200万吨年焦化厂煤气净化工艺方案设计

1、200万吨/年焦化厂煤气净化工艺方案设计设计方案：粗煤气两段横管（下段洗萘）挡板捕雾电捕AS脱硫水洗氨焦油洗油洗苯离心式鼓风机净煤气方案论证：1.1全负压焦炉煤气回收工艺选取论证1.1.1正压操作煤气鼓风机位置主要取决于脱氨方法及鼓风机后煤气升温的处理方法。焦炉煤气正压回收流程是将鼓风机安装在初冷器之后，其优缺点如下：优点：煤气在鼓风机以后的管道中一直是正压，可防止空气渗入，操作安全。缺点：煤气经鼓风机压缩后升温1525，洗氨塔和洗苯塔前必须设置终冷装置。这不仅需要消耗大量的冷却水和动力，而且增加了基建和操作费用。大量冷却水的使用，增加了焦化废水的处理负荷，如果直接外排，严重污染了水体。正压焦

2、炉煤气净化工艺出来的净煤气在输送过程中需要保温，防止输送管道的腐蚀。上述说明焦炉煤气正压回收流程弊大于利，与炼焦工业的清洁生产、环境友好和可持续发展相矛盾，所以本设计中不采用焦炉煤气正压回收流程。3.1.2全负压操作焦炉煤气负压回收流程是将鼓风机设置在煤气净化的最后面，其优缺点如下：缺点：煤气在管道中一直处于负压状态，可能有空气的渗入。优点：在鼓风机前煤气系统一直在低温下操作。洗氨前煤气无需进行最终冷却，彻底解决了终冷所带来的一系列的问题。由于鼓风机在流程的最后面，净煤气在机内压缩升温后，成为不饱和的过热煤气，这种煤气输送时，没有冷凝液的析出，既减轻了管道的腐蚀，又方便了焦炉加热操作和煤气输送

3、作业。机后煤气余压大于10KPa，有利于煤气的远距离输送。鼓风机的压缩热留在净煤气中，既节约能源又有利于环保。同时，全负压流程具有流程短、能耗低、设备简单、易于掌握和进行翻板设计，布置灵活，占地面积少，仪表自动化水平较高22。随着焦化事业的发展，焦化设备越来越先进。煤气在管道里面一直是密封的，即使煤气处于负压状态，空气也无法渗入。我国石家庄焦化厂和宣钢焦化厂采用的全负压焦炉煤气净化流程使用至今，各项指标达到或超过了设计要求，氧气自动报警仪从来没有报警过。这些充分说明焦炉煤气全负压净化流程技术可靠、操作安全。所以本设计中采用全负压焦炉煤气净化工艺。1.2煤气初冷工艺及其设备论证1.2.1煤气初冷

4、工艺论证煤气初冷工艺可分为一段式冷却和两段式冷却。一段式冷却是由一个或几个冷却器或塔并联起来的工艺。由于一段式冷却普遍达不到煤气冷却的要求，已经被淘汰。两段式冷却是由一个或者几个冷却器或塔并联起来作为上段，再由一个或几个冷却器或塔并联起来作为下段，上段或下段串联起来运行。两段式冷却可以分为全间冷却工艺、全直冷却工艺、间直冷却工艺。（1）全直冷却工艺全直冷工艺一般采用多段空喷塔，喷淋氨水自上而下与煤气逆流接触，从塔底排出的喷淋氨水经换热和冷却后循环使用。该冷却工艺的优缺点如下：优点：在冷却煤气的同时部分腐蚀性介质和焦油雾被带走。缺点：直接式冷却器的喷淋氨水在循环过程中需要用冷却水冷却，能耗大，增

5、加了焦化废水的处理量，同时冷却效果不佳。采用直接冷却时，液气比大、泵功率大、换热器数量多和占地面积大。上述说明全直冷却弊大于利，故本设计不予采用。（2）间直组合工艺间直冷组合工艺是间接冷却与直接冷却相结合的方式，即用间接冷却器将煤气温度从8090冷却到5055后，再用直接冷却器进一步冷却。该工艺的优缺点如下：优点：间冷阶段温差大萘量相对少，传热系数高，直冷阶段可充分发挥净化煤气的效果，降低煤气中的含萘量和腐蚀性介质。缺点：间直冷工艺复杂、设备多、能耗大、占地面积大和操作比较复杂。同时直冷阶段在间冷阶段的后面，煤气只能冷却到30左右，煤气中杂质含量还是很多，不利于后续的净化工艺，国内一般仅在小型

6、焦化厂中使用。由于间直组合工艺存在上述缺点，故本设计不予采用。（3）全间接冷却工艺全间接冷却工艺是采用间接初冷器对煤气进行冷却。其优缺点如下：缺点:占地面积大。优点：冷却效果好，能将煤气冷却到21左右，煤气中萘和腐蚀性杂质基本析出，后续工段无需专门设置除萘装置。间接冷却工艺简单、占地面积较小，能耗和投资处于间直组合工艺和全直冷却工艺之间。综上所述，本设计煤气初冷采用全间接冷却工艺。1.2.2间接冷却设备论证煤气间接冷却设备有立管式冷却器和横管式冷却器两种。（1）立管式冷却器优点：易于清扫，对水质要求低。缺点：煤气从8090冷却到45左右时冷凝出的冷凝液量远比从45冷却到2530时要大，但煤气中

7、大部分萘是在50以后才析出的，从而易造成冷却器后段被萘堵塞，阻力增大，清扫频繁，致使冷却器出口煤气含萘量高出露点10左右。另外，由于煤气入口侧的一格中，水从上向下流动，下部水温理应高于上部，但由于水流速低，水的热浮力使水产生逆流现象，因此，在实际生产操作中，上部水温反而比下部水温高，结果造成煤气入口侧这格无法起到冷却作用。由于立管式冷却器存在上述致命缺点，本设计不采用。（2）横管式冷却器缺点：对水质要求比立管式冷却器要高些。优点：横管冷却器中，煤气从上往下流动，冷却水由下往上流动，根据需要可分为3段（热水段、循环段、低温水段）或者两段（循环水段和低温水段）。在中、下两段可设置轻质焦油氨水混合液

8、连续喷洒洗萘，不仅可在管外形成液膜，提高传质效果，而且可从上而下冲洗传热管，防止萘和焦油的沉积，除萘效果也比立管式好。横管冷却器提高了冷却水的流速，一般可达12m/s，煤气流速也可达0.50.7 m/s，且煤气与冷凝液的流向相同，总传热系数是立管式冷却器一倍多，从而可大幅度降低冷却器的换热面积。密集的冷却管束还可起到分离焦油雾和水雾的挡板作用。正常操作时，从煤气中冷凝出的750g/m3冷凝液与煤气一起顺流而下，可起到冲洗冷却管壁的作用。正是由于横管冷却器具有上述优点，所以本设计采用全横管冷却器。1.3煤气除萘工艺选取论证水洗萘法效率低，终冷塔出口含萘量高，循环水所夹带的萘或焦油容易沉积于凉水架

9、上，凉水架排污气和排污水严重污染环境，此方法洗萘已经被淘汰，本设计不予采用。油洗萘法可分为冷法油洗萘、热法油洗萘和水油水洗萘工艺。此方法与水洗萘法相比，效率要高些，所需的终冷水减少了一半，所以减少了污水排放量。初冷器除萘是在横管初冷器中、下段喷洒轻质焦油氨水混合液，此法可以将煤气中含萘量降到0.40.5g/m3，已经满足煤气净化工艺对煤气含萘的要求。综合上述，横管初冷器除萘无需设置专门的除萘装置，减少了投资、占地面积和能量消耗，另外此法工艺简单，易于操作。本设计中采用横管二段喷洒轻质焦油洗萘工艺。1.4煤气捕雾工艺与设备选取论证1.4.1捕雾工艺选取论证本设计中煤气是在负压条件下捕雾，煤气体积

10、大，如果采用一级捕雾难以达到捕雾的要求，所以本设计中采用两级捕雾工艺。从横管初冷器来的煤气，首先进入挡板捕雾器进行一级捕雾，再进入电捕焦油器进行二级捕雾。采用两级捕雾可以提高捕雾效率，而且可以减少电捕焦油器的负荷。1.4.2电捕焦油器的选取论证16电捕焦油器按沉淀极的形式可分为同心圆式、管式和蜂窝式三种。（1）同心圆电捕焦油器优点：具有流通面积大、煤气流速低和耗钢材少。缺点：电晕极之间的同性相斥，电场出现空穴小空洞，易造成煤气在洞穴中短路流失，降低捕雾效果。同心圆式电捕制造精度高，安装调试严格，在制造、运输、安装中极易产生对电捕器的破坏，难以达到要求的电压，使电瓷瓶击穿毁坏。由于同心圆电捕焦油

11、器存在上述严重缺点，本设计不予采用。（2）管式电捕焦油器优点：制造容易、等极间距电场、材料易得和安装调试比较方便。缺点：管与管之间存在空穴，由管板盲区堵住这些空穴，降低了圆筒内有效空间的利用率，减少了煤气净化通道的截面积。同时管式电捕焦油器的钢材耗量大，捕雾效率不是最好。由于管式电捕焦油器存在以上缺点，本设计不予采用。（3）蜂窝式电捕焦油器缺点：制造难度大，安装过程容易产生误差。优点：蜂窝式电捕焦油器具有结构紧凑合理、没有电场空穴、有效空间利用率高、重量轻、耗钢材少和捕集特性好的优点。同时随着设备制造工艺水平的提高，蜂窝式电捕焦油器制造难度大和安装过程容易产生误差的缺点逐渐消失，而它的优点逐渐

12、受到人们的重视。综合上述，本设计采用蜂窝式电捕焦油器。1.4.3电捕焦油器的配置4电捕焦油在煤气净化流程中的配置有在鼓风机后和鼓风机前两种。与负压操作相比，正压操作（25KPa和45）的优点是：煤气体积小，设备容量也可相应缩小。与正压操作相比，负压操作（4KPa和22）的优点是：进入鼓风机的是净化后的煤气，可以有效避免煤气中焦油等杂质对鼓风机叶片的污染和腐蚀，也不必经常清扫鼓风机的冷凝液排出管；其次是在鼓风机前已将煤气中的绝大部分焦油雾除去，煤气经鼓风机绝热压缩后升高15左右，煤气中的萘含量也不会增加很多。上述说明负压捕雾优点更加突出，本设计中采用焦炉煤气全负压净化流程，电捕也是负压操作。1.

13、5鼓风机类型和调速技术的选择论证1.5.1鼓风机类型选择论证焦炉煤气鼓风机有容积式和离心式两种。容积式鼓风机是利用转子的容积变化吸入和排出煤气的，这种鼓风机噪音较大，随着真空度的提高，噪音升高快，同时漏风量加剧，常常引起排出压力不够，所以容积式鼓风机多在小型焦化厂使用。离心式鼓风机后的煤气密度大，出口煤气的压力也很高，噪音小，噪音大小也不会随着叶轮转速增加而增加，这种鼓风机多被大、中型焦化厂普遍采用。综合考虑以上两种鼓风机的特点，结合煤气净化的生产规模，本设计采用离心式鼓风机。1.5.2鼓风机调速技术的选择论证鼓风机调速有液力偶合调速和变频调速两种。液力偶合器调速鼓风机具有如下特点：（1）一台

14、液力偶合器只能对一台风机进行调速；（2）运转可靠，维护比较简单，能长期无检修使用；（3）能在多灰尘、潮湿和腐蚀性环境下运转；（4）改造技术难度最小，投资较省；（5）液力偶合器是无极调速，调节方便灵活，可以受控、远控和微机进行自动控制。变频调速的特点如下：（1）变频调速可以对多台风机同时调速，有利于稳定操作；（2）现在特别是“全可控涡”三元叶轮在离心式鼓风机中的应用，效率进一步提高了，整个机组性能优良23；（3）变频调速是恒压控制，大大提高了系统运行的稳定性，节省了较多的电费；（4）变频装置具有过流、过载和电源缺相等齐全的保护功能，一旦发生故障可实现变频与主频的相互转换；（5）风机转速提高时，可

15、在较高的压头下加大煤气的输送量，风机转速降低时，可以缩小风机的不稳定工作范围。风机低速运行时可减少磨损，降低噪音，有利于延长电机和风机的寿命；（6）对风机的风量作平滑的无级调速，有效稳定焦炉煤气集气管压力。综上，液力偶合器调速和变频调速各有优缺点，从节能、环保各方面比较，变频调速优越于液力偶合器调速，所以本设计采用变频调速风机。1.6煤气脱硫工艺的选取论证241.6.1以氨为碱源的TH法优点：（1）脱硫脱氰效率高，效率在95%以上；（2）HCN脱除转化为NH4SCN,再经过湿式氧化转化为（NH4）2SO4后送入硫铵装置，因此硫铵产量比其它流程高，但是必须与生产硫铵装置配套建设；（3）脱硫液无毒

16、，废液处理装置流程简单，占地小；（4）在脱硫过程中，不析出多余的元素硫，因此不易堵塞设备及管道，操作条件好。缺点：（1）废液处理在高温、高压、强腐蚀性条件下操作（273和*MPa），所以主要设备的材质要求高，制造难度大；（2）吸收所需液气比，再生所需空气量较大，故整个装置电耗大；（3）副反应多；（4）氧化剂不易制备，目前仍需进口；（5）硫容量小（0.1g/L）。综上所述，由于国内仅宝钢采用了这套装置，并没有成熟的生产实践，故本设计不予采用。1.6.2以氨为碱源的FRC法优点：（1）脱硫脱氰效率高，可一次性达到城市煤气要求标准（塔后H2S和HCN分别降至10mg/m3及100mg/m3以下）；（

17、2）再生塔采用高效混合喷咀。再生空气量可大大降低，因此含NH3尾气可直接兑入吸收塔后的煤气中，省去了再生尾气的处理设备，防止对大气的二次污染；（3）所需苦味酸价廉易得，且消耗少；（4）副反应少，反应速度快，系统为封闭式，防止了污染。缺点：（1）苦味酸属于易爆危险品，为其存放带来了极大的困难；（2）在废液焚烧的同时，煤气中NH3将有25%30%遭破坏；（3）该法工艺流程长，占地多，制酸尾气处理不经济，如果制酸装置规模太小时既不经济，又不好操作；（4）建造该流程成本高。由于FRC法存在以上缺点，该工艺仅宝钢三期等两家焦化厂采用，本设计不予采用。1.6.3改良ADA工艺优点：脱硫脱氰效率高，可一次性

18、达到城市煤气标准（塔后煤气H2S和HCN含量分别可脱到20mg/m3和50mg/m3以下）。缺点：（1）以碳酸钠为碱源，碱耗大；（2）脱硫装置位于粗苯装置后，对煤气净化系统设备和管道有腐蚀；（3）废液处理流程长，操作复杂，产品品位低，介质腐蚀性强，管道材质要求高，投资高；（4）再生塔敞口及熔硫时对大气造成二次污染；（5）硫磺质量差，收率低，综合效益差；由于该工艺存在以上多缺点，本设计不予采用。1.6.4索尔菲班法优点：（1）脱硫脱氰效率高，除脱无机硫外，还能脱除有机硫；（2）利用弱碱性MEA（单乙二醇胺）作吸收剂，不需要催化剂，脱硫液不需氧化再生，不会生成副盐类，也不会产生二次污染。缺点：（1

19、）MEA消耗大，蒸汽耗量大，影响经济效益；（2）该工艺为后脱硫，对煤气净化系统和管道有严重的腐蚀；（3）不能一次达到城市民用煤气的脱硫要求。由于该工艺存在上述缺点，国内仅宝钢二期采用，故本设计不予采用。1.6.5HPF法优点：（1）该流程不处理废液，回收催化剂流程短；（2）流程短，投资省，不提盐，生产运行成本低。缺点：（1）国内首创开发，应用焦化厂少，问题暴露尚少；（2）不再生，部分脱硫液兑入配合煤中，造成H2S闭路循环；（3）催化剂消耗大；（4）硫磺质量差，收率低，熔硫操作环境差。鉴于HPF法脱硫具有如上缺点，故本设计不采用。1.6.6AS法脱硫缺点：（1）要求初冷、电捕效果好，确保洗涤系统

20、不堵；（2）冷凝、硫回收系统腐蚀较强。优点：（1）脱硫效率能满足工业燃料的要求，有利于钢铁厂自行使用；（2）该流程是以煤气中氨为碱源的湿式吸收法脱硫，不需外加碱，不产生废液，不会产生二次污染；（3）前脱硫，能减轻煤气净化系统和管道的腐蚀；（4）装备自动化程度高，有利于操作；（5）环保佳，蒸氨废水含氨等杂质低， 硫氨废水；（6）国内大部分厂家使用该工艺，问题暴露充分，解决较好，技术成熟；（7）克劳斯炉法回收所产生的硫磺纯度高（可达99.8%以上），质量好，过程自动化水平高；（8）不需要催化剂，省去催化剂再生设备，减少了投资；（9）充分实施综合换热，闪蒸室的巧妙设计既保证了送出的废水达标，又利用了

21、蒸汽降压回收了部分蒸汽，从而可减少蒸汽近30%。以上可以看出，AS法脱硫不仅技术成熟，相对于其它方法投资省，操作环境好，与负压净化流程相配套，随着技术和设备的发展，初冷和电捕效果给AS法脱硫较好的保证，故本设计采用AS法脱硫。1.7氨回收工艺选取论证 目前脱除焦炉煤气中氨的方法主要有三类：水洗氨法、硫酸吸氨法和磷酸吸氨法。硫酸吸氨法就是工业上的硫铵工艺，包括间、直饱和器法和酸洗塔法，无论采用哪种方法，该工艺设备腐蚀严重，设备和管道材质要求高，硫铵质量不稳定，煤气系统阻力大，回收硫铵的收入远远不够支付其生产费用。所以本设计不采用此工艺洗氨。磷酸吸氨法包括制磷酸氢二铵法和弗萨姆法制无水氨工艺，这两种方法都是根据磷酸二氢铵具有选择性吸收的特点。从煤气中回收氨，虽然制取的产品纯度高，但是介质有一定的腐蚀性，且解吸、精馏操作要求在较高的压力下进行，对设备和管道材质要求很高，操作也比较复杂，所以本设计不采用。水洗氨法是所有洗氨中最经济的方法，而且工艺流程和操作十分简单，国内很多焦化厂采用了此工艺，问题暴露较充分，解决较好，技术成熟。从水洗氨中回收氨有制取浓氨水法、间接法制取硫酸铵、联碱法制氯化铵法和氨分解法。其中氨催化分解的工艺具有经济实用、费用低、尾气可