煤化工工藝學(xué)第4章第二節(jié)

1、 從焦?fàn)t的上升管出來的荒煤氣溫度為從焦?fàn)t的上升管出來的荒煤氣溫度為650650800800，荒，荒 煤氣中含有焦油、苯族烴、水蒸汽、氨、硫化氫、氰化氫、煤氣中含有焦油、苯族烴、水蒸汽、氨、硫化氫、氰化氫、 萘等物質(zhì)，他們以氣態(tài)形式存在。為了凈化焦?fàn)t煤氣，需萘等物質(zhì)，他們以氣態(tài)形式存在。為了凈化焦?fàn)t煤氣，需 要回收這些物質(zhì)，首先應(yīng)將焦?fàn)t煤氣冷卻。原因是：（要回收這些物質(zhì)，首先應(yīng)將焦?fàn)t煤氣冷卻。原因是：（1 1） 在較低的溫度（在較低的溫度（25253535）下化學(xué)產(chǎn)品的回收率高；（）下化學(xué)產(chǎn)品的回收率高；（2 2） 降低溫度使大量水蒸汽冷凝，減小煤氣的體積，從而減小降低溫度使大量水蒸汽冷凝，減小

2、煤氣的體積，從而減小 煤氣管道，減小輸送鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷和功率；（煤氣管道，減小輸送鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷和功率；（3 3）水蒸汽、）水蒸汽、 萘、焦油等大部分物質(zhì)在低溫冷凝為液體，可減少對(duì)回收萘、焦油等大部分物質(zhì)在低溫冷凝為液體，可減少對(duì)回收 設(shè)備、管道的堵塞和腐蝕，有利于提高硫銨的質(zhì)量和減少設(shè)備、管道的堵塞和腐蝕，有利于提高硫銨的質(zhì)量和減少 對(duì)循環(huán)洗油質(zhì)量的影響。對(duì)循環(huán)洗油質(zhì)量的影響。 4.2 4.2 焦?fàn)t煤氣的凈化焦?fàn)t煤氣的凈化 為了為了使荒煤氣冷卻并冷凝出焦油，使荒煤氣冷卻并冷凝出焦油， 通常分兩步進(jìn)行，首先在橋管和集氣管通常分兩步進(jìn)行，首先在橋管和集氣管 中用大量的中用大量的70707575循環(huán)氨

3、水進(jìn)行噴循環(huán)氨水進(jìn)行噴 灑，將煤氣冷卻到灑，將煤氣冷卻到80808585；然后在；然后在 煤氣初冷器中進(jìn)一步冷卻到煤氣初冷器中進(jìn)一步冷卻到25254040 （生產(chǎn)硫銨工藝）或低于（生產(chǎn)硫銨工藝）或低于2525（生產(chǎn)（生產(chǎn) 濃氨水系統(tǒng)）。濃氨水系統(tǒng)）。 4.2.1 4.2.1 荒煤氣在集氣管中的冷卻在集氣管中的冷卻 荒煤氣從上升管到橋管和集氣管，在這里荒煤氣從上升管到橋管和集氣管，在這里147147196k 196k PaPa（表壓）的循環(huán)氨水通過噴嘴進(jìn)行強(qiáng)烈噴灑（如圖（表壓）的循環(huán)氨水通過噴嘴進(jìn)行強(qiáng)烈噴灑（如圖4-54-5所所 示）。當(dāng)霧狀的氨水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很示）。當(dāng)霧狀的氨

4、水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很 高，而且未被水蒸汽飽和，所以煤氣放出大量顯熱，氨水高，而且未被水蒸汽飽和，所以煤氣放出大量顯熱，氨水 大量蒸發(fā)。大量蒸發(fā)。 1 t 1 t煤煉焦約產(chǎn)荒煤氣煤煉焦約產(chǎn)荒煤氣480 m3480 m3（在爐頂空間的操作狀（在爐頂空間的操作狀 態(tài)下，其容積約為態(tài)下，其容積約為1700 m31700 m3），其體積組成為：煤氣），其體積組成為：煤氣75%75%， 水汽水汽23.5%23.5%，焦油和苯蒸氣為，焦油和苯蒸氣為1.5%1.5%。此氣體進(jìn)行冷卻，放出。此氣體進(jìn)行冷卻，放出 熱量約為熱量約為0.5 GJ0.5 GJ，其中，其中85%85%90%90%用于蒸發(fā)噴

5、灑氨水，其余用于蒸發(fā)噴灑氨水，其余 熱量則用于加熱水和散熱。當(dāng)冷卻用的噴灑氨水溫度為熱量則用于加熱水和散熱。當(dāng)冷卻用的噴灑氨水溫度為7070 8080時(shí)，以煉焦裝煤量計(jì)的噴灑量為時(shí)，以煉焦裝煤量計(jì)的噴灑量為5 56 m3/t6 m3/t，其中蒸，其中蒸 發(fā)氨水量?jī)H占發(fā)氨水量?jī)H占2%2%3%3%。 圖4-5 荒煤氣在集氣管中的冷卻圖 1上升管； 2橋管； 3蒸汽噴嘴； 4氨水噴嘴； 5氨水管； 6集氣管； 冷卻噴灑氨水量大是由于出爐的荒煤氣溫 度比較高所致，荒煤氣與噴灑氨水之間的蒸發(fā) 換熱，是在形成的水滴表面上進(jìn)行的。橋管和 集氣管噴嘴所處的幾何空間小，水滴與粗煤氣 接觸時(shí)間短，故換熱表面積小，

6、冷卻效率低。 同時(shí)噴灑氨水中含有煤和焦的塵粒、焦油以及 腐蝕性鹽類，限制了噴嘴采用小孔徑結(jié)構(gòu)，因 氨水使用在兩個(gè)地方：一是集氣管噴灑用循環(huán) 氨水；二是初冷器冷凝氨水。 氨水中含有銨鹽，氨含量為45 g/m3。 在循環(huán)氨水中有70%80%為難水解的氯化銨， 加熱時(shí)不分解，稱固定銨。初冷器的冷凝氨 水中銨鹽有80%90%為易水解的碳酸氫銨、 硫化銨以及氰化銨，加熱時(shí)可分解，稱揮發(fā) 氨。為了防止氯化銨在循環(huán)氨水中積累，部 分循環(huán)氨水外排入剩余氨水中，并補(bǔ)充一部 分冷凝氨水入循環(huán)氨水。 4.2.2 4.2.2 荒煤氣的初步冷卻荒煤氣的初步冷卻 焦?fàn)t煤氣由集氣管沿吸煤氣主管流向煤氣初步 冷卻器，吸煤氣主

7、管除將煤氣由焦?fàn)t引向化產(chǎn)回收 裝置外，還起到空氣冷卻器的作用，煤氣可降溫1 3。為了減輕煤氣鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，并利于化學(xué)產(chǎn)品 的回收，煤氣在初冷器中需要進(jìn)一步冷卻。目前廣 泛采用的初步冷卻方式有間接冷卻、直接冷卻和間 直混合冷卻3種。其中間接冷卻采用管殼式冷卻器， 有直管式和橫管式2種，管間走煤氣，管內(nèi)走冷卻水。 直接冷卻又分為水冷式和空冷式2種。 4.2.2.1 4.2.2.1 間接初冷工藝流程間接初冷工藝流程 荒煤氣與噴灑氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主 管進(jìn)入氣液分離器，煤氣與氨水、焦油、焦油渣 等在此分離。分離后的煤氣進(jìn)入數(shù)臺(tái)并聯(lián)立管式 間接冷卻器，隨著煤氣的初步冷卻，煤氣中絕大 部分的焦油氣、

8、水蒸汽和萘在初冷器中被冷凝。 煤氣中一定數(shù)量的氨、二氧化碳、硫化氫、氰化 氫及其它組分則溶解與冷凝液中，形成冷凝氨水 （見圖4-6）。 圖4-6 煤氣間接初冷工藝流程 1一氣液分離器；2一煤氣初冷器；3一煤氣鼓風(fēng)機(jī)；4一電捕焦油器；5一冷凝液 槽；6一冷凝液液下泵；7一鼓風(fēng)機(jī)水封槽；8一電捕焦油器水封槽；9一機(jī)械化 氨水澄清槽； 10一氨水中間槽； 11一事故氨水槽；12一循環(huán)氨水泵；13一焦 油泵；1 4一焦油貯槽；15一焦油中間槽；1 6一初冷冷凝液中間槽；17一冷凝 液泵 在初冷器中焦油也冷凝下來，特別是含于其中的 萘，萘的沸點(diǎn)與焦油中其他組分相比是較低的，為 218；熔點(diǎn)高，為80；并

9、能升化，形成霧狀和塵 粒（懸浮于氣體中的萘晶粒） 因此，煤氣在冷卻管的表面上有萘結(jié)晶析出，導(dǎo) 致傳熱系數(shù)降低。此外，在導(dǎo)管中能形成堵塞物。為 了防止萘于管道和設(shè)備中凝結(jié)，應(yīng)充分脫除焦油和萘。 因此，初冷器的操作將影響煤氣輸送和回收車間的后 續(xù)工藝制度，特別是對(duì)氨回收部分。 煤氣冷卻采用管殼式冷卻器，有立管式和橫管式 （參數(shù)見表4-6）。管間走煤氣，管內(nèi)走冷卻水。冷 卻水出口溫度為4045，然后送去水冷卻塔. 初冷器入口粗煤氣含有水汽量約有50%（體積分 數(shù)）或65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。這些水來自煤帶入水分約 為6080 kg/t；煤熱解生成水約為2030 kg/t以 及集氣管蒸發(fā)水汽約180200

10、kg/t。在初冷器中冷 卻冷凝水量可達(dá)92%95%，初冷器后煤氣被水汽飽 和，其水汽含量按裝爐煤計(jì)為1015 kg/t。初冷器 中交換熱量的90%為煤氣中水汽冷凝放出的熱量。 初冷器后的粗煤氣質(zhì)量少了2/3，而容積少了3/5倍， 從而減少了繼續(xù)輸送的能耗。 表4-6中顯示初冷器傳熱系數(shù)值比較大，是由 于水汽冷凝傳熱所致。橫管式傳熱系數(shù)大于立管式 的，不僅是由于管內(nèi)水流速度大，而且是橫管冷凝 液膜流動(dòng)條件適宜。橫管式或傾斜管式冷卻器，管 子可被焦油洗滌，此外上部管子冷凝的焦油可以洗 滌所有管子，它減少了萘的沉積，有利傳熱。 管式冷卻器的缺點(diǎn)是耗用金屬材料量大，還必 須清管內(nèi)水垢，故現(xiàn)今又重新采用

11、直接冷卻器，即 煤氣與冷卻水直接接觸，它的金屬材料用量少，節(jié) 省投資。此外，直接冷卻水洗，除了冷卻，還有洗 滌煤氣的作用。 4.2.2.2 4.2.2.2 直接初冷工藝流程直接初冷工藝流程 煤氣直接初冷工藝是在直接冷卻器內(nèi)， 由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱而完成的。工 藝流程見圖4-7。由吸煤氣主管來的82左右 的荒煤氣，經(jīng)氣液分離器進(jìn)入并聯(lián)的直接式 木格填料初冷器，用氨水噴灑冷卻到28， 然后由鼓風(fēng)機(jī)送至電捕焦油器除去焦油霧， 再送至下一工序。 1一氣液分離器；2一焦油盒；3、4一直接式煤氣初冷器； 5一羅 茨鼓風(fēng)機(jī)；6一除焦油器；7一水封槽 ; 8一焦油泵；9一焦?fàn)t循環(huán) 氨水泵； 10一焦?fàn)t循

12、環(huán)氨水澄清池；11一焦油槽；12一焦油池； 1 3一焦油泵；1 4一初冷循環(huán)氨水澄清池；15一初冷循環(huán)氨水冷卻 器；1 6一初冷循環(huán)氨水泵；17一剩余氨水泵 + 熱交換系數(shù)比水的低50%，而單位熱容 比水的低75%。此外，空氣冷卻還有風(fēng)機(jī)工 作噪聲大、受氣候與間接冷卻相比，直接 冷卻具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）洗滌效果好，能除去煤氣中大部分 的焦油、萘、氨、硫化氫、氰化氫。 （2）處理能力大、冷卻效率高、煤氣壓 力損失小、不易堵塞。 （3）金屬材料用量少、設(shè)備投資少、操 作簡(jiǎn)單。 同時(shí)存在的缺點(diǎn)是：工藝流程復(fù)雜、 動(dòng)力消耗大、循環(huán)氨水冷卻器易堵塞。 煤氣初冷用冷卻水量較大，每1000 m3煤氣用水量

13、為1722 m3。使用空氣作 為冷卻介質(zhì)，可減少60%70%循環(huán)水和 新鮮工業(yè)水等。但空氣冷卻的條件的制 約和調(diào)節(jié)最終溫度困難等問題。在實(shí)際 中采用空氣冷卻和水冷卻兩段方法，可 減少用水量。 4.2.2.3 4.2.2.3 間直混合初冷工藝流程間直混合初冷工藝流程 自自吸煤氣主管來的溫度為吸煤氣主管來的溫度為8282左右的荒煤氣幾乎是被水左右的荒煤氣幾乎是被水 蒸汽所飽和的。水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的蒸汽所飽和的。水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的94%94%，故煤氣，故煤氣 在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽的冷凝熱，在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽的冷凝熱， 因而傳熱系數(shù)較高，即

14、冷卻效率較高。同時(shí)萘在溫度較高因而傳熱系數(shù)較高，即冷卻效率較高。同時(shí)萘在溫度較高 時(shí)（時(shí)（5252）不會(huì)凝結(jié)，以免造成設(shè)備堵塞。所以煤氣高）不會(huì)凝結(jié)，以免造成設(shè)備堵塞。所以煤氣高 溫冷卻階段宜采用間接管式冷卻，溫度降至溫冷卻階段宜采用間接管式冷卻，溫度降至5555左右。在左右。在 低溫冷卻階段，煤氣中水蒸汽含量已大大減少，煤氣層將低溫冷卻階段，煤氣中水蒸汽含量已大大減少，煤氣層將 限制水蒸汽限制水蒸汽/ /煤氣混合物的進(jìn)一步冷卻，同時(shí)萘的凝結(jié)也易煤氣混合物的進(jìn)一步冷卻，同時(shí)萘的凝結(jié)也易 造成堵塞，此階段宜采用冷卻效率較高、不易堵塞且能適造成堵塞，此階段宜采用冷卻效率較高、不易堵塞且能適 當(dāng)凈化

15、煤氣的直接冷卻器，使煤氣溫度降至當(dāng)凈化煤氣的直接冷卻器，使煤氣溫度降至3030以下。間以下。間 直混合初冷工藝流程見圖直混合初冷工藝流程見圖4-84-8 圖4-8 煤氣間直混合初冷工藝流程 1一氣液分離器；2一橫管式間接冷卻器；3一直冷空噴塔；4一液封 槽；5一螺旋換熱器；6一機(jī)械化氨水澄清槽；7一氨水槽；8一氨水 貯槽；9一焦油分離槽； 10一焦油中間槽；11一焦油貯槽 荒煤氣經(jīng)氣液分離器分離出焦油、 氨水后，先進(jìn)入橫管式間接冷卻器被冷 卻到5055，然后再進(jìn)入直冷空噴塔 冷卻到2535。采用間直混合初冷的 工藝流程，對(duì)煤氣的冷卻凈化效果更好， 從而降低煤氣中含萘量，比間接冷卻工 藝節(jié)省投資

16、和低溫耗水量。 圖4-9 離心鼓風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī)位置的選擇一般應(yīng)考慮：鼓風(fēng)機(jī)位置的選擇一般應(yīng)考慮： （1 1）處于負(fù)壓下操作的設(shè)備及煤氣管道應(yīng)）處于負(fù)壓下操作的設(shè)備及煤氣管道應(yīng) 盡量少。盡量少。 （2 2）吸入的煤氣體積應(yīng)盡量少。）吸入的煤氣體積應(yīng)盡量少。 因此，鼓風(fēng)機(jī)一般都設(shè)置在煤氣初冷器后因此，鼓風(fēng)機(jī)一般都設(shè)置在煤氣初冷器后 面。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設(shè)置面。有的焦化廠將油洗萘塔及電捕焦油器設(shè)置 在鼓風(fēng)機(jī)前，可以防止鼓風(fēng)機(jī)堵塞。全負(fù)壓輸在鼓風(fēng)機(jī)前，可以防止鼓風(fēng)機(jī)堵塞。全負(fù)壓輸 送煤氣的化學(xué)產(chǎn)品回收工藝見送煤氣的化學(xué)產(chǎn)品回收工藝見4.2.1.24.2.1.2。 煤氣鼓風(fēng)機(jī)的正常操作是焦

17、化廠生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以必須精心煤氣鼓風(fēng)機(jī)的正常操作是焦化廠生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以必須精心 操縱和維護(hù)。機(jī)體下部凝結(jié)的焦油和水要及時(shí)排出。操縱和維護(hù)。機(jī)體下部凝結(jié)的焦油和水要及時(shí)排出。 4.2.4 4.2.4 煤氣的脫氨和吡啶煤氣的脫氨和吡啶 煤氣從鼓風(fēng)機(jī)出來經(jīng)過電捕焦油器除去剩余的焦油后，煤氣煤氣從鼓風(fēng)機(jī)出來經(jīng)過電捕焦油器除去剩余的焦油后，煤氣 中還含有氨、吡啶、苯族烴、硫化物、氰化物等物質(zhì)。在煤氣的凈中還含有氨、吡啶、苯族烴、硫化物、氰化物等物質(zhì)。在煤氣的凈 化過程中需要脫除這些物質(zhì)，根據(jù)不同的焦化廠的生產(chǎn)目的不同，化過程中需要脫除這些物質(zhì)，根據(jù)不同的焦化廠的生產(chǎn)目的不同， 脫氨和吡啶，脫苯族烴，脫

18、硫的工藝順序可以因地制宜，隨需求而脫氨和吡啶，脫苯族烴，脫硫的工藝順序可以因地制宜，隨需求而 定。無論是那一種工藝，氨和吡啶的脫除都是必須的工藝過程。本定。無論是那一種工藝，氨和吡啶的脫除都是必須的工藝過程。本 文以先脫氨和吡啶，再脫苯族烴，然后脫硫的工藝順序編排。文以先脫氨和吡啶，再脫苯族烴，然后脫硫的工藝順序編排。 從電捕焦油器來的煤氣進(jìn)入一個(gè)氨吸收器，煤氣通過與吸收從電捕焦油器來的煤氣進(jìn)入一個(gè)氨吸收器，煤氣通過與吸收 器里的吸收劑逆向接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣中的氨和吡啶的吸收，然后煤氣器里的吸收劑逆向接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣中的氨和吡啶的吸收，然后煤氣 出氨吸收器成為脫氨和吡啶的煤氣。出氨吸收器成為脫氨和吡

19、啶的煤氣。 氨的吸收劑應(yīng)滿足如下要求： （1）對(duì)氨的吸收能力大，使吸氨的循環(huán) 液量少和吸氨后的煤氣中剩余的氨量少，且 在解吸時(shí)氨又能很容易地釋放出來，殘留在 溶液中的氨量少。 （2）能從煤氣中選擇性地吸收氨，而很 少吸收其他物質(zhì)。 （3）吸收液具有不揮發(fā)性。 （4）吸收液的市場(chǎng)價(jià)格便宜。 氨吸收器根據(jù)工藝的差異分別有：飽和器、 空噴酸洗塔、空噴洗氨塔、木格洗氨塔和氨 吸收塔。 4.2.5 4.2.5煤氣的脫苯和萘煤氣的脫苯和萘 在生產(chǎn)硫銨的回收工藝中，飽和器后的煤氣溫度通常為 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再次進(jìn)行冷卻，稱為最終冷卻。在 終冷前煤氣含萘約12g/m3，大大超過終冷溫度下的飽和含 萘量。因此，煤氣經(jīng)過終冷同時(shí)脫除萘，然后進(jìn)入洗苯塔， 通過洗油和煤氣的逆向接觸吸收煤氣中的苯族烴，出塔后煤 氣中苯族烴含量一般為24g/m3。 為滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求，洗油應(yīng)具有如 下性能： （1）常溫下對(duì)苯族烴有良好的吸收能力，在加熱時(shí)又能使苯 族烴很好地分離出來; （2）具有化學(xué)穩(wěn)定性，即在長(zhǎng)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(yīng)析出固體沉淀物; （4）易