化工毕业设计47×10 nmd 粗苯焦化厂回收 车间工艺设计

1、本科生毕业设计说明书题 目：4.7105 Nm3/d 粗苯焦化厂回收车间工艺设计学生姓名：学 号：专 业：化学工程与工艺班 级：指导教师：摘摘 要要本设计主要是对粗苯回收工段的各项参数进行设计及计算。从终冷工段来的的粗煤气经过洗苯塔，管式炉，再生器，脱苯塔等一系列设备后，得到净化后的煤气和循环所用的贫油。净化后的煤气主要是进入下一工段，还有部分供给管式炉,用于对于富油的加热；而再生后的贫油则用于整个系统的循环使用。粗苯回收工艺中最常用的方法是洗油吸收法，因为其工艺简单，经济可靠。同时，随着科学技术的发展和进步，粗苯工艺已得到很好的完善，洗油吸收法发展到现在，已经可以在常压下操作，而且其吸收率也

2、非常高，一般在 9395之间。本设计的粗煤气经终冷后进入洗苯塔，经过洗苯塔后，煤气得到净化，而贫油经过洗苯塔后变成富油，富油经管式炉加热，再生器再生，脱苯塔脱苯，后又可以在系统中进行循环。设计中主要是围绕物质的物料衡算，热量衡算等进行的，而设备的选型及工艺条件则可参照经验值。关键词：关键词：粗煤气；粗苯回收；富油；物料衡算；热量衡算AbstractThis design mainly for benzene recovery section of the design parameters and calculation.From the final cooling section to th

3、e gas through the washing of crude benzol,tube furnace,regenerator,benzene tower off after a series of major equipment,get purified gas and recycling used oil-poor .After purification the gas is mainly into the next steps,and some supply tube furnace for heating oil-rich This design mainly for benze

4、ne recovery section of the design parameters and calculation, through regenerated lean oil is recycled for the entire system.Crude Benzol recovery process most commonly used method is washing the oil absorption method,because process is simple,economical and reliable.Meanwhile,with the development a

5、nd progress of science and technology,benzene process has been very good sound,wash oil absorption of progress,already operating at atmospheric pressure,and its absorption rate is very high, generally 93%95%.The design of the crude gas by the end of the cold into the wash after benzol, benzol after

6、washing,the gas to purify the benzene tower lean after washing through into the oil-rich,oil-rich administered by the furnace heating the regenerator,off benzene tower removal of benzene,then it can loop in the system.Design is mainly around the material mass balance,heat balance,etc,while the equip

7、ment selection and process conditions may be the value of the light of experience. This design mainly for benzene recovery section of the design parameters and calculation.From the final cooling section to the gas through the washing of crude benzol,tube furnace,regenerator,benzene tower off after a

8、 series of major equipment,get purified gas and recycling used oil-poor .Key words: Crude gas; benzene recovery; oil-rich; material balance; heat balance前前 言言毕业设计的目的，是对四年学习成果的综合性总结和检阅。通过毕业设计可以将我们所学到的理论知识与工程实际过程紧密的结合起来。在指导教师的精心指导下将我们的四年所学运用于设计，通过这一过程检验我们掌握专业知识的程度以及分析问题和解决问题的综合能力。本设计的中心内容是焦炉煤气的粗苯回收，煤气

9、来自终冷工段，在脱苯之前煤气经历了脱萘、脱硫、脱氨等工艺过程。本设计只对粗苯回收工段做详细介绍，对其他工序就做不一一介绍了。粗苯回收具有极其重要的意义，除了达到净化煤气的目的以外，更重要的是，它可以回收有很高应用价值的苯族烃。本设计说明书共有六章。第一章是绪论，概括的介绍了粗苯回收的原因、目的和工艺的发展历程；介绍了粗苯回收的原理和工艺流程。第二章是操作和设计参数，罗列了本次设计任务书中用到的所有参数。第三章是主要设备的计算与选型。第四章是车间设备布置，主要叙述了布置原则并绘制了平面布置图。第五章是附属设备的选型，主要是泵、槽等设备的选型。第六章是粗苯回收工段对其它专业设计的一般要求。最后本设

10、计还附有物料流程图、工艺管道及仪表流程图、设备布置图、洗苯塔装配图和设备一览表，总共五张图纸。在本设计的设计过程中得到了赫文秀老师的精心指导，另外还有学校学院的大力支持，以及首钢焦化厂的鼎力相助。在此对他们表示衷心的感谢！编者2010 年 6 月目目 录录摘 要.IAbstract.II1.1 焦炉煤气粗苯回收的原因和目的.11.2 粗苯回收工段物料的组成和性质.11.3 粗苯回收.2从焦炉煤气中回收粗苯的方法.2吸收苯族烃的基本原理.3影响粗苯回收率的主要因素.3洗油性能要求.4富油脱苯原理.6富油脱苯的主要方法及优缺点.61.4 回收工艺的发展历程.71.5 粗苯回收工艺的比较.7用洗油吸

11、收煤气中的苯族烃.8富油脱苯.91.7 粗苯回收的意义.111.8 粗苯回收的发展.12新型高效填料及分布器在洗苯塔中的应用.12CJST 技术在脱苯塔中的应用.13第二章 操作及设计参数.142.1 设计任务.142.2 设计参数及技术要求.14第三章 主要设备计算及选型.173.1 洗苯塔.17物料衡算.17塔径的计算.24洗苯塔设计填料高度.26洗苯塔中主要接管管径的计算.263.2 管式炉.27管式炉的物料衡算.27管式炉的能量衡算.31管式炉的设备选型1.353.3 再生器.35再生器的物料衡算.35再生器塔径的计算及选型.373.4 脱苯塔.38脱苯塔的物料衡算.38塔板数的确定.

12、41脱苯塔塔径的计算.42脱苯塔塔高的确定.44侧线采出.453.5 油气换热器.45物料衡算.45热量横算.47设备选型.493.6 贫富油换热器.50物料衡算.50热量衡算.51设备选型.523.7 贫油冷却器.53一段贫油冷却器.53二段贫油冷却器.553.8 粗苯冷凝冷却器.56基本数据.56热量衡算.57设备选型.58第四章 车间布置设计.604.1 概述.604.2 工艺布置原则.604.3 粗苯回收工段的车间布置图.61第五章 附属设备选用.62第六章 粗苯回收工段对其它专业设计的一般要求.636.1 防火防爆等级.636.2 采暖通风专业.636.3 给排水专业.636.4 供

13、汽.636.5 电气专业.646.6 土建.64参考文献.65致 谢.66第一章第一章 绪论绪论炼煤焦时，约有 75变成焦炭，还有 25转变成多种化学产品和煤气。回收这些化学产品，既能综合利用煤炭资源，又能促进国民经济的发展。有的国家生产的焦化产品品种已达到 500 多种以上，中国也从焦炉煤气、粗苯和煤焦油中提炼出上百种产品。焦炉煤气的粗苯回收是指通过特定的化工工艺过程回收焦炉煤气中的苯族烃，以得到有应用价值的粗苯和洁净的煤气。苯族烃是炼焦煤在焦炉干馏过程中产生的，并随荒煤气逸出，粗苯是有机化学工业的重要原料，回收粗苯具有较高的经济效益。除此之外，苯族烃有毒，民用或工业用煤气中不能含有苯族烃，

14、故焦炉煤气的粗苯回收是煤气净化中必不可少的一步。1.11.1 焦炉煤气粗苯回收的原因和目的焦炉煤气粗苯回收的原因和目的粗苯，Benzene，淡黄色透明液体，危险等级：一级毒物，极度危险。易燃、易爆易中毒，是煤热解生成的粗煤气中的产物之一,是多种有机化合物的混合物，主要由纯苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等苯族烃所组成，粗苯是有机合成工业的基础原料，也是合成橡胶、合成纤维、合成染料的原材料。粗苯是一种复杂的半成品，通过精制工艺可生产纯苯、甲苯、二甲苯等。苯族烃泄漏于空气中很容易扩散,人和动物吸入或皮肤接触大量苯进入体内，会引起急性和慢性苯中毒。长期接触苯会对血液造成极大伤害，引起慢性中毒.引起神经衰弱综

15、合症。苯可以损害骨髓，使红血球、白细胞、血小板数量减少并使染色体畸变，从而导致白血病，甚至出现再生障碍性贫血。苯可以导致大量出血，从而抑制免疫系统的功用，使疾病有机可乘。有研究报告指出，苯在体内的潜伏期可长达 1215 年。吸入 20000ppm 的苯蒸气 510 分钟便会有致命危险。由此可见，焦炉煤气必须要进行粗苯回收工序。经过这一工序，既可以净化煤气，又可以得到有经济效益的粗苯。对于工厂来说，这也是有利的。1.21.2 粗苯回收工段物料的组成和性质粗苯回收工段物料的组成和性质粗苯主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃。此外，还含有不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶碱类。当用洗油回收

16、煤气中的苯族烃时，粗苯中尚含有少量的洗油轻质馏分。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的程度。 粗苯各组分的平均含量见表 1.1此外，粗苯中酚类的质量含量通常为 0.1%1.0%，吡啶碱类的质量含量一般不超过 0.5%。当硫酸铵工段从煤气中回收吡啶碱类时，则粗苯中吡啶碱类质量含量不超过 0.01%。表 1.1 粗苯各组分的平均含量组分分子式含量 /%苯C6H65580甲苯C6H5CH31122二甲苯C6H4(CH3)22.56三甲苯和乙基甲苯C6H3(CH3)3C2H5C6H4CH312粗苯的各主要组分均在 180前馏出，180后的馏出物称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和

17、计算产量时，通常将 180前的馏出量当作 100%来计算，故以其 180前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在 180前的馏出量取决于粗苯工段的工艺流程和操作制度。180前馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯的 180前馏出量为 93%95%。粗苯是黄色透明液体，比水轻，微溶于水。在贮存时，由于低沸点不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶解于粗苯中，使其着色变暗。粗苯易燃，闪点为 12。粗苯蒸气在空气中的体积浓度为 1.4%7.5%时，能形成爆炸性混合物。1.31.3 粗苯回收粗苯回收1.3.11.3.1 从焦炉煤气中回收粗苯的方法从焦炉煤气中回收粗苯的方法根据粗苯的特性，从

18、煤气中回收粗苯的方法主要有以下三种：(1) 洗油吸收法1吸收剂包括焦油洗油和石油洗油。洗油吸收又可分为煤气加压后吸收、低温吸收、常温常压吸收。低温吸收经济上最为合理，而常温常压下吸收成本最高。但其设备简单。我国目前均采用此法。(2) 深冷凝结法把煤气冷冻到 4050，从而使苯族烃冷冻成固体，将其从煤气中分离出来。不过此法我国尚未采用。(3)活性炭吸附法用活性炭等吸附剂吸收煤气中的粗苯，该法在我国用于研究工作和实验室分析工作方面较多。 1.3.21.3.2 吸收苯族烃的基本原理吸收苯族烃的基本原理洗油吸收煤气中粗苯蒸气的过程是物理吸收的过程，当煤气中粗苯蒸气的分压大于洗油表面上粗苯蒸气压时，煤气

19、中粗苯就进入洗油中被洗油吸收。而两者之间的差值就是吸收粗苯过程的推动力，故差值越大，则吸收过程进行的越容易，吸收的速率也越大。此外吸收过程的进行还与洗油和煤气的物理性质（黏度、密度等）及吸收过程的条件（温度、洗苯塔形式、气体流速和喷洒密度等）有关。1.3.31.3.3 影响粗苯回收率的主要因素影响粗苯回收率的主要因素煤气中粗苯在洗苯塔中被回收的程度称之回收率。回收率是评价洗苯操作的主要指标。影响回收率的因素有煤气和洗油中粗苯含量、煤气流速及压力、洗油的循环量及分子量、吸收操作温度、洗苯塔构造（对填料塔则为填料的表面积及特性层等） 。(1) 吸收温度吸收温度是指洗苯塔中煤气与洗油接触面上的平均温

20、度。它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度的影响。当煤气中粗苯含量一定时，温度越低，洗油中与其呈平衡的粗苯含量越高。温度提高，洗油中粗苯含量则明显降低。吸收温度不宜过高，但也不宜过低，低于 1015时洗油粘度将显著增加，这将使洗油用泵抽送困难，在塔内流动困难、塔内煤气阻力增大等。因此，最适宜的温度是 25，实际操作在 2530范围内波动。另外，洗油温度比煤气温度应略高一些，以防止煤气中的水蒸汽冷凝下来而进入洗油中，加重蒸馏设备的腐蚀，使洗油质量恶化。一般夏季洗油比煤气的温度应高 2左右，冬季应高 4左右。为保证适宜的吸收温度，煤气进入洗苯塔前，应在终冷塔内冷却至 1828，贫油温度低于 30。

21、(2) 洗油分子量及循环油量当其他条件一定时，洗油分子量越小，富油含苯量越高，即粗苯浓度增大，吸收的越好。因此，在回收的同等数量的粗苯的情况下，使用的循环洗油量可以相应减少。在其他条件不变的情况下，增加循环洗油量，可降低洗油中粗苯浓度，增加了气液间吸收的推动力，从而提高了粗苯回收率。但循环洗油量不宜过大，以免造成脱苯时汽、水消耗量增加。根据操作经验，一般洗油用量为最小理论量的 1.5 倍。(3) 贫油含苯量贫油含苯量是决定塔后煤气含苯量的主要因素之一，即当其他条件一定时，贫油中粗苯含量越高，则吸收苯后煤气中含苯越高，损失也越大，由于贫油中所含的粗苯大部分为二甲苯和溶剂油，这种粗苯的饱和蒸汽压仅

22、相当于一般粗苯饱和蒸汽压的 2030。故贫油一般要求塔后煤气中粗苯含量低于 2g/m3。(4) 吸收面积为使洗油充分吸收煤气中的粗苯，气液两相必须有一定的接触面积和接触时间。对填料塔而言，吸收面积即为吸收塔内填料表面积。接触时间就是在塔内洗油与煤气逆流接触，通过被淋湿的填料表面实现的。填料表面积越大，则两相接触时间越长，回收过程也就进行的越完全。(5) 煤气压力和流速增大煤气压力，扩散系统将随压力的增大而减小，因而使吸收系数降低。但虽煤气压力的增加，煤气中粗苯分压将成正比增加，使吸收推动力增加的很快，因而吸收速率也将增大。煤气流速增加，可提高吸收系数，增加了气液两相涡流接触程度，增大了吸苯塔的

23、生产能力，可强化吸收过程。但流速过大也是不行的，那样将会增加洗苯塔阻力和雾沫夹带量。对木格填料塔，空塔气速不高于载点气速的 0.8 倍为宜。1.3.41.3.4 洗油性能要求洗油性能要求为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) 常温下对苯烃族有良好的吸收能力，在加热时又能使苯烃族很好地分离出来；(2) 具有化学稳定性，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。焦化厂用于洗苯的洗油主要有焦油洗油和石油洗油。焦油洗油是高温煤焦油中 230300的馏

24、分，容易得到，为大多数焦化厂所采用。要求洗油的萘质量含量小于 13%，苊质量含量不大于 5%，以保证在1015时无固体沉淀物。萘因熔点较高，在常温下易析出固体结晶，因此，应控制其含量。但萘与苊、芴、氧芴及洗油中其它高沸点组分混合时，能生成熔点低于有关各组分的共熔点混合物。因此，在洗油中存在一定数量的萘，有助于降低从洗油中析出沉淀物的温度。洗油中甲基萘含量高，洗油黏度小，平均相对分子量小，吸苯能力较大。所以，在采用洗油脱萘工艺时，应防止甲基萘成分切出。洗油含酚高易与水形成乳化物，破坏洗苯操作。另外，酚的存在还易使洗油变稠。因此，应严格控制洗油中的含酚量。石油洗油系指轻柴油，为石油精馏时，在馏出汽

25、油和煤油后所切取的馏分。生产实践表明，用石油洗油洗苯，具有洗油耗量低、油水分离容易及操作简便等优点。石油洗油脱萘能力强，一般在洗苯塔后，可将煤气中萘脱至 0.15g/m3以下。但吸苯能力弱，故循环油量比用焦油洗油时大，因而脱苯蒸馏时的蒸汽耗量也大。石油洗油在循环使用过程中会形成不溶性物质油渣，并堵塞换热设备，因而破坏正常的加热制度。另外，含有油渣的洗油与水还会形成稳定的乳浊液，影响正常操作。故在洗苯流程中增设沉淀槽，控制含渣量不大于 20mg/l。洗油的质量在循环使用过程中将逐渐变坏，其密度、黏度和相对分子质量均会增大，300前馏出量降低。这是因为洗油在洗苯塔中吸收苯族烃的同时还吸收了一些不饱

26、和化合物，如环戊二烯、古马隆、茚和丁二烯等，这些不饱和化合物在煤气中硫醇等硫化物的作用下，会聚合成高分子聚合物并溶解在洗油中，因而使洗油质量变坏并析出沉淀物。此外，在循环使用过程中，洗油的部分轻质馏分被出塔煤气和粗苯带走，也会使洗油中高沸点组分含量增多，黏度、密度及平均相对分子质量增大。循环洗油的吸收能力比新洗油约下降 10%，为了保证循环洗油的质量，在生产过程中，必须对洗油进行再生处理。1.3.51.3.5 富油脱苯原理富油脱苯原理富油脱苯采用的是精馏原理，精馏是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（

27、轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏的重要特点。富油从塔上部流下的过程中与从塔釜上升的水蒸汽逆向接触，富油中的粗苯就挥发到蒸汽中随蒸汽一起上升到塔顶并随蒸汽蒸出。产生的粗苯蒸汽经过油气换热器、粗苯冷凝冷却器进行冷却，然后通过粗苯分离器分离出粗苯，其中一部分粗苯作为回流液由回流泵打回到脱苯塔顶部形成回流，剩余粗苯到下一工段进行

28、粗苯的精制。1.3.61.3.6 富油脱苯的主要方法及优缺点富油脱苯的主要方法及优缺点目前富油脱苯主要有两种方法，一是水蒸汽蒸馏法，二是减压蒸馏法。用蒸汽加热脱苯蒸馏流程，粗苯回收率可达 94%左右，贫油含苯可在 0.5%以下，塔后含苯可低于 2 g/m3，但其蒸汽耗量较高，每生产 1t（180前）前粗苯需耗 57t 蒸汽，且往往压力波动大，操作不稳定。管式炉加热富油回收粗苯比用蒸汽加热富油回收粗苯具有以下优点：(1) 粗苯回收率可提高到 95%97%，因为富油在管式炉内可加热至 180，贫油含萘可降至 0.1%。(2) 降低了蒸汽消耗，每生产 1t（180前）前的粗苯耗蒸汽 11.5t。(3

29、) 减少了废水量。蒸汽脱苯每小时每吨粗苯（180前）能产生 34t 废水，而管式炉每生产 1t（180前）粗苯生产废水一般在 1.5t 以下。(4) 不受蒸汽压力波动影响，操作稳定。特别是对于蒸汽供应不足的焦化厂，可使粗苯工段及时开工，正常生产。(5) 当设有脱萘装置时，可使循环洗油中含萘量降低，提高对煤气的吸萘能力，从而可降低煤气中萘含量。(6) 由于不同蒸汽塔体积显著减少，可以大大缩小蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸，从而降低钢材消耗和设备费用。1.41.4 回收工艺的发展历程回收工艺的发展历程焦炉煤气是大吨位能源资源和化工原料,充分利用对环境保护和经济发展有着重大作用。焦炉煤气回收粗苯是煤气净化

30、的工序之一。用洗油吸收或活性炭吸附等物理方法从焦炉煤气中回收粗苯。其中洗油吸收粗苯法应用广泛。焦炉煤气中粗苯含量一般为 3045g(苯族烃)/m3。粗苯是有机化学工业的重要原料，回收粗苯具有较高经济效益。洗油吸收粗苯法是德国人卡罗(H.Caro)在 1869 年发明的。第一次世界大战期间得到发展，已被各国普遍采用。洗油吸收粗苯工艺由洗油吸苯和富油脱苯工序组成。洗油吸苯是用洗油洗涤煤气吸收苯族烃，吸收了苯族烃的洗油称为富油。富油脱苯是用蒸汽蒸馏出溶解在富油中的苯族烃，因装置不同可以得到粗苯一种产品或轻苯和重苯两种产品，也可以得到轻苯、精重苯和萘溶剂油三种产品。富油脱苯后的洗油称为贫油，贫油送洗苯

31、工序循环使用。活性炭吸附粗苯法是德国人恩格尔哈特( Engel- hardt)在 1916 年开发的，1918 年应用于城市煤气厂，20 年代后在英国、法国、荷兰和日本等国的一些小型煤气厂相继采用。与洗油吸收法相比，活性炭吸附法设备投资少，动力消耗低，粗苯回收率高；但在运行过程中活性炭微孔容易被煤气中的焦油雾、萘、树脂化合物和元素硫等杂质堵塞，使吸附能力下降。活性炭价格昂贵，50 年代后工业上已很少采用。1.51.5 粗苯回收工艺的比较粗苯回收工艺的比较苯族烃是宝贵的化工原料，焦炉煤气一般含苯族烃 2540g/m3。因此，经过脱氨后的煤气需进行苯族烃的回收并提取粗苯。从焦炉煤气中回收苯族烃采用

32、的方法有洗油吸收法、活性炭吸附法和深冷凝结法。其中洗油吸收法工艺简单，经济可靠，因此得到广泛应用。洗油吸收法依据操作压力分为加压吸收法、常压吸收法和负压吸收法。加压吸收法的操作压力为 8001200kPa，此法可强化吸收过程，但增大了功耗，适于煤气远距离输送或作为合成氨厂的原料。常压吸收法的操作压力稍高于大气压，是各国普遍采用的方法。负压吸收法应用于全负压煤气净化系统。吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油。富油的脱苯按操作压力分为常压水蒸气蒸馏法和减压蒸馏法。按富油加热方式又分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉加热富油的脱苯法。预热器加热富油的脱苯法，富油加热温度较低，不利于蒸馏，要消耗大量蒸汽。各

33、国多采用管式炉加热富油的常压水蒸气蒸馏法。管式炉加热富油的脱苯法是利用管式炉用煤气间接加热富油，使其温度达到180190后进入脱苯塔。该法由于富油预热温度高，与预热器加热富油的脱苯法相比具有以下优点：脱苯程度高，贫油中苯质量含量可达 0.1%左右，粗苯回收率高；蒸汽耗量低，每生产 1t 粗苯为 11.5t，仅为预热器加热富油脱苯蒸汽耗量的 1/3；产生的污水量少；蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸小。因此，各国广泛采用管式炉加热富油的脱苯工艺。本设计采用洗油常压吸收法回收煤气中的苯族烃和管式炉加热富油的水蒸气蒸馏法的脱苯工艺。1.61.6 本设计采用工艺的特点本设计采用工艺的特点煤气回收粗苯最常用的方法

34、是洗油吸收法。为达到 9096的回收率，采用多段逆流吸收法。吸收温度不高于 2530。终冷后的煤气含粗苯2540g/m3， 进入粗苯吸收塔，塔上喷淋洗油，煤气自下而上流动，煤气与洗油逆流接触，洗油吸收粗苯成为富苯洗油，富油脱掉吸收的粗苯，称为贫油，贫油在洗苯塔吸收粗苯又成为富油。富油含苯 22.5，贫油含苯 0.20.4。富油脱苯合适的方法是采用水蒸气蒸馏法。富油换热预热到 135140，采用管式炉加热富油到 180190再入脱苯塔。塔底通入水蒸气，常用压力为0.50.6Mpa。1.6.11.6.1 用洗油吸收煤气中的苯族烃用洗油吸收煤气中的苯族烃1.6.1.11.6.1.1 吸收苯族烃的基本

35、原理吸收苯族烃的基本原理洗油吸收煤气中粗苯蒸汽的过程是物理吸收过程，当煤气中粗苯蒸汽的分压大于洗油表面上粗苯蒸汽压时，煤气中的粗苯就被洗油吸收。而两者之间的差值就是吸收粗苯过程的推动力，故差值越大，则吸收过程进行的越容易，吸收的速率也越快。此外吸收过程的进行还与洗油和煤气的物理性质（黏度、密度等）及吸收过程的条件（温度、洗苯塔形式、气体流速和喷洒密度等）有关。1.6.1.21.6.1.2 吸收苯族烃的工艺流程吸收苯族烃的工艺流程用洗油吸收煤气中的苯族烃所采用的洗苯塔虽有多种型式，但工艺流程基本相同。填料塔吸收苯族烃的工艺流程如下所述。 煤气经最终冷却器冷却到 2527后，依次通过两个洗苯塔，塔

36、后煤气中苯族烃含量一般为 2g/m3。温度为 2730的脱苯洗油（贫油）用泵送至洗苯塔的顶部，与煤气逆向沿着填料向下喷洒，然后经过油封流入塔底接受槽，由此用泵送至下一个洗苯塔。按煤气流向第一个洗苯塔底流出的含苯质量含量约 2.5%的富油送至脱苯装置。脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。1.6.1.31.6.1.3 影响苯族烃吸收的因素影响苯族烃吸收的因素1. 吸收温度： 吸收温度是通过吸收系数和吸收推动力的变化而影响粗苯回收率的。提高吸收温度，可使吸收系数略有增加，但不显著，而吸收推动力却显著减小。故吸收温度不宜过高，适宜温度为 25。2. 洗油的分子量及循环量： 吸收剂与溶质的分子量越

37、接近，则吸收得越完全，但洗油分子量也不宜过小，如果过小，增大了分离难度。增加洗油循环量，可降低洗油中粗苯含量，从而提高粗苯回收率，但循环量不宜过大，如果循环量过大则会增加功耗。3. 贫油含苯量： 0.20.4%4. 吸收面积： 增大吸收塔内气液两相的接触表面积有利于粗苯吸收。1.6.21.6.2 富油脱苯富油脱苯 1.6.2.11.6.2.1 富油脱苯原理富油脱苯原理利用洗油吸收焦炉煤气当中的苯变为富油，再对富油进行加热升温达到180190，并在脱苯塔中进行蒸馏，将富油当中的苯提炼出来变为产品；此时，富油又变为贫油，经过换热降温达到 26，再返回去吸收煤气当中的苯，如此循环往复。由下层塔板上升

38、的气体进入塔板板孔，气体经板孔缩流加速将液体提升，液体在拉膜、破碎，气液产生强烈混合后喷射分离。液滴落回塔盘上液层中，气体升入上一层塔板。气体将液体拉膜、破坏并打碎，该过程属气液接触的初级阶段；气液剧烈混合、湍动、撞击后气膜和液膜多次迅速更新为气液接触提供较大的接触面积，最后完成气液分离。这也是极为重要的传质阶段。1.6.2.21.6.2.2 富油脱苯工艺流程富油脱苯工艺流程来自洗苯工序的富油依次与脱苯塔顶的油气和水汽混合物、脱苯塔底排出的热贫油换热后温度达 110130进入脱水塔。脱水后的富油经管式炉加热至180190进入脱苯塔。脱苯塔顶逸出的 9093的粗苯蒸气与富油换热后温度降到 73左

39、右进入冷凝冷却器，冷凝液进入油水分离器。分离出水后的粗苯流入回流槽，部分粗苯送至脱苯塔塔顶作为回流，其余作为产品采出。脱苯塔底部排出的热贫油经贫富油换热器进入热贫油槽，再用泵送贫油冷却器冷却至 2530后去洗苯工序循环使用。脱水塔顶逸出的含有萘和洗油的蒸汽进入脱苯塔精馏段下部。在脱苯塔精馏段切取萘油。脱苯塔用的直接蒸汽是经管式炉加热至400450后经由再生器进入的，以保持再生器顶部温度高于脱苯塔底部温度。为了保持循环洗油质量，将循环油量的 1.0%1.5%由富油入塔前的管路引入再生器进行再生。在此用蒸汽间接将洗油加热至 160180，并用蒸汽直接蒸吹，其中大部分洗油被蒸发并随直接蒸汽进入脱苯塔

40、底部。残留于再生器底部的残渣油，靠设备内部的压力间歇或连续地排至残渣油槽。残渣油中 300前的馏出量要求低于 40%。洗油再生器的操作对洗油耗量有较大影响。在洗苯塔捕雾及再生器操作正常时，每生产 1t 180前粗苯的焦油洗油耗量可在 100kg 以下。1.6.2.31.6.2.3 富油脱苯工艺影响因素富油脱苯工艺影响因素1富油脱苯采用一般的蒸馏方法，欲达到要求的脱苯程度，须将洗油加热到250300。为了降低脱苯蒸馏的温度，多采用水蒸气蒸馏法。该法直接蒸汽用量对于脱苯蒸馏操作有重要的影响。1. 富油预热温度与直接蒸汽耗量的关系当贫油含苯量一定时，直接蒸汽耗量随富油预热温度的升高而减少，当富油预热

41、温度由 140提高到 180时，直接蒸汽耗量可降低一半以上。2. 直接蒸汽温度与蒸汽耗量的关系：提高直接蒸汽过热温度，可降低直接蒸汽耗量。因此，将低压蒸汽在管式炉对流段过热到 400，不但可减少直接蒸汽耗量，而且能改善再生器的操作，保证再生器残渣油合格。3. 富油含苯量与直接蒸汽耗量的关系当富油中粗苯含量高时，在一定的预热温度下，由于粗苯的蒸气分压 Pb 较大，则可减少直接蒸汽耗量。4. 贫油含苯量与直接蒸汽耗量的关系在同一富油预热温度下，欲使贫油含苯量降低，则直接蒸汽耗量将显著增加。5. 脱苯塔内总压与直接蒸汽耗量的关系当其他条件不变时，蒸汽耗量将随着塔内总压的提高而增加。否则，要达到要求的

42、脱苯程度，塔内操作温度必须提高。在正常操作情况下，富油中粗苯含量及脱苯塔内的总压基本是稳定的。所以，富油预热温度及直接蒸汽温度是影响直接蒸汽耗量的主要因素。1.71.7 粗苯回收的意义粗苯回收的意义粗苯是焦炭生产过程中的副产品，其产率占原料用煤的 11.5%，分为加工用粗苯和溶剂用粗苯两大类，主要成分为苯及其同系物。目前采用吸收法从炼焦过程中的焦炉煤气中吸收粗苯，粗苯产量与炼焦煤中的组分、炼焦条件、焦炉气回收率、吸收剂等相关，通过分离、精制加工可得轻苯、重苯、精苯、甲苯、二甲苯和噻吩等产品。我国的粗苯资源极为丰富，约占苯总产量的 40%50%，由于钢铁工业的兴起，焦炭产量急增。目前，据不完全统

43、计，我国机焦产量在 25000 万 t/a，扣除部分机焦生产厂未投产的洗苯和苯回收蒸馏装置，我国粗苯的产量大约在 250 万 t/a左右。国内粗苯加工工艺自从苏联引进以来至今也有了很大发展,建国初期，粗苯精制加工是采用间歇式蒸馏法，蒸馏出的各馏份用间歇式硫酸洗涤。20 世纪50 年代末，引进粗苯精制连续蒸馏生产工艺，后来又对生产工艺进一步改进，将间歇洗涤改为连续硫酸洗涤，成为粗苯精制酸洗法生产的主要工艺。20 世纪 80年代，粗苯精制加工引进了苯加氢法生产工艺，加氢法生产的产品质量高，环境保护比较好，耗能低，经济效益也好。国内目前粗苯大部分由酸洗精制苯工艺进行加工，少量由加氢精制加工处理。酸洗

44、精制粗苯的加工能力为 120 万 t/a，加氢精制粗苯的处理能力为 15 万 t/a。因而还有 100 万 t/a 的粗苯富余量有待加工，所以国内很多厂在立项或准备建设粗苯精制装置。从以上可以看出，粗苯很有应用价值，是很有挖掘潜力和开发意义的一种物料。它是一种重要的化工原料，可用于生产染料、医药、消毒剂、炸药和人造纤维等，粗苯加工的产品在国民经济中占有重要地位，因此，工业发达国家对粗苯的深度加工利用十分重视。世界粗苯加工能力基本保持稳定，但粗苯加工利用的潜力还是较大的。国外粗苯加工都实现了加工集中化和大型化，并且不断进行新工艺、新产品的研究开发工作。其主要研究方向是努力扩大产品品种、提高产品质

45、量等级、节约能源和保护环境。许多公司都积极提高粗苯产品的加工深度，不断调整产品结构，生产精细化工中间体及最终产品，做到产品多样化，专用化和系列化，并力求以各自的特色产品在浩瀚的精细化工产品市场中独据一席。原联邦德国是世界上最早利用粗苯的国家之一，采取了一系列措拖，如建立大型装置，集中加工；提高分离水平，扩大产品品种；开展深度加工，提高利用率，重视应用研究，开辟产品新用途；采用微型计算机，实现自动化控制等，促进了粗苯加工的技术进步,提高了合理利用效果。随着粗苯产量增长，下游需求量也在不断的增长。其主要原因是：粗苯加工后得到的纯苯、甲苯、二甲苯完全替代了石油精苯、甲苯、二甲苯，且生产成本又比较低，

46、因此粗苯市场价格呈现逐年上涨趋势，从 2004 年开始，随着化工行业新一轮的上升周期，国际石油价格猛涨，国内能源价格不断攀升，截至到 2008年 5 月，粗苯的市场价格保持在 55005700 元/吨之间。因此，粗苯的回收具有越来越重大的意义。另外，如果不进行粗苯回收，那么这种有用的化工原料将成为一种危害性极大的毒物，它会严重的污染环境，污染空气、土壤、水源等人类赖以生存的生存条件，危害人类和其他生物的健康甚至生命。1.81.8 粗苯回收的发展粗苯回收的发展虽然焦炉煤气粗苯回收工艺已经很成熟了，但是随着科学技术的不断进步，粗苯回收工艺改进和发展的。例如一些新技术运用到粗苯回收工艺中，可以得到很

47、好的效果。1.8.11.8.1 新型高效填料及分布器在洗苯塔中的应用新型高效填料及分布器在洗苯塔中的应用1. 在塔的上部安装 12 层径向侧导喷射塔板 CJST。利用了塔板的持液时间较填料长，而洗苯塔又属于小液气比操作，该塔板弥补了填料因喷淋密度小而造成效率低的不足。在洗苯塔上部，吸收推动力变小，塔盘的效率更加明显。同时利用塔盘喷射罩体的特殊结构可减小气体对洗油的夹带。2. 填料选用 CJ-125YZ 型孔板波纹填料。该种填料具有传质效率高、通量大、阻力小等特点。3. 对液体分布器和再分布器的改进。塔顶安装的 CJ-槽式液体分布器为二级槽式，能够把管道输送来的洗油通过一级槽均衡分布进入若干个二

48、级槽，再由二级槽底部的均布喷淋孔把液体均匀分布，二级槽之间有液体平衡管连通以保证各槽之间液面平衡，使得每个喷淋孔流量相等，其分布效果远优于喷头式或管淋式分布器。两段填料间的 CJ-槽盘式液体分布器，能将上方填料落下的液体全部收集，又能对液体、气体进行均匀再分布。4. 塔顶部安装的不锈钢板波纹除沫器，除雾效率达 90%以上，能够很好地解决出塔煤气带洗油的问题。由于煤气中的萘的存在，会造成除沫器堵塞。为此，在除沫器上方设计了分块式喷淋洗涤装置，使塔后煤气带液量减少 73%。1.8.21.8.2 CJSTCJST 技术在脱苯塔中的应用技术在脱苯塔中的应用脱苯是利用脱苯塔将洗苯后富油中的粗苯组分分离出

49、来。目前，我国许多脱苯塔仍沿用铸铁泡罩塔，这种塔板效率低而且还要建造相应的混凝土框架平台，设备庞大。存在的主要问题是蒸汽耗量高，贫油含苯高，粗苯收率低。CJST 技术在旧塔扩容改造和新塔设计中应用，不仅设备投资大大降低，制作安装工期缩短，而且提高了产品收率和产品质量，还降低了蒸汽消耗。CJST 塔板的主要特点有：1. 传质效率高、传质空间利用率高。据实验测试和工业应用比较，CJST 的传质效率比目前各种浮阀塔板高出 10%以上。2. 处理能力大。由于泡罩的特殊结构，气体离开泡罩呈水平或向下方向喷出，这拉大了气液分离的空间和时间，使气体雾沫夹带的可能性大为降低，塔板的开孔率可大幅提高，一般可达

50、20%30%。而在开孔率相同时可允许操作气速比一般塔板高出 1.52.0 倍，塔的处理能力比浮阀塔板高 50%以上。3. 抗结垢、防堵塞性能好。由于板孔较大且无活动部件，一般不易被较脏或粘性物料堵塞。另外，气液是在喷射状态下离开泡罩的，气速较高，对罩孔本身有较强的自冲洗能力。4. 操作压力降低。CJST 塔板气体并不穿过板上液层，只需克服被气体提升的那部分液体的重力，所以造成的压降要小, CJST 塔板压降在低负荷时与 F1 型浮阀相当，高负荷时比 F1 浮阀低 20%30%。5. 操作弹性好，比浮阀塔还要大。板上液面梯度小，液面横向混合均匀。由以上叙述可以看出，粗苯是重要的有机化工原料，回收

51、粗苯具有极其重要的意义，且具有较高的经济效益。本设计说明书将详细介绍洗油常压吸收法回收苯族烃和管式炉加热富油的水蒸气蒸馏法脱苯工艺的工艺计算。第二章第二章 操作及设计参数操作及设计参数2.12.1 设计任务设计任务4.7105 Nm3/d 粗苯焦化厂回收车间工艺设计2.22.2 设计参数及技术要求设计参数及技术要求全年工作日： 330 日1.物性数据煤气的分子量： 10.18煤气热值： 4250kcal/Nm3焦油洗油的分子量： 160焦油洗油密度（20）： 1.041.07g/ml180前粗苯馏出量： 93%粘度： 1.50E含酚： 0.5%富油含萘量： 5%富油含水量： 1%萘油含萘： 5

52、0%煤气中的粗苯的成分：表 2.1 粗苯的组成组成重量分数（%）分子量苯7678甲苯1592二甲苯4106溶剂油51202.洗苯塔粗煤气入洗苯塔温度： 25粗煤气出洗苯塔温度： 30入洗苯塔粗煤气粗苯含量： 3040g/ Nm3出洗苯塔粗煤气粗苯含量： 2g/ Nm3自脱苯塔来贫油温度： 2527自脱苯塔来贫油含苯量： 0.20.4%洗苯塔后富油含苯量： 2.5%粗煤气入洗苯塔压力（表压）： 1000mmH2O粗煤气出洗苯塔压力（表压）： 700mmH2O洗苯塔粗气空塔气速： 0.91.2m/s25时煤气中水汽含量： 26g/ Nm33.管式炉 管式炉入口富油温度： 110130管式炉出口富油

53、温度： 180190管式炉出口油气压力（表压）： 1.6kg/cm2蒸馏用的直接蒸汽消耗量与产生量关系： 1.5 倍入管式炉对流的低压蒸汽压力： 4kg/cm2入管式炉直接蒸汽温度： 250出管式炉直接蒸汽温度： 400450出管式炉过热蒸汽主管压力（表压）： 2.5kg/cm2入管式炉粗煤气压力（表压）： 250mmH2O4. 再生器再生器底部温度： 200再生器顶部温度： 180再生器顶部压力（表压）： 0.5kg/cm2再生器处理油量占循环洗油量： 1.01.5%再生器空塔气速： 0.5m/s5. 脱苯塔脱苯塔塔板效率： 0.20.7入脱苯塔直接蒸汽量： 1.5t/t180前粗苯脱苯塔的

54、回流比： 23脱苯塔的板间距： 400600mm富油泵出口压力（表压）： 0.9Mpa贫油泵出口压力（表压）： 0.6Mpa回流泵泵出口压力（表压）： 0.5Mpa脱苯塔底部压力（表压）： 0.4kg/cm2脱苯塔顶部油气温度： 9093脱苯塔底部油气温度： 170180萘油切取测线温度： 1251356. 换热器粗苯冷凝冷却器后粗苯温度： 2030粗苯冷凝冷却器传热系数： 250350 kcal/Nm3.h低温上水温度： 18低温下水温度： 25贫油冷凝冷却器传热系数： 100200 kcal/Nm3.h一段贫油冷凝冷却器后贫油温度： 4050二段贫油冷凝冷却器后贫油温度： 2527冷却循环

55、上水温度： 32冷却循环下水温度： 45出油气换热器的富油温度： 6080油气换热器传热系数： 150200kcal/m2.h.贫富油换热器富油出口温度： 110130贫富油换热器贫油进口温度： 170180贫富油换热器贫油出口温度： 120贫富油换热器传热系数: 150kcal/Nm3.h第三章第三章 主要设备计算及选型主要设备计算及选型3.13.1 洗苯塔洗苯塔焦化厂采用的洗苯塔类型主要有填料塔、板式塔和空喷塔。填料洗苯塔是应用较早较广的一种塔。塔内填料可用木格、钢板网、金属螺旋、泰勒花环、鲍尔环及鞍形填料等。 物料衡算物料衡算粗煤气处理量： 4.7105 Nm3/d全年工作日： 330

56、日原始数据：粗煤气入洗苯塔温： 25 粗煤气出洗苯塔温度： 30入洗苯塔粗煤气含苯量： 3040g/Nm3（本设计取35g/Nm3）出洗苯塔粗煤气含苯量： 2g/Nm3（本设计取 1.8g/Nm3）自脱苯塔来的贫油温度： 2527 自脱苯塔来的贫油含苯量： 0.2%0.4%洗苯塔后的富油含苯量： 2.5%粗煤气入洗苯塔压力（表压）： 1000mmH2O粗煤气出洗苯塔压力（表压）： 700mmH2O洗苯塔粗煤气空塔气速： 0.91.2m/s焦油洗油的分子量： 16025时煤气中水汽含量： 26 g/Nm31. 入洗苯塔的粗煤气量入洗苯塔粗煤气量：=19583 Nm3/h54.7 1024经硫铵工

57、段的粗煤气中主要成分是煤气、粗苯和水蒸汽。煤气中的粗苯在洗苯塔内的回收率： 211aa 式中 ，洗苯塔入口煤气和出口煤气中粗苯的含量，=36 g/Nm31a2a1a=1.8g/Nm3。2a故， =95.0%1.8136 入洗苯塔粗煤气中的粗苯量：=685.4kg/h319583 35 10入洗苯塔粗煤气中水蒸汽含量： =509.20kg/h319583 26 10=28.29kmol/h=633.70 Nm3/h 表 3.1.1 气中的粗苯的成分 Mb=82.18 ，则1007615457892106120组成重量分数（%）分子量苯7678甲苯1592二甲苯4106溶剂油5120粗煤气含粗苯的

58、摩尔量： kmol/h685.4= 8.3482.18粗煤气含粗苯的体积量： 8.3422.4 =186.62 Nm3/h粗煤气含煤气的量： 19583-633.70-186.82=18762.48 Nm3/h=837.61 kmol/h煤气的分子量为 10.181，则煤气的质量流量为：837.6110.18=8526.87 kg/h2. 出洗苯塔的粗煤气量出洗苯塔粗煤气中的煤气量和水蒸气量可以看作不发生变化，此时仅有粗煤气中的粗苯含量改变。粗煤气经洗苯塔被吸收的粗苯量：=651.13 kg/h685.4 95.0%出洗苯塔煤气中的苯含量：685.4-651.13 =34.27kg/h=0.4

59、2kmol/h=9.41Nm3/h表 3.1.2 洗苯塔的粗煤气量组分 kg/h kmol/h Nm3/h煤气 8526.87 837.61 18762.48粗苯 685.4 8.34 186.82水蒸气 509.2 28.29 633.70合计 9721.47 874.24 19583 表 出洗苯塔的粗煤气量组分 kg/h kmol/h Nm3/h煤气 8526.87 837.61 18762.48粗苯 34.27 0.42 9.41水蒸气 509.2 28.29 633.70合计 9070.34 866.32 19405.59对于实际条件下的气体满足： 111P=TV000PTV式中 P1

60、，V1，T1气体任意状态下的压力，体积，温度；P0，V0，T0气体标准状态下的压力，体积，温度。塔前：m3/h001110PVTV =PT=103332732519583=19490.1110333 1000273塔后：m3/h002220PVT10333273+30V =19045.59= 20171.57PT10333+700273煤气在塔内的平均流量： m3/h12V+V19490.1120171.57=19830.8422V1. 由设计任务书可知，富油含苯量为 2.5%。2. 煤气实际含苯量： 塔前： g/m31685.4 1000= 35.1719490.11a塔后： 1.70 g/