130萬噸焦化廠粗笨工段工藝設計畢業(yè)論文

西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁1 緒 論1.1 煉焦煤氣中回收苯族烴的意義煉焦化學工業(yè)是煤炭綜合利用的專業(yè)。煤在煉焦時除了有 75%左右變成 焦炭外，還有 25%左右生成各種化學品及煤氣，為了便于說明將煤炭煉焦時的產(chǎn)品列出如下：（單位： ）2/Nmg75%252504813602.5180.46 2水 煤 汽焦 油 汽粗 苯氨焦 炭 煤 荒 煤 氣 硫 化 氫其 它 硫 化 物 (CS,噻 吩 等 )氰 化 物萘吡 啶 鹽 基由此看來，從荒煤氣中粗苯的含量來看，回收粗苯是十分必要的。焦爐煤氣經(jīng)硫銨工段后進入粗苯工段，進行苯族烴的回收并制取粗苯，目前我國焦化工業(yè)生產(chǎn)的苯類產(chǎn)品仍占很重要的地位。1.2 粗苯的性質粗苯是多種芳烴族和和其它多種碳氫化合物組成的復雜混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等，此外，還含有一些不飽和化合物，硫化物及少量的酚類和吡啶堿類。在用洗油回收煤氣中的苯族烴時，則尚有少量輕質餾分摻雜在其中。粗苯是談黃色的透明液體，比水輕，不溶于水。在貯存時，由于輕質不飽和化合物的氧化和聚合所形成的樹脂狀物質能溶于粗苯使其著色并很快地變暗。在常溫下，粗苯的比重是 0.8910.92kg/L。粗苯是易燃易爆物質，閃點 12.粗苯蒸汽在空中的濃度達到 1.47.5%（體積）范圍內時，及形成爆炸性的混合物。粗苯質量的好壞以實驗室蒸餾時 180前蒸餾出量的百分數(shù)來確定，粗苯的沸點范圍是 75200，180前溜出量越多，粗苯質量越好；在 180后的溜出物則為溶劑油。粗苯易燃易爆，要求工段必須嚴禁煙火，并對電動機加以防爆。粗苯的組成取決于煉焦配煤的組成及煉焦產(chǎn)物在炭化室內熱解程度，粗苯各組分的平均含量見下表（表 1-1） 。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁表 1-1組 分 分 子 式 含 量% 備 注苯 6CH5575甲苯 531122二甲苯 62()2.56 同分異構體及乙基苯三甲苯和乙基甲苯 53CH12 同分異構體總和不飽和化合物1-甲基-3- 乙基苯 25643712環(huán)戊二烯 C0.61.0苯乙烯 652H0.51.0苯并呋喃 8O1.02.0 包括同系物茚 9C1.52.5硫化物二硫化碳 2S0.31.4噻吩 4CH0.21.6飽合物 0.61.5為了滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油為了滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油應具有如下性能：（1） 常溫下對苯族烴有良好的吸收能力，在加熱時又能使粗苯很好的分離出來；（2） 有足夠的化學穩(wěn)定性，即在長期使用中其吸收能力基本穩(wěn)定；（3） 在吸收操作溫度下，不應析出固體沉淀物；（4） 易與水分離，且不生成乳化物；（5） 有較好的流動性，易于用泵抽送并能在填料上均勻分布。1.3 設計任務書1.3.1 任務 130 萬噸焦化廠粗苯工段的工藝設計1.3.2 條件本設計是參照徐州環(huán)宇焦化有限公司進行的，廠址建在江蘇徐州西郊。其氣候屬大陸性西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁季風氣候，常年主導風向為東風、東北風。 （表 1-2）表 1-2最大風速： 23.4m/s最大平均風速： 19.3m/s極端最高氣溫： 40.6（1927.6.11）年平均氣溫： 14極端最低氣溫： -22.6海拔高度： 43m室外計算干球溫度冬季采暖： -6冬季通風： -1夏季通風： 31大氣壓力： 冬季 767mmHg 夏季 751mmHg最高地下水位： 1.251.75m平均相對濕度 71%最大積雪厚度 25cm土壤耐壓力(砂質黏土)： 12T/m2地下水 地下水質對硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕作用。1.3.3 焦爐爐型JNKD55-05 搗固焦爐參數(shù) 焦耐院設計:(1)炭化室平均寬 500mm，炭化室有效容積：41m 3；(2)設計結焦時間（可作為周轉時間）：25.5 小時；每孔干煤量 36.6t；每孔年產(chǎn)焦炭量 10320t。1.3.4 設計要求本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油經(jīng)脫苯塔蒸餾，得到粗苯，粗苯產(chǎn)品的質量指標見（1-3）表。表 1-3指 標粗苯加工用粗苯 溶劑用粗苯外觀 黃色透明液體 黃色透明液體比重（d 204） 0.8710.900 不大于 0.90075前餾出量（容）% 不大于 3%餾程 180前餾出量（容）% 不小于 93% 不小于 91%水分 室溫（1825）下目測無可見的溶解水1.4 影響化產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的因素西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁煉焦化學產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦過程的技術和操作條件。1、配煤性質和組成的影響：焦油的產(chǎn)率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質程度。在一定的范圍內，苯族烴的產(chǎn)率隨著煤料中碳氫比及揮發(fā)份的增加而增加。2、受到焦爐操作溫度、壓力和揮發(fā)物在反應空間停留時間的影響，也受到焦爐內生成的石墨、焦炭、或焦炭灰分中某些成分的催化作用的影響，而最主要的影響因素是爐墻溫度和炭化室頂部空間溫度。增高爐墻的溫度將使焦油中苯族烴含量減少，而高溫產(chǎn)物：萘、蒽、瀝青和游離碳的含量增加、比重變大、酚類及中性油類含量降低。炭化室頂部溫度在整個煉焦過程中是有變化的，但其值不宜超過 800。炭化室的頂部溫度過高，則由于熱解作用，焦油粗苯的產(chǎn)率均降低，高溫化合水的產(chǎn)率將增加；氨在高溫下由于進行逆反應而部分分解，并和熾熱的焦炭作用生成氰化氫，氨的產(chǎn)率也將降低。3、焦爐內操作壓力的影響炭化室內壓力的升高和降低都會造成化學產(chǎn)品的部分損失，故此規(guī)定焦爐內必須保持一定的壓力。綜上所述：本設計為畢業(yè)設計，是集三年學習專業(yè)知識理論和實際中運用在生產(chǎn)過程中的的體現(xiàn)，目的在于通過這次設計學會綜合運用所學的各種知識和技能，是一次比較全面的分析和解決工程問題的能力訓練。它是一個我們初步了解有關技術政策，學會查閱和綜合運用各種文獻資料，掌握使用有關工程技術的規(guī)定和準則的過程。它不但鍛煉了我們設計方案的論證和確定，設計的計算能力和繪圖以及撰寫說明書的能力，而且同時使我們養(yǎng)成了一個嚴肅的工作態(tài)度，為今后工作打下了良好的基礎。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁2 工藝論證及確定隨著煉焦工藝的發(fā)展，化學產(chǎn)品的產(chǎn)率取決于煉焦過程的技術操作條件。影響粗苯的回收率的因素主要有三點：1. 配煤性質和組成的影響焦油的產(chǎn)率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質程度。在一定范圍內，苯族烴的產(chǎn)率隨著煤料中的碳氫比（C/H）及揮發(fā)分的增加而增加。當配煤的揮發(fā)分V=2030%時，可由下式求得產(chǎn)率Y（%）：=-1.6+0.14V-0.0016V 22. 溫度對焦爐化學產(chǎn)品的影響焦爐化學產(chǎn)品的組成會受到焦爐操作溫度，壓力和揮發(fā)物在反映空間停留時間的影響，也受到焦爐內生成的石墨，焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化劑作用的影響，而最主要的影響因素是爐墻溫度和炭化室空間溫度。增高爐墻溫度將使焦油中苯族烴含量減少，而高溫產(chǎn)物萘、蔥瀝青和游離碳的含量增加，比重變大，酚類及中性油類含量降低。炭化室頂部空間溫度在整個煉焦過程中是有變化的，但其值不宜超過 800，炭化室頂部空間溫度過高，則由于熱解作用，焦油和粗苯的產(chǎn)率均將降低，高溫化合水的產(chǎn)率增加，氨脂高溫下由于進行逆反反應而部分分解，并和熾熱的焦炭作用生成氰化氫，氨、氮產(chǎn)率也降低。3. 焦爐內操作壓力大影響炭化室內壓力的升高或降低都會造成化學產(chǎn)品的部分損失，故規(guī)定集氣管必須有一定的壓力。在實際生產(chǎn)中，粗苯工段的主要任務是完成煤氣的終冷除萘、吸收苯族烴以及粗苯的脫除三項任務。下面分別介紹完成這三項任務的工藝及論證。2.1 煤氣的終冷及除萘的方法及工藝選擇在生產(chǎn)硫銨的回收工藝中，出飽和器進入粗苯工段的煤氣溫度通常為 55左右，而回收苯族烴的適宜溫度為 25左右，因此在回收苯族烴之前煤氣要進行冷卻。在焦爐氣冷卻和部分水蒸汽冷凝的同時，尚有萘從煤氣析出，因此煤氣的最終冷卻的同時應考慮到如何除萘。目前我國焦化廠目前所采用的煤氣終冷及除萘的工藝流程主要有三種即煤氣終冷和機械化除萘工藝；煤氣終冷和焦油洗萘工藝；油洗萘和煤氣終冷工藝；和橫管終冷噴灑輕質焦油終冷除萘工藝。2.1.1 煤氣終冷和機械化除萘工藝來自硫銨工段的煤氣進入終冷塔底部，在塔內自下而上流動的過程中與隔板眼淋下的冷卻水密切接觸，從 55左右冷卻到 25左右。在煤氣冷卻的同時，煤氣中一部分水蒸汽被冷凝，大部分萘析出并被水沖洗下來。煤氣含萘量從 20003000mg/標 m3降至 800mg/標 m3左右，冷卻后的煤氣進入洗苯塔。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁32 水 蒸 汽 萘 萘 水煤 氣 煤 氣水25 萘 送 焦 油 槽圖 2-1 煤氣終冷和機械化除萘工藝流程1-煤氣終冷塔 2-機械化刮萘槽 3-萘揚液槽 4-終冷循環(huán)水5-涼水架 6-循環(huán)水冷卻器含萘的冷卻水由塔底經(jīng)水封管自流到機械化刮萘槽，水和萘在槽中分離后，水自流到冷水架被冷卻至 3032，再用泵送經(jīng)冷卻器用低溫水將其冷卻到 25后，回終冷塔循環(huán)使用。在刮萘槽中積聚的萘，定期用水蒸汽間接熔化后流入萘揚液槽，再用水蒸汽壓送到焦油槽和焦油氨水澄清槽。該流程的優(yōu)點是操作穩(wěn)定，便于管理；缺點是出終冷塔煤氣含萘量較高；水和萘不能充分分離，部分萘被水帶到冷水架，增加清掃冷水架的次數(shù)；刮萘槽結構復雜而且笨重，基建費用較高。2.1.2 煤氣終冷和焦油洗萘工藝煤氣在終冷塔內的冷卻過程同前所述。含萘冷卻水從終冷塔底部流出，經(jīng)液封管導入焦油洗萘器底部并向上流動。熱焦油經(jīng)伸入器內的分布器均勻噴灑在篩板上，通過篩板的孔眼向下流動，在與水封流接觸過程中將水中萘萃取出來，可使出口煤氣含萘量降到 800 毫克/標 m3以下。洗萘后的焦油從焦油洗萘器下部排出，經(jīng)液位調節(jié)器流入焦油槽。經(jīng)過加熱靜止脫水，再送往焦油車間，送完焦油的容槽，再接受從冷凝鼓風工段來的新鮮焦油以備循環(huán)洗萘使用。從洗萘器上部流出的水進入水澄清槽，分離出殘余焦油后，自流到冷水架。分離出的焦油及浮在水面上的油類、萘等混合物自流到焦油槽。上述兩種工藝存在的共同特點是：在終冷塔內冷卻煤氣的同時，析出的萘須用水沖流，因而實際所需的冷卻水量遠大于熱平衡所需的冷卻水量，由于水量大，則更新循環(huán)水系統(tǒng)所排出的污水量相應增多。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁1煤 氣6從 涼 水 架來 循 環(huán) 水 27煤 氣 4445去 焦 油 車 間 焦 油38低 溫 水 去 涼 水 架 熱 水從 冷 凝 工 段 來 焦 油圖 2-2 煤氣終冷和焦油洗萘工藝1-煤氣終冷塔 2-循環(huán)水泵 3-焦油循環(huán)泵 4-焦油槽 5-水澄清槽 6-液位調節(jié)器 7-循環(huán)水冷卻器 8-焦油泵2.1.3 油洗萘和煤氣終冷工藝從飽和器來的 5560煤氣進入木格填料塔或洗萘塔，被由塔頂噴淋下來的富油洗滌。富油進塔溫度比煤氣高 57，煤氣含萘可由 20002500mg/標 m3降到500800mg/標 m3左右。從洗萘塔頂出來的煤氣，溫度約升高 2，進入煤氣終冷塔，被噴淋下來的冷卻水冷卻后至洗苯塔。該流程所用的循環(huán)水量，僅為前兩種煤氣終冷流程用水一半，因而可以減少污水排放量。由于上述流程的油洗萘過程系在較高溫度下進行，因而洗萘塔后煤氣含萘量還較高，終冷塔排出的水有時有浮油。西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁522從 飽 和 器來 煤 氣含 萘 富 油 到粗 苯 富 油 槽從 洗 苯 塔來 富 油 34煤 氣 到洗 苯 塔 到 涼 水 架 熱水 85-90噸 /時435 620 3 低 溫 水1011771 從 涼 水 架來 冷 卻 水圖 2-3 油洗萘和煤氣終冷工藝流程1-洗萘塔 2-加熱器 3-富油泵 4-含萘富油泵 5-煤氣終冷塔 6-循環(huán)水冷卻器 7-熱水泵 8、9-循環(huán)水泵 10-熱水池 11-冷水池2.1.4 橫管終冷洗萘工藝1煤 氣 熱 水冷 水煤 氣 32外 來 焦 油去 焦 油 工 段45圖 2-4 輕質焦油終冷洗萘工藝流程1- 終冷塔 2-新焦油槽 3-溢流槽 4-焦油泵 5-循環(huán)泵該工藝流程見圖，煤氣的終冷和除萘都在橫管終冷塔進行，煤氣從上部導入終冷洗萘塔，從終冷塔下部導出，而水從下往上與煤氣逆流而行，且與煤氣是間接接西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁觸，煤氣中遇冷段內，冷卻到 2426后進入吸收段的上部，循環(huán)噴灑輕質焦油除萘，凈化后的煤氣進入捕霧器除去其所夾帶動焦油霧滴，捕霧后的煤氣進入洗苯塔。為使循環(huán)輕質焦油中的萘含量保持穩(wěn)定，在輕質焦油由泵送入循環(huán)槽的同時，從循環(huán)槽的壓出管引出相同的數(shù)量的焦油連續(xù)送往機械化氨水澄清槽，在送往焦油車間處理。橫管終冷洗萘是冷卻水和煤氣間接接觸，因而它有很多優(yōu)點：1. 設備小，操作簡便，無污染，占地面積小，基建費用比較少2. 冷卻效果好，萘的脫除高，出口煤氣約 22，煤氣含萘量大約在350450mg/Nm 33. 無須用洗油，只須自產(chǎn)輕質焦油，節(jié)約洗油耗量，同時煤氣中的萘直接轉入焦油，減少萘的損失。4. 由于煤氣不直接與水接觸，故沒有含酚污水的處理，另外，由于系統(tǒng)阻力小，風機電耗低。這種工藝解決了前幾種工藝流程中存在的廢水多，含萘高的問題，它使煤氣的含萘量可降到 400mg/標 m3，因而該工藝優(yōu)點突出，而且徐州地區(qū)具有豐富的低溫地下水（18）因而本設計采用的就是這種工藝。2.2 洗苯工藝目前，國內焦化廠主要采用洗油吸收法回收煤氣中的苯族烴，經(jīng)過終冷的煤氣溫度降至 2527，然后進入洗苯塔回收苯族烴，回收方法大致分為下列三種：1. 洗油吸收法用洗油在洗滌塔中回收煤氣中的苯族烴，再將吸收了苯族烴的洗油（富油）送入脫苯蒸餾裝置中，以提取粗苯，脫苯后的洗油（貧油）經(jīng)過冷卻后，重新送至洗滌塔循環(huán)使用，洗油吸收法又分為常壓吸收法和加壓吸收法，加壓吸收法可以強化生產(chǎn)過程，適用于煤氣遠距離輸送或用作合成氨廠原料的情況下采用。2. 吸附法：使煤氣通過具有微孔組織比表面很大的活性炭或硅膠等固體吸附劑，苯族烴即被吸附在其表面上，直至達到接近飽和狀態(tài)，然后用水蒸氣直接