第二章 煤气的初冷和焦油氨水的分离

1、煤气初冷和煤焦煤气初冷和煤焦油氨水的分离油氨水的分离第二章第二章煤气初冷和煤焦油氨水的分离煤气初冷和煤焦油氨水的分离复习提问：什么是炼焦化学？复习提问：什么是炼焦化学？ 复习提问：复习提问：荒煤气的主要成分有哪些？荒煤气的主要成分有哪些？ 以煤为原料，经高温干馏获得焦炭和荒煤以煤为原料，经高温干馏获得焦炭和荒煤气，并用经济合理的方法将荒煤气分离和气，并用经济合理的方法将荒煤气分离和精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。 水蒸气、水蒸气、 氨及吡啶盐基、氨及吡啶盐基、 硫化氢和氰化氢、硫化氢和氰化氢、 苯族烃、苯族烃、 煤焦油、煤焦油、 净焦炉煤气净焦炉煤气

2、 煤气初冷和煤焦油氨水的分离煤气初冷和煤焦油氨水的分离粗粗煤煤气气初初冷冷器器气气液液分分离离器器电电捕捕焦焦油油器器鼓鼓风风机机脱脱硫硫塔塔饱饱和和器器终终冷冷塔塔洗洗苯苯塔塔净净煤煤气气6507508085203050左右左右正压操作焦炉煤气处理系统正压操作焦炉煤气处理系统煤气初冷和煤焦油氨水的分离煤气初冷和煤焦油氨水的分离第二章第二章煤气的初步冷却煤气的初步冷却 煤焦油氨水的分离煤焦油氨水的分离 在集气管内冷却在集气管内冷却在初冷器中冷却在初冷器中冷却第一节第一节 第二节第二节 第三节第三节 第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却一、煤气在集气管内的冷却机理一、煤气在集气

3、管内的冷却机理75左右的循环氨水喷洒煤气左右的循环氨水喷洒煤气图图2-1 上升管、桥管和集气管上升管、桥管和集气管1集气管；集气管； 2氨水喷嘴；氨水喷嘴； 3无烟装煤用蒸汽入口；无烟装煤用蒸汽入口；4桥管；桥管； 5上升管盖；上升管盖； 6水封阀翻板；水封阀翻板； 7上升管上升管图图2-2 桥管桥管 第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却传热传热（温差）（温差）平衡时平衡时煤气与氨水温度相等煤气与氨水温度相等 传质传质（压差）（压差）平衡时平衡时氨水最终温度下的饱和蒸汽压氨水最终温度下的饱和蒸汽压与煤气中水汽分压相等与煤气中水汽分压相等总结总结煤气在集气管中的冷却过程，主要是

4、煤气在集气管中的冷却过程，主要是降温降温、增湿增湿及及初步净化初步净化过程。过程。露点温度露点温度 氨水的饱和蒸汽压氨水的饱和蒸汽压 煤气中水汽分压煤气中水汽分压 煤气温度煤气温度 氨水温度氨水温度 第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却 为什么煤气温度急剧降低为什么煤气温度急剧降低 而氨水温升却不多？而氨水温升却不多？ 思考思考 煤气放热：煤气放热：Q1=m1Cp1(T1-T2)氨水吸热：氨水吸热：Q2= m2Cp2(t2-t1)+m3因因Cp2 Cp1，Q1=Q2所以所以 (T1-T2) (t2-t1)第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却二、煤气在集气管内

5、冷却的技术要求二、煤气在集气管内冷却的技术要求1、用、用7278的氨水而不用冷水喷洒的氨水而不用冷水喷洒 2、焦炉形式不同，所需循环氨水量不同、焦炉形式不同，所需循环氨水量不同 3、经常对设备进行清扫、经常对设备进行清扫 （原因）（原因） 第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却三、循环氨水量的计算三、循环氨水量的计算 1、某厂实际生产数据、某厂实际生产数据（1） 产品产率，产品产率，(占干煤质量占干煤质量) 焦炉煤气焦炉煤气 15.80 化合水化合水 2.0 煤焦油煤焦油 4.0 粗苯粗苯 1.1 氨氨 0.3 硫化氢硫化氢 0.3 焦炭焦炭 76.5 总计总计 100.0 （

6、2） 操作指标操作指标 冷凝焦油量占总焦油量，冷凝焦油量占总焦油量， 60 进入集气管的煤气温度，进入集气管的煤气温度， 650 离开集气管的煤气温度，离开集气管的煤气温度， 82 进入集气管的循环氨水温度，进入集气管的循环氨水温度， 75 离开集气管的循环氨水温度，离开集气管的循环氨水温度， 78 标准状态下的煤气密度，标准状态下的煤气密度，kg/m3 0.465 集气管内压强（绝压），集气管内压强（绝压），Pa 1.013105配合煤水分按每配合煤水分按每100Kg湿煤含水湿煤含水8Kg计算。计算。第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却 （3） 热量分配情况，热量分配情况，

7、%(占总放出热量占总放出热量) 氨水蒸发所吸收的热量氨水蒸发所吸收的热量 75 氨水升温所吸收的热量氨水升温所吸收的热量 15 集气管的散热损失集气管的散热损失 10 （4）各种组分在）各种组分在82650之间的平均比热容之间的平均比热容(由有关图表查到由有关图表查到) 焦炉煤气，焦炉煤气，kJ/(m3) 1.591 水汽，水汽，kJ/(kg ) 2.010 苯族烃，苯族烃，kJ/(kg ) 1.842 氨，氨，kJ/(kg ) 2.613 硫化氢，硫化氢，kJ/(kg ) l.147 焦油蒸汽，焦油蒸汽，kJ/(kg ) 2.094 82时焦油平均汽化潜热，时焦油平均汽化潜热，kJ/kg 3

8、30.8 水在水在82时的汽化潜热，时的汽化潜热，kJ/kg 2303.3Q=煤气放出显热煤气放出显热+水汽放出显热水汽放出显热+煤焦油放出显热和冷凝热煤焦油放出显热和冷凝热+苯族烃放出显热苯族烃放出显热+氨放出显热氨放出显热+硫化氢放出显热硫化氢放出显热第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却2、循环氨水量的计算、循环氨水量的计算 以以1t干煤作计算基准：干煤作计算基准： 煤气在集气管内冷却时放出的总热量：煤气在集气管内冷却时放出的总热量：先计算放热先计算放热第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却煤气放出的显热煤气放出的显热(KJ) 煤焦油气放出的显热煤焦油气放

9、出的显热(KJ ) 1000*0.04*2.094*(650-82)=47564 307060)82650(465.0591.1158.01000 煤煤焦油气放出的冷凝热焦油气放出的冷凝热(KJ ) 1000*0.04*0.6*330.8=7939水汽放出的显热水汽放出的显热(kJ) 1000*0.107*2.010*(650-82)=122160苯族烃放出的显热苯族烃放出的显热(kJ)1000*0.011*1.842* (650-82)=11509 第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却 氨放出的显热氨放出的显热(kJ)1000*0.003*2.613*(650-82)=44

10、53硫化氢放出的显热硫化氢放出的显热(kJ)1000*0.003*1.147*(650-82)=1954则放出的总热量为：则放出的总热量为： Q=307060+47564+7939+122160+11509+4453+1954=502639kJ 因因Q1=0.75Q，所以，所以蒸发水量蒸发水量为：为： m1=Q1/2303.9=0.75*502639/2303.9=164J 因因Q2=0.15Q，则，则循环氨水量循环氨水量为：为： m2=Q2/4.187*(78-75)=0.15*502639*/4.187*(78-75)=6002kJ 所以，所以，循环氨水总量循环氨水总量为：为：164+60

11、02=6166kg热量分配热量分配 根据热平衡，放热根据热平衡，放热=吸热，即：吸热，即：Q=Q1+Q2+Q3=502939KJ由由Q1=m1得氨水蒸发的水量得氨水蒸发的水量m1由由Q2=m2Cp2t得未蒸发的循环氨水量得未蒸发的循环氨水量m2则循环氨水总量为则循环氨水总量为m1+m2第一节第一节 煤气在集气管内的冷却煤气在集气管内的冷却第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却复习提问：煤气在集气管内的冷却机理？复习提问：煤气在集气管内的冷却机理？ 复习提问：煤气在复习提问：煤气在集气管内冷却为何用集气管内冷却为何用7575左右的氨水而不用冷水喷洒左右的氨水而不用冷水喷洒？ 煤气和氨

12、水之间存在温差而发生传热现象，使煤气温度煤气和氨水之间存在温差而发生传热现象，使煤气温度降低；氨水的饱和蒸汽压和煤气中水蒸气分压之间存在降低；氨水的饱和蒸汽压和煤气中水蒸气分压之间存在压差而发生传质现象，氨水中的水部分蒸发向煤气中扩压差而发生传质现象，氨水中的水部分蒸发向煤气中扩散，使煤气增湿；并且煤气在降温过程中，有散，使煤气增湿；并且煤气在降温过程中，有60%左右左右的煤焦油蒸汽冷凝下来，煤气中夹带的粉尘大都被冲洗的煤焦油蒸汽冷凝下来，煤气中夹带的粉尘大都被冲洗下来，形成煤焦油渣，使煤气得到初步净化作用。下来，形成煤焦油渣，使煤气得到初步净化作用。第二节第二节煤气的间接初冷煤气的间接初冷

13、煤气的直接初冷煤气的直接初冷 立管式初冷器立管式初冷器横管式初冷器横管式初冷器第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却相结合相结合 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却一、煤气的间接初冷一、煤气的间接初冷 1、立管式冷却器间接初冷工艺流程、立管式冷却器间接初冷工艺流程 图图2-3 立管式间接煤气冷却器立管式间接煤气冷却器 集合温度集合温度 冷凝氨水冷凝氨水 冷凝液冷凝液 挥发铵盐挥发铵盐 固定铵盐固定铵盐 循环氨水混合分离和单独分离循环氨水混合分离和单独分离 剩余氨水剩余氨水 剩余氨水剩余氨水 煤气煤气 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却气液气液分离分离

14、器器煤气煤气初冷初冷器器机械化焦油机械化焦油氨水澄清槽氨水澄清槽鼓风机鼓风机电捕电捕焦油焦油器器煤气煤气 冷凝液冷凝液中间槽中间槽冷凝液槽冷凝液槽 氨水氨水 煤焦油煤焦油 煤焦油渣煤焦油渣 三层三层 循环氨水循环氨水 ( (主要含有固定铵盐主要含有固定铵盐) ) 冷凝氨水中主要含有挥发铵盐冷凝氨水中主要含有挥发铵盐 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却2、剩余氨水量的计算、剩余氨水量的计算 气液气液分离分离器器集气管集气管煤气煤气初冷初冷器器机械化焦油机械化焦油氨水澄清槽氨水澄清槽煤气煤气 m1 m2 m3 剩余氨水剩余氨水 循环氨水循环氨水 m1 = = m2+ +m3 由物料

15、衡算由物料衡算 其中，其中， m1 = =配煤水分配煤水分+化合水化合水 1500.085 150 (1-0.085) 0.02 m2= =150(1-0.085) 34035.210-6煤气煤气 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却图图2-4 两段煤气间接初冷器两段煤气间接初冷器总结总结剩余氨水量取决于剩余氨水量取决于配煤水分配煤水分和和化合水化合水的量的量以及煤气初冷后的以及煤气初冷后的集合温度和压力集合温度和压力的高低。的高低。第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却3、横管式冷却器间接初冷工艺流程、横管式冷却器间接初冷工艺流程 图图2-5 横管式间接煤气冷却器横

16、管式间接煤气冷却器 图图2-6 半负压下横管式煤气初冷工艺流程半负压下横管式煤气初冷工艺流程 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却二、煤气的直接初冷二、煤气的直接初冷 采用直接式煤气初冷塔：采用直接式煤气初冷塔： 空喷初冷塔空喷初冷塔 缺点：缺点： 工艺流程较复杂，循环氨工艺流程较复杂，循环氨水冷却器易腐蚀易堵塞，水冷却器易腐蚀易堵塞，各澄清池污染严重，大气各澄清池污染严重，大气环境恶劣。环境恶劣。 图图2-7 空喷初冷塔空喷初冷塔 2-煤气入口；煤气入口；3-煤气出口；煤气出口；10-喷嘴喷嘴 1气液分离器；气液分离器；2横管式间接冷却器；横管式间接冷却器；3直冷空喷塔；直冷空

17、喷塔；4液封槽；液封槽；5螺旋换热器螺旋换热器；6机械化氨水澄清槽；机械化氨水澄清槽；7氨水槽；氨水槽；8氨水贮槽；氨水贮槽；9焦油分离器；焦油分离器； 10焦油中间槽；焦油中间槽；11焦油贮槽焦油贮槽第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却三、间接初冷和直接初冷结合的煤气初冷三、间接初冷和直接初冷结合的煤气初冷 第二节第二节 煤气在初冷器的冷却煤气在初冷器的冷却先先 间接冷却间接冷却 后后 直接冷却直接冷却 5055 2535 原因：原因： 传热系数传热系数 萘的凝结萘的凝结( (萘的露点温度：萘的露点温度：3035) 1、煤气初冷工段如何产生、煤气初冷工段如何产生 煤焦油氨水混合

18、物？煤焦油氨水混合物？ 思考思考 2、为何要将煤焦油氨水、为何要将煤焦油氨水 进行分离？进行分离？ 思考思考 第三节第三节 煤焦油氨水的分离煤焦油氨水的分离第三节第三节 煤焦油氨水的分离煤焦油氨水的分离一、煤焦油氨水混合物的性质及分离要求一、煤焦油氨水混合物的性质及分离要求 1、煤焦油渣：、煤焦油渣： 固体微粒与煤焦油形成的混合物。固体微粒与煤焦油形成的混合物。 30% 70% 2、煤焦油、煤焦油 重质重质煤焦油：煤焦油： 轻质轻质煤焦油：煤焦油： 集气管冷凝下来的集气管冷凝下来的 初冷器冷凝下来的初冷器冷凝下来的 3、煤焦油氨水混合物的分离：、煤焦油氨水混合物的分离： 煤焦油脱渣煤焦油脱渣

19、煤焦油脱水煤焦油脱水影响因素影响因素 第三节第三节 煤焦油氨水的分离煤焦油氨水的分离煤焦油脱水影响因素：煤焦油脱水影响因素： 温度：温度： 循环氨水中固定铵盐含量：循环氨水中固定铵盐含量： 8090 较低较低 因此采用因此采用循环氨水混合分离流程循环氨水混合分离流程第三节第三节 煤焦油氨水的分离煤焦油氨水的分离二、煤焦油氨水混合物的分离方法和流程二、煤焦油氨水混合物的分离方法和流程 1、分离方法：、分离方法： 机械化焦油氨水澄清槽和离心分离相结合机械化焦油氨水澄清槽和离心分离相结合 2、分离流程：、分离流程： 1机械化氨水澄清槽；机械化氨水澄清槽；2煤焦油脱水澄清槽；煤焦油脱水澄清槽；3卧式连

20、续离心沉降卧式连续离心沉降分离机；分离机；4煤焦油渣收集槽；煤焦油渣收集槽；5煤焦油中间槽；煤焦油中间槽；6煤焦油储槽；煤焦油储槽；7氨水中间槽；氨水中间槽；8氨水槽；氨水槽；第二章第二章 煤气初冷和煤焦油氨水的分离煤气初冷和煤焦油氨水的分离本章重点本章重点1、煤气在集气管内的冷却机理、煤气在集气管内的冷却机理 煤气和氨水之间存在温差而发生传热现象，使煤气和氨水之间存在温差而发生传热现象，使煤气温度降低；氨水的饱和蒸汽压和煤气中水煤气温度降低；氨水的饱和蒸汽压和煤气中水蒸气分压之间存在压差而发生传质现象，氨水蒸气分压之间存在压差而发生传质现象，氨水中中的水部分蒸发的水部分蒸发向煤气中扩散，使煤

21、气增湿；向煤气中扩散，使煤气增湿；并且煤气在降温过程中，有并且煤气在降温过程中，有60%左右的煤焦油左右的煤焦油蒸汽冷凝下来，煤气中夹带的粉尘大都被冲洗蒸汽冷凝下来，煤气中夹带的粉尘大都被冲洗下来，形成煤焦油渣，使煤气得到初步净化作下来，形成煤焦油渣，使煤气得到初步净化作用。用。2、立管式冷却器煤气间接冷却工艺流程、立管式冷却器煤气间接冷却工艺流程 3、剩余氨水量的计算和影响因素、剩余氨水量的计算和影响因素 配煤水分和化合水的数量以及配煤水分和化合水的数量以及煤气冷却后的集合温度和压力煤气冷却后的集合温度和压力4、影响煤焦油脱水的因素、影响煤焦油脱水的因素 脱水温度和循环氨水中脱水温度和循环氨

22、水中固定铵盐的含量固定铵盐的含量5、相关名词解释：、相关名词解释： 集合温度、固定集合温度、固定/挥发铵盐、剩余氨水、挥发铵盐、剩余氨水、循环氨水混合循环氨水混合/单独分离、轻质单独分离、轻质/重质煤焦油重质煤焦油 第二章第二章 煤气初冷和煤焦油氨水的分离煤气初冷和煤焦油氨水的分离集合温度：煤气从各台初冷器冷却后出来的温度是有差别的，汇集在集合温度：煤气从各台初冷器冷却后出来的温度是有差别的，汇集在 一起后的煤气温度。一起后的煤气温度。固定铵盐：需加热到固定铵盐：需加热到220250或有碱存在的条件下才能分解的铵盐。或有碱存在的条件下才能分解的铵盐。挥发铵盐：溶液加热至挥发铵盐：溶液加热至100 即分解的铵盐。即分解的铵盐。剩余氨水：在氨水循环系统中，由于加入配煤水分和炼焦时产生的化剩余氨水：在氨水循环系统中，由于加入配煤水分和炼焦时产生的化 合水，使氨水量增多而形成所谓的剩余氨水。合水，使氨水量增多而形成所谓的剩余氨水。重质煤焦油：从集气管冷凝下来的煤焦油。重质煤焦油：从集气管冷凝下来的煤焦油。 循环氨水混合分离：从初冷器冷凝下来的冷凝液与集气管冷凝后分离循环氨水混合分离：从初冷器冷凝下来的冷凝液与集气管冷凝后分离 出的煤焦油氨水混合物泵入同一个机械化焦油氨出的煤焦油氨水混合物泵入同一个机