煤氣的初冷、輸送及初步凈化

1、 第一章 煤氣的初冷、輸送及初步凈化本章內(nèi)容第一節(jié) 煤氣的初冷第二節(jié) 焦油氨水的分離第三節(jié) 煤氣的輸送及鼓風(fēng)機(jī)第四節(jié) 煉焦煤氣中焦油霧的清除第五節(jié) 煉焦煤氣中萘的清除安排：2學(xué)時(shí) 第一章 煤氣的初冷、輸送及初步凈化 0、概述:焦?fàn)t煤氣為什么要進(jìn)行初冷和初步凈化？從煤氣中回收化學(xué)產(chǎn)品時(shí)，要在較低的溫度下(2535)才能保證較高的回收率；2）含有大量水汽的高溫煤氣體積大，例如1m3干煤氣在80經(jīng)水汽飽和后的體積為2.429 m3，而在25經(jīng)水汽飽和的體積為1.126 m3，前者比后者大1.16倍），顯然所需輸送煤氣管道直徑，鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟(jì)的；被水飽和的煤氣的體積溫度/ (

2、煤氣+水汽)體積/m3 0 1.006 10 1.049 20 1.098 25 1.126 30 1.158 35 1.195 40 1.236 50 1.348 60 1.518 70 1.841 80 2.429 90 4.317 99 38.830 3）在煤氣冷卻過程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分離出來，部分硫化物、氰化物、氨等腐蝕性介質(zhì)溶于冷凝液中，從而可減少回收設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕。 2、煤氣的初步冷卻分兩步進(jìn)行： 第一步：在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到8286 ； 第二步：在煤氣初冷器中冷卻到2535 （生產(chǎn)硫銨系統(tǒng))或低于25 (生產(chǎn)氨水系統(tǒng)）。

3、3、典型工藝流程1）正壓系統(tǒng)2）負(fù)壓系統(tǒng) 第一節(jié) 煤氣的初冷 一、煤氣在集氣管內(nèi)的冷卻 1、煤氣在集氣管內(nèi)冷卻的機(jī)理 冷卻過程如圖所示。 煤氣在橋管和集氣管內(nèi)的冷卻，是用表壓為147196kPa的循環(huán)氨水通過噴頭強(qiáng)烈噴灑進(jìn)行的。 當(dāng)細(xì)霧狀的氨水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故煤氣放出大量顯熱，氨水大量蒸發(fā)，快速進(jìn)行著傳熱和傳質(zhì)過程。 傳熱過程取決于煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，約占煤氣冷卻所放出總熱量的1015%。 傳質(zhì)過程的推動力是循環(huán)氨水液面上的水汽分壓與煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發(fā)，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總

4、熱量的75%80%。 另有約占所放出總熱量10%的熱量由集氣管表面散失。 熱量分配：氨水升溫（顯熱）：1015%氨水汽化（潛熱）：7580%集氣管散熱：10%溫度下降：650750降到8286 分離：60%焦油冷卻極限：露點(diǎn)13 焦油霧:80120g/m3焦油霧:3050g/m3循環(huán)氨水：7278 氨水：7480 熱量分配：氨水升溫（顯熱）：1015%氨水汽化（潛熱）：7580%集氣管散熱：10%溫度下降：650750降到8286 分離：60%焦油冷卻極限：露點(diǎn)13 焦油霧:80120g/m3焦油霧:3050g/m3水的顯熱：4.18kj/kg水的潛熱：2500 kj/kg循環(huán)氨水：7278

5、氨水：7480 通過上述冷卻過程，煤氣溫度由650750降至8286，同時(shí)有60%左右的焦油氣冷凝下來。 實(shí)際生產(chǎn)上，煤氣溫度可冷卻至高于其最后達(dá)到的露點(diǎn)溫度13 。 水的顯熱：4.18kj/kg 水的潛熱：2500 kj/kg 2、煤氣露點(diǎn)與煤氣中水汽含量的關(guān)系 Dew point: The temperature at which air becomes saturated and produces dew. 煤氣的露點(diǎn)與煤氣水分含量的關(guān)系如圖所示。 煤氣的冷卻及所達(dá)到的露點(diǎn)溫度同下列因素有關(guān)：煤氣的水分、進(jìn)集氣管前煤氣的溫度、循環(huán)氨水量和進(jìn)出口溫度以及氨水噴灑效果等，其中以煤料水分影響最

6、大。 由于煤氣的冷卻主要是靠氨水的蒸發(fā)，所以，氨水噴灑的霧化程度好，循環(huán)氨水的溫度較高（氨水液面上水汽分壓較大），氨水蒸發(fā)量大，煤氣即冷卻得較好；反之則差。 進(jìn)入集氣管前的煤氣露點(diǎn)的溫度也同裝入煤料的水分含量有關(guān)，當(dāng)裝入煤料總水分為811%時(shí)，相應(yīng)的露點(diǎn)度為6570。 為保證氨水蒸發(fā)的推動力，進(jìn)口水溫應(yīng)高于煤氣露點(diǎn)溫度510 所以采用7278 的循環(huán)氨水噴灑煤氣。 對不同型式的煉焦?fàn)t所需的循環(huán)氨水量也有所不同，按經(jīng)驗(yàn)確定的定額數(shù)值為：單集氣管焦?fàn)t需氨水5m3 /t（干煤）；雙集氣管焦?fàn)t需循環(huán)氨水6m3 /t（干煤）。集氣管技術(shù)操作的主要數(shù)據(jù)如下： 集氣管前煤氣溫度， 650750 離開集氣管的

7、煤氣溫度， 8286 循環(huán)氨水溫度， 7278 離開集氣管氨水溫度， 7480 煤氣露點(diǎn)， 8083 循環(huán)氨水量，m3 /t干煤 56 蒸發(fā)的氨水量，%（占循環(huán)氨水量） 23 冷凝焦油量，%（占煤氣中焦油量） 60二、煤氣初冷工藝流程 1、煤氣的間接冷卻 圖1-2所示為煤氣間接初冷工藝流程。 焦?fàn)t煤氣與噴灑氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主管首先進(jìn)入氣液分離器，煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在此分離。分離下來的焦油、氨水和焦油渣一起進(jìn)入焦油氨水澄清槽，經(jīng)過澄清分為三層：上層為氨水；中層為焦油；下層為焦油渣。沉淀下來的焦油渣由刮板輸送機(jī)連續(xù)刮送至漏斗處排出槽外。焦油則通過液面調(diào)節(jié)器流至焦油中間槽，由此泵往焦

8、油貯槽，經(jīng)初步脫水后泵往焦油車間。氨水由澄清槽上部滿流至氨水中間槽，再用循環(huán)氨水泵送回焦?fàn)t集氣管以冷卻荒煤氣。這部分氨水稱為循環(huán)氨水。 748072788286焦油霧:3050g/m32535焦油霧:1.52.5g/m3t=10204050焦油霧:1525mg/m3焦油渣幾個概念：集合溫度從各臺初冷器出來的煤氣溫度是有差別的，匯集一起后的煤氣溫度稱為集合溫度。 在生產(chǎn)硫銨系統(tǒng)中，要求集合溫度低于35； 在生產(chǎn)濃氨水系統(tǒng)中，則要求集合溫度低于25冷凝液由初冷器從荒煤氣中冷凝下來的焦油和氨水的混合液統(tǒng)稱為冷凝液。輕質(zhì)焦油由冷凝液分離出來的焦油稱為輕質(zhì)焦油。 2、間冷直冷結(jié)合的煤氣初冷 煤氣的直接初

9、冷，是在直接初冷塔內(nèi)，由煤氣和冷卻水（經(jīng)冷卻后的氨水焦油混合液）直接接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣效果好、冷卻效率較高及煤氣阻力小等優(yōu)點(diǎn)。如圖1-5所示，由集氣管來的82左右的煤氣經(jīng)氣、液分離后，進(jìn)入橫管式間接冷卻器被冷卻到5055，再進(jìn)入直冷空噴塔冷卻到2535，在直冷空噴塔內(nèi)，煤氣由下向上流動，與分兩段噴淋下來的氨水焦油混合液密切接觸而得到冷卻。 三、煤氣冷卻設(shè)備 1、立管式間接冷卻器 2、橫管式間接冷卻器循環(huán)水:25（32）低溫水:18熱水：50熱水:22煤氣:8286煤氣:25、 35第二節(jié) 焦油氨水的分離一、焦油氨水混合物的性質(zhì)及分離要求 在用循環(huán)水于集氣管內(nèi)噴

10、灑荒煤氣時(shí)，約60%的焦油冷凝下來，這種集氣管焦油是重質(zhì)焦油，其相對密度為（20）為1.22左右，粘度較大，其中混有一定量的焦油渣，焦油渣內(nèi)含有煤塵、焦粉、炭化室頂部熱解產(chǎn)生的游離碳及清掃上升管和集氣管所帶入的多孔物質(zhì)，其含量約為焦油渣的30%，其余約70%為焦油。 焦油的脫水直接受溫度和循環(huán)氨水中固定氨鹽含鹽量的影響，在8090和固定銨鹽濃度較低情況下，焦油與氨水較易分離，因此，在采用混合氨水分離流程時(shí)，混合焦油的脫水程度較好，但只進(jìn)行一步澄清分離仍不能達(dá)到要求的脫水程度，還需要在焦油貯槽內(nèi)于8090下進(jìn)一步澄清分離程度，可達(dá)到要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前我國焦化廠生產(chǎn)的煤焦油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1-1。表

11、1-1 煤焦油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 指 標(biāo) 指標(biāo)名稱 一級品 二級品 密度(20), kg/l 1.121.20 1.131.22 水 分，% 不大于 4 4 灰 分，% 不大于 0.15 0.5 游離碳，% 不大于 6.0 10.0 粘 度，E80 不大于 5.0 5.0二、澄清分離設(shè)備如圖1-10所示，在采用氨水混合流程時(shí)，由于焦油的密度較小，在保持槽內(nèi)焦油溫度為7080和焦油層高度為1.51.8m的情況下，焦油渣沉降分離需分兩步：第一步為氨水分離；第二步為焦油脫水和細(xì)粒固體物質(zhì)的分離。 (0.03m/min或1.8m/h)三、分離方法和流程 大中型焦化廠一般采用圖1-2及圖1-5所示的焦油氨水分離流

12、程。近年來，為改善焦油脫渣，改善焦油質(zhì)量，在生產(chǎn)中，以機(jī)械化焦油氨水澄清槽和離心分離相結(jié)合的方法得到廣泛應(yīng)用。其工藝流程如圖1-11所示：第三節(jié) 煤氣的輸送及鼓風(fēng)機(jī)一、煤氣輸送系統(tǒng)煤氣由炭化室出來經(jīng)集氣管、吸氣管、冷卻及回收設(shè)備直到煤氣貯罐或送回焦?fàn)t，要通過很長的管道及各種設(shè)備。為了克服這些設(shè)備和管道阻力及保持足夠的煤氣剩余壓力，需設(shè)置煤氣鼓風(fēng)機(jī)。同時(shí)，在確定化產(chǎn)回收工藝流程及所用設(shè)備時(shí)，除考慮工藝要求外，還應(yīng)該使整個系統(tǒng)煤氣輸送阻力盡可能小，以減少鼓風(fēng)機(jī)的動力消耗。 1、煤氣的輸送系統(tǒng)及其阻力 煤氣輸送系統(tǒng)的阻力，因回收工藝流程及所用設(shè)備的不同而有較大差異，同時(shí)也因煤氣凈化程度的不同及是否有

13、堵塞情況而用較大波動?，F(xiàn)就大型焦化廠兩種流程情況比較介紹如表1-2。 吸入方（機(jī)前）為負(fù)壓，壓出方為正壓，鼓風(fēng)機(jī)后壓力與機(jī)前壓力差為鼓風(fēng)機(jī)的總壓頭。 上述系統(tǒng)為目前國內(nèi)有些大型焦化廠所采用的較為典型的生產(chǎn)硫氨的工藝系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)所應(yīng)具有的總壓頭為19.6125.50kPa（20002600mm水柱）。系統(tǒng)同樣是生產(chǎn)硫氨的回收系統(tǒng)（脫硫工序可設(shè)于氨回收工序之前），由于多采用空噴塔式設(shè)備，鼓風(fēng)機(jī)所需總壓頭僅需13.2420.10kPa（13502050mm水柱）?？梢燥@著降低動力費(fèi)用。阻 力 項(xiàng) 目mm水柱kPamm水柱kPa鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前的阻力（吸入方） 集氣管到鼓風(fēng)機(jī)的煤氣管道 煤氣初冷：（1）并聯(lián)

14、立管（2）橫管間冷及空噴直冷 煤氣開閉器 合 計(jì)鼓風(fēng)機(jī)后的阻力（壓出方） 鼓風(fēng)機(jī)到煤氣貯罐煤氣管道 電捕焦油器 氨回收：（1）鼓泡式飽和器（2）空噴式酸洗塔 油洗萘塔 煤氣最終冷卻器（1）隔板式（2）空噴式 洗苯塔（1）填料式（23臺 （2）空噴式（2臺） 脫硫塔（1）特拉雷特填料 （2）木格填料 剩余煤氣壓力 合 計(jì)1502001001505015030050030040030505506505010080120150200150200400500171022201.4711.9610.9811.4710.4901.4712.9424.9032.9423.9230.29420.4905.39

15、46.3740.49050.9810.78451.1771.4711.9611.4711.9613.9234.90316.76921.77 1502005010050150250450300400305010020050100104020801802304005001090-16001.4711.9610.4901.9810.4901.4712.4524.4132.9423.9230.29420.4900.9811.9610.49810.9810.09810.3920.19610.78451.7650.778453.9234.90310.68915.691 流程阻力2、煤氣輸送管道煤氣管道管徑

16、的選用和設(shè)備是否合理及操作是否正常，對焦化廠生產(chǎn)具有重大意義。為了確定煤氣管道的管徑，可按表1-3所列數(shù)據(jù)選用適宜流速。管道直徑，mm流 速，m/s管道直徑，mm流 速，m/s80012182007400700101210063008804二、鼓風(fēng)機(jī)及其操作性能第四節(jié) 煉焦煤氣中焦油霧的清除 出炭化室煤氣含焦油霧約80120g/m3，離開集氣管約3050 g/m3，初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為25g/m3（立管初冷器）或1.02.5 g/m3（橫管冷卻器后或直接冷卻塔后）。煤氣中焦油霧需較徹底地清除，否則對化產(chǎn)回收操作影響嚴(yán)重。化產(chǎn)回收工藝要求煤氣中所含焦油量最好低于0.02 g/m3 ，

17、從焦油霧滴的大小及所要求的凈化程度來看，采用電捕焦油器最為經(jīng)濟(jì)可靠。 一、電捕焦油器的工作原理 正極(沉淀極) 負(fù)極 (電暈極)(工作電壓:50000V)350mmL=3500mm煤氣:1.5m/s鋼絲(3.54mm碳鋼) (2mm鎳鉻鋼)鋼管鋼管350mmL=3500mm煤氣:1.5m/s 根據(jù)板狀電容的物理原理，如在兩金屬板間維持一很強(qiáng)的電場，使含有塵灰或霧滴的氣體通過其間，氣體分子發(fā)生電離，生成帶有正電荷或負(fù)電荷的離子，于是正離子向陰極移動，負(fù)離子向陽極移動。當(dāng)電位差很高是，具有很大速度（超過臨界速度）和動能的離子和電子與中性分子碰撞而產(chǎn)生新的離子（即發(fā)生碰撞電離），使兩極間大量氣體分子

18、發(fā)生電離作用。離子與霧滴的質(zhì)點(diǎn)相遇而附于其上，使質(zhì)點(diǎn)帶有電荷，即可被電極吸引而從氣體中除去。 電場分布如圖1-17所示。電捕焦油器采用如圖（b）的電場。金屬園管為正極（沉淀極）、中心的鋼絲為負(fù)極（電暈極）。兩極間加以50000V的工作電壓，當(dāng)煤氣通過時(shí)，負(fù)極放電，使焦油霧粒子帶電而向正極（管壁）運(yùn)動，撞擊管壁而沉積下來，放電后轉(zhuǎn)為中性，焦油霧得以脫除。 初冷器后煤氣中絕大部分焦油是以焦油霧的狀態(tài)存在的，所以在電捕焦油器正常操作的情況下，煤氣中焦油霧可被除去99%左右。 二、電捕焦油器的構(gòu)造在大型焦化廠中均采用管式電捕焦油器，如圖1-18所示，其頂部設(shè)有三個絕緣箱，高壓電源即由此引入，結(jié)構(gòu)如圖1

19、-19所示： 管式電捕焦油器的工作電壓為50000V，工作電流依型號不同分別為200mA和300mA。引入高壓電源的絕緣子（高壓電瓷瓶）常會受到滲漏入絕緣箱內(nèi)的煤氣中所含焦油、萘及水汽的沉淀所污染，絕緣性能降低，以致在高電壓下發(fā)生表面放電而被擊穿，引致絕緣箱爆炸和著火，還會因受機(jī)械振動和由于絕緣箱溫度的急劇變化而破裂，因而常造成電捕焦油器停工。如圖1-18，1-19。 第五節(jié) 煉焦煤氣中萘的清除一、概述 萘為煤高溫炭化時(shí)熱分解產(chǎn)物，在荒煤氣中的含量為 812g/m3，其產(chǎn)率主要取決于炭化溫度，特別是取決于炭化室頂部空間溫度?；拿簹庵薪^大部分萘在初冷器中與焦油一起析出，但萘的揮發(fā)性很大，故初冷后

20、煤氣中萘的含量仍很高，其值隨初冷方式及所用設(shè)備 不同而波動。 初冷后煤氣中的飽和萘氣含量，主要取決于煤氣溫度（萘的露點(diǎn)溫度）。不同溫度和壓力下的焦?fàn)t煤氣中飽和萘氣含量可由附表3查得，也可用下式求得： （1-13）式中Ct在進(jìn)行計(jì)算的煤氣狀態(tài)條件下，煤氣飽和萘氣含量，g/100m3； Ptw t時(shí)飽和水蒸氣壓，kPa； Pg煤氣的表壓力，kPa； Ptn t時(shí)萘的飽和蒸氣壓，kPa；實(shí)際上，初冷器后的煤氣中的真正萘含量要高于相應(yīng)溫度下的飽和萘氣含量，這是因有呈固體微粒結(jié)晶的萘存在于煤氣中。 由于煤氣中的乃會在煤氣管道中和某些設(shè)備中沉積下來，不僅增加煤氣流動阻力，且常引致破壞正常操作，故需要按要求

21、清除煤氣中的萘，目前得到使用的清除方法有下述幾種：（a）在橫管式初冷器中段噴灑冷凝液，并控制初冷器后煤氣溫度不高于20，可使出口煤氣中含萘量在0.7g/m3以下。此法需要采用兩段初冷流程。（b）采取間直冷系統(tǒng)，在空噴直冷塔下兩段噴灑摻有初冷冷凝焦油的噴灑液，可使直冷后煤氣含萘量降至約0.6 g/m3。（c）初冷煤氣的同時(shí)，用過量的水將煤氣中的萘沖洗下來，即水洗萘法。（d）在專用的洗滌塔內(nèi)，用洗油洗滌煤氣以除萘，即油洗萘法。油洗萘法可將初冷后煤氣中含萘量清除至低于0.5 g/m3，且無環(huán)境污染。該法現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。 二、萘在洗油與煤氣中的平衡關(guān)系 油洗萘法可采用焦油洗油、輕柴油、蒽油等作為吸收

22、劑，屬于物理吸收過程，其氣液兩相的平衡關(guān)系可用亨利定律表明，故平衡曲線為一直線。 圖1-20和圖1-21分別表明了各種溫度下萘在焦油洗油和-10號輕柴油中的濃度與煤氣中含萘量的平衡關(guān)系。 焦油洗油對萘的溶解度比輕柴油高，因此在同一溫度下洗萘?xí)r，欲使塔后煤氣含萘量達(dá)到同一指標(biāo)，則允許的焦油洗油含萘量比輕柴油高。萘在焦油洗油與輕柴油中溶解度如圖1-22所示。此外，焦化廠內(nèi)焦油洗油可以自給，所以，多采用焦油洗油作為洗萘的吸收劑三、油洗萘的工藝流程及影響因素 在用水洗滌煤氣中的氨以制取濃氨水的生產(chǎn)工藝中，煤氣中含萘高時(shí)，萘將同水垢一起在洗氨塔內(nèi)沉積下來，從而會影響洗氨操作，降低氨的回收率。因此，在洗氨

23、塔前，需要將煤氣中含萘量清除至低于0.5 g/m3。所采用的油洗萘工藝流程主要有兩種：1、煤氣的最終冷卻與洗萘同時(shí)進(jìn)行，簡稱冷法油洗萘；2、煤氣在終冷前進(jìn)行洗萘，簡稱熱法油洗萘。1、冷法油洗萘工藝流程 冷法油洗萘工藝流程如圖1-23所示。 經(jīng)捕除焦油霧后的煤氣進(jìn)入終冷洗萘塔，塔下段為三組橫管式冷卻管束組成的終冷段，上段為由三層浮閥塔板組成的洗萘段。在終冷段，煤氣溫度由約45冷卻到25左右，然后進(jìn)入洗萘段凈化洗萘。自粗苯工序來的2830的貧油，自塔頂?shù)谝粔K塔板進(jìn)入洗萘段，經(jīng)三層浮閥塔盤吸收煤氣中的萘后流入冷卻段。在煤氣冷卻的同時(shí)，洗油與煤氣于管束外壁接觸，并沖洗凝結(jié)在管壁上的萘。如最終冷卻溫度低于初冷后煤氣的露點(diǎn)溫度，則會有水汽冷凝進(jìn)入洗萘油中，因而洗萘富油需進(jìn)行脫水。為此，設(shè)有三個串聯(lián)的脫水槽，第一槽內(nèi)設(shè)有加熱器，將油加熱到8590，以起破乳作用。由第一、第二槽上部排出的氨水滿流入地下氨水槽，由泵送往蒸氨工段。由第三槽底部排出的含水4%以下的洗萘富油送至粗苯工序富油泵入口，與洗苯富油混合，使在脫苯蒸餾的同時(shí)脫萘再生。由第三槽上部排出的乳化物流入帶分離器的地下槽，分離水由此流入氨