年產130萬噸焦化廠粗苯工段的設計

1、中 國 礦 業(yè) 大 學本科生畢業(yè)設計姓 名： 學 號： 學 院： 專 業(yè)： 設計題目： 年產130萬噸焦化廠粗苯工段的設計 專 題： 指導教師： 職 稱： 教 授 2009年 5月 徐州中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書學院 專業(yè)年級 學生姓名 任務下達日期： 畢業(yè)設計日期： 畢業(yè)設計題目：年產130萬噸焦化廠粗苯工段的設計畢業(yè)設計專題題目：畢業(yè)設計主要內容和要求：要求：（1） 回收工藝論證；（2）主要設備計算和選型；（3）繪制帶控制點工藝流程圖、設備平面布置圖、管道平面和立面布置圖、繪制一張主要設備圖（必須與自己的設備計算一致），用autocad繪制；（4）編制設計說明書；（5）按2×65

2、孔tjl5550d焦爐配套規(guī)模進行計算。計算條件：苯回收率： 1.1%硫銨工段來煤氣溫度/飽和溫度： 57/52終冷溫度：22畢業(yè)設計工作計劃（1）3.13.8 設計基本知識培訓（2）3.93.22現(xiàn)場實習收集資料（3）3.234.17工藝論證和計算（5）4.185.31繪制圖紙（6）6.16.15提交設計說明書和圖紙院長簽字： 指導教師簽字：中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱書指導教師評語（基礎理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內容的理論依據和技術方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導教師簽字： 年 月 日

3、中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎理論及基本技能的掌握；綜合運用所學知識解決實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人： 年 月 日目 錄第一章 緒論11.1煉焦煤氣中回收苯族烴的意義11.2 粗苯的性質11.3 設計任務書21.3.

4、1 設計題目：130萬t/a焦化廠粗苯工段的工藝設計21.3.2 計算條件：31.3.3 設計條件31.3.4 設計要求4第二章 工藝論證及確定62.1 煤氣的終冷及除萘的方法及工藝選擇62.1.1 煤氣終冷和機械化除萘工藝72.1.2 煤氣終冷和焦油洗萘工藝82.1.3 油洗萘和煤氣終冷工藝92.1.4 橫管終冷洗萘工藝10 2.2 洗苯工藝.112.2.1 用焦油洗油回收粗苯：122.2.2 石油洗油回收粗苯13第三章 粗苯脫苯方法及工藝選擇153.1 蒸汽加熱法生產一種苯工藝153.2 管式爐加熱富油脫苯163.3 粗苯回收原理173.3.1洗油吸收苯族烴的基本原理173.3.2 影響苯

5、族烴吸收的因素183.4 脫苯原理203.4.1影響脫苯的因素21四 主要設備論證及選型224.1洗 苯 塔234.1.1空噴塔234.1.2板式塔（孔板塔）234.1.3填料塔234.2脫苯塔274.3貧油冷卻器和貧富油換熱器284.3.1貧油冷卻器284.3.2貧富油換熱器29第五章 粗苯工段工藝的詳述295.1 工藝流程詳述295.1.1 橫管終冷洗萘工藝295.1.2 洗苯工藝305.1.3 脫苯工藝315.2 操作規(guī)程及技術指標325.2.1 終冷洗苯部分325.2.2 蒸餾脫苯部分32第六章 主要設備的工藝計算和選型356.1 終冷洗苯部分的工藝計算及設備選型356.1.1 計算依

6、據356.1.2 計算過程356.1.3橫管終冷洗萘塔的計算376.2 洗苯塔的計算：426.3 蒸餾脫苯部分設備計算和選型466.3.1 計算依據：466.3.2管式爐：476.3.3再生器計算536.3.4脫苯塔計算：546.3.5分縮器的計算：586.4 貧富油換熱器的計算和選型：586.4.1基礎數(shù)據：586.4.2熱量衡算：596.4.3換熱器面積的確定：606.5 貧油冷卻器的計算：616.6 冷凝冷卻器的計算：626.7 管道計算626.7.1煤氣管徑計算：626.7.2貧油管路計算：626.7.3富油管路計算：626.7.4蒸汽管徑的計算：636.8 貧油泵的計算和選型636.

7、8.1泵的壓頭計算：636.8.2泵的軸功率：64第七章 粗苯工段崗位定員及操作規(guī)程657.1操作崗位的確定及定員657.1.1崗位的確定657.1.2崗位定員667.2崗位操作規(guī)程667.2.1崗位操作667.2.2洗滌部分開、停工操作667.2.3蒸餾部分開、停工操作677.2.4特殊操作677.2.5不正常情況處理68第八章 非工藝部分698.1 自動化儀表的要求698.2 防火防爆和采暖通風708.2.1防火防爆：728.2.2采暖通風：728.3 供汽和給排水728.3.1供汽：728.3.2給排水：728.4 檢化驗項目738.5 電力 土建748.6 其他74第九章 經濟概算75

8、9.1編制說明759.2經濟概算759.3經濟分析81第十章 設備及管道材料匯總8310.1設備一覽表8310.2 圖紙目錄8410.3 管道明細表84參考文獻 .90第一章 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品列出如下：（單位：） 由此看來，從荒煤氣中粗苯的含量來看，回收粗苯三十分必要的。焦爐煤氣經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)生產的苯類產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

9、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

10、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物在炭化室內熱解程度，粗苯各組分的平均含量如下：組 分分 子 式含 量備 注苯5575甲 苯1122二 甲 苯2.56同分異構體及乙基苯三甲苯和乙基甲苯12同分異構體總和不飽和化合物，其中：712環(huán)戊二烯0.61.0苯乙烯0.51.0苯并呋喃1.02.0包括同系物茚1.52.5硫化物，其中：0.31.8按硫計二硫化碳0.31.4噻 吩0.21.6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

11、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 設計題目：130萬t/a焦化廠粗苯工段的工藝設計要求：（1）回收工藝論證；（2）主要設備計算和選型；（3）繪制帶控制工藝流程圖、設備平面布置圖、管道平面和立面布置圖、繪制一張主要設備圖（必須與自己的設備計算一致），用autocad繪制；（4）編制設計說明書；（5）按2×65孔tjl5550d焦爐配套規(guī)

12、模進行計算。tjl5550d型焦爐由化工部第二設計院設計，系雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、下噴、復熱式側裝搗固煤餅焦爐。焦爐主要結構尺寸：炭化室全長:15980mm炭化室全高:5500mm炭化室平均寬:500mm炭化室中心距:1350mm炭化室錐度:10 立火道中心距:480立火道個數(shù):32個 燃燒室墻厚:100煤餅尺寸(長×寬×高):15100/14900×450×5200煤餅密度(干煤):0.951.0t/m3炭化室一次裝入干煤量:35.1t焦爐周轉時間:22.5h1.3.2 計算條件：苯回收率： 1.1%硫銨工段來煤氣溫度/飽和溫度： 57/52終冷溫度：2

13、21.3.3 設計條件本設計在設計過程中，參考了徐州焦化廠的粗苯工段工藝。徐州的氣象條件如下：本地區(qū)屬海洋性氣候，具有大陸性氣候的特點，常年主導風向為東風、東北風。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土壤耐壓力(砂質黏土)： 12t/m2地下水質對硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕作用。1.3.4 設計要求本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油經脫苯塔蒸餾，

14、得到粗苯，粗苯產品的質量指標。粗苯的質量指標（yb291-64）名 稱指 標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（d204）0.8710.900不大于0.900餾程75前餾出量（容）% 不大于3%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焦油洗油質量指標（yb297-64）名 稱指 標比重（d204）1.041.07餾程230前餾出量（容）%不大于3%300前餾出量（容）%不大于90%酚含量（容）%0.5奈含量（容）%不大于13粘度（。e25）不大于2水分%不大于1.015結晶物無綜上所述：本設計為畢業(yè)設計，是集四年學習專業(yè)知識理論和實

15、際中運用在生產過程中的的體現(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。是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，以及設計的方案的論證和確定，設計的計算能力，繪圖和撰寫說明書的能力，于此同時培養(yǎng)自己一個嚴肅的工作態(tài)度和掌握嚴密的工藝流程，為今后打下良好的工作基礎.第二章 工藝論證及確定一、影響粗苯回收率的因素隨著煉焦工藝的發(fā)展，化學產品的產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率取決于配煤的揮發(fā)分高低和煤的變質程度。在一定范

16、圍內，苯族烴的產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，可由下式求得產率y（%）：=-1.6+0.14v-0.0016v22. 溫度對焦爐化學產品的影響焦爐化學產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

17、解作用，焦油和粗苯的產率均將降低，高溫化合水的產率增加，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

18、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 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)水冷卻器來自硫銨工段的煤氣進入終冷塔內，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20003000毫克/標m3降至800

19、毫克/標m3左右，冷卻后的煤氣進入洗苯塔。含萘的冷卻水由塔底經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 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

20、 6-液位調節(jié)器 7-循環(huán)水冷卻器 8-焦油泵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，經液封管導入焦油洗萘器底部并向上流動。熱焦油經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，經液位調節(jié)器流入焦油槽。經過加熱靜止脫水，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

21、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。2.1.3 油洗萘和煤氣終冷工藝 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20002500毫克/標m3降到500800毫克/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

22、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。2.1.4 橫管終冷洗萘工藝 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

23、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/nm33. 無須用洗油，只須自產輕質焦油，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

24、使煤氣的含萘量可降到400毫克/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

25、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)，然后用水蒸氣直接進行解析，即得粗苯。用活性炭做吸附劑，可將煤氣的苯族烴完全吸附下來但此法要求煤氣凈化的程度較高，加之吸附劑價格昂貴，因此在工業(yè)上應用受到一定的限制，而多用于煤氣苯族烴的定量分析。3. 凝結法：在低溫加壓的情況下，使苯族烴從煤氣中冷凝出來，此法比吸收法所得到的粗苯質量好，但煤氣的壓縮及冷凍過程復雜，動力消耗大，設備材質要求高。 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，油吸收法可分為焦油洗油吸收法和石油吸收法，洗油質量的要求：焦油洗油的指標見緒言表2，石油洗油質量指標 表 2

26、 - 1名 稱質 量 指 標比重（20）不大于0.89粘度（。e50）不大于1.5蒸餾實驗初溜點，不小于265350前餾出量，%不小于95凝固點小于10含水量不大于0.2固體雜質無2.2.1 用焦油洗油回收粗苯：用洗油回收煤氣中的粗苯的方法，所用的洗苯塔有多種型式，但工藝流程基本一樣。用塑料花環(huán)填料塔的工藝流程見圖2-1。 圖2-1 洗苯工藝流程圖 1-填料洗苯塔 2-富油泵 3-貧油中間槽 4-貧油冷卻器煤氣經最終冷卻到2527后，進入洗苯塔。塔前的煤氣含粗苯3240g/標m3，塔后的煤氣中含粗苯低于2g/標m3。從脫苯工序來的貧油，含苯0.20.4%，進入貧油槽，用貧油泵進入洗苯塔頂部，從

27、塔頂噴淋而下，含苯量增至2.5%左右。用富油泵將富油從塔底抽出，送往脫苯工序。脫苯后的貧油送回貧油槽循環(huán)使用。本設計所選用的就是這種工藝流程，但洗苯塔有多種形式，選擇合適的塔型是值得研究的。用洗油回收煤氣中的粗苯的方法，所用的洗苯塔有多種形式，但工藝流程基本一樣，用塑料花環(huán)調料塔回收粗苯的工藝流程見圖2-2。熱水冷水氣煤氣煤去分縮器23451 圖2 -2 塑料花環(huán)填料塔回收粗苯的工藝流程圖1-富油泵 2-塑料花環(huán)洗苯塔 3-貧油槽 4 貧油冷卻器 5貧油槽洗苯塔底部為洗油接受槽，用鋼板與煤氣部分隔開，從塔頂下來的洗油經u 型管流入該槽，u型管內有一定的液位，足以封住煤氣，阻止它進入油槽從放散管

28、溢出。洗苯塔噴頭上方設置捕霧器，以捕集煤氣帶出的油霧，減少洗油損失，塔頂還有一個噴口，以清洗捕霧層。2.2.2 石油洗油回收粗苯用石油洗油回收粗苯的工藝流程與用焦油洗油回收的一樣，只是在設計貧油槽時，須考慮，經常排油渣和生成的腐蝕物。目前國內使用的是有洗油為輕柴油，與焦油洗油比較，耗量低，油水分離容易，具有較高的穩(wěn)定性，長期使用后其物理化學性質幾乎不變，此外，石油洗油吸萘的能力強，一般塔后煤氣含萘量可低于150mg/nm3.石油洗油的缺點是洗苯能力較低，富油含苯量為1.20.3%，故循環(huán)洗油量每噸（180前粗苯為65m3）和脫苯的耗氣量較多，此外，在洗苯過程生成難溶的油渣，容易堵塞換熱設備，含

29、油渣的洗油和水容易形成乳濁液，影響正常操作，所以洗油含渣量不宜大于20mg/g洗油.另外焦化廠使用石油洗油需外購，因此多數(shù)焦化廠采用焦油洗油。為了滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油具有如下性能：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) 易于水分離，且不能生成乳化物。5) 有較好的流動性，易于用泵抽送并能在填料上均勻分布。由于石油洗苯工藝流程缺點較多，設備選型上存在難題，故一般不采用它，而多采用第一種工藝流程。本設計就采用焦油洗油回收粗苯工藝。第三章 粗苯脫

30、苯方法及工藝選擇由洗苯工序過來的含苯富油需進行脫苯。脫苯工藝與很多種，我國焦化廠均采用水蒸汽蒸餾法脫苯。按照粗苯產品可以分為生產一種苯工藝和生產兩種苯工藝，按照富油的加熱方式可以分為蒸汽加熱法和管式爐加熱法。下面就蒸汽加熱生產一種苯工藝和管式爐加熱法生產一種苯工藝分別進行介紹。3.1 蒸汽加熱法生產一種苯工藝 圖2-6 生產一種苯的工藝流程（蒸汽加熱富油脫苯）1-貧油冷卻器 2-貧富油換熱器 3-預熱器 4-再生器 5-熱貧油槽 6-脫苯塔 7-重分縮油分離器 8-輕分縮油分離器 9-分凝器 10-冷凝冷卻器 11-粗苯分離器 12-控制分離器 13-粗苯槽 14-殘渣槽 15-控制分離器本設

31、計采用生產一種苯工藝，用直接蒸汽蒸餾的方法脫苯，現(xiàn)將各種工藝流程及選用的設備介紹如下：由洗滌（洗苯）工序來的富油，在分縮器下面的三個換熱筒體中，被脫苯塔來的蒸汽加熱至7080，然后進入貧富油換熱器，被來自脫苯塔底的溫度為130140的熱貧油加熱至90100，最后在富油預熱器中用大于8kgf/cm2的間接蒸汽加熱到135145，在從脫苯塔的第十二層塔板進入塔內。富油在塔內逐板向下溢流，在由塔底進入的直接蒸汽的蒸吹作用下，富油中絕大部分粗苯，洗油部分輕質餾分及萘，從洗油中蒸出來并同一定量的水蒸氣從塔頂逸出.溫度比富油的預熱溫度約12的油氣和水汽混合物，進入分縮器頂上一格用冷水冷卻，從而使大部分洗油

32、氣和水汽冷凝下來，從分縮器頂部逸出的即為粗苯蒸汽。為得到合格粗苯產品，可用冷卻水量控制分縮器頂部蒸汽溫度，使其在8689的范圍內。由分縮器頂部逸出的粗苯蒸汽進入蒸汽冷凝冷卻器，在此用冷水冷凝冷卻到2530，再經粗苯分離器將水分出后即進入粗苯貯槽，并定期用產品泵送往精制車間或出售。進入分縮器的油氣和水汽混合物，在分縮器底部兩個所形成的冷凝液實施油氣中的重餾分，即重分縮油。輕重分縮油分別進分縮器，在與水分離后進入富油中并一起送往脫苯塔。 在三個油水分離器，排出的分離水均進入控制分離器進一步分離，以減少洗油的損失。從脫苯塔底排出的貧油溫度比富油的預熱溫度約低35（130140）熱貧油流入貧富有換熱器

33、，與富油換熱并被冷卻至110120后，在回到脫苯塔底的熱貧油槽中，在此用熱貧油泵送到噴淋式貧油冷卻器，冷卻至2530后，在送往洗苯塔循環(huán)噴灑。由于洗油在循環(huán)使用的過程中質量會變壞，為保持循環(huán)洗油的質量，將循環(huán)油量的11.5%有富油入塔前的管路或脫苯塔加料板以下的一塊塔板處引入洗油再生器，洗油被1012kgf/cm2的間接蒸汽加熱至160180，并用過熱直接蒸汽直接蒸吹，從再生器頂部蒸吹出來的溫度，留在再生器底部的高沸點聚合物及油渣稱為殘渣?？梢钥吭O備內地蒸汽壓力間歇地或連續(xù)地排至殘渣油槽。從再生器排出的殘渣油，300前的餾出量要求低于40%，若餾出量過高會大大增加洗油耗量。洗油再生器操作之好壞

34、，還對洗油耗量有較大的影響，在洗苯塔后煤氣中所夾帶的洗油較少分離良好的情況下，如洗油再生器操作正常，則生產每噸180前的粗苯的焦油洗油約為50kg,石油洗油的耗量較高，約為50100kg.(故此設計采用焦油洗油)3.2 管式爐加熱富油脫苯該工藝與蒸汽法脫苯工藝相同，唯一的區(qū)別在于富油經貧富油換熱器后，不是用蒸汽加熱而是用管式爐加熱至180200后，在進入脫苯塔。圖2-5生產一種苯的工藝流程（管式爐加熱富油脫苯）1-脫水塔 2-管式爐3-再生器4-脫苯塔5-脫苯塔油水分離器6-油氣換熱器7-冷凝冷卻器8-富油泵9-貧富有換熱器10-貧油泵11-貧油冷卻器12-粗苯分離器13-回流槽14-控制分離

35、器15會流泵16-粗苯槽17-萘油槽18-殘油槽19-粗苯產品回收泵20-萘油泵21-殘油泵管式爐加熱的富油脫苯工藝，因富油的加熱溫度高，同蒸汽法脫苯比較具有以下優(yōu)點：1. 富油在管式爐內加熱至180左右，脫苯程度高，貧油中粗苯含量可降至0.1%左右，從而使粗苯的塔后損失減小，粗苯的回收率可高達9597%2. 蒸汽耗量低，每生產一噸180前的粗苯耗蒸汽約11.05噸且不受蒸汽壓力波動的影響，操作穩(wěn)定。3. 酚水含量少，蒸汽法脫苯，每噸180前粗苯要產生34噸工業(yè)酚水，而管式爐法只產生1.05噸以下的酚水。4. 設備費用低，蒸汽耗量顯著降低，大大縮小了冷凝冷卻和蒸餾設備的尺寸，從而使設備費用大為

36、降低。因此，本設計選用管式爐加熱法生產一種苯工藝。3.3 粗苯回收原理3.3.1 洗油吸收苯族烴的基本原理：用洗油吸收煤氣中的粗苯烴是物理吸收過程，服從亨利定律和道爾頓定律，當煤氣中苯族烴的分壓大于洗油液面上苯族烴的平衡蒸汽壓時，煤氣中苯族烴即被洗油吸收，二者差值越大，則吸收過程進行的越容易，吸收速率也越快。目前，吸收過程的機理仍建立在被吸收組分經穩(wěn)定的界面薄膜擴散傳遞的概念上，即液相與氣相之間有相界面，假定在相界面的兩側，分別存著不呈湍流的薄膜，在氣相側的稱為氣膜，在液相側的成為液膜，擴散過程的阻力及等于氣膜和液膜的阻力之和。吸收系數(shù)的大小取決于所采用的吸收劑的形式，填料類型與規(guī)格及吸收段過

37、程操作條件（溫度，氣相和液相流速等）顯然，這些因素對吸收速率均有影響。3.3.2 影響苯族烴吸收的因素煤氣中的苯族烴在洗苯塔內被吸收的程度稱為吸收率，吸收率的大小取決于以下因素，煤氣和洗油中的苯族烴的含量;煤氣流速及壓力；洗油循環(huán)量及其分子量，吸收溫度，洗苯塔結構，對填料塔則為填料表面積及特性等。分述如下：1、吸收溫度：吸收溫度是指洗苯塔內氣液兩相接觸面積的平均溫度，它取決于煤氣和洗油的溫度，也受大氣溫度的影響。吸收溫度是通過吸收系數(shù)和吸收推動力的變化而影響吸收率的，提高的吸收溫度，可使吸收系數(shù)與一定增加，但不顯著，而吸收推動力卻顯著減小。對于洗油吸收煤氣中的苯族烴來說，洗油分子量及煤氣總壓的

38、波動很小，可視為常數(shù)，而粗苯的蒸汽壓是隨溫度的變化而變化，溫度升高，粗苯的蒸汽壓力也升高，當煤氣中的苯族烴的含量一定時，溫度愈低，洗油中與其呈平衡的粗苯含量愈高；而當提高溫度時，洗油中與其呈平衡的粗苯含量則有較大的降低。當入塔貧油含量一定時，洗油液面上苯族烴的蒸汽壓隨吸收溫度升高而增大，吸收推動力則隨之減小，致使洗苯后煤氣中的苯族烴含量（塔后損失）增粗苯的回收率降低。因此，吸收溫度不宜過高，但也并非越低越好，在低于15時洗苯油粘度將顯著增加，使洗油輸送及其在塔內的均勻分布和自由流動均發(fā)生困難，當洗油溫度低于10時，還可能從油中析出固體沉淀物。因此適宜的吸收溫度約25，實際操作波動于2530之間

39、。另外，操作中洗油溫度應略高于煤氣溫度，以防止煤氣中的水汽冷凝進入洗油中，一般規(guī)定，洗油溫度在夏季比煤氣溫度高2左右，冬季高4左右。為了保證吸收溫度，煤氣進洗苯塔前，應在終冷期內冷卻至2028，循環(huán)油冷卻至小于30.2、洗油的分子量及循環(huán)量的影響當其他條件一定時，洗油的分子量變小，將使洗油中粗苯含量變大，即吸收得愈好，同類油劑的吸收能力與其分子量成反比。吸收劑與溶質的分子量愈接近，則吸收得愈完全。在回收等量粗苯的情況下，洗油循環(huán)量也可以相應地減少。但洗油的分子量不宜過小，否則洗油中吸收過程中損失較大，并且脫苯蒸餾時不易與粗苯分離。增加循環(huán)油量可降低洗油中粗苯的含量，增加氣液間的吸收推動力，從而

40、可以提高粗苯的回收推動力。提高回收率，但循環(huán)洗油量不宜過大，以免過多增大電、蒸汽的耗量和冷卻水用量。在塔后煤氣含苯量一定的情況下，隨著吸收溫度的升高，則需要的循環(huán)洗油量隨之增加。3、貧油含苯量的影響：貧油含苯量是決定塔后煤氣苯族烴的含量的主要因素之一，當其它條件一定時，入塔貧油中的含苯量越高，則塔后損失愈大，按現(xiàn)行規(guī)定，塔后煤氣中粗苯含量不大于2g/nm3.為是塔后損失不大于2g/nm3,設貧油中的粗苯含量為2.2%，為了維持一定的吸收推動力，2.2%應除以平衡偏移系數(shù)n，一般n=1.11.2.若取n=1.15,則允許貧油含苯量為c1=(2.2/1.5)%=1.92%<2%.實際上，由于

41、貧油中粗苯的組成中苯和甲苯的含量少，絕大部分為二甲苯和溶劑油，其蒸汽壓僅相當于統(tǒng)一溫度下煤氣中所含苯族烴蒸汽壓的2030%，故實際貧油含苯量可達到0.40.6%，此時仍能保證塔后煤氣含粗苯量在2g/nm3以下。如何一步降低貧油中的粗苯含量，雖然有助于降低塔后損失，但將增加脫苯蒸餾時代蒸汽耗量，使粗苯產品的180前餾出率減少，并且是洗油含量增加。近年來，國外一些焦化廠，塔后煤氣含粗苯量控制在4g/nm3左右，甚至更好，這一指標對大型焦化廠的粗苯回收是經濟合理的。另外，從一般粗苯粗苯和回爐煤氣中分離出來的苯族烴的性質可以看出，由回爐煤氣中得到的苯族烴，硫含量比粗苯高3.5倍，不飽和化合物的含量高1

42、.1倍，由于這些物質很容易聚合，故會增加粗苯的回收和精制難度，因此，塔后煤氣含苯量控制高一些也合理。4、吸收表面積的影響為使洗油充分吸收煤氣中的苯族烴，必須使氣液兩相之間有足夠的接觸面積（即吸收面積）。填料塔的吸收面積即為塔內填料表面積，填料表面積愈大，則煤氣與洗油接觸時間愈長，回收過程進行的愈完全。適當?shù)奈彰娣e即能保證一定的粗苯回收率，又使設備費和操作費經濟合理。5、煤氣壓力與流速的影響：當增大煤氣壓力時，擴散系數(shù)將隨之減少，因而是吸收系數(shù)有所降低。但隨著壓力的增加，煤氣中的苯族烴分壓將成比例地增加，使吸收推動力顯著增加，因而，吸收速率也將增加。煤氣流速的增大也可提高吸收系數(shù)，并且可以提高

43、氣液相接觸的渦流程度和提高洗苯塔的生產能力，所以，加大煤氣速度可以強化吸收過程，但煤氣速度太大時，容易使洗苯塔阻力和霧沫夾帶量急劇增加。3.4 脫苯原理脫苯原理實際上是精餾原理，由揮發(fā)度不同的組分的混合液中精餾塔內多次地進行部分氣化和部分冷凝，使其分離幾乎純態(tài)的組分的過程，在精餾過程中，當加熱互不相溶的液體混合物時，如果塔內的總壓力等于個混合組分的飽和蒸汽分壓之和時，液體開始沸騰，但從富油中蒸出粗苯，要求達到脫苯條件，必將富油加熱到250300，這實際上是不可行的。為了降低蒸餾溫度采用水蒸氣法蒸餾。這樣，在脫苯過程中通入大量的直接水蒸氣，當塔內總壓力的為一定值時，若氣相中水蒸氣所占的分壓愈高，

44、則粗苯和洗油的蒸汽分壓就愈低，這樣就可以在較低的溫度下（遠低于250300），將粗苯完全地從洗油中蒸餾出來。由此可見，脫苯操作時直接蒸汽用量，對蒸餾過程有著重要影響。下面就脫苯蒸餾中的蒸汽耗量進行幾點討論：1) 當貧油含苯量一定時，直接蒸汽的耗量是隨著洗油預熱的溫度的升 高而減少，一般在富油預熱溫度從140提高到180時，直接蒸汽 耗量可降低一半以上。2) 提高直接蒸汽的過熱溫度，可降低其耗用量。3) 當富油中粗苯含量較高時，在一定的預熱溫度下，由于粗苯的蒸汽 分壓較高，對于蒸出每噸180之前的粗苯，可以減少直接蒸汽耗用量。4) 在其他條件一定時，蒸汽的耗用量是隨塔內總壓的提高而增加的，因此若

45、要達到所需求的脫苯程度，塔內溫度必然要高。 3.4.1影響脫苯的因素脫苯塔內的脫出率取決于一下因素：1、在塔底油溫下各組分的蒸汽壓：若富油的預熱溫度高，塔底貧油溫度相應也高，貧油中各組分的蒸汽壓變大，故餾出率也增加。但因苯的揮發(fā)度較大，在較低溫度下幾乎全部蒸出，所以富油預熱溫度對苯的餾出率影響很小，而對其它組分的影響則很大。如甲苯的回收率隨著預熱溫度的提高而相應提高。2、塔內操作壓力：提高塔內的操作壓力時，各組分的餾出率會相應減小，但同樣對苯的影響小。3、加料板下的塔盤：顯然，當增加加料板下的塔盤層數(shù)時，各組分的餾出率相應增加，尤其是對甲苯和二甲苯等影響較大。4、直接蒸汽量：蒸汽耗量增加，增大

46、了蒸汽分壓，相應增加各組分的餾出率，但蒸汽耗量過分增加：一是給油水分離帶來負擔，二是冷卻水量增加，三是蒸汽耗量大了不經濟。因此，直接蒸汽的多少應以能保證脫苯順利進行，又保證經濟合理為標準。第四章 主要設備論證及選型前面我們介紹了四種終冷洗萘工藝，它們各自使用的終冷塔也不同。煤氣終冷和機械化除萘工藝用金屬隔板塔。此塔局有傳熱，傳質好的優(yōu)點，但在終冷塔后出口煤氣的含萘量較高，萘的脫除率低，終冷水和萘不能很好地分離。煤氣終冷和熱焦油洗萘工藝使用帶焦油洗萘器的煤氣終冷塔（篩板塔）。此塔雖然具有擴散推動力大的優(yōu)點，但操作不穩(wěn)定，對水質的要求高。油洗萘和煤氣終冷工藝中使用的是橫管式終冷塔。此工藝洗萘與終冷

47、分開，投資高，不易小廠借鑒。橫管終冷噴灑輕質焦油洗萘工藝使用橫管終冷洗萘塔。它的優(yōu)點：不僅終冷效果好，除萘效果也好；系統(tǒng)阻力小，操作維修簡便，節(jié)約點耗；不需含酚污水處理。根據本設計在第二章所確定選用的終冷除萘工藝、流程，可確定選用與該工藝相配套的終冷塔橫管終冷洗萘塔。4.1洗 苯 塔目前，我國焦化廠采用的洗苯塔主要有空噴塔，板式塔和填料塔，下面分別加以介紹。4.1.1空噴塔空噴塔一般為多段噴灑，沒段下部均設有煤氣分布器，相鄰兩段設有煤氣通過的錐性散罩，底部設有許多個噴嘴組成的洗油噴灑裝置，其上設有備用的中央噴嘴，從頂部灑下來的洗油經降液管引到下段。洗油從第二段起來采用循環(huán)噴灑。用空噴塔洗苯具有

48、以下優(yōu)點：投資省，處理能力大，阻力小，不堵塞等。缺點：洗苯效率低，塔后煤氣含苯量高，洗油循環(huán)量大，動力消耗大。4.1.2板式塔（孔板塔）板式塔主要有穿流式篩板塔。該塔容易實現(xiàn)最佳流體力學條件，即增加氣液兩相的接觸面積，提高兩相的湍流程度，迅速更改兩相界面以減小其擴散阻力。這種塔結構簡單，容易制造，生產能力大，投資省，節(jié)約金屬材料，且安裝和維修簡便。其缺點是塔板的效率受負荷變動的影響較大。4.1.3填料塔填料洗苯塔是應用較早，較廣的一種塔。塔內填料了用木格，鋼板網，金屬螺旋，帖拉累托填料，鮑爾環(huán)，鞍形填料以及塑料花環(huán)填料等。1. 木格填料塔 該塔型在我國焦化廠應用較多，它具有阻力較小，操作穩(wěn)定等

49、優(yōu)點。但也存在著生產能力小，設備龐大、苯重，投資和操作費用高及木材耗量大等缺點。因此在一些國家里，木格填料塔已被新型高效填料塔取代。2.鋼板網填料塔該塔型在國內已被采用。該填料塔與木格填料塔相比，具有比表面積大，吸收率高，阻力小，動力消耗小等優(yōu)點，但制造麻煩，價格昂貴，處理能力小。3.螺旋填料塔金屬螺旋填料塔采用鋼帶和鋼絲繞成，其比表面積大，重度小由于形狀復雜，填料層的持液量大，因此吸收劑與煤氣接觸時間較長，又由于煤氣通過填料時攪動激烈，因而吸收效率較高。但難于制造，價格昂貴。這種填料在蘇、美應用較多。4.塑料花環(huán)填料塔 塑料花環(huán)填料是近年來又國外引進的高效填料，經過實踐檢驗證明，花環(huán)填料是一

50、種具有比表面大，空隙來率高，阻力小，處理能力大，液體分布好，濕潤率高，投資省，占地少，節(jié)省能耗，制造安裝容易，操作方便等突出優(yōu)點的填料。國家有關部門鑒于該填料具有以上優(yōu)點，已要求推廣使用高效花環(huán)填料洗苯塔。根據以上的論述，本設計采用塑料花環(huán)填料洗苯塔。各型式洗苯塔經濟比較見表3-1?；ōh(huán)填料洗苯塔與其他填料洗苯塔的經濟比較見表3-2。 各種型式洗苯塔經濟比較 表3-1塔型使用廠家及規(guī)模萬噸焦/年塔的直徑與塔高 mm臺數(shù)及單重，t總容積比總重量比總占地比泵（閥）臺數(shù)總投資比總阻力 pa木格子邯鄲鋼廠603500h=37003834.19833（9）3.62000浮動閥濟鋼603500h=23001351.021.1>11（3）0.71000鋼板網新余603500h=35002543.53.522（6）1.61000日本 空噴塔寶鋼1806200h=440032105.97312（9）3.151500西德 鋼板網寶鋼18