煤氣的初冷和焦油氨水的分離課件

第二章

煤氣的初冷和焦油氨水的分離

第二章

煤氣的初冷和焦油氨水的分離

煤氣的初冷和焦油氨水的分離第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻第三節(jié)焦油氨水的分離第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備第五節(jié)煤氣初冷操作和常見事故處理煤氣的初冷和焦油氨水的分離第一節(jié)煤氣在集氣管內煤氣的初冷和焦油氨水的分離焦爐煤氣從炭化室經(jīng)上升管逸出時的溫度為650－750℃此時煤氣中含有焦油氣，苯族烴、水汽，氨、硫化氫、氰化氫，萘及其他化合物，為回收和處理這些化合物，首先應將煤氣冷卻，這是因為:

1.從煤氣中回收化學產(chǎn)品和凈化煤氣時，多采用比較簡單易行的冷凝，冷卻法和吸收法，在較低的溫度下(25~

35℃)才能保證較高的回收率;

煤氣的初冷和焦油氨水的分離焦爐煤氣從炭化室經(jīng)上

煤氣的初冷和焦油氨水的分離

2.含有大量水汽的高溫煤氣體積大(例如由附表2查得0℃時lm3干煤氣，在80℃經(jīng)水蒸汽飽和后的體積2.429m3，而在25℃經(jīng)水汽飽和的體積為1.126m。，前者比后者大1.16倍)，顯然所需輸送煤氣管道直徑、鼓風機的輸送能力和功率均增大，這是不經(jīng)濟的;

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，氰化物等腐蝕性介質溶于冷凝液中，從而可減少回收設備及管道的堵塞和腐蝕。

煤氣的初冷和焦油氨水的分離2.含有大量水汽的

煤氣的初冷和焦油氨水的分離煤氣的初步冷卻分兩步進行：第一步是在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到80~90℃；第二步再在煤氣初冷器中冷卻。在初冷器將煤氣冷卻到何種程度，隨化學產(chǎn)品回收與煤氣凈化選用的工藝方法而異，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定，例如若以硫酸或磷酸作為吸收劑，用化學吸收法除去煤氣中的氨，初冷器后煤氣溫度可以高一些，一般為25~35℃；若以水作吸收劑，用物理吸收法除去煤氣中的氨初冷后煤氣溫度要低些，一般為25℃以下。煤氣的初冷和焦油氨水的分離煤氣的初步冷卻分兩步第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻一、煤氣在集氣管內的冷卻

1.煤氣在集氣管內冷卻的機理煤氣在橋管和集氣管內冷卻，是用表壓為150~200kPa的循環(huán)氨水通過噴頭強烈噴灑進行的（由圖2-1所示）。當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時，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)，快速進行著傳熱和傳質過程。傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻一、煤氣在集氣管內的冷卻第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

傳熱過程推動力是煤氣與氨水的溫度差，所傳遞的熱量為顯熱，是高溫的煤氣將熱量傳熱傳給低溫的循環(huán)氨水。傳質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。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻傳熱過程推動力是煤氣與氨第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻通過上述冷卻過程，煤氣溫度由650~750℃降至80~85℃，同時有60％左右的焦油氣冷凝下來，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來，有焦油渣產(chǎn)生。在集氣管冷卻煤氣主要是靠氨水蒸發(fā)吸收需要的相變熱使煤氣顯熱減少溫度降低，所以煤氣溫度可冷卻至高于其最后達到的露點溫度1~3℃。煤氣的露點溫度就是煤氣被水汽飽和的溫度，以是煤氣在集氣管中冷卻的極限。2、煤氣露點與煤氣中水汽含量的關系煤氣的冷卻及所達到的露點溫度同下列因素有關；在一般生產(chǎn)條件下，煤料水分每降低1％，露點溫度可降低0.6~0.7℃。顯然，降低煤料水分，對煤氣的冷卻很重要。煤氣露點與煤氣中水汽含量之間的關系如圖2-2所示。

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻通過上述冷卻過程，煤氣

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻二、煤氣在集氣管內冷卻的技術要求

1.集氣管技術操作指標集氣管技術操作的主要數(shù)據(jù)如下：（中國沿海地區(qū)數(shù)據(jù)）

集氣管前煤氣溫度，℃650~750

離開集氣管的煤氣溫度，℃80~85

循環(huán)氨水溫度，℃72~78

離開集氣管氨水的溫度，℃74~80

煤氣露點，℃79~83

循環(huán)氨水量，m3／t干煤5~6

蒸發(fā)的氨水量，％(占循環(huán)氨水量)

2~3

冷凝焦油量，％(占煤氣中焦油量)~60

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻二、煤氣在集氣管內冷

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻由此可見，煤氣雖然已顯著冷卻，但集氣管內不僅不發(fā)生水蒸氣的冷凝，相反由于氨水蒸發(fā)，使煤氣中水分增加。但煤氣仍未被水汽所飽和，經(jīng)冷卻后煤溫仍高于煤氣的露點溫度。

2.技術要求（1）集氣管在正常操作過程中用氨水而不用冷水噴灑，因冷水溫度低不易蒸發(fā)，使煤氣冷卻效果不好，所帶入的礦物雜質會增加瀝青的灰分。此外，由于水溫很低，使集氣管底部劇烈冷卻、冷凝的焦油黏度增大，易使集氣管堵塞。氨水又有潤滑性，便于焦油流動，可以防止煤氣冷卻過程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因積聚，而堵塞煤氣管道。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻由此可見，煤氣雖然已顯第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

（2）進入集氣管前的煤氣露點溫度主要與裝入煤的水分含量有關，煤料中水分(化合水及配煤水分，約占干煤重量的10％)形成的水汽在冷卻時放出的顯熱約占總放出熱量的23％，所以降低煤料水分，會顯著影響煤氣在集氣管冷卻的程度，當裝入煤全部水分為8％～11％時，相應的露點溫度為65～70℃。為保證氨水蒸發(fā)的推動力，進口水溫應高于煤氣露點溫度5～10℃，所以采用72～78℃的循環(huán)氨水噴灑煤氣。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（2）進入集氣管前的煤氣

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

（3）對不同形式的焦爐所需的循環(huán)氨水量也有所不同，生產(chǎn)實踐經(jīng)驗確定的定額數(shù)據(jù)為：對單集氣管的焦爐，每噸干煤需5m3循環(huán)氨水，對雙集氣管焦爐需6m3的循環(huán)氨水。近年來，國內外焦化廠已較普遍在焦爐集氣管上采用了高壓氨水代替蒸汽噴射進行無煙裝煤，個別廠還采用了預熱煤煉焦，設置了獨立的氨水循環(huán)系統(tǒng)，用于專設的焦爐集氣管的噴灑，則它們的循環(huán)氨水量又各不同。（4）集氣管冷卻操作中，應經(jīng)常對設備進行清掃，保持循環(huán)氨水噴灑系統(tǒng)暢通，氨水壓力、溫度、循環(huán)量力求穩(wěn)定。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（3）對不同形式的焦爐第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻三、集氣管的物料平衡與熱平衡通過集氣管的物料平衡和熱平衡的計算，可以了解集氣管內物料轉移的情況以及求得冷卻后的煤氣溫度。若冷卻后的煤氣溫度已確定，就可以求得必需的循環(huán)氨水用量及其蒸發(fā)量。也可用以評定集氣管操作好壞。下面以沿海地區(qū)某廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例計算煤氣被冷卻至一定溫度時循環(huán)氨水的蒸發(fā)水量和集氣管出口煤氣的露點溫度。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻三、集氣管的物料平衡與第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（一）某廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

1.產(chǎn)品產(chǎn)率，％(對干煤質量)

焦爐煤氣15.80

水分(化合水2；配煤水分8)10

焦油4.0

粗苯1.1

氨0.3

硫化氫0.3

焦炭76.5

總計108.0

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（一）某廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

2.操作指標

冷凝焦油量占總焦油量，％60

進入集氣管的煤氣；溫度，℃650

離開集氣管的煤氣溫度，℃82

進入集氣管的循環(huán)氨水溫度，℃75

離開集氣管的循環(huán)氨水溫度，℃78

標準狀態(tài)下的煤氣密度，kg/m30.465

集氣管內壓強,Pa1.013×105第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻2.操作指標第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

3.熱量分配情況，%(占總放出熱量)

氨水蒸發(fā)所吸收的熱量75氨水升溫所吸收的熱量15集氣管的散熱損失10

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻3.熱量分配情第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

4.各種組分在82～650℃之間的平均比熱容(由有關圖表查到)

焦爐煤氣，kJ/(m3·℃)

1.591

水汽，kJ/(kg·℃)

2.010

苯族烴，kJ/(kg·℃)

1.842

氨，kJ/(kg·℃)

2.613

硫化氫，kJ/(kg·℃)

l.147

焦油蒸汽，kJ/(kg·℃)

2.094

82℃時焦油平均汽化潛熱，kJ/kg330.8

水在82℃時的汽化潛熱，kJ/kg2303.3第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻4.各種組分在82～65

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（二）循環(huán)氨水量的計算以1t干煤作計算基準，煤氣在集氣管內進行冷卻時放出的總熱量，可按如下計算得：煤氣放出的顯熱(KJ)

焦油汽放出的顯熱(KJ)

1000*0.04*2.094*(650-82)=47564

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（二）循環(huán)氨水量的計算第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻焦油汽放出的冷凝熱(KJ)

1000*0.04*0.6*330.8=7939水汽放出的顯熱(kJ)

10000.1*2.010*(650-82)=114168苯族烴放出的顯熱(kJ)

1000*0.011*1.842*(650-82)=11509氨放出的顯熱(kJ)

1000*0.003*2.613*(650-82)=4453硫化氫放出的顯熱(kJ)

1000*0.003*1.147*(650-82)=1954則放出的總熱量為：

Q=307060+47564+7939+114168+11509+4453+1954=494647kJ

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻焦油汽放出的冷凝熱(K第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

根據(jù)熱平衡，則得：

因循環(huán)氨水蒸發(fā)所吸收的熱量q1=0.75Q，所以蒸發(fā)水量為：G1=q1/2303.9=0.75*494647/2303.9=161J因氨水升溫所吸收的熱量q2=0.15Q，則循環(huán)氨水量為：G2=q2/4.187*(78-75)=0.15*494647/4.187*(78-75)=5907kJ式中4.187為水的比熱容，kJ/(kg·℃)所以，以每噸干煤計的循環(huán)氨水總量為：161+5907=6068kg氨水蒸發(fā)量占循環(huán)氨水總量：161/6068*100%=2.65%

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻根據(jù)熱平衡，則得：第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（三）煤氣露點溫度的確定根據(jù)已知數(shù)據(jù)及計算結果，可求得離開集氣管的煤氣露點溫度。進入集氣管的氣態(tài)煉焦化學產(chǎn)品按體積計數(shù)量為:m3/(t干煤)

式中18、200、83、17、34分別為水、焦油、苯族烴、氨及硫化氫的相對分子質量。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻（三）煤氣露點溫度的確定第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻在集氣管內冷凝的焦油體積為：m3/(t干煤)

1000*0.04/200*0.6*22.4=2.69在集氣管內蒸發(fā)的氨水體積為：m3/(t干煤)

161*22.4/18=200在無煙裝煤時噴射的蒸汽量對干煤的百分數(shù)為：單集氣管1．5％；雙集氣管3%，現(xiàn)按雙集氣管的噴射蒸汽量求得體積為：m3/(t干煤)

1000*0.03*22.4/18=37.33

第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻在集氣管內冷凝的焦油體第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻

則離開集氣管的水汽總體積為：m3/(t干煤)

1000*0.1*22.4/18+200+37.33=361.77離開集氣管的煤氣總體積為：m3/(t干煤)

478+200+37033-2.69=712.64集氣管出口煤氣中水汽分壓為：Pa

P=1.013*105*361.77/712.64=51424由附錄1查得相應的煤氣飽和溫度(露點)為82．05℃。第一節(jié)煤氣在集氣管內的冷卻則離開集氣管的水汽總體第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

煤氣冷卻和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝，可以采用不同形式的冷卻器。被冷卻的煤氣與冷卻介質直接接觸的冷卻器，稱為直接混合式冷卻器，簡稱為直接冷卻器或直接冷卻；被冷卻的煤氣與冷卻介質分別從固體壁面的兩側流過，煤氣將熱量傳給壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷卻介質的冷卻器，稱為間壁式冷卻器，簡稱為間接冷卻器或間接冷卻。由于冷卻器的形式不同，煤氣冷卻所采取的流程也不同。煤氣冷卻的流程可分為間接冷卻、直接冷卻和間直混合冷卻三種。上述三種流程各有優(yōu)缺點，可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、工藝要求及其他條件因地制宜地選擇采用。中國目前廣泛采用的是間接冷卻。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻煤氣冷卻和焦油蒸汽、水蒸汽第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

一、煤氣的間接初冷

1.立管式冷卻器間接初冷工藝流程圖2-3所示為立管式煤氣初冷工藝流程。焦爐煤氣與循環(huán)氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主管先進入氣液分離器，煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在此分離。分離下來的氨水和焦油一起進入機械化焦油氨水澄清槽，利用密度不同經(jīng)過靜置澄清分成三層：上層為氨水（密度為1.01～1.02kg/l），中層為焦油（密度為1.17～1.20kg/l），下層為焦油渣（密度為1.25kg/l）。沉淀下來的焦油渣由刮板輸送機連續(xù)刮送至漏斗處排出槽外。焦油則通過液面調節(jié)器流至焦油中間槽，由此泵往焦油貯槽，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)氨水泵送回焦爐集氣管以冷卻荒煤氣。這部分氨水稱為循環(huán)氨水。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻一、煤氣的間接初

圖2-3立管式煤氣初冷工藝流程

1一氣液分離器；2一煤氣初冷器；3一煤氣鼓風機；4一電捕焦油器；5一冷凝液槽；6一冷凝液液下泵；7一鼓風機水封槽；8一電捕焦油器水封槽；9一機械化氨水澄清槽；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；14一焦油貯槽；15一焦油中間槽；16一初冷冷凝液中間槽；17一冷凝液泵第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻圖2-3立管式煤氣初冷工藝流程第二節(jié)煤氣在第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

經(jīng)氣液分離后的煤氣進入數(shù)臺并聯(lián)立管式間接冷卻器，用水間接冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。從各臺初冷器出來的煤氣溫度是有差別的，匯集在一起后的煤氣溫度稱為集合溫度，這個溫度依生產(chǎn)工藝的不同而有不同的要求：在生產(chǎn)硫銨系統(tǒng)中，要求集合溫度低于35℃，在水洗氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，則要求集合溫度低于25℃。隨著煤氣的冷卻，煤氣中絕大部分焦油氣、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下來，萘溶解于焦油中。煤氣中一定數(shù)量的氨，二氧化碳，硫化氫，氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻經(jīng)氣液分離后的第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。冷凝氨水中含有較多的揮發(fā)銨鹽（NH3與H2S、HCH、H2CO3形成的銨鹽，如(NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定銨鹽（如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量較少。當其溶液加熱至100℃即分解的銨鹽為揮發(fā)銨鹽，需加熱到220~250℃或有堿存在的情況下才能分解的銨鹽叫固定銨鹽。循環(huán)氨水中主要含有固定銨鹽，在其單獨循環(huán)時，固定銨鹽含量可高達30~40g/l。為降低循環(huán)氨水中固定銨鹽的含量，以減輕對焦油蒸餾設備的腐蝕和改善焦油的脫水、脫鹽操作，大多采用兩種氨水混合的分離流程，混合氨水固定銨鹽含量可降至1.3~3.5g/l。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻焦油和冷凝氨水的第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

如圖2-3所示，冷凝液自流入冷凝液槽，再用泵送入機械化氨水澄清槽，與循環(huán)氨水混合澄清分離。分離后所得剩余氨水送去蒸氨，蒸氨廢水還應經(jīng)生化處理。由管式初冷器出來的煤氣尚含有1.5~2g/m3的霧狀焦油，被鼓風機抽送至電捕焦油器除去其中絕大部分焦油霧后，送往下一道工序。當冷卻煤氣用的冷卻水為直流水時（水源充分的地區(qū)），冷卻器后的熱水直接排放(或用作余熱水供熱)。上述煤氣間接初冷流程適用于生產(chǎn)硫銨工藝系統(tǒng)，當水洗氨生產(chǎn)時，為使初冷后煤氣集合溫度達到20℃左右，宜采用兩段初步冷卻。

第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻如圖2-3所示，冷凝液自流第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

兩段初冷可采用如圖2-4所示具有兩段初冷功能的初冷器，其中前四個煤氣通道為第一段，后兩個煤氣通道為第二段。在第一段用循環(huán)冷卻水將煤氣冷卻到約45℃，第二段用低溫水將煤氣冷卻到25℃以下。也可采用初冷器并串聯(lián)實現(xiàn)煤氣兩段初冷。例如用“二串一”。即煤氣先通過作為第一段的兩臺并聯(lián)的初冷器，再匯合通過作為第二段的一臺初冷器，簡稱為“二串一”，第一段用循環(huán)水冷卻，第二段用低溫水冷卻，可將煤氣冷卻到25℃以下?；蛴谩叭弧惫に?。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻兩段初冷可采用如第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

圖2-4兩段煤氣間接初冷器第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻圖2-4兩段煤氣第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

2.橫管式冷卻器間接初冷工藝流程橫管式煤氣初冷器冷卻，煤氣走管間，冷卻水走管內。水通道分上下兩段，上段用循環(huán)水冷卻，下段用制冷水冷卻，將煤氣溫度冷卻到22℃以下。橫管式初冷器煤氣通道，—般分上中下三段，上段用循環(huán)氨水噴灑，中段和下段用冷凝液噴灑，根據(jù)上、中、下段冷凝液量和熱負荷的計算可知：上段和中段冷凝液量約占總量的95％，而下段冷凝液量僅占總量的5％；從上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的顯熱及噴灑的冷凝液冷卻顯熱，約占總熱負荷的60％；下段冷凝液的冷凝圖2-5-1橫管式煤氣初冷工藝流程潛熱及冷卻至30℃的顯熱，約占總熱負荷20%；下段噴灑冷凝液的冷卻顯熱，約占總熱負荷20%。

第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻2.橫管式冷卻第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

由此可見，上段和中段噴灑的氨水和冷凝全部從下段排出，顯著地增加了下段負荷。為此有人推薦如圖2-5-1所示的橫管式煤氣初冷工藝流程。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻由此可見，上段和第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

該流程上段和中段冷凝液從隔斷板經(jīng)水封自流至氨水分離器，下段冷凝液經(jīng)水封自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是輕質焦油，作為中段和下段噴灑液有利于洗萘。噴灑液不足時，可補充焦油或上段和中段的冷凝液。該流程最突出的優(yōu)點是橫管式初冷器下段的熱負荷顯著降低，低溫冷卻水用量大為減少。新建焦化廠一般采用半負壓回收系統(tǒng)橫管式冷卻器間接初冷煤氣工藝流程如圖2-5-2第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻該流程上段和中段

圖2-5-2半負壓下橫管式煤氣初冷工藝流程1—氣液分離器；2—橫管冷卻器；3—電捕焦油器；4—鼓風機；5—機械化氨水澄清槽；6—機械化焦油澄清槽；7—煤氣水封槽；8—上段冷凝液封槽；9—上段冷凝液循環(huán)泵；10—下段冷凝液循環(huán)泵；11—下段冷凝液封槽；12—電捕水封槽；；13—液下泵；14—地下放空槽；15—焦油泵16—循環(huán)氨水泵17—循環(huán)氨水中間槽；18—循環(huán)氨水事故槽；19—剩余氨水槽；20—剩余氨水泵；21—剩余氨水中間槽；22—剩余氨水中間槽；23—除焦油器；24—高壓氨水；25—氮氣加熱器；26—鼓風機水封槽第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

如圖所示,從焦爐來的焦油氨水與煤氣的混合物約80℃入氣液分離器，煤氣與焦油氨水等在此分離。分離出的粗煤氣并聯(lián)進入三臺橫管式初冷器，當其中任一臺檢修或吹掃時，其余兩臺基本滿足正常生產(chǎn)時的工藝要求。初冷器分上、下兩段，在上段，用循環(huán)水將煤氣冷卻到45℃，然后煤氣入初冷器下段與制冷水換熱，煤氣被冷卻到22℃，冷卻后的煤氣并聯(lián)進入兩臺電捕焦油器，當一臺檢修或沖洗時，另一臺基本滿足正常生產(chǎn)時的工藝要求。捕集焦油霧滴后的煤氣送煤氣鼓風機進行加壓，煤氣鼓風機一開一備，加壓后煤氣送往脫硫及硫回收工段。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻如圖所示,從焦爐第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

為了保證初冷器的冷卻效果，在上、下段連續(xù)噴灑焦油氨水混合液，在其頂部用熱氨水不定期沖洗，以清除管壁上的焦油、萘等雜質。初冷器的煤氣冷凝液由初冷器上段和下段分別流出，分別進入各自的初冷器水封槽，初冷器水封槽的煤氣冷凝液分別溢流至上、下段冷凝液循環(huán)槽，分別由上、下段冷凝液循環(huán)泵送至初冷器上下段噴淋洗滌除萘及焦油，如此循環(huán)使用，下段冷凝液循環(huán)槽多余的冷凝液溢流至上段冷凝液循環(huán)槽，上段冷凝液循環(huán)槽多余部分由泵抽送至機械化氨水澄清槽。從氣液分離器分離的焦油氨水與焦油渣并聯(lián)進入三臺機械化氨水澄清槽。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻為了保證初冷器的第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

澄清后分離成三層，上層為氨水，中層為焦油，下層為焦油渣。分離的氨水并聯(lián)進兩臺循環(huán)氨水槽，然后用循環(huán)氨水泵送至焦爐冷卻荒煤氣及初冷器上段和電捕焦油器間斷吹掃噴淋使用。多余的氨水去剩余氨水槽，用剩余氨水泵送至脫硫工段進行蒸氨。分離的焦油靠靜壓流入機械化焦油澄清槽，進一步進行焦油與焦油渣的沉降分離，焦油用焦油泵送至酸堿油品庫區(qū)焦油槽。分離的焦油渣定期送往煤場摻混煉焦。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻澄清后分離成三層第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

3.剩余氨水量的計算在氨水循環(huán)系統(tǒng)中，由于加入配煤水分和煉焦時產(chǎn)生的化合水，使氨水量增多而形成所謂的剩余氨水。這部分氨水從循環(huán)氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨。其數(shù)量可由下列估算確定。（1）原始數(shù)據(jù)裝入煤量(濕煤)，t/h150干煤氣產(chǎn)量，m3/t(干煤)340初冷器后煤氣溫度，℃30配煤水分，％8.5化合水(干煤)，％2第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻3.剩余氨水量第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

（2）計算如圖2-6所示，

W8為循環(huán)氨水量，設于集氣管噴灑冷卻煤氣時蒸發(fā)了2.6％，剩余部分即為由氣液分離器分離出來的氨水量W2。離開氣液分離器的煤氣中所含的水汽量W3，即煤氣帶入集氣管的水量W1和循環(huán)氨水蒸發(fā)部分之和。初冷器后煤氣帶走的水量為W4，(W3—W4)即為冷凝水量W5。從冷凝水量W5中減去需補充的循環(huán)氨水量W6(相當于蒸發(fā)部分)，即得剩余氨水量W7。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻（2）計算如圖第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

1—集氣管；2—氣液分離器；3—初冷器；4—機械化氨水澄清槽第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻1—集氣管；2第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

從以上分析可見，如圖2-6虛線圍成的范圍，作水的物料衡算有：W1=W7+W4，或W7=W1—W4

則送去加工的剩余氨水量W7，即為W1與W4之差。W1=150×0.085+150(1－0.085)×0.02=15.495t/h式中35.2—每1m3煤氣在30℃時經(jīng)水蒸汽飽和后的水汽含量，g。(由附表1查得)則剩余氨水量為W7=Wl—W4=15.495—1.643=13.852t。

t/h第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻從以上分析可見，第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

顯然，剩余氨水量取決于配煤水分和化合水的數(shù)量以及煤氣初冷后集合溫度的高低．煤氣初冷的集合溫度不宜偏高，否則會帶來下列問題：①煤氣中水汽含量增多，體積變大，致使鼓風機能力不足，影響煤氣正常輸送。②焦油氣冷凝率降低，初冷后煤氣中焦油含量增多，影響后續(xù)工序生產(chǎn)操作。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻顯然，剩余氨水量第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

③在初冷器內，煤氣冷卻到一定程度（一般認為55℃）以下，萘蒸汽凝華呈細小薄片晶體析出，可溶入焦油中，溫度愈低，煤氣中萘蒸汽含量也愈少，當集合溫度高時，煤氣中含萘量將更顯著增大。根據(jù)現(xiàn)場資料，甚至，煤氣中萘含量比同溫下萘氣飽和含量高1－2倍。這些未分離除去的萘會造成煤氣管道和后續(xù)設備的堵塞，增加以后洗萘系統(tǒng)負荷，給洗氨、洗苯帶來困難。由上述可見，在煤氣初冷操作中，必須保證初冷器后集合溫度不高于規(guī)定值，并盡可能地脫除煤氣中的萘。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻③在初冷器內，煤第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

焦爐煤氣是多組分混合物。其中的H2、CH4、CO、CO2、N2、CnHm（按乙烯計）、O2等，在常溫條件下始終保持氣態(tài)，而且在其后的冷卻、加壓及回收化學產(chǎn)品過程中，其總摩爾流量不變，故這部分氣體稱為干煤氣。又因在標準狀態(tài)下1kmol理想氣體的體積為22.4m3，故以m3/h作為干煤氣的流量的計量單位時，干煤氣的體積流量也是不變的。與干煤氣不同的是水蒸氣、粗苯蒸汽、焦油蒸汽以及NH3、H2S、HCN等，在煤氣冷卻過程中，有的會冷凝成液體，溶于水，或在化學產(chǎn)品回收中采用吸收的方法將其從煤氣中分離出去，這些成分是可變的，都不屬于干煤氣的成分；這些成分在煤氣中的含量，常以g/m3為單位計量，是很方便的。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻焦爐煤氣是多組第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

二、煤氣的直接初冷煤氣的直接初步冷卻，是在直接冷卻塔內由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。中國有些小型焦化廠大都用直接初冷流程。如圖2-7所示。由圖2-7可見，由吸氣主管來的80～85℃的煤氣，經(jīng)過氣液分離器進入并聯(lián)的直接式初冷塔，用氨水噴灑冷卻到25～28℃，然后由鼓風機送至捕焦油器，捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻二、煤氣的直接第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

由氣液分離器分離出的氨水、焦油和焦油渣，經(jīng)焦油盒分出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，從澄清池出來的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。澄清池底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到焦油槽，再送往焦油車間加工處理。焦油盒底部的焦油渣由人工撈出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經(jīng)水封槽進入初冷循環(huán)氨水澄清池，與洗氨塔來的氨水混合并在澄清池與焦油進行分離。分離出來的焦油與上述焦油混合。澄清后的氨水則用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環(huán)使用。剩余氨水則送去蒸氨或脫酚。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻由氣液分離器分離第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

從初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至焦油氨水澄清池，以補充焦爐用循環(huán)氨水的蒸發(fā)損失。煤氣直接初冷，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。某廠實測生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在直接初冷塔內，可以洗去90％以上的焦油，80％左右的氨，60%以上的萘，以及約50%的硫化氫和氰化氫。這對后面洗氨洗苯過程及減少設備腐蝕都有好處。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻從初冷塔流出的氨第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

同煤氣間接初冷相比，直接初冷還具有冷卻效率較高，煤氣壓力損失小，基建投資較少等優(yōu)點。但也具有工藝流程較復雜。動力消耗較大，循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞、各澄清池污染嚴重，大氣環(huán)境惡劣等缺點。因此目前大型焦化廠還很少單獨采用這種煤氣直接冷卻流程，國外一些大型焦化廠也有采用煤氣直接冷卻流程的，空噴塔和冷卻器等采取防腐措施，各澄清池皆配頂蓋，排放氣體集中洗滌?？諊娝媒?jīng)過冷卻的氨水焦油混合液噴灑。在冷卻煤氣的同時，還將煤氣中夾帶的部分萘除去。由初冷塔流出來的冷凝液進入專用的焦油氨水澄清槽進行分離，澄清后的氨水供循環(huán)使用，并將多余部分送去蒸氨加工。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻同煤氣間接初冷相第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

三、間冷和直冷結合的煤氣初冷

如前所述煤氣的直接初冷，是在直接冷卻塔內，由煤氣和冷卻水(經(jīng)冷卻后的氨水焦油混合液)直接觸傳熱而完成的。此法不僅冷卻了煤氣，且具有凈化煤氣效果良好、設備結構簡單造價低及煤氣阻力小等優(yōu)點。間冷直冷結合的煤氣初冷工藝即是將二者優(yōu)點結合的方法，在國內外大型焦化已得到采用。

第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻三、間冷和直冷結第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

自集氣管來的荒煤氣幾乎為水蒸汽所飽和，水蒸汽熱焓約占煤氣總熱焓的94%，所以煤氣在高溫階段冷卻所放出的熱量絕大部分為水蒸汽冷凝熱，因而傳熱系數(shù)較高；而且在溫度較高時(高于52℃)，萘不會凝結造成設備堵塞。所以，煤氣高溫冷卻階段宜采用間接冷卻。而在低溫冷卻階段，由于煤氣中水汽含量已大為減少，氣體對壁面間的對流傳熱系數(shù)低，同時萘的凝結也易于造成堵塞。所以，此階段宜采用直接冷卻。間冷和直冷結合的煤氣初冷流程如圖2-8所示，由集氣管來的82℃左右的荒煤氣經(jīng)氣液分離器分離出焦油氨水后，進入橫管式間接冷卻器被冷卻到50~55℃，進入直冷空噴塔冷卻到25~35℃。在直冷空噴塔內，煤氣由下向上流動，與分兩段噴淋下來的氨水焦油混合液逆流密切接觸得到冷卻。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻自集氣管來的荒煤第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

聚集在塔底的噴灑液及冷凝液沉淀出其中的固體雜質后，其中用于循環(huán)噴灑的部分經(jīng)液封槽用泵送入螺旋換熱器，在此冷卻到25℃左右，再壓送至直冷空噴塔上、中兩段噴灑。相當于塔內生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底導入機械氨水澄清槽，與氣液分離器下來的氨水、焦油以及橫管冷卻器下來的冷凝液等一起混合后進行分離。澄清的氨水進入氨水槽后，泵往焦爐噴灑，剩余氨水經(jīng)氨水貯泵送脫酚及蒸氨裝置。初步澄清的焦油送至焦油分離槽除去焦油渣及進一步脫除水分,然后經(jīng)焦油中間槽泵入焦油貯槽。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻聚集在塔底的噴灑

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；6一機械化氨水澄清槽；7一氨水槽；8一氨水貯槽；9一焦油分離器；10一焦油中間槽；11一焦油貯槽圖2-8間冷直冷結合的煤氣初冷工藝流程第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻1一氣液分離器；2一橫管式間接冷卻器；3一直冷空噴第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻

直冷塔內噴灑用的洗滌液在冷卻煤氣的同時，還吸收硫化氫，氦及萘等，并逐漸為萘飽和。采用螺旋板式冷卻器來冷卻閉路循環(huán)的洗滌液，可以減輕由于萘的沉積而造成的堵塞。在采用氨水混合分離系統(tǒng)時，循環(huán)氨水中揮發(fā)氨的濃度相對增加，而循環(huán)氨水的溫度又高，因而氨的揮發(fā)損失將增大。為防止氨的揮發(fā)損失及減少污染，澄清槽和液體槽宜采用封閉系統(tǒng)，并設置排氣洗凈塔，以凈化由槽內排除的氣體。第二節(jié)煤氣在初冷器的冷卻直冷塔內噴灑用的第三節(jié)焦油氨水的分離

近年來，對焦油氨水的分離引起了重視，這一方面是由于采用預熱煤煉焦和實行無煙裝煤給這一分離過程帶來了新問題，另一方面是因為要求提供無焦油氨水和無渣低水分焦油的需要。一、焦油氨水混合物的性質及分離要求在用循環(huán)氨水于集氣管內噴灑荒煤氣時，約60%的焦油冷凝下來，這種集氣管焦油是重質焦油，其相對密度(20℃)

1.22左右，黏度較大，其中混有一定數(shù)量的焦油渣。焦油渣內含有煤塵、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時所帶入的多孔物質，其量約占焦油渣的30％，其余約70％為焦油。第三節(jié)焦油氨水的分離近年來，對焦油氨水的第三節(jié)焦油氨水的分離

焦油渣量一般為焦油量的0.15~0.3%，當實行蒸汽噴射無煙裝煤時，其量可達0.4~1.0％，在用預熱煤煉焦時，其量更高。焦油渣內固定碳含量約為60％，揮發(fā)分含量約33％，灰分約4％，氣孔率約63％，真密度為1.27~1.3kg/l。因其與集氣管焦油的密度差小，粒度小，易與焦油黏附在一起，所以難以分離。第三節(jié)焦油氨水的分離焦油渣量一般為焦油量第三節(jié)焦油氨水的分離

煤氣再初冷器中冷卻，冷凝下來的焦油為輕質焦油。其輕組分含量較多。在兩種氨水混合分離流程中，上述輕質焦油和重質焦油的混合物稱之為混合焦油?；旌辖褂?0℃密度可降至1.15~1.19kg/1，黏度比重質焦油減少20％~45％，焦油渣易于沉淀下來，混合焦油質量明顯改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，給焦油分離帶來一定困難。焦油的脫水直接受溫度和循環(huán)氨水中固定銨鹽含量的影響，在80~90℃和固定銨鹽濃度較低情況下，焦油與氨水較易分離。因此，在獨立的氨水分離系統(tǒng)中，集氣管焦油脫水程度較差，而在采用混合氨水分離流程時，混合焦油的脫水程度較好，但只進行一步澄清分離仍不能達到要求的脫水程度，還須在焦油貯槽內保持80~90℃條件下進一步脫水。第三節(jié)焦油氨水的分離煤氣再初冷器中冷卻，第三節(jié)焦油氨水的分離

目前中國焦化廠生產(chǎn)的煤焦油質量標準如表2–1。經(jīng)澄清分離后的循環(huán)氨水中焦油物質含量越低越好，最好不超過100mg/1。第三節(jié)焦油氨水的分離目前中國焦化廠生產(chǎn)的煤焦油質第三節(jié)焦油氨水的分離

二、焦油氨水混合物的分離方法和流程大中型焦化廠一般采用圖2-3及圖2-5-2所示的焦油氨水分離流程。近年來，為改善焦油脫渣和脫水提出了許多改進方法，如用蒽油稀釋；用初冷冷凝液洗滌；用微孔陶瓷過濾器在壓力下凈化焦油；在冷凝工段進行焦油的蒸發(fā)脫水；以及振動過濾和離心分離等。其中以機械化氨水澄清槽和離心分離相結合的方法應用較為廣泛，其工藝流程如圖2-9。第三節(jié)焦油氨水的分離二、焦油氨水混合物的分離方法和流第三節(jié)焦油氨水的分離第三節(jié)焦油氨水的分離第三節(jié)焦油氨水的分離

如圖所示，由集氣管來的液體混合物先進入機械化氨水澄清槽，分離了氨水的焦油由此進入焦油脫水澄清槽，然后泵送連續(xù)式離心沉降分離機除渣，分離出的焦油渣放入收集槽，凈化的焦油放入焦油中間槽，再送入貯槽。臥式連續(xù)沉降分離機的操作情況如圖2-10所示，溫度為70~80℃的焦油經(jīng)由中空軸送入轉鼓內，在離心力作用下，焦油渣沉降于鼓壁上，并被設于轉鼓內的螺旋卸料機(圖中(b)所示)連續(xù)地由一端排到機體外，澄清的焦油也連續(xù)地從另一端排出。第三節(jié)焦油氨水的分離如圖所示，由集氣管來的液體混合物第三節(jié)焦油氨水的分離焦油渣餅（b）

圖2-10臥式連續(xù)離心沉降分離機操作示意圖（a）第三節(jié)焦油氨水的分離焦油第三節(jié)焦油氨水的分離用離心分離法處理焦油，分離效率很高，可使焦油除渣率達90％左右，但基建費用及動力消耗較大。在采用預熱煤煉焦時，為不使焦油質量變壞，在焦爐上可設兩套集氣管裝置，將裝爐時發(fā)生的煤氣抽到專用集氣管內，并設置較簡易的專用氨水焦油分離及氨水噴灑循環(huán)系統(tǒng)。由裝爐集氣管所得到的焦油(約占焦油總量的1％)含有大量煤塵，這部分焦油一般只供筑路或作燃料用，也可與集氣管下氨水在混合攪拌槽內混合，在經(jīng)離心分離以回收焦油。此外，還可采用在壓力下分離焦油中水分的裝置。將經(jīng)過澄清仍含水的焦油，泵入一臥式壓力分離槽內進行分離，槽內保持壓力為81~152kPa(表壓)，并保持溫度為70~80℃。在此條件下，可防止溶于焦油中的氣體逸出及因之引起的混合液上下竄動，從而改善了分離效果，焦油水分可降至2％。第三節(jié)焦油氨水的分離用離心分離法處理焦油，分離效率很第三節(jié)焦油氨水的分離

三、焦油質量的控制由表2-1所示，焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油質量的重要指標，它主要取決于冷凝工序的生產(chǎn)操作。操作中應注意如下幾點：

(1)焦油氨水澄清槽內應保持—定的焦油層厚度，—般為1.5～2m，排出焦油時應連續(xù)均勻，不宜過快，要求夾帶的氨水和焦油渣盡可能少，最好應裝有自動控制裝置。

(2)嚴禁在焦油澄清槽內隨意排入生產(chǎn)中的雜油、雜水，以利于焦油、氨水、焦油渣分層，便于分離。第三節(jié)焦油氨水的分離三、焦油質量的控制第三節(jié)焦油氨水的分離

(３)靜置脫水的焦油儲槽，嚴格控制溫度在80~90℃，保證靜置時間在兩晝夜以上。同時應按時放水，向精制車間送油時應均勻進行，且保持槽內有一定的庫存量。

(４)嚴格控制初冷器后的集合溫度符合工藝要求，避免因增大風機吸力而增加煤粉和焦粉的帶入量。另外，焦爐操作應力求穩(wěn)定，嚴格執(zhí)行各項技術操作規(guī)定，盡量減少因煤粉、焦粉帶入煤氣而形成焦油渣，防止焦油氨水分離困難。（５）機械化氨水澄清槽氨水滿流情況、焦油壓油情況、油水界面升降，減速機、刮渣機運行情況保持正常。第三節(jié)焦油氨水的分離(３)靜置脫水的焦油儲槽，嚴格控第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備一、煤氣冷卻設備

1.立管式間接冷卻器

(1)構造及性能如圖2-11所示，立管式間接冷卻器的橫斷面呈長橢圓形，直立的鋼管束裝在上下兩塊管柵板之間，被五塊縱檔板分成六個管組，因而煤氣通路也分成六個流道。煤氣走管間，冷卻水走管內，二者逆向流動。冷卻水從冷卻器煤氣出口端底部進入，依次通過各組管束后排出器外。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備一、煤氣冷卻設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備由圖可見，六個煤氣流道的橫斷面積是不一樣的，是因為煤氣流過初冷器時溫度逐步降低，并冷凝出液體，煤氣的體積流量逐漸減小。為使煤氣在各個流道中的流速大體保持穩(wěn)定，所以沿煤氣流向，各流道的橫斷圖2-11立管式間接煤氣冷卻器面積依次遞減；而冷卻水沿其流向各管束的橫斷面積則相應地遞增。所用鋼管規(guī)格為φ76×3mm。立管式冷卻器一般均為多臺并聯(lián)操作，煤氣流速為3~4m/s，煤氣通過阻力約為0.5~lkPa。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備由圖可見，六個煤圖2-11立管式間接煤氣冷卻器第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備圖2-11立管式間接煤氣冷卻器第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

當接近飽和的煤氣進入初冷器后，即有水汽和焦油氣在管壁上冷凝下來，冷凝液在管壁上形成很薄的液膜，在重力作用下沿管壁向下流動，并因不斷有新的冷凝液加入，液膜逐漸加厚，從而降低了傳熱系數(shù)。在初冷器前幾個流道中，因冷凝焦油量多，溫度也較高，萘多溶于焦油中；在其后通路中，因冷凝焦油量少，溫度低，萘晶體將沉積在管壁上，使傳熱系數(shù)降低，煤氣流通阻力亦增大。在煤氣上升通路上。冷凝物還會因接觸熱煤氣而又部分蒸發(fā)，因而增加了煤氣中萘的含量。上述問題都是立管式冷卻器的缺點。為克服這些缺點，可在初冷器后幾個煤氣流道內，用含萘較低的混合焦油進行噴灑，可解決萘的沉積堵塞問題，還能降低出口煤氣中的萘含量，使之低于集合溫度下萘在煤氣中的飽和濃度。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備當接近飽和的煤氣進第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

(2)冷卻水量的計算煤氣初冷所需的冷卻水量可通過熱平衡計算求得。由圖2-11可知進出初冷器的物料有煤氣、冷卻水、冷凝液。煤氣在初冷器中放出的總熱量應由冷卻水、冷凝液和初冷器散熱損失帶走。由于凈煤氣冷卻及水汽冷凝所放出的熱量約占總放出熱量的98%以上，所以在實際計算中可近似地用初冷器的入口和出口溫度下飽和煤氣焓差來計算煤氣放出的總熱量。再據(jù)此求得冷卻水量。設：干焦爐煤氣量為48220m3/h，進入初冷器的飽和煤氣溫度為82℃，離開初冷器的飽和煤氣溫度為30℃。

第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備(2)冷卻水量的計算第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備從附表1查得在82℃和30℃時飽和煤氣總熱焓分別為2327.94kJ/m3及134.98kJ/m3，則得煤氣在初冷器中放出的總熱量為：

48220×(2327.94—134.98)=1.0575×108kJ/h設冷卻器表面散熱損失為煤氣總放出熱量的2％，則散熱損失的熱量為：

1.0575×108×2％=2.115×106kJ/h煤氣在初冷器中冷卻產(chǎn)生的冷凝液以冷凝水計，其他組分量少忽略不計，則冷凝水量為：

kg/h式中832.8、35.2—每1m3煤氣在82℃、30℃時經(jīng)水蒸汽飽和后的水汽含量，g。(由附表1查得)第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備從附表1查得在82℃和第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

冷凝水帶走的熱量為：Q冷凝水=W×Cp×

tkJ/h式中CP—水的比熱容，kJ/（kg·K）；取4.1868

t—冷凝水（液）的平均溫度，℃；采用冷凝水的加權平均（或混合）溫度。豎管冷卻器內的冷凝液是在不同溫度下從煤氣中冷凝出來的，而且是從不同位置引出的冷凝水（液）的平均溫度應按下式計算。嚴格計算冷凝水（液）的平均溫度按，第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備冷凝水帶走的熱量為：Q第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備近似計算，即加權平均（或混合）溫度按，

式中—將溫度自82℃~30℃分成n段，為第i段冷凝水（液）量與第i段冷凝水（液）平均溫度的乘積；當n-?時，即為嚴格值。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備近似計算，即加權第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

取的n愈小，計算愈容易，但t的準確性愈差，的思想是：冷凝液總量w一定，第i段的值愈大，在平均t中占的比例愈大，分配給的權力愈大；值愈小，在平均t中占的比例愈小，分配給的權力愈??；故稱為加權平均溫度。所謂混合溫度是把不同溫度的冷凝液混合在一起，計量混合后的溫度。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備取的n愈小，計算第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備例如將82℃~30℃間，每隔4℃為一段共分13段，分別計算每段的，wi，（wt）i=wi，再計算w=∑wi，∑（wt）i（計算過程數(shù)據(jù)略，所需數(shù)據(jù)由附表1查得）有：w=38444.32；∑（wt）i=2649717.89；=68.9℃。冷卻水進出口溫度分別為25℃及45℃，則所需冷卻水量為：

m3/h第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備例如將82℃~3第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

每冷卻1000m3煤氣所需冷卻水量為：

m3當用32℃的直流水時，可取為1000m3煤氣40m3水。為減輕水垢的生成，出口水溫一般不得高于45℃。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備每冷卻1000m第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

(3)傳熱特點及傳熱系數(shù)煤氣在初冷器內的冷卻是包含對流給熱和熱傳導的綜合傳熱過程，在煤氣冷卻的同時還進行著：(1)水汽的冷凝；(2)焦油氣的冷凝；(3)冷凝液的冷卻，比一般傳熱過程復雜。因此，這一過程不僅是在變化的溫度下，且是在變化的傳熱系數(shù)下進行的。據(jù)傳熱計算，可求得立管式初冷器煤氣入口處的傳熱系數(shù)K值可達840kJ／(m2?h?℃)左右，而在出口處僅為2l0kJ／(m2?h?℃)左右。在初冷器第一段流道中，由于K值大，煤氣與水之間的溫度差也大，雖然其傳熱面積僅占總傳熱面積的21％強，但所移走的熱量要占放出總熱量的50％以上。第一段通路是冷卻器中對煤氣冷卻過程起決定性作用的部分，在計算一段初冷工藝的冷卻面積時，可取平均K值為500～520kJ／(m2?h?℃)。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備(3)傳熱特點及第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

2．橫管式間接冷卻器

(1)構造及性能如圖2-12所示，橫管初冷器具有直立長方體形的外殼，冷卻水管與水平面成3°角橫向配置。管板外側管箱與冷卻水管連通，構成冷卻水通道，可分兩段或三段供水。兩段供水是供低溫水和循環(huán)水，三段供水則供低溫水、循環(huán)水和采暖水。煤氣自上而下通過初冷器。冷卻水由每段下部進入，低溫水供入最下段，以提高傳熱溫差，降低煤氣出口溫度：在冷卻器殼程各段上部，設置噴灑裝置，連續(xù)噴灑含煤焦油的氨水，以清洗管外壁沉積的焦油和萘，同時還可以從煤氣中吸收一部分萘。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備2．橫管式間接冷第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備在橫管初冷器中，煤氣和冷凝液由上往下同流動，較為合理。由于管壁上沉積的萘可被冷凝液沖洗和溶解下來，同時于冷卻器上部噴灑氨水，自中部噴焦油，能更好地沖洗掉沉積的萘,從而有效的提高了傳熱系數(shù)。此外，還可以防止冷凝液再度蒸發(fā)。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備在橫管初冷器中，第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

在煤氣初冷器內90%以上的冷卻能力用于水汽的冷凝，從結構上看，橫管式冷卻器更有利于蒸汽的冷凝。橫管冷卻器用φ54×3mm的鋼管，管徑細且管束小，因而水的流速可達0.5~0.7m/s。又由于冷卻水管在冷卻器斷面上水平密集布設，使與之成錯流的煤氣產(chǎn)生強烈湍動，從而提高了傳熱系數(shù)，并能實現(xiàn)均勻的冷卻，煤氣可冷卻到出口溫度只比進口水溫高2℃。橫管冷卻器雖然具有上述優(yōu)點，但水管結垢較難清掃，要求使用水質好的或經(jīng)過處理含萘低的冷卻水。橫管冷卻器與豎管冷卻器兩者相比，橫管冷卻器有更多優(yōu)點，如對煤氣的冷卻、凈化效果好，節(jié)省鋼材，造價低，冷卻水用量少，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作方便，結構緊湊，占地面積省。因此，近年來，新建焦化廠廣泛采用橫管冷卻器，已很少再用豎管冷卻器了。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備在煤氣初冷器內90%以第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備（2）橫管冷卻器的計算按間冷直冷相結合的煤氣初冷系統(tǒng)的間接初冷器計算。煤氣處理量及操作條件如圖2-13所示。假設：噴灑液進出口溫度相同。①冷凝的水汽量由附表1查得，在82℃及55℃時，1m3干煤氣經(jīng)水汽飽和后所含水汽克數(shù)分別為832.8及148.1,因此可求得冷凝的水汽量為:

kg/h據(jù)計算,此量占煤氣冷卻到30℃時全部冷凝水量的86%第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備（2）橫管冷卻器的計算第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備②從橫管初冷器內移走的熱量煤氣放出的顯熱：

式中1.424—焦爐煤氣在相應溫度區(qū)間的平均比熱kJ/(m3.K)水汽放出的熱量：kJ／kg

式中2491—水的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg；

1.834、1.825—水蒸汽在相應溫度時的比熱容，kJ／(kg·K)第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備②從橫管初冷器內移第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備焦油氣放出熱量(設有85%焦油氣冷凝下來)：進入橫管初冷器的焦油氣量（所生成的焦油蒸汽在集氣管中已冷凝60%）155×(1－0.085)×1000×0.04×(1－0.6)=2269kg/h2269×[(368.4+1.407×82)－(1－0.85)(368.4+1.369×55)]=946680kJ/h式中368.4—焦油的氣化潛熱，kJ／kg；

155—裝煤量（濕煤）,t/h；

1.407、1.369—焦油蒸氣在相應溫度時的比熱容，kJ/（kg?K）；8.5—配煤水分，%第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備焦油氣放出熱量(第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備對其余組分及散熱損失均略而不計，因噴灑液進出口溫度不變，則噴灑液帶入帶出熱量相同，但冷凝液卻帶走熱量。冷凝液中焦油帶走的熱量忽略不計，冷凝水帶走的熱量，按55℃計為：

330161×4.1865×55=7602726kJ/h則放出的總熱量為：87567520+1854000+946680－7602726=82765474kJ/h第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備對其余組分及散熱損失均第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備③冷卻水用量設冷卻水用量為G，kg/h，則：

4.1868×（50—32）W=82765474G=1098.2m3/h每小時1000m3煤氣的冷卻水用量為：m3

第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備③冷卻水用量設冷卻第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

3.直接式冷卻塔煤氣與冷氨水直接接觸換熱的冷卻器。用于煤氣初冷的直接式冷卻塔有木格填料塔，金屬隔板塔和空噴塔等多種型式，其中空噴塔已在大型焦化廠的間接—直接初冷流程中得到使用。如圖2-14所示，空噴塔為鋼板焊制的中空直立塔，在塔的頂段和中段各安設六個噴嘴來噴灑25~28℃的循環(huán)氨水，所形成的細小液滴在重力作用下于塔內降落，與上升煤氣密切接觸中，使煤氣得到冷卻。煤氣出口溫度可冷卻到接近于循環(huán)氨水入口溫度(溫差2~4℃)；且有洗除部分焦油、萘、氨和硫化氫等效果。由于噴灑液中混有焦油，所以可將煤氣中萘含量脫除到低于煤氣出口溫度下的飽和萘的濃度。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備3.直接式冷卻空噴冷卻塔的冷卻效果，主要取決于噴灑液滴的黏度及在全塔截面上分布的均勻性，為此沿塔周圍安設6-8個噴嘴，為防止噴嘴阻塞，需定時通入蒸汽清掃。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備空噴冷卻塔的冷卻效果，主要取決于噴灑液滴的黏度及在全塔截第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

二、澄清分離設備焦油、氨水和焦油渣組成的液體混合物是一種懸浮液和乳濁液的混合物，焦油和氨水的密度差較大，容易分離。因此所采用的焦油氨水澄清分離設備多是根據(jù)分離粗懸浮液的沉降原理制作的。主要有臥式機械化氨水澄清槽、立式焦油氨水分離器、雙錐形氨水分離器等。廣泛應用的是臥式機械化氨水澄清槽，較新的發(fā)展是將氨水的分離和焦油的脫水合為一體的斜板式澄清槽。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備二、澄清分離設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備

1.臥式機械化氨水澄清槽臥式機械化氨水澄清槽的作用是將焦油氨水混合液分離為氨水、焦油和焦油渣。其結構如圖2-15所示，機械化氨水澄清槽是一端為斜底，斷面為長方形的鋼板焊制容器，由槽內縱向格板分成平行的兩格，每格底部設有由傳動鏈帶動的刮板輸送機，兩臺刮板輸送機用一套由電動機和減速機組成的傳動裝置帶動。焦油，氨水和焦油渣由入口管經(jīng)承受隔室進入澄清槽，使之均勻分布在焦油層的上部。澄清后的氨水經(jīng)溢流槽流出，沉聚于槽下部的焦油經(jīng)液面調節(jié)器引出。沉積于槽底的焦油渣由移動速度為0.03m3／min的刮板刮送至前伸的頭部漏斗內排出。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備1.臥式機械化氨第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備為阻擋浮在水面的焦油渣，在氨水溢流槽附近設有高度為0.5m的木檔板。為了防止懸浮在焦油中的焦油渣團進入焦油引出管內，在氨水澄清槽內設有焦油渣擋板及活動篩板。焦油、氨水的澄清時間一般為半小時。在采用氨水混合流程時，由于混合焦油的密度較小，在保持槽內焦油溫度為70~80℃和焦油層高度為1.5~1.8m情況下，焦油渣沉降分離效果較好。但在采用蒸汽噴射無煙裝煤時，由于浮焦油渣量大，焦油的分離需分為兩步：第一步為與氨水分離，第二步為焦油氨水和細粒固體物質的分離。即采用兩臺焦油氨水澄清槽。一臺用作氨水分離，而另一臺用于焦油脫渣脫水。如圖2-5-2所示。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備為阻擋浮在水面的第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備焦油渣約占全部分離焦油的0.2%～0.4%，焦爐裝煤如采用無煙裝煤操作時可達1.5％以上。焦油渣中的煤粉、焦粉有70％以上為2mm以下的微粒，所以很黏稠。為防止焦油渣在冬天結塊發(fā)黏，漏嘴周圍應設有蒸汽保溫。對于地處北方的焦化廠，澄清槽整體最好采取保溫措施，這樣有利于氨水、焦油、焦油渣的分離。機械化焦油氨水澄清槽有效容積一般分為210m3、187m3、142m3三種。以187m3為例，列出主要技術特性如下：第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備焦油渣約占全部分第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備有效容積，m3187

長，m16．2

寬，m4．5

高，m3．7

刮板輸送機速度，m/h

1．74

電動機功率，kW

2．2

氨水停留時間，min

20

設備質量，t46．7機械化焦油氨水澄清槽一般適用于大中型焦化廠的焦油氨水分離。第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備有效容積第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備2、立式焦油氨水分離器第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備2、立式焦油氨水分離第四節(jié)煤氣冷卻和冷凝的主要設備如圖2-16所示，立式焦油氨水分離器上邊為圓柱形，下邊為圓錐形，底由鋼板制成(有的又稱為錐形底氨水澄清槽)。冷凝液和焦油氨水混合液由中間或上邊進入，經(jīng)過一擴散管利用靜置分離的辦法