年产7万吨焦油加工厂蒸馏工段的初步设计

1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计题目：7万t/a焦油加工厂蒸馏工段的初步设计学生姓名： 学 号：专业班级： 学 部：指导教师： 2012年5月23日摘 要综述了国内外焦油加工工艺和发展现状，选用了国内应用较多且比较成熟的常压两塔式焦油蒸馏工艺。本设计为7万t/a焦油加工厂蒸馏工段的初步设计。首先对一段蒸发器、二段蒸发器、蒽塔、馏分塔等主要设备进行了物料衡算；对馏分塔、蒽塔进行了设计计算，确定了塔径和塔高，并对塔器进行了设计计算和流体力学校核；对馏分塔进行了机械设计和强度校核；最后列出了非工艺条件。本设计的主

2、要设备有：350万kcal/h的圆筒式管式炉，直径DN=1000mm的一段蒸发器、直径DN=1800mm的二段蒸发器、直径DN=1400mm，塔高H=21000mm，塔板数为37的馏分塔和直径DN=1400mm，塔高H=13000mm，塔板数为23的蒽塔，还有换热面积为24m2的一段冷凝冷却器，换热面积为37m2的馏分塔冷凝冷却器，换热面积为12m2的蒽油浸没式冷却器。 关键词：煤焦油；焦油蒸馏；馏分塔AbstractA brief introduction of the coal tar and the development of process technology trends wer

3、e reviewed. Two atmospheric distillation process were chosen.The design involve the preliminary design of the 70 000 t / a tar processing plant distillation .First ,keep the equipment of first evaporator, second evaporator, anthracene tower and distillate tower material balance; secondly design dist

4、illate tower and anthracene tower calculations to determine diameter and heigh and plate design calculations and the hydrodynamics check of the tower ;distillate tower mechanical design and strength check ;finally, list the non-process condition. Cylindrical tube furnace of 3.5 million kcal/h ,the f

5、irst evaporator which diameter is 1000mm and the second evaporator which diameter is 1800mm are the major heating equipment in the design .In addition ,distillation tower of which diameter is 1400mm ,height is 21000mm and plate number is 37 and anthracene tower of which diameter is 1400mm ,height is

6、 13000mm and plate number is 23 are the major distillation equipment of the design .Furthermore ,the area of heat transfer of the major condensate equipment above first condensate cooler ,distillation tower and anthracene tower are 24m2 ,37 m2 and 12m2 .Keywords: coal tar; tar distillation; distilla

7、tion tower摘 要IAbstractII前 言11文献综述21.1焦油的性质及用途21.2应用性和先进性21.2.1 我国煤焦油加工工业发展的基础优势41.2.2存在的问题41.2.3 煤焦油加工发展方向51.2.4现代焦油新技术进展51.3设备的选择61.3.1常压塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程71.3.2常压两塔式焦油连续蒸馏流程81.4 焦油加工前景102 工艺方案的确定及主要设备选择112.1工艺方案的确定112.2主要设备选择112.2.1蒸发器112.2.2馏分塔112.2.3管式加热炉113工艺计算123.1物料衡算123.1.1整个流程的物料衡算123.1.2主要设备的物料

8、衡算133.2主要设备计算143.2.1管式加热炉143.2.2一段蒸发器173.2.3二段蒸发器173.2.4蒽塔183.2.5馏分塔193.2.6一段轻油冷凝冷却器213.2.7馏分塔轻油冷凝冷却器223.2.8浸没式冷却器（切萘洗量混馏分）243.3馏分塔塔板的工艺计算243.3.1 塔径253.3.2 塔高253.3.3圆泡罩塔盘的设计263.3.4板面布置273.3.5塔板压降293.3.6液冷情况303.3.7鼓泡层高度hf313.3.8排空时间T313.4蒽塔塔板的工艺计算323.4.1塔径333.4.2圆泡罩塔盘的设计333.4.3板面布置343.4.4塔板压降363.4.5液

9、泛情况373.4.6鼓泡层高度hf383.4.7排空时间T383.5容器附件393.5.1人孔和手孔393.5.2视镜393.5.3液面计393.5.4接管393.5.5法兰403.6 主要设备机械设计和强度校核403.6.1筒体和封头壁厚413.6.2塔设备载重计算413.6.3风载荷与风弯矩计算443.6.4地震弯矩计算463.6.5各种载荷引起的轴向应力483.6.6 塔体最大组合轴向拉应力校核513.6.7 塔体水压时应力及吊装时应力校核533.6.8吊装时应力校核校核543.6.9基础环设计553.7地脚螺栓计算564.非工艺条件设计584.1防火防爆等级584.2采暖通风584.3

10、给水排水584.4供气594.5设备维修594.6电力594.7土建59结论61参考文献62谢 辞63前 言我国的资源状况是缺油、少气、富煤，在我国能源资源储量中煤炭占90%左右，石油占2.9%左右，天然气占0.2%左右，水电占4.7%左右，风能核能约占1.9%。由于可再生能源太阳能和风能的分散、不稳定和成本高等缺点，在我国煤炭仍然是主体能源。长期以来，国内焦化企业重视焦油生产，煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其产量约占装炉煤的3%4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用.焦油各馏分进一步加工，可分离出多种产品。煤焦油是煤炭时生产的具有刺激性臭味的黑色或褐黑色

11、粘稠色液体，简称焦油。煤焦油中含有1万多种化合物，煤焦油是炼焦化工的大宗产品，煤焦油的加工利用开创了近代有机化学工业的历史。在石油化工高速发展的今天，煤焦油化工仍然占有重要的地位，在提供多环芳烃和高碳物原料方面具有不可取代的作用。近年来，随着我国钢铁工业、炼焦行业和世界煤化工行业的发展，给我国煤焦油加工行业带来了前所未有的好机遇。我们应紧紧抓住这一难得的历机遇，立足于国内持续增长的煤焦油资源，充分利用并引导企业进行煤焦油的规模加工，不断提升产品的科技含量，坚定地向精细化工方向快速发展。本设计对焦化厂焦油蒸馏工段进行了设计，采用了两塔式提取萘洗两混馏分的工艺流程。采用物料衡算和能量衡算对主要工艺

12、设备进行了计算，给出了主要的设备选型依据。计算的主要设备有管式加热炉、一段蒸发器、二段蒸发器、馏分塔、换热器、蒽塔、泵等。 除此之外还进行了馏分塔的强度校核；提出工段建设条件、采暖通风、给排水、安全防火与消防、劳动组织与定员、环境保护等非工艺设计要求。1文献综述1.1焦油的性质及用途焦油的性质：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0.951.10g/cm3 之间， 闪点 100具有特殊臭味， 煤焦油又称焦油。常温下煤焦油是一种黑色粘稠液体，炼焦生产的高温煤焦油密度较高为1.160 1.220g/cm3 。主要由多环

13、芳香族化合物组成，烷基芳烃含量较少，高沸点组分较多，热稳 定性好。其组分萘含量较多，其余相对含量较少，主要有 1甲基萘、2甲基萘、苊、芴、 氧芴、蒽、菲、咔唑、莹蒽、喹啉、芘等。该产品的加工工艺情况 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。 170前的馏分为轻油;170210的馏分主要为酚油；210230的馏分主要为萘油； 230300的馏分主要为洗油； 280360的馏分主要为一蒽油； 280360的馏分为一蒽 油；二蒽油馏分初馏点为 310，馏出 50时为

14、400。 用途： 煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其产量约占装炉煤的 3%4%，其组成极为复杂，多 数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用.焦油各馏分进一步加工，可分离 出多种产品，目前提取的主要产品有：（1）萘 用来制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料。油漆及医药等用。（2）酚 及其同系物 生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等。（3）蒽 制蒽醌燃料、合成揉剂及油漆。（4）菲 是蒽的同分异构体，含量仅次于萘，有不少用途，由于产量大，还待进一步开发利 用。（5）咔唑 是染料、塑料、农药的重要原料。（6）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

15、于制屋顶涂料、防潮层 和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。 5.其它 目前焦油精制先进厂家已从焦油中提取 230 多种产品，并集中加工向大型化方向发展。1.2应用性和先进性我国煤焦油加工工业是随着炼焦工业而发展起来的。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，因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2。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。我国焦油加工规模小,产品数量少,品级低,与发达国家相比,相距甚远。分离精制技术的开发值得重视。国内焦化产品虽然不多,但其市场还有待于进一步开拓,不少

16、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。与世界先进水平相比,如德国焦油加工是高度集中,而我国是典型分散,主要表现为设备加工能力小,工业水平低,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。尽管我国政府早在“六五”期间就积极倡导对煤焦油进行集中加工,但由于种种原因,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5种,与国内同行相比,技术上没有多大突破,表1-1将我国煤焦油加工业的状况与德国进行比较,可看出存在的差距。

17、表1-1我国与德国煤焦油加工情况比较项目中国德国最大煤焦油加工厂规模/ 万ta 12075单套煤焦油初馏装置能力/ 万ta 11025产品品种70220商品等级80500煤焦油加能耗/MJ12001300800900煤焦油粗加工工艺技术常压塔常减压主副塔多塔煤焦油加工技术的国外工艺相比于国内而言呈现出大型化、多样性特点，其加工深度及精度均优先，且工艺技术先进、产品多、纯度高。我国现有大中型煤焦油加工企业46家，加工能力为540万t/a。加工规模在10万t/a以上的有25家。其中，宝钢化工公司是国内最大的煤焦油加工企业，4套加工装置能力总计为60万t/a，山西焦化两套装置能力为35万t/a，鞍钢

18、化工厂年加工能力为30万t，民企山西宏特煤化工有限公司目前也形成40万t/a的加工能力。据介绍，目前国内正形成新一轮煤焦化工发展热潮，外资也陆续进人此行业。截至2006年底，各地拟、在建的10万t/a以上煤焦油加工能力为215万t/a。2006年我国新增煤焦油加工能力120万t以上，总能力预计将超过530万t，但煤焦油产量的增长却不足以满足加工能力的迅速提高。资料显示，20002006年，我国煤焦油产量年均增长约18%，而同期焦油加工能力年均增速达20%以上，特别是2005年，山西焦化30万t/a装置、山西宏特25万t/a（第二套)装置等多套大型项目陆续开车，加之许多焦油加工厂扩能改造，煤焦油

19、市场供应紧张3。50年代，鞍山钢铁公司建成两塔式方箱型管式炉常压连续蒸馏装置。以后，在本溪钢铁公司、包头钢铁公司、武汉钢铁公司、上海焦化有限公司和南京梅山钢铁公司等地，也陆续建成一塔式或两塔式常压连续蒸馏装置。1985年，上海焦化有限公司建成了煤焦油减压连续蒸馏、萘区域熔融精制和沥青延迟焦化装置，大大提高了煤焦油加工的水平。1.2.1 我国煤焦油加工工业发展的基础优势(1) 产业优势目前我国大型煤焦油加工企业有50 家,已形成一定规模的产业基础和存量优势。特别是大型煤焦化企业,如北京炼焦化学厂、鞍山钢铁公司、上海宝山钢铁公司、攀枝花钢铁公司、马鞍山钢铁公司、武汉钢铁公司等,已基本完成原始积累,

20、成为我国化学工业发展的重要行业。(2) 科研与人才优势经过多年的发展,我国煤焦油加工工业已形成一支具有较大国内外影响的科研(如中国科学院山西煤炭化学研究所、鞍山焦化耐火材料设计研究院、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心等) 、设计(如原化工部第二设计院等) 、教学(如华东理工大学、天津大学等) 、经济研究(如山西省社会科学院能源经济研究所等) 及企业经营管理队伍4。市场优势,煤焦油加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、通讯等领域的重要基础原料,在国内外有着广阔的市场前景。特别是深加工产品清洁燃料(如甲醇、二甲醚) 和锂离子电池(如用于手机、笔记本电脑和未来汽车) 等,在能源替代转换中更具有重

21、要的战略地位。(3) 成本优势我国的煤、电以及各种设备材料价格低廉,供给方便,大规模发展煤焦油加工工业有着优越的成本优势和物资供给条件。1.2.2存在的问题(1) 产品结构单一我国煤焦油加工工业深加工和综合利用能力较差。目前，在煤焦油加工中,除冶金、化工系统大型煤焦化企业生产萘、酚、沥青、碳黑及少量吡啶、蒽、咔唑外，其大量的杂环和稠环化合物均未回收和综合利用，资源浪费现象严重。(2) 技术设备落后难以形成经济规模在我国煤焦油加工装置中，煤焦油加工技术陈旧，设备落后，难以形成经济规模。(3) 布局不合理,环境污染严重由于历史和现行政策的原因，我国煤焦油加工企业的分布在总体上依然不尽合理，风景保护

22、区、城市城区及相关区域依然有煤焦化企业。由于生产工艺落后,产品回收及综合加工能力差,致使“三废”排放严重。1.2.3 煤焦油加工发展方向（1） 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(小于3万ta)，每吨焦油能耗高达20MJ，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。（2）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

23、资源的综合利用。1.2.4现代焦油新技术进展焦油蒸馏技术国内多采用常压、一塔式、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：采用连续脱水一脱轻油，馏分塔为减压操作，塔顶采出酚油、压力为133kPa，塔底为软化点为65 的软沥青；采用方箱管式炉，出口焦油温度为330 ；余热利用好，其中，软沥青与焦油换热、各馏分采用蒸汽发生器产生03MPa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，可节能约15 50 ；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。工业萘蒸馏技术目前，国内多数焦化厂生产的是不酸洗95工业萘，只有回收喹啉类的厂家才生

24、产稀酸洗95工业萘。另外，生产95工业萘的原料也有不同：窄馏分(即萘油馏分)、四混馏分(轻、酚、萘、洗)、三混馏分(酚、萘、洗)、两混馏分(萘)等。 工业萘蒸馏工艺可分为常压间歇釜式精馏、减压间歇釜式精馏、常压双釜双塔连续精馏、常压双炉双塔连续精馏、常压单炉双塔连续精馏、常压单炉单塔连续精馏、常加压单炉双塔连续精馏等。从精馏塔的实际塔板数来看，开始为50层、后增加到63层、64层、70层。其精馏塔的塔型有填料塔(瓷环、鲍尔环、波纹板等)、圆泡罩塔、条形泡罩塔、斜孔板塔、浮阀塔等。目前，多数大型焦化厂采用70层浮阀塔，以两混或三混馏分为原料的常压双炉双塔连续精馏工艺。常压单炉、双塔连续工艺较普遍

25、，而宝钢的常、加压单炉双塔连续工艺的能耗最低。随着微机的应用，单炉、单塔连续精馏工艺有发展前途。焦油蒸馏所获馏分的洗涤技术这里指的是碱洗脱酚或酸洗脱喹啉装置，可分别获得酚盐与硫酸喹啉。一般是先脱酚、后脱喹啉。也可只脱酚、不脱喹啉。原料则根据焦油蒸馏切取馏分不同而异，有窄馏分、宽馏分之分。洗涤工艺可间歇或连续操作。洗涤设备有空气搅拌、机械搅拌、泵混合、静态混合器、喷射混合器等型式。后两种洗涤器较先进，洗涤效果好，便于连续操作与自动控制。碱洗脱酚的主要控制因素有：用碱浓度、洗涤温度、分离时间、洗涤的级数等5。各馏分的洗涤要求馏分含酚小于05 。 宝钢引进的是全连续碱洗脱酚工艺，碱液浓度较低，为81

26、0；轻油、酚油均为一段脱酚，脱酚效率分别为38 、88。其轻油脱酚对酚钠盐起到净化的作用。萘油则采用三段脱酚，脱酚效率为79；脱酚设备采用静态混合器。另外，只对脱酚酚油与甲基萘油分别进行连续酸洗脱喹啉，加酸浓度为30 39，效率分别为38.5、52.2。设备也采用静态混合器6。1.3设备的选择煤焦油是煤炭在热解过程中得到的液体副产品，按照热解温度和过程方法的不同，煤焦油大致分为高温焦油(9001000)、中温焦油(650900)和低温焦油(450650)。煤焦油蒸馏是依煤篇由中各组分的不同沸点，把各组分分割为富集某几种化合物馏分的加工过程。蒸馏按工艺操作可分为间歇式蒸馏和连续式蒸馏。前者是在蒸

27、馏釜中经加热升温把产品逐一蒸出，每蒸完釜，就停炉装料重新再蒸。本工艺设备简单，而生产效率低，劳动环境差，蒸出的馏分质罨不高，并环境污染严重。后者的工艺流程是把煤焦油在管式炉中加热到400，一次性气化，再经一、二次蒸发器至到一蒽塔、二蒽塔把衽由、酚油、萘油分离，最终分离出沥青7。连续蒸馏按操作压力分有常压连续蒸馏、常压一减压连续蒸馏和减压连续蒸馏，常压连续蒸馏工艺又有一塔式连续蒸馏流程和两塔式炼焦化学产品的回收连续蒸馏流程。在我国大型焦化厂主要使用连续蒸馏工艺，使煤焦油加工能连续加工，生产效率比间歇式蒸馏高，产品收率也较高，但加热温度高对某些产品的回收不利，设备较大，能耗也较高。煤焦油蒸馏是焦油

28、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8。目前国内焦化企业大都采用常压两塔流程，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。1.3.1常压塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程原料煤焦油经静止脱

29、水后用一段柱塞泵打入管式炉对流段加热, 在泵前加质量分数为8%-12%的Na2CO3溶液脱盐,再对流管式炉内一段煤焦油加热到120130后,进入系统段蒸发器脱水,器顶蒸出一次轻油,经冷凝冷却后进入一次轻油分离器,分离出的废水进入油库废水池,分离出的一次轻油流入贮槽, 器底流入无水焦油槽的为含水在0.5%以下的无水焦油,分离出的无水焦油通过系统段泵送入管式炉辐射段加热至300400后进入系统段蒸发器,器底排除中温沥青,器顶蒸汽进入系统段馏分塔, 在馏分塔底排出蒽油, 经冷却后进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分, 经冷却后进入各自的贮槽,馏分塔塔顶蒸出二次轻油,经冷凝冷却后入油水分离器分离出的废水

30、进入油库废水池,分离出的二次轻油一部分回流,回流量约为无水焦油量的40%,另一部分产品入贮槽销售。从无水焦油槽另一部分进入系统段蒸发器和馏分塔,流程同系统段。图1.1 塔式连续蒸馏工艺流程图1焦油管式炉；2一段蒸发器及无水焦油槽；3二段蒸发器；4馏分塔；5一段轻油冷凝冷却器；6馏分塔轻油冷凝冷却器；7馏分塔轻油冷凝冷却器；8馏分塔轻油冷凝冷却器；9轻油回流槽；10萘油埋入式冷却器；11洗油埋入式冷却器；12一蒽油冷却器；13二蒽油冷却器；14一蒽油回流槽；15无水焦油满流槽；16焦油循环槽；17轻油接受槽；18酚油接受槽；19萘油接受槽；20洗油接受槽；21一蒽油接受槽；22二蒽油接受槽；23

31、酚水接受槽；24碳酸钠溶液高位槽；25一段焦油泵；26二段焦油泵；27一蒽油回流泵；28轻油回流泵；29二蒽油泵；30轻油泵1.3.2常压两塔式焦油连续蒸馏流程原料焦油在贮槽中加热静置初步脱水后，用一段焦油柱塞泵26送入管式炉1的对流段，在一段泵入口处加入浓度812%的Na2CO3溶液进行脱盐。焦油在对流段被加热到120130后进入一段蒸发器2，在此，粗焦油中的大部分水分和轻油蒸发出来，混合蒸汽自蒸发器顶逸出，经冷凝冷却器6得到3040的冷凝液，再经一段轻油油水分离器分离后得到一段轻油和氨水。氨水流入氨水槽，一段轻油可配入回流洗油中。一段蒸发器排出的无水焦油进入器底的无水焦油槽，以其中满流的无

32、水焦油进入满流槽16。由此引入二段焦油泵前管路中。无水焦油用二段焦油柱塞泵27送入管式炉辐射段加热至400410后，进入二段蒸发器3一次蒸发，使馏分与煤焦油沥青分离。沥青自底部排出，馏分蒸汽自顶部逸出进入蒽塔4下数第三层塔板，塔顶用洗油馏分打回流，塔底排出二蒽油9。自11、13、15层塔板的侧线切取蒽油。一蒽油和二蒽油分别经埋入式冷却器冷却后，放入各自贮槽，以备送去处理。 自蒽塔4顶逸出的油气进入馏分塔5（又称洗塔）下数第五层塔板。洗油馏分自塔底排出，萘油馏分从第18、20、22、24层塔板侧线采出；酚油馏分从第36、38、40层塔板采出。这些馏分经冷却后进入各自贮槽。 自馏分塔顶出来的轻油和

33、水的混合蒸汽冷凝冷却和油水分离后，水导入酚水槽，用来配制洗涤脱酚时所需的碱液；轻油入回流槽，部分用作回流液，剩余部分送粗苯工段处理。 蒸馏用直接蒸汽经管式炉辐射段加热至450，分别送入各塔底部。中国有些焦化厂，在馏分塔中将萘油馏分和洗油馏分合并一起切取，叫做两混馏分。此时塔底油称为苊油馏分，含苊量大于25%。这种切取两混馏分的操作可使萘较多地集中在两混馏分中，萘的集中度达93%96%，从而可提高工业萘的产率。同时，洗油馏分中的重组分已在切取苊油馏分时除去，也提高了洗油质量。图1.2常压两塔式焦油连续蒸馏流程1煤焦油管式炉；2一段蒸发器及无水煤焦油器；3二段蒸发器；4蒽塔；5馏分塔；6一段轻油冷

34、凝冷却器；7馏分塔轻油冷凝冷却器；8一段轻油油水分离器；9馏分塔轻油油水分离器；10萘油埋入式冷却器；12蒽油冷却器；13二蒽油冷却器；14轻油回流槽；15洗油回流槽；16无水煤焦油满流槽；17煤焦油循环槽；18酚油接受槽；19酚水接受槽；20轻油接受槽；21萘油接受槽；22洗油接受槽；23蒽油接受槽；24二蒽油接受槽；25一蒽油接受槽；26一段煤焦油泵；27二段煤焦油泵；28轻油回流泵；29洗油回流泵；30二蒽油泵；31轻油泵1.4 焦油加工前景焦油加工业先进的发达国家，如日本、德国、法国、俄罗斯等其焦油单套蒸馏装置的能力都在1050万t/a。从理论上讲，能力越大，规模效益越好。但为什么会出

35、现大小不一的规模呢? 这主要是如下几个因素造成的：一是各焦油加工厂本身所能得到的焦油资源；二是各焦油加工厂所制定的主导产品目标，不是单一贪大；三是单体装置无限过大，制造和运输是否可能实现，投资与产出比是否合适。在资源有限的情况下，就应选择最低焦油蒸馏能力为10万t/a。中国大中型煤焦油加工企业基本上都采用4050年代的一次汽化、逐步冷却分离、管式炉加热的连续蒸馏工艺。大型装置的能耗一般为121134kJ/t焦油，小型装置的能耗普遍高达300kJ/t焦油以上10。中小型煤焦油加工装置大多只有工业萘、粗酚、洗油、燃油和沥青生产系统。单个企业加工品种多数达不到20种，有些还少于10种，而总计加工品种

36、可达70余种。中国煤焦油生产和加工企业大部分建于80年代，煤焦油的生产加工在规模、技术等很多方面存在不足，但由于在生产厂家的建设与行业管理方面已有一定的基础，所以，如有必要的投入，其技术改进与生产发展将有很好的前景的。2 工艺方案的确定及主要设备选择2.1工艺方案的确定根据设计需要本次设计采用国内应用较多并且比较成熟的焦油蒸馏方案是常压两塔式焦油蒸馏工艺。该工艺流程成熟、简单；投资低；产品质量好；萘馏份集中度高；洗油馏份中萘含量低；馏份脱酚操作简单；尾气用集中洗涤，环保效果好。2.2主要设备选择2.2.1蒸发器一段蒸发器为塔式圆筒型设备，作用是快速蒸出煤焦油中所含水分和部分轻油。塔体由碳素钢或

37、灰铸铁制成。煤焦油从塔中部沿切线方向进入。为了保护设备内壁不受冲击磨损腐蚀，在焦油入口处装有可拆卸的保护板。二段蒸发器的作用是将400410的过热无水焦油闪蒸并使馏分与沥青分离。在两塔式流程中所用二段蒸发器不带精馏段，构造较简单。而一塔式流程中所用的蒸发器带有精馏段。2.2.2馏分塔馏分塔在焦油蒸馏工艺中切取各种馏分塔内各馏分分布规律如下：温度是进料口处最高，并沿塔高向上逐渐下降，各侧线出口处应有适当的温度分布，塔顶出口温度125左右，酚油150左右 ，萘油200左右，洗油230左右，一蒽油出口温度为310左右。煤焦油的使用及加工价值非常高，只是局限于科学的加工技术，拥有优越的技术就能把煤焦油

38、中有实用价值的成分得以分离，把自然资源利用好19。 2.2.3管式加热炉圆筒管式加热炉的规格依生产能力的不同而不同，炉管均为单程，辐射段炉管和对流段光管的材质均为合金钢。辐射段炉管沿炉壁圆周等距直立排列，无死角，加热均匀。蒸汽过热管设置在对流段和辐射段，其加热面积应满足将所需蒸汽加热至4503工艺计算为实现该分离任务，采用常压两塔式煤焦油连续蒸馏流程，且切取蒽油馏分。整个流程中所需要的热能全由管式炉烧煤气提供，提供热能包括以下三部分：管式炉在对流段为煤焦油脱水提供热能，在辐射段对无水煤焦油加热提供热能，以及饱和蒸汽成为过热蒸汽提供热能。为简化计算，假设：煤焦油水分全部在一段蒸发器中脱除，占无水

39、煤焦油0.25%的轻油在一段蒸发时蒸发，脱盐用碱液不计入，物料损失忽略不计，不考虑无水煤焦油满流。3.1物料衡算原始数据：年处理量 7万t/a 原料煤焦油所含水分 4% 年工作日 330日，半年维修一次 每小时处理能力 w8840kg 可按8840 kg计算表3-1 煤焦油馏分产率馏分轻油酚油萘油洗油一蒽油二蒽油苊油沥青两塔式0.51.51251753563.1.1整个流程的物料衡算输入 (kg/h) 输出 (kg/h)共计煤焦油水分：353.6 无水煤焦油：8486.4 8840 轻油： 8486.40.5%42.4 酚油： 8486.41.5%127.3苊油： 8486.43%254.6

40、萘油： 8486.412%1018.4洗油： 8486.45%424.3一蒽油： 8486.417%1442.7二蒽油： 8486.45%424.3沥青： 8486.456%4752.4 从脱水塔蒸出的煤焦油的水分：88404%353.6 8840表3-2 整个流程的物料衡算输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算的要求。3.1.2主要设备的物料衡算一段蒸发器输入物料量： 无水煤焦油 8840(14%)8486.4 kg/h输出物料量： 轻油 8486.40.25%21.2kg/h 焦油 8486.499.97%8465.2 kg/h 共计 21.2+8465.28486.4 kg/h输入物料

41、量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。二段蒸发器输入物料量： 从一段蒸发器来的焦油量 8465.2 kg/h输出物料量： 沥青 8486.456%4752.4kg/h 馏分 8486.4(10.25%56%)3712.8kg/h 共计 4752.4+3712.88465.2 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。蒽塔输入物料量： 来自二段蒸发器顶部的馏分 3712.8 kg/h输出物料量： 一蒽油 8486.417%1442.7 kg/h 二蒽油 8486.45%424.3kg/h 馏分蒸汽 8486.4(10.25%56%17%5%)1845.8kg/h 共计 1442.7+

42、424.3+1845.83712.8kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。馏分塔输入物料量： 来自蒽塔的馏分蒸汽 1845.8 kg/h输出物料量： 轻油 8486.40.25%21.2kg/h酚油 8486.41.5%127.3 kg/h萘油 8486.412%1018.4 kg/h 洗油 8486.45%424.3 kg/h 苊油 8486.43%254.6 kg/h 共计 21.2+127.3+1018.4+424.3+254.61845.8 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。 3.2主要设备计算表3-3 焦油馏分产量 kg/h（以无水煤焦油计）轻油酚

43、油萘油洗油苊油一蒽油二蒽油42.4127.31018.4424.3254.61442.7424.33.2.1管式加热炉已知条件： 焦油温度 一段入口 85 一段出口 125 二段入口 110 二段出口 405 过热蒸汽出口 450 焦油含水量 一段，按焦油量的3%计 88403%265.2 kg/h 二段，按焦油量的0.3%计 88400.3%26.52kg/h 过热蒸汽量，按焦油量的4%计 88404%363.6 kg/h 经管式炉一段后轻油蒸发量，按无水煤焦油的0.25%计 21.2 kg/h一段焦油加热加热焦油耗热量： Q1%(i125i85)8486.4(197.4121.8) .8

44、kJ/h 式中 197.4原料煤焦油125时的热焓，kJ/kg； 121.8原料煤焦油85时的热焓，kJ/kg。加热及蒸发一段焦油水分耗热量（按二段焦油含水量为零计）：Q2265.2(q125q85)265.2(2722.02357).3kJ/h 式中 2722.02水蒸气125时的热焓，kJ/kg； 357水85时的热焓，kJ/kg。蒸发轻油耗热量：Q321.2396.98414.3 kJ/h式中 21.2轻油蒸发量，kJ/h396.9轻油汽化热，kJ/kg一段焦油加热总耗热量：Q1Q2 Q3.8+.3+8414.3=.4kJ/h过热蒸汽加热量加热蒸汽耗热量： Q4363.6(3385.62

45、771.6).4 kJ/h式中 3385.66kg/cm2（表压）饱和水蒸气过热至450时热焓：kJ/kg； 2771.66kg/cm2（表压）饱和水蒸气热焓：kJ/kg。二段洗油加热加热焦油耗热量：Q5(8486.421.2)(966168).6 kJ/h式中 966焦油380（即一次蒸发温度）时热焓，kJ/kg； 168焦油110，kJ/kg。加热二段焦油中水分耗热量：Q626.574764.5 kJ/h式中 3285405水蒸气热焓，kJ/kg；463.68110水蒸气热焓，kJ/kg。二段焦油焦油总耗热量：Q5 Q6.1 kJ/h管式炉有效热负荷QQ1Q2Q3Q4Q5Q6.9 kJ/h

46、加热焦油单位耗热量：942.4 kJ/kg焦油热负荷比例：一段热负荷 15.3%过热蒸汽热负荷 2.7%二段热负荷 82%耗煤气量设管式炉热效率为75%，则耗煤气量为：=629.7Nm3/h式中 17640煤气热值，kJ/ m3每吨焦油耗煤气量为： =71.2 Nm3选用有效负荷为6270MJ/h(350万千卡/时)的标准圆筒式管式炉一台。3.2.2一段蒸发器已知条件： 塔顶温度 105 塔顶压力（绝对压力） 1.01kg/cm3 塔顶出来的物料 轻油 21.2 kg/h 水分 265.2-26.5=238.7 kg/h汽相负荷：V=22.4=0.1148m3/s设空塔气速为0.2 m/s，则蒸发器直径为：D=m 故选用Dg1000mm的一段蒸发器一台。3.2.3二段蒸发器已知条件： 直接汽量，按焦油量的1%计算 88.4 kg/h 焦油含水量，按焦油量的0.3%计算 26.5kg/h 小计 114.9kg/h塔顶压力（绝对压力） 1.35 kg/cm3塔顶温度 370汽相负荷：V =22.4 =