5万m3／h焦炉煤气生产车间工艺设计方案

1 5 万 h 焦炉煤气生产车间工艺设计方案 1 绪论 概述 随着我国钢铁工业的发展，焦化行业进入到一个大发展时期。大量焦炉煤气的产生，为焦炉 煤气的合理开发利用提出了新的课题。焦炉煤气的有效利用可产生巨大的经济效益，并且可避免环境污染和二次能源的浪费。 与石油资源相比，我国的煤炭储量十分丰富，结合当前焦炭市场需求旺盛的局面，必将会产生大量的焦炉煤气。因此，我国未来每年焦炉煤气产量将十分可观。 是因为未经净化的煤气中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、 物质以及 温室气体。焦炉煤气的应 用开发前景非常广阔，从焦炉煤气可提炼出的数百种化工产品来看，其不但延长了炼焦综合利用的产业但是，焦炉煤气欲得到进一步利用，必须对其进行净化。未经净化的荒煤气不能得到利用，这链条经济道路，还可将低附加值的焦炉煤气转化为高附加值的产品。因此，对它必须进行深度净化综合利用，走可持续发展的循环 1。 文献综述 焦炉煤气特点 焦炉 煤气是指用几种烟煤配成炼焦用煤，在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体 。炼焦过程析出的挥发性产物，从炭化室出来后成为粗煤气（又称为荒煤气 ），粗煤气中的有用物质在经过回收和净化之后便得到洁净焦炉煤气。 焦炉煤气是炼焦时的副产品煤在隔绝空气下干镏， 当温度小于 350 时， 煤受热分解出水分和部分气态物 (当温度在 350 550 时，煤受热析出大量的气体 (甲烷占 45% 55%，氢气占 10%20%) 当温度在 550 700 时， 煤中的氢大量受热分解，气体中的氢气比例上 2 升；当温度超过 700 ，煤气量减少当温度升到 950 时， 焦炭成熟煤气就是温度小于 700 以前煤受热分解出的气态物质。煤在干镏中还产生煤焦油焦炭 赴冶金，铸造，化工，电石等部门的燃料或原料。煤焦油中含有多种物质，苯、酚、甲酚等是医药、塑料、合成纤维等部门的重要化工原料， 沥青是建筑行业的防水材料。煤气中古有大量的甲烷和氢气，每干馏一吨煤能产 300 350煤气，每 煤气的热值相当于 煤。煤气中还含有一部分氨气，氨气与硫酸反应能生成硫铵，与水接触可生成氨水。煤气中还含有很多有毒的物质，如硫化物、氰化物、酚类化合物、苯类化合物及萘。这些物质回收起来能成为化工原料，分散在煤气中则产生污染 2。 焦炉煤气的组成及性质 焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气 300350准状态）。其主要成分为氢气（ 55% 60%）和甲烷（ 23% 27%），另外还含有少量的一氧化碳（ 5% 8%）、 2% 4%）、二氧化碳（ 3%)、氧气 ( 、氮气 (3%7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、 上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。 焦炉气属于中热值气，其热值为每标准立方米 1719合用做高温工业炉的燃料和城 市煤气。 焦炉气为有易爆性气体，空气中的爆炸极限为 6% 30%；密度为 动粘度 2510s。 焦炉煤气是无色有臭味的气体；焦炉煤气因含有 少量的 有毒；焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短，着火温度为 600 650 3。 焦炉煤气净化的意义 焦炉煤气净化回收的炼焦化学产品在国民经济中占有重要的地位，炼焦化学工业是国民经济的一个重要部门，是钢铁联合企业重要组成部分之一，是煤炭的综合利用 工业。 来自焦炉的荒煤气经冷却和用各种吸收剂处理后， 可以提取出焦油、氨、萘、硫化氢、氰化氢及粗苯等化学产品，并得到净焦炉煤气。氨可用于制取硫酸铵和无水氨。煤气中所含氢可用于制造合成氨、合成甲醇、双氧水、环己烷等，合成氨可进一步制成尿素、硝酸铵和碳酸氢铵等化肥。煤气中所含乙烯可用于制取乙醇和二氯乙烷的原料。硫化氢是生产单质硫和元素硫的原料。氰化氢可用于制取黄血盐钠 3 或黄血钾盐。同时，回收硫化氢和氰化氢对减轻大气和水质的污染，加强环境保护以及减轻设备腐蚀均具有重要意义。粗苯和煤焦油都是组成很复杂的半成品，经精制加工后，可得到二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、古马 隆、甲酚、萘、蒽和吡啶盐基及沥青等产品。 在钢铁联合企业中，经过回收化学产品的焦炉煤气是具有较高热值的冶金燃气，是钢铁生产中的重要燃料。焦炉煤气除满足钢铁生产自身需要外，其余部分经深度脱硫后，还可以公民用或送化学工厂用作合成原料气。石油和天然气的化学加工和合成技术的发展，使炼焦化学产品市场竞争激烈，由于石油储量有限，开采量加大，按目前耗用速度，石油使用年限估计为几十年，而煤的使用年限估计为几十年，而煤的使用年限估计在几百年。今后在丰富的煤炭资源基础上，没得综合利用将会更加合理和高效地发展。 煤气的净化对煤气 输送过程及回收化学产品的设备正常运行都是十分必要的。煤气净化包含煤气的初冷、煤气的输送、化学产品回收，如：脱硫、制取硫铵、终冷洗苯、粗苯蒸馏等工序，以减少煤气中有害物质。在大中型焦化厂设置煤气净化系统，既是获得一些化工产品的途径，又是焦化生产所必不可少的工艺过程和技术手段 4。 当前焦炉煤气净化工艺流程 自焦炉导出的粗煤气按一定顺序进行粗煤气处理，以便回收和精制获得焦油、粗苯、氨等化学产品，并得到净化的煤气。净化后的煤气可以用作基本化工原料，也可用作工厂的热源气。 多数焦化厂由粗煤气回收化学 产品和进行煤气净化，采用冷凝的方式析出焦油和水。用鼓风机抽吸和加压以便输送煤气。回收氨和吡啶碱，既得到了有用产品，又防止了氨的危害。回收硫化氢和氰化氢变害为宝。回收粗煤气中的粗苯，获得有用产品，同时还避免了环境的污染。目前，国内外的焦炉煤气的净化流程分为正压操作和负压操作两种 5。 （ 1）正压操作的焦炉煤气处理系统 鼓风机位于初冷器之后，在风机之后的全系统均处于正压操作，此流程国内应用广泛。煤气经压缩之后温升 50，故对饱和器生产硫酸铵（需 55）和弗萨姆法回收氨系统那个特别适用。工艺流程图如图 1 4 （ 2）负压操作的焦炉煤气处理系 该系统把鼓风机化在最后，将焦炉煤气从 1051728。该流程的优点是无煤气终冷系统，减少了低温水用量，总能耗有所降低。鼓风机后煤气升温，成为热煤气远距离输送时冷凝液少了，减轻了管道腐蚀。他的缺点是负压操作时，煤气体积增加，煤气管道和设备容积均相应增加（如洗苯塔直径增加 7% 8%）；负压使煤气中各组分的分压下降，减少了系统推动力，如洗苯塔的苯回收率下降 负压操作要求所有的设备管道加强密封，一面空气漏入。此外，负压操 作系统适合于水洗氨工艺，工艺流程图如图 1 图 1正压操作焦炉煤气处理系统 电捕焦油 初冷器 脱 萘 湿法脱硫 脱 氨 终冷器 脱 苯 煤气 鼓风机 氨水处理 净煤气 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 液氨 焦 炉 5 图 1负压操作焦炉煤气处理系统 典型的焦炉煤气净化工艺单元 煤气净化工艺通常由冷凝鼓风、脱硫脱氰、脱氨、终冷洗苯、硫回收和粗苯蒸馏等单元组成，选择不同的脱硫脱氨工艺，煤气净化工艺的组合方式略有不同，以下为几种比较常见组合的煤气净化工艺 6。各个工艺都力求节约能量，节省成本，获得做大经济 效益的产品。 （ 1） 配套 如图 1 电捕焦油 初冷器 脱 萘 湿法脱硫 脱 氨 终冷器 脱 苯 煤气 鼓风机 氨水处理 净煤气 初冷器 焦炭 焦油 排水 氨水水水 硫磺 硫铵 焦 炉 6 图 1（ 2） 配套真空碳酸钾法脱硫的焦炉煤气净化工艺 （如图 1 图 1真空碳酸钾法脱硫的焦炉煤气净化工艺流程图 （ 3）配套 A如图 1 初 冷 器 鼓 风 机 电 捕焦油器 喷淋式饱和器 预冷塔 脱硫塔 煤气换热器 荒 煤气气 再生塔 终冷塔 洗苯塔 硫铵 粗苯 硫磺 初 冷 器 鼓 风 机 电 捕焦油器 脱硫塔 喷 淋式饱和器 终 冷 塔 洗苯塔 克劳斯装置 真空泵 再生塔 净煤气 硫铵 粗苯 酸气 尾 气 硫磺 荒 煤气 净煤气 7 图 1A(4) 克劳斯法生产元素硫的工艺 （如图 1 图 1克劳斯法生产元素硫的工艺流程图 焦炉煤气的应用前景 随着技术的不断进步、科技的不断开发、国家经济实力的逐步提高，焦炉煤气的应用前景将越来越广。未来焦炉煤气可能会在以下几个方面产生重要经济价值经济 ： 焦炉煤气用于 发 电； 焦炉煤气用于生产甲醇； 用焦炉煤气制取还原性气体用于还原生产海绵铁； 焦炉煤气用于高炉炼铁； 焦炉煤气制取氢气。 总之，中国作为煤炭大国，有充足的焦炉煤气资源，随着技术的不断进步和国初 冷 器 鼓 风 机 电 捕焦油器 脱苯塔 终冷塔 脱硫塔 冼氨塔 克劳斯装置 饱和器 脱酸蒸氨装置 净煤气 硫铵 粗苯 硫磺 酸氨汽 初 冷 器 鼓 风 机 电 捕焦油器 脱硫塔 洗氨塔 洗苯塔 克劳斯装置 脱酸蒸氨装置 氨分解炉 净煤气 粗苯 氨 气 尾 气 硫磺 酸汽 尾气 荒 煤气气 荒 煤气气 8 家实力的增强，焦炉煤气将在长时期内在各行业、各个方面发挥出潜在的和巨大的经济效益 7。 设计任务的说明 本项目设计的依据 本次设计 50000h 焦炉煤气生产车间工艺设计 是化工与环境学院老师为我选择的本科毕业设计课题，设计根据长期国内焦炉煤气的利用现状的调查结果，认为我国焦化产业发展，焦炉煤气产量巨大。在国际能源日益紧缺的国际环境下洁净焦炉煤气一定会得到越来越大的重视，焦炉煤气净化项目肯定会优先获得 批准。因此，考虑现状老师为我选择了此课题。设计根据太原钢铁有限公司焦化厂现有的生产工艺、技术为前提进行设计的，还参考国内其他大型焦化厂现有成熟工艺的经验，结合国内外最新研究做了一些新的尝试和改进，力求有所创新，更加环保和节能。主要设计原则如下 : (1)在积极采用先进技术，在工艺和设备设计时，既考虑设备与工艺过程的相 应适性和合理性，又在在满足工艺要求前提下，尽量采用先进设备。 （ 2） 在工艺设计时，充分考虑操作的环境卫生、安全，展现现代化生产企业的 文明风范。 设计分工 本设计中我负责的设计内容 包括工艺设计、部分非标设备的设计和选型、车间设备布局设计方案。土建、供水、供电、公用工程等，根据工艺提出条件要求，具体执行可根具体的招投标计划和资金情况委托其他单位设计和施工。 焦炉煤气净化参数简述 从焦炉中出来的荒煤气含有大量杂质和对人体有害物质，具体含量如表 1 但它们经过回收可以作为化工原料，合理利用他们可以获得巨大的经济效益。经过净化处理的煤气中各组分含量变化如表 1示，大部分有用物质被回收提纯后可以作为化工原料。最终焦炉煤气各组分含量如表 1示，有害组分降到最低，满 足工业用原料和民用燃气的需要。 表 1高温焦炉产品的组成和产率（按炼焦干煤的质量百分数） 项目名称 焦炭 焦油 热解水 粗苯 氨 净煤气 硫等物质 质量分数 /% 75 78 4 5 19 9 表 1出焦炉煤气杂质含量 /g项目名称 组成 /%(体积分数 ) 水蒸气 250 450 焦油气 80 120 粗苯 30 45 氨 8 12 硫化氢 6 20 氰化物 1 轻吡啶 10 其他 2 1典型焦炉煤气主要组成 项目名称 组成 /%(体积分数 ) 55 59 6 2 3 24 26 2 2 本章小结 本章通过调研国内外大量的文献，对焦炉煤气净化的发展现状、净化工艺的技术创新、焦炉煤气在化工中的作用和生产情况进行了综述，并对焦炉煤气未来产量和需求量进行分析。近年来在我国焦炭行业发展迅速，副产品焦炉煤气产量逐年增大，工艺不断创新，其应用领域不断扩大。 未来焦炉煤气项目会大量兴建，进行 10 新工艺的探索会对将来大规模兴建提供宝贵经验。本章还对项目的设计依据、 项目分工、目前生产方法进行简要说明，目的是为了在下面的设计中对各个工艺有深入了解，各个工段的组织更加合理、有序。在下面的组织设计中始终以当前成熟经验为依据，合理和科学进行组织和安排。 2 车间工艺及流程简述 车间工艺流程的选择 选择依据 本次设计 采用的 方式是 正压操作的焦炉煤气净化处理系统 ， 在此处理系统中，鼓风机位于初冷器后，自风机以后的整个系统均处于正压下操作。避免 负压操作时，焦炉煤气体积增加，煤气管道和设备容积均相应增加（如洗苯塔直径增加 7%8%） ； 负压使煤气中各组分的分压下 降，减少了系统推动力，增加了吸收剂的用量，导致了生产成本增加，更企业带来经济压力。同时负压操作要求所有的设备管道加强密封，一面空气漏入便可能发生爆炸，此操作系统潜在危险比较大，如果采用此系统，对检测设备和防护设施要求更为苛刻，在高端检测和控制设备大量依赖进口的情况下采用正压操作系统更为经济合理。 此工艺应用广泛，由于鼓风机后煤气温升达 50左右，对弗萨姆法（需 55）回收氨的系统特别适用。弗萨姆液氨回收法我国已经成功引进，生产性能良好，值得推广。采用此法是煤气终冷过程放在洗苯装置前面，可以采用热焦油终冷洗萘 工艺，终冷塔和洗萘装置可以设计为一体化装置减少动力消耗，更少的占用空间，节约土地使用费。同时，因在正压下操作，煤气体积小，有关设备及煤气管道尺寸相应较小；吸收氨和苯族烃等的吸收推动力较大，有利于提高吸收速率和回收率。这些都减少了设备投资和原材料采购费用，最大程度节约建厂资金，以求在最短时间内收回投资，获得可观经济效益 9。 工艺程流简述 煤炭在焦炉中经过高温干馏，挥发出含有各种有害组分的荒煤气。由焦炉炭化室来的 荒煤气经上升管出来时的温度约 650 800 ，经上升管到达桥管，然后在汇集到集气 管。在集气管中，用 70 75 循环氨水进行喷洒，焦炉煤气冷却到80 85 ， 有 60%左右的焦油蒸汽冷凝下来，这是重质焦油部分。焦油和氨水混 11 合物自集气管和气液分离器去澄清槽。经过分离、澄清并补充氨水后，由循环氨水泵打回集气管，循环利用。 煤气由分气液分离器去横管初冷器再次进行冷却，残余焦油和大部分水汽冷凝下来，煤气被冷却到 25 35，经鼓风机增压，因绝热压缩升温 10 15。增压后的煤气进入电捕焦油器，在电捕焦油器的电场作用下剩余大部分焦油沉降下来，送去焦油氨水分离槽进一步分离。 脱除焦油后的煤气进 入液封气柜，在此暂时储存以便进行下一步的净化处理。气柜中的煤气经过离心机的输送进入脱硫塔，在脱硫塔中与吸收液逆流接触吸收煤气中 收液出来后进入再生塔进行再生，脱硫后的煤气进入弗萨姆法回收氨气工段。 焦炉煤气由空盆吸收塔底部进入，塔顶喷下 50 55 的贫磷铵液。磷酸一铵溶液与煤气逆流接触，吸收煤气中的氨生成磷酸二铵，得到富铵溶液。吸收塔底部排出的富液大部分用于循环，取富液总量的 3% 4%去解吸。需要再生的富液先在泡沫浮选除焦油器中分离出焦油泡沫，再在脱气塔脱去酸性气体，然后在解吸塔内用 接水蒸气吹蒸，脱氨后贫液温度 196，经与富液换热后进吸收塔吸氨。解吸塔顶得到 (氨 ) 18%的 氨水，氨水再经精馏制取无水氨。 脱氨后的煤气温度为 55 60 ，进入终冷塔中。煤气在终冷塔中自上而下流动，与经隔板喷淋下来的冷却水流接触被冷却，此时煤气冷却到 20 25 。部分水汽被冷凝下来相当数量的萘从煤气析出并悬浮于水中，冷却后的煤气进入粗苯吸收塔。 含悬浮萘的冷却水由终冷塔塔底流出，经液封导管入焦油洗萘器底部并向上流动。在焦油洗萘器中与从各层筛板上流动下来的焦油逆流接触，水中的悬 浮萘被焦油吸收。洗萘器上部的水流入澄清槽 ,与焦油分离后去凉水架，下部焦萘混合物去焦油储槽。 脱萘后的煤气进入苯吸收塔，塔上喷淋焦油洗油，煤气自上而下流动，煤气与洗油逆流接触，吸收煤气中的苯，富油去再生塔再生。在再生塔中富油洗脱掉萘后，再由离心泵返回到吸收塔中循环利用 10。 荒 煤 初冷器 电捕焦油器 离心机 气柜 离心机 脱硫 脱氨 12 气 硫块 焦油 图 2焦炉煤气净化工艺流程图 主要工段工艺流程简述 煤气的初冷工段 荒煤气从炭化室出来有桥管进入集气管，在集气管里喷洒氨水，利用氨水的蒸发吸收潜热将焦炉煤气降温至 75 。本次设计采用横管多级喷 洒洗萘初冷器的工艺，由于喷洒液对萘的吸收而大大降低了萘结晶堵塞管道。横管冷却器采用二段冷却工艺，煤气从集气管出来后，煤气经气液分离器后进入横管初冷器进行一段冷却，温度由 75 45 ，再进入二段冷却器进一步冷却至 25 。在此过程中煤气中 90以上的焦油、 80左右的氨、 60的萘、 80的 11。 初步冷却后的煤气输送入气柜，用以进行下一步的净化。 去终冷段 来自脱氨段煤气 终冷脱萘 脱苯 洁净焦炉煤气 13 1. 焦炉 2. 上升管 3. 集气管 4. 气液分离器 5. 横管冷却 塔 6. 电捕焦油器 7. 气柜 8. 焦油槽 9. 泵 10、 11 焦油储槽 12、鼓风机 图 2煤气初冷段工艺流程图 湿法脱硫工段 改良 简述 (1)反应机理： a 在吸收塔中 溶液中 吸收煤气中的 液相中硫氢化物被偏矾酸钠氧化成硫 ,而偏矾酸钠被还原成焦矾酸钠： 2 4 4 S ) + 22O = 4 2) 煤气中 溶液中 反应生成的 S： = b 在再生塔中 还原态 空气氧化再生： 2) + 2) + 14 生反应： 2O (2)工 艺流程 含 有 焦炉煤气从脱硫塔底部进入，与塔顶喷淋下的溶液逆流接触，气体中的 溶液吸收而脱除，从脱硫塔底部引出，经循环槽用泵打入再生塔进行再生。空气从再生塔底部鼓泡通入，使溶液氧化，空气由塔顶排除，析出的硫泡沫由塔顶的扩大部分上部溢流入硫泡沫槽，用真空过滤机分出硫磺滤液返回循环槽。氧化再生后的溶液，由再生塔顶部扩大部分的下部引出，经液位调节器进入脱硫塔循环使用。 生成的硫单质作为反应物和溶液中的 收煤气中的氰酸，此部分能再生，有外界补充。反应消耗的 部分在再 生塔中再生。用循环泵打进吸收塔循环利用。 1、脱硫塔 2、气液分离器 3、液位调节器 4、除沫器 5、再生塔 6、循环槽 7、液封槽 8、硫泡沫槽 9、真空过滤机 10、干燥器 11、空气压缩机 12、离心泵 图 2改良 脱硫工艺流程图 弗萨姆法脱氨工段 （ 1）反应机理： 磷酸对氨的吸收有选择性，因此能生产高纯度的无水氨。磷酸的氢原子在水溶液中被氨离子逐步置换，在常温条件下形成牢固 (高温条件下，能释放出氨 分子，这一特性的化学反应式为 : 3 15 ( 2） 工艺流程 焦炉煤气从弗萨姆吸氮塔下段进入，自上段排出，在塔内与从塔上段喷淋的磷酸 溶液 逆流接触，煤气中的氨被磷酸吸收，氨的回收效率大于 99%。磷酸溶液吸氨后形成的富液，从塔下段排出。 富液经除焦油器、换热器入闪蒸器，在闪蒸器内蒸出极少量的二氧化碳、硫化氢和氰化氢等酸性气体。酸性气体引入弗萨姆吸氨塔前的煤 气管。闪蒸出酸性气体的富液用泵送入冷凝器，换热升温到 175 ，进入氨汽提塔。 氨汽提塔下部供入压力为 汽，在高温下解吸富液中的氨，氨气从塔顶排出，经冷凝、冷却成为浓氨水。氨汽提塔下部排出的贫液经换热、冷却进入弗萨姆吸氨塔循环使用。含氨的浓氨水用泵送入无水氨精馏塔中部，被从下部供入的压力为 蒸汽精馏成为裸气，裸气经过压缩冷凝成为液氨。 1、磷酸槽 2、吸收塔 3、贫液冷却器 4、贫液换热器 5、蒸脱气 6、解吸塔 7、冷凝器给料槽 8、给料槽 9、精馏塔 10、冷凝器 11、氢氧 化钠槽 12、除焦油器 13、焦油槽 14、溶液槽 15、16、 17、 18、 19、离心泵 图 2弗萨姆脱氨工艺流程图 终冷脱萘工段 煤气在终冷塔内自下而上流动，与经隔板喷淋下来的冷却水流接触被冷却。煤气被冷至 25 30 ，部分水汽被冷凝下来，相当数量的萘从煤气析出并悬浮于水 16 中，煤气中萘含量由 2g/3g/至 含萘冷却水由塔底流出，经液封管导入焦油洗萘器底部，并向上流动。热焦油在筛板上均匀分布，通过筛孔向下流动，在油水逆流接触中萃取萘。含萘焦油由洗萘器下部排出，经液位调节器流入焦油储槽。每个焦油储槽循环使用 24h 后，加热静置脱水再送去焦油车间。洗萘器上部的水流入澄清槽，与焦油分离后去凉水架。焦油萘混合物去焦油储槽 。 煤焦油洗油脱苯工段 终冷后的煤气含粗苯含量 25g/40g/由吸收塔的下部 进入粗苯吸收塔，塔 顶 喷淋洗油，煤气自上而下流动， 在波纹丝网填料层中 煤气与洗油逆流接触，洗油吸收粗苯成为富苯洗油。 富苯洗油在吸收塔底流出来，外有一液位调节器调节塔内洗油持液量。 富油在再生塔中用水蒸气吹脱出其中的粗苯，再生为贫油，用循环泵返回吸收 塔循环利用。 1、终冷塔 2、液位调节器 3、冷却器 4、焦油槽 5、洗油槽 6、 7、 9、离心泵 8、洗苯塔 图 2终冷洗萘洗苯工艺流程图 17 3 物料衡算与热量衡算 为了进行设计的工艺衡算，焦炉煤气生产，按年工作日 300天，停产检修两个月为计算基准，根据生产规模，生产车间每日三班工作制，每天生产 5万立方米，在工艺衡算衡算主要参考资料为 12 设计规模： 50000m3/初冷工 段衡算 集气管衡算 每吨干煤产荒煤气 480中煤气占 75%，水煤气占 焦油与苯蒸汽占 (以上均为标况下 )焦炉煤气由碳化室经上升管进入集气管，在集气管里用75 循环氨水喷洒，温度由 650 800 降至 85 以下。本次设计采用上升管水套管冷却设计，控制煤气温度不超过 700 ，设计氨水喷洒量为 干煤。 18 每小时干馏焦煤质量为： m(干煤 )= 50000/480 = 104 (吨 ) 设计理论喷洒氨水量为： 水 )=104 573（ m3/h） 设计中氨水蒸发量 为 3%， 则需补加的循环氨水量为： = 573 3% = m/h 17.5(m/h) 需要补加氨水的流量， m/h； 循环氨水的流量， m/h； 氨水的蒸发率， %。 初冷器衡算 设计采用横管间接冷却方法，设置二段冷却管，一段将焦炉煤气冷却至 45，接下来的二段冷却中用 18的低温水冷却至 25。 表 3横管间冷器技术参数表 项目 横管型冷凝冷却器 工作温度 管外粗煤气 85 25 管内冷却水 18 40 允许压力 / 管外 内 流流动方式 垂直错流 流体流动速度 /(m 热系数 /(KJm -2h ) 一段冷却 837，二段冷却 418 查得 20， 典型焦炉煤气中各组分的比热如表 3来估算700 85 50000m3/h 50000m3/h 蒸发量 3% 水 /吨干煤 水 /吨干煤 （含焦油） 粗煤气 初冷煤气 19 工业设计中焦炉煤气的比热，以确定横管冷却水用量。 表 3 焦炉煤气中各组分的比热 组分 定压热容 /(kJ O 2 型焦炉煤气的热熔衡算： 气 )=2) (O) ( (2) ( ( (=9%+%+%+5%+ =kJ 其中甲烷以外的烃类，含量较低，热容又低于甲烷，为保证工程计算上的最大值，选用 容为基准。满足工程实际中关于混合物物性的工程计算， 考虑到了工程中极限数值，保证设计的安全。采用了经过大量实践经验检验过的安全系数，更加合理地保证设计、施工和日常生产中的问题。 查手册得， 20 ， 的比热为 kJ 度为 本设计中冷却水以此状态下为依据。 20 150.2 m3/h 18 h 85 45 25 40 150.2 m3/h 25 150.2 m3/h 一段冷却的热负荷为： (= 1 (= 50000 06 (kJ/h) 初冷煤气 水冷煤气 20 上式中 段冷却的热负荷， kJ/h； 标准状态下焦炉煤气的质量流量， kg/h； 标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； 1标准状态下焦炉煤气的密度， kg/段煤气入、出口温度， ； 一段冷却水用量： c p,2(2 (= 2 ( =06/40=m3/h)106 (m3/h) 上式中 标准状态下焦炉煤气的 质量流量， kg/h； 标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； 1标准状态下焦炉煤气的密度， kg/炉煤气入、出口温度， ； 二段冷却热负荷 ： c p,1(= 1 (=50000 45 =06（ kJ/h） 上式中 二段煤气入、出口温度， ； 二段冷却水用量： c p,2(2 (= 2 ( =06/25=m3/h)106 (m3/h) 上式中 标准状态下冷却水的质量流量， kg/h； 标准状态下冷却水的体积流量， m3/h； 2标准状态下冷却水的密度， kg/冷却水出、入口温度， ； 21 改良 脱硫工段衡 入塔气体中 量不超过 20g/量不超 过 2.5 g/化后气体中量不超过 0.5 g/量不超过 0.5 g/ 收液 2000 m3/h 2=0.5 g/4= 0.5 g/1=20 g/3=2.5 g/收富液 2000 m3/h 吸收塔中脱出 量： =1=50000(=975000 (g/h) n ( (=975000/34 =04(吸收塔中脱出 量： =3=50000(=05 (g/h) 以上各式中 标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； 、 吸收塔脱除 质量， g/h； 1、 2 吸收塔入口、出口 浓度， g/ 3、 4 吸收塔入口、出口 浓度， g/ 改良 脱出 反应机理： 22 106 34 吸收塔脱除 要的 量，可用下式计算： M( M(=975000106/34 =3039716 (g/h) 吸收塔脱除 要的 2 4 4 S m(2n (M(=204122 =06(g/h) ) + 22O = 4 2) 吸收塔脱除 要的 )的量 ： m()= n (M() =04414 =07 (g/h) 以上各式中 m( m() 吸收塔中脱出 要的)的质量， g/h； M ( M ( M () )的摩尔质量， g/ n ( 物质的量 ， 改良 脱出 反应机理 ： = 06 27 M ( M（ =100000106/27 =392593 (g/h) 23 整个反应阶段需要 量为： m(质量 = =392593+3039706 =343229906（ g/h） 设计吸收液流量为 200m3/h, 液的浓度为： 06/200=02 (g/溶液中的浓度为： 07/200=02 (g/查手册的改良 溶液标准得， 超过 18 g/l, 在 5 g/l,在 于溶液得要求实际 度比理论计算高很多。 弗萨姆脱氨工段衡算 入塔前煤 气中 度不超过 10g/经过磷酸吸收液的吸收， 出塔煤气中度不超过 50mg/为碱性气体与磷酸具有较强的结合能力，设计磷酸 入塔吸收液中氨与磷酸的分子摩尔比为 液中氨与磷酸摩尔比为 以高效的吸收煤气中的氨气，使之净化后的氨气含量能满足工业使用和作为热源气体，不产生大量的污染。 含 收液 400 m3/h 2=50 mg/1= 10g/ 含氨富液 吸收塔中脱出 ： m(= 1 24 =50000(=997500 (g/h) n( m(M(=997500/17 =04(h) 脱氨反应机理： 3 (际贫液中 量用下式计算： + n( ： n（ = 1 n（ = n(2 =204 =05 (h) 整个过程中消耗 m（ = n（ M （ =0596 =07 (g/h) 上面各式中 m( 吸收塔中脱出 量， g/h； m(m( 喷洒液中 量， g/h； 1、 2 吸收塔入口、出口 浓度， g/ M( M( 摩尔质量， g/ n( n( 物质的量， h； 设计液气比为 8l/吸收液喷洒量为： 00008=400（ m3/h） 吸收液中 度为 3 07/400000=28.7(g/l) 煤气终冷除萘工段衡算 脱氨后的焦炉煤气 ，含萘量不超过 1.5 g/终冷脱萘后煤气中含萘要求小于 0.5 g/终冷塔中煤气由 40 冷却到 25 ，冷却水由 20 升温到 25 。 冷却水 20 158 m3/h 25 2=2 g/1=40 g/ 25 158 m3/h 焦油洗油 含萘洗油 10 m3/h 10 m3/h 冷却水 终冷脱除萘的量为： m(萘 ) = 1=50000(=5104 (g/h) 设计焦油洗油的用量为 0.2 000 气 (标 )： qv=aq v=10 m3/h 冷却水用量： 1 ( 2 (500000168(40 100025=158 (m3/h) 上面各式中 m(萘 ) 终冷段脱除萘的质量， g/h； 焦油洗油流量， m3/h； 、 煤气、冷却水的流量， m3/h； 1、 2 煤气、冷却水的密度， kg/ 1、 2 吸收塔入口、出口 萘的浓度， g/粗苯回收工段衡算 终冷后的焦炉煤气含粗苯不超过 40 g/粗苯吸收塔内含苯 5%洗油与煤气逆流接触，洗油吸收粗苯成为含苯 2%的富油，塔后煤气中粗苯含量低于 2 g/ 26 128m3/h, 贫油 2= 2 g/1=40 g/油 % 送往吸收塔的洗油量根据下式求得： 10000(40(2% =08 (g/h) g/h) 上式中 洗油循环量， g/h； 贫油、富油中粗苯的质量分数， %； 标准状态下煤气体积流量， m3/h； 1、 2 洗苯塔入口、出口粗苯含量， g/ 工艺参数汇总 表 3回收前后的物质浓度变化 物质组分 回收前（ g/ 回收后（ g/ 氨 10 苯 40 2 20 本章小结 本设计中回收焦炉煤气中的各种有害物 质多采用吸收法，经物料衡算和热量衡算可知，吸收法突出优点是单元设备处理能力强，适合于工业化大生产。根据设计任务的要求，通过物料衡算求出各单元工段的物料流量，为下一章确定设备尺寸提 27 供依据。热量衡算实在物料衡算基础上进行的，利用已有物质的热力学数据，估算混合物的热力学数据，并进行适当的取值使之满足工业设计的要求。 4 主要设备设计及选型 设备工艺设计原则 在本设计中，所有设备工艺设计主要从以下两个角度考虑：一类是标准设备和定型设备，是成批成系列生产的设备，从厂家的产品目录或