤气被冷却至（25～27）℃，同时煤气中的萘被循环冷却水洗涤并溶解，循环水中的萘通过萘沉淀槽分离，部分水送至生化处理，部分水经冷却后循环使用。终冷后的煤气含萘量降至（500）mg/m³以下，满足洗苯要求。冷却后的煤气进入两台串联的洗苯塔。洗苯塔采用高效填料塔，内装钢板网填料或轻瓷填料，具有比表面积大、阻力小、传质效率高的特点。来自脱苯工序的贫油，经贫油冷却器冷却至（27～28）℃后，从塔顶喷淋而下，与煤气逆流接触。通过吸收作用，煤气中的苯族烃转移至洗油中。塔底排出的富油含苯量控制在（2.0～2.5）%左右。经过两座洗苯塔的洗涤，煤气中的含苯量由（25～35）g/Nm³降至（2～4）g/Nm³，回收率超过96%。净化后的煤气送往后续的煤气脱硫工段或作为回炉煤气及外供城市煤气。2.富油脱苯工序从洗苯塔底排出的富油，首先经富油泵送入富油-贫油换热器，与脱苯塔底出来的高温贫油进行换热，富油温度被预热至（130～140）℃，然后进入管式炉对流室，进一步加热至（150～160）℃，最后进入管式炉辐射室，被加热至（180～190）℃。加热后的富油进入脱苯塔。脱苯塔采用30层以上的浮阀塔或泡罩塔，塔顶逸出的粗苯蒸汽与洗油蒸汽的混合物，经塔顶油气换热器与冷贫油换热后，再经粗苯冷凝冷却器，用循环水及低温水冷却至（25～30）℃，进入油水分离器。分离出的水分进入控制分离器，油水界面通过调节阀控制，分离出的粗苯流入粗苯回流槽，部分用回流泵送至脱苯塔顶作为回流，控制塔顶温度，其余部分进入粗苯储槽。脱苯塔底排出的热贫油，经贫油泵送出，先进入富油-贫油换热器与富油换热，温度降至（110～120）℃，再进入一段贫油冷却器（用循环水）和二段贫油冷却器（用低温水或制冷水），最终冷却至（27～28）℃后返回洗苯塔顶循环使用。为了提高脱苯效率和保证产品质量，系统设置了直接蒸汽汽提。在脱苯塔底通入经过管式炉过热的（400～450）℃蒸汽，一方面降低苯在贫油中的分压，利于苯的解吸；另一方面提供热源，维持塔底温度。同时，设置再生器，将部分富油（约为循环量的1%～2%）打入再生器，在管式炉加热和蒸汽吹蒸作用下，洗油中的聚合物和高沸点物质被清除，再生后的洗油回入脱苯塔底，残渣定期排出。三、物料衡算与主要操作参数基于年产120万吨焦炭规模，按每吨干煤产煤气量340Nm³计算，小时处理煤气量约为51,000Nm³（按年操作330天计）。以下为关键物料平衡数据及操作指标。1.主要物料平衡表物料名称流量(kg/h)温度(℃)压力备注输入物料焦炉煤气3264655常压含苯~30g/m³新洗油（补充）5030常压补充损耗洗涤水10000320.3终冷洗苯补水直接蒸汽12004000.4过热蒸汽输出物料净煤气3240027常压含苯<4g/m³粗苯145030常压组分:苯、甲苯、二甲苯贫油（循环）280000270.4循环洗油残渣15180常压再生器底排渣废水980035常压含酚、氰等2.关键操作控制指标洗苯塔操作压力：塔前煤气压力略高于大气压，系统阻力控制在（1500～2000）Pa。吸收温度：塔顶贫油入塔温度（27±1）℃，煤气入塔温度（27±2）℃。低温有利于提高吸收效率。洗油循环量：根据气液比设计，循环洗油量约为（250～300）m³/h，确保富油含苯量达标。脱苯塔顶温度：（90～93）℃，保证粗苯质量，控制萘含量。脱苯塔底温度：（180～190）℃，确保贫油含苯量≤0.5%。管式炉出口富油温度：（180～190）℃，防止洗油因过热而聚合变质。再生器顶部温度：（190～200）℃，用于洗油再生。四、主要设备选型与技术规格设备选型立足大型化、高效化、节能化。对于塔器、换热器等核心静设备，通过严格计算传质、传热系数进行选型；对于泵、压缩机等动设备，重点考虑运行效率及备用可靠性。1.核心塔器设备终冷塔：选用1台φ5000mm间接式横管终冷塔。材质为碳钢。塔内设冷却换热管束，分上下两段，上段冷却水，下段制冷水或低温水，确保煤气出口温度稳定。设有连续排焦油和定期排萘设施。洗苯塔：选用2台φ4500mm填料塔（两台串联）。材质壳体碳钢，内件采用不锈钢轻瓷填料或高效孔板波纹填料，填料高度分2～3段，总高度约25米。设计空塔气速控制在（0.8～1.0）m/s，保证气液接触充分，减少雾沫夹带。脱苯塔：选用1台φ2200mm浮阀塔（或泡罩塔）。塔板数30层，板间距500mm，材质碳钢。设进料口、蒸汽入口、贫油出口。塔体设必要的人孔和手孔，便于检修和清理。再生器：选用1台φ1200mm立式再生器。设有加热盘管，利用管式炉烟气或蒸汽间接加热，顶部设有扩容空间，用于分离洗油和水汽。2.关键换热与加热设备管式炉：选用1台圆筒管式加热炉。热负荷约（6.0～7.0）MW。辐射室加热富油，对流室回收烟气余热预热富油及过热蒸汽。炉管材质为Cr5Mo合金钢，以抵抗高温硫腐蚀。热效率设计值≥88%，设置对流段、辐射段和空气预热器，排烟温度控制在（160～180）℃。贫富油换热器：选用4台串联的螺纹锁紧管换热器或板式换热器。总换热面积（800～1000）m²。该类型换热器传热系数高，不易结垢，能有效回收贫油，降低管式炉负荷。粗苯冷凝冷却器：选用2台列管式换热器。一段用循环水冷却，二段用低温水冷却，确保粗苯出口温度≤30℃。3.动设备选型富油泵：选用2台（一开一备）离心油泵，流量300m³/h，扬程（150～200）m，电机功率（185～220）kW。需耐高温，机械密封可靠。贫油泵：选用2台（一开一备）离心油泵，流量300m³/h，扬程（150～200）m，电机功率（185～220）kW。粗苯回流泵：选用2台（一开一备）屏蔽泵或离心泵，流量10m³/h，扬程40m。洗苯循环油泵：视具体流程配置，确保洗油循环动力。五、自动化控制方案（DCS系统）本工段设置一套独立的DCS（集散控制系统）在中央控制室进行集中监视和控制。对于关键的安全联锁系统（SIS），独立于DCS之外设置，确保在紧急情况下系统能安全停车。1.主要控制回路煤气流量与压力控制：在终冷塔前设置煤气压力变送器和流量计，通过调节后续工段的阀门开度或焦炉集气管压力系统，稳定洗苯工段煤气压力。洗苯塔液位控制：通过洗苯塔底富液位变送器调节富油出口调节阀，保持塔底液位稳定，防止富油泵抽空或塔底满液。脱苯塔顶温度控制：通过调节回流油量控制塔顶温度，保证粗苯质量稳定。温度设定值为90～93℃。脱苯塔底温度控制：通过调节管式炉燃气（或燃油）的流量或压力，控制富油入塔温度，进而控制塔底温度在180～190℃。贫油出口温度控制：通过调节贫油冷却器（二段）的低温水流量，确保贫油入洗苯塔温度≤28℃。再生器液位与温度控制：监控再生器液位，防止干烧；控制再生器顶部温度，确保洗油再生效果。2.安全联锁（SIS）管式炉联锁：设置引风机故障、燃料气压力低低、富油流量低低、炉膛温度高高、排烟温度高高等多重联锁条件。一旦触发，立即切断燃料气主阀，并开启紧急放空阀，确保炉体安全。泵联锁：富油泵、贫油泵出口压力低低时，自动启动备用泵。塔压联锁：脱苯塔压力高高时，自动开启安全放空阀向放散管泄压。3.在线分析仪表在贫油管线上设置在线含苯分析仪，实时监测贫油质量，指导脱苯操作。在净煤气出口管线上设置在线H₂S和苯含量检测仪，监控环保指标。六、能源消耗与节能措施节能降耗是本设计的核心考量之一，通过工艺优化和设备选型，最大限度降低水、电、汽消耗。1.公用工程消耗定额（以吨粗苯计）能源介质单位消耗定额备注循环水m³/t350终冷及冷却器用水低温水/制冷水m³/t50贫油及粗苯深冷电（kW·h）kWh/t180各类机泵运行蒸汽（0.4-1.0MPa）t/t1.5脱苯蒸馏、保温、吹扫焦炉煤气Nm³/t150管式炉燃料2.具体节能措施热能梯级利用：充分利用脱苯塔底高温贫油的热量，通过高效贫富油换热器，将富油预热至（140～150）℃，大幅减少管式炉的热负荷，降低燃料气消耗约30%。管式炉热效率提升：管式炉设置空气预热器，利用烟气余热预热燃烧用空气，提高热效率至88%以上；采用对流段加热过热蒸汽，减少蒸汽耗量。低温水洗苯：在夏季采用制冷水或低温水冷却贫油，使洗苯温度保持在25℃左右，相比传统循环水冷却可提高洗苯效率5%～10%，减少洗油循环量，降低电耗。机泵变频控制：富油泵、贫油泵、煤气鼓风机等大功率电机采用变频调速技术，根据生产负荷自动调节转速，避免节流损失，节电率可达20%以上。工艺参数优化：严格控制洗油含萘量，定期排放再生残渣，保持洗油良好的吸收性能，减少洗油循环过程中的阻力，降低动力消耗。七、安全与环保设计本工段涉及的介质（焦炉煤气、粗苯、洗油）均为易燃易爆及有毒物质，设计严格执行“安全第一、预防为主”的方针，落实各项安全环保措施。1.防火防爆总平面布置严格遵守防火间距，装置区内设环形消防通道。塔器、容器、泵区等危险区域设置可燃气体报警探测器（LEL监测），信号送至中控室及现场声光报警。所有设备及管道均做防静电接地，法兰间跨接，静电接地电阻≤4Ω。管式炉区域设置火焰探测器和熄火保护系统。储槽区设置围堰，容积按最大储罐泄漏量设计。2.职业卫生与防毒在可能泄漏有毒气体（如苯、硫化氢）的区域设置有毒气体检测报警探头。液苯、洗油采样点设置密闭采样器，减少职业接触。产生噪声的机泵设置隔音罩或消音器，确保厂界噪声达标。操作室保持正压，并设置新风过滤系统。3.环境保护与“三废”治理废气治理：各储槽大呼吸排气：粗苯储罐、贫油槽等排放的油气，通过收集总管引入煤气鼓风机前负压煤气管道回掺，或引入冷凝+活性炭吸附装置处理，达标后排放，严禁直排大气。脱苯塔尾气：脱苯塔顶分离器排放的不凝气，含有少量苯类物质，设计接入压力平衡系统或送至管式炉作为燃料焚烧处理。废水治理：油水分离器分离出来的分离水，含有酚、氰等污染物，设计自流送至酚氰废水处理站进行生化处理，严禁排入雨水管网。地坪冲洗水及初期雨水收集送至废水处理站。废渣治理：再生器排出的残渣（含聚合物和焦油渣），属于危险废物（HW11），设计定期排入专用渣桶，送至焦油渣处理设施或危废中心处置，严禁随意丢弃。噪声控制：选用低噪声设备，对高噪声设备采取减振、隔声措施。八、布置设计说明粗苯工段在焦化厂总图运输中属于甲类火灾危险性装置，布置在化产回收车间内，靠近鼓冷工段，以减少煤气管道阻力。工艺流程式布置：装置区按工艺流程顺序和火灾危险性类别分区布置。终冷洗苯区布置在上风向，脱苯蒸馏区、管式炉区布置在下风向。储罐区布置在装置区边缘，并设有独立的防火堤。竖向布置：充分利用地形高差，尽量利用重力流输送液体。例如，洗苯塔底富油自流至富油槽，脱苯塔热贫油自流至贫油槽，减少泵送能耗。操作通道与检修：塔区、泵区四周设置环形检修通道，宽度不小于4米。主要设备如脱苯塔、管式炉留出吊装检修空间。平台扶梯采用钢制结构，塔器联合设置平台，方便操作巡检。管道布置：管道尽量架空敷设，集中成排布置，避免出现袋状积液。煤气管道、苯蒸汽管道设有坡度，最低点设排液阀并连接至密闭收集系统。热力管道设置补偿器，合理设置固定支架和导向支架。九、开停车操作要点为确保装置顺利投产及安全运行，设计需明确关键的开停车步骤。1.开工准备吹扫与试压：系统安装完毕后，必须进行蒸汽吹扫清除管道内杂物，随后进行气密性试验，确保无泄漏。仪表调校：对所有温度、压力、流量、液位计及联锁系统进行单校和联校。系统置换：用氮气对系统进行置换，直至氧含量合格（<2%），防止引入煤气时形成爆炸性混合气体。2.正常开工建立洗油循环：启动贫油泵、富油泵，建立冷循环，检查液位和泵运行情况。启动管式炉：点燃管式炉，按升温曲线缓慢加热系统，同时引入蒸汽进行吹扫，赶出系统内空气和水分。引入煤气：当洗苯系统温度、压力正