130万吨焦化厂粗笨工段工艺的设计
1 绪论
1.1炼焦煤气中回收苯族烃的意义
炼焦化学工业是煤炭综合利用的专业。煤在炼焦时除了有75%左右变成焦炭外，还有25%左右生成各种化学品及煤气，为了便于说明将煤炭炼焦时的产品列出如下：（单位：2
/Nm
g）
75%25%
250~450
80~120
30~45
8~16
6~30
2~2.5
1.0~
2.5
8~12
0.4~0.6?
?
?
?
?
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←??????→?
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2水煤汽焦油汽粗苯氨
焦炭煤荒煤气硫化氢
其它硫化物(CS,噻吩等)
氰化物
萘
吡啶盐基
由此看来，从荒煤气中粗苯的含量来看，回收粗苯是十分必要的。
焦炉煤气经硫铵工段后进入粗苯工段，进行苯族烃的回收并制取粗苯，目前我国焦化工业生产的苯类产品仍占很重要的地位。
1.2粗苯的性质
粗苯是多种芳烃族和和其它多种碳氢化合物组成的复杂混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等，此外，还含有一些不饱和化合物，硫化物及少量的酚类和吡啶碱类。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚有少量轻质馏分掺杂在其中。
粗苯是谈黄色的透明液体，比水轻，不溶于水。在贮存时，由于轻质不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶于粗苯使其着色并很快地变暗。在常温下，粗苯的比重是0.891～0.92kg/L。粗苯是易燃易爆物质，闪点12℃.粗苯蒸汽在空中的浓度达到1.4～7.5%（体积）范围内时，及形成爆炸性的混合物。
粗苯质量的好坏以实验室蒸馏时180℃前蒸馏出量的百分数来确定，粗苯的沸点范围是75～200℃，180℃前溜出量越多，粗苯质量越好；在180℃后的溜出物则为溶剂油。
粗苯易燃易爆，要求工段必须严禁烟火，并对电动机加以防爆。
粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解程度，粗苯各组分的平均含量见下表（表1-1）。
表1-1
为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如下性能：
（1）常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使粗苯很好的分离出来；
（2）有足够的化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定；
（3）在吸收操作温度下，不应析出固体沉淀物；
（4）易与水分离，且不生成乳化物；
（5）有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。
1.3 设计任务书
1.3.1 任务
130万吨焦化厂粗苯工段的工艺设计
1.3.2条件
本设计是参照徐州环宇焦化有限公司进行的，厂址建在江苏徐州西郊。其气候属大陆性季风气候，常年主导风向为东风、东北风。（表1-2）
1.3.3焦炉炉型
JNKD55-05捣固焦炉参数焦耐院设计:
(1)炭化室平均宽500mm，炭化室有效容积：41m3；(2)设计结焦时间（可作为周转时间）：25.5小时；每孔干煤量36.6t；每孔年产焦炭量10320t。
1.3.4 设计要求
本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油经脱苯塔蒸馏，得到粗苯，粗苯产品的质量指标见（1-3）表。
1.4影响化产品产率和组成的因素
炼焦化学产品的产率取决于炼焦过程的技术和操作条件。
1、配煤性质和组成的影响：
焦油的产率取决于配煤的挥发分高低和煤的变质程度。在一定的范围内，苯族烃的产率随着煤料中碳氢比及挥发份的增加而增加。
2、受到焦炉操作温度、压力和挥发物在反应空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨、焦炭、或焦炭灰分中某些成分的催化作用的影响，而最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室顶部空间温度。
增高炉墙的温度将使焦油中苯族烃含量减少，而高温产物：萘、蒽、沥青和游离碳的含量增加、比重变大、酚类及中性油类含量降低。炭化室顶部温度在整个炼焦过程中是有变化的，但其值不宜超过800℃。炭化室的顶部温度过高，则由于热解作用，焦油粗苯的产率均降低，高温化合水的产率将增加；氨在高温下由于进行逆反应而部分分解，并和炽热的焦炭作用生成氰化氢，氨的产率也将降低。
3、焦炉内操作压力的影响
炭化室内压力的升高和降低都会造成化学产品的部分损失，故此规定焦炉内必须保持一定的压力。
综上所述：本设计为毕业设计，是集三年学习专业知识理论和实际中运用在生产过程中的的体现，目的在于通过这次设计学会综合运用所学的各种知识和技能，是一次比较全面的分析和解决工程问题的能力训练。它是一个我们初步了解有关技术政策，学会查阅和综合运用各种文献资料，掌握使用有关工程技术的规定和准则的过程。它不但锻炼了我们设计方案的论证和确定，设计的计算能力和绘图以及撰写说明书的能力，而且同时使我们养成了一个严肃的工作态度，为今后工作打下了良好的基础。
2 工艺论证及确定
随着炼焦工艺的发展，化学产品的产率取决于炼焦过程的技术操作条件。影响粗苯的回收率的因素主要有三点：
1.配煤性质和组成的影响
焦油的产率取决于配煤的挥发分高低和煤的变质程度。在一定范围内，苯族烃的产率随着煤料中的碳氢比（C/H）及挥发分的增加而增加。当配煤的挥发分V=20～30%时，可由下式求得产率
Y（%）：=-1.6+0.14V-0.0016V2
2.温度对焦炉化学产品的影响
焦炉化学产品的组成会受到焦炉操作温度，压力和挥发物在反映空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨，焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化剂作用的影响，而最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室空间温度。
增高炉墙温度将使焦油中苯族烃含量减少，而高温产物——萘、蔥沥青和游离碳的含量增加，比重变大，酚类及中性油类含量降低。
炭化室顶部空间温度在整个炼焦过程中是有变化的，但其值不宜超过800℃，炭化室顶部空间温度过高，则由于热解作用，焦油和粗苯的产率均将降低，高温化合水的产率增加，氨脂高温下由于进行逆反反应而部分分解，并和炽热的焦炭作用生成氰化氢，氨、氮产率也降低。
3.焦炉内操作压力大影响
炭化室内压力的升高或降低都会造成化学产品的部分损失，故规定集气管必须有一定的压力。
在实际生产中，粗苯工段的主要任务是完成煤气的终冷除萘、吸收苯族烃以及粗苯的脱除三项任务。下面分别介绍完成这三项任务的工艺及论证。
2.1煤气的终冷及除萘的方法及工艺选择
在生产硫铵的回收工艺中，出饱和器进入粗苯工段的煤气温度通常为55℃左右，而回收苯族烃的适宜温度为25℃左右，因此在回收苯族烃之前煤气要进行冷却。在焦炉气冷却和部分水蒸汽冷凝的同时，尚有萘从煤气析出，因此煤气的最终冷却的同时应考虑到如何除萘。
目前我国焦化厂目前所采用的煤气终冷及除萘的工艺流程主要有三种即煤气终冷和机械化除萘工艺；煤气终冷和焦油洗萘工艺；油洗萘和煤气终冷工艺；和横管终冷喷洒轻质焦油终冷除萘工艺。
2.1.1煤气终冷和机械化除萘工艺
来自硫铵工段的煤气进入终冷塔底部，在塔内自下而上流动的过程中与隔板眼淋下的冷却水密切接触，从55℃左右冷却到25℃左右。在煤气冷却的同时，煤气中一部分水蒸汽被冷凝，大部分萘析出并被水冲洗下来。煤气含萘量从2000~3000mg/标m3降至800mg/标m3左右，冷却后的煤气进入洗苯塔。
图2-1 煤气终冷和机械化除萘工艺流程
1-煤气终冷塔 2-机械化刮萘槽 3-萘扬液槽 4-终冷循环水
5-凉水架 6-循环水冷却器
含萘的冷却水由塔底经水封管自流到机械化刮萘槽，水和萘在槽中分离后，水自流到冷水架被冷却至30~32℃，再用泵送经冷却器用低温水将其冷却到25℃后，回终冷塔循环使用。
在刮萘槽中积聚的萘，定期用水蒸汽间接熔化后流入萘扬液槽，再用水蒸汽压送到焦油槽和焦油氨水澄清槽。
该流程的优点是操作稳定，便于管理；缺点是出终冷塔煤气含萘量较高；水和萘不能充分分离，部分萘被水带到冷水架，增加清扫冷水架的次数；刮萘槽结构复杂而且笨重，基建费用较高。
2.1.2煤气终冷和焦油洗萘工艺
煤气在终冷塔内的冷却过程同前所述。含萘冷却水从终冷塔底部流出，经液封管导入焦油洗萘器底部并向上流动。热焦油经伸入器内的分布器均匀喷洒在筛板上，通过筛板的孔眼向下流动，在与水封流接触过程中将水中萘萃取出来，可使出口煤气含萘量降到800毫克/标m3以下。洗萘后的焦油从焦油洗萘器下部排出，经液位调节器流入焦油槽。经过加热静止脱水，再送往焦油车间，送完焦油的容槽，再接受从冷凝鼓风工段来的新鲜焦油以备循环洗萘使用。
从洗萘器上部流出的水进入水澄清槽，分离出残余焦油后，自流到冷水架。分离出的焦油及浮在水面上的油类、萘等混合物自流到焦油槽。
上述两种工艺存在的共同特点是：在终冷塔内冷却煤气的同时，析出的萘须用水冲流，因而实际所需的冷却水量远大于热平衡所需的冷却水量，由于水量大，则更新循环水系统所排出的污水量相应增多。
图2-2 煤气终冷和焦油洗萘工艺
1-煤气终冷塔 2-循环水泵 3-焦油循环泵 4-焦油槽 5-水澄清槽
6-液位调节器 7-循环水冷却器 8-焦油泵
2.1.3油洗萘和煤气终冷工艺
从饱和器来的55~60℃煤气进入木格填料塔或洗萘塔，被由塔顶喷淋下来的富油洗涤。富油进塔温度比煤气高5~7℃，煤气含萘可由2000~2500mg/标m3降到500~800mg/标m3左右。从洗萘塔顶出来的煤气，温度约升高2℃，进入煤气终冷塔，被喷淋下来的冷却水冷却后至洗苯塔。
该流程所用的循环水量，仅为前两种煤气终冷流程用水一半，因而可以减少污水排放量。由于上述流程的油洗萘过程系在较高温度下进行，因而洗萘塔后煤气含萘量还较高，终冷塔排出的水有时有浮油。