第一章煤气的初冷输送及初步净化

第一章

煤气的初冷、输送及初步净化本章内容第一节煤气的初冷第二节焦油氨水的分离第三节煤气的输送及鼓风机第四节炼焦煤气中焦油雾的清除第五节炼焦煤气中萘的清除安排：2学时

第一章煤气的初冷、输送及初步净化

概述:焦炉煤气为什么要进行初冷和初步净化？从煤气中回收化学产品时，要在较低的温度下(25～35℃)才能保证较高的回收率；2）含有大量水汽的高温煤气体积大（例如由附表20℃时1m3干煤气，在80℃经水汽饱和后的体积为2.429m3，而在25℃经水汽饱和的体积为1.126m3，前者比后者大1.16倍），显然所需输送煤气管道直径，鼓风机的输送能力和功率均增大，这是不经济的；3）在煤气冷却过程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分离出来，部分硫化物、氰化物等腐蚀性介质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀。

2、煤气的初步冷却分两步进行：第一步：在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到82～86℃；第二步：在煤气初冷器中冷却到25～35℃（生产硫铵系统）或低于25℃（生产氨水系统）。3、典型工艺流程1）正压系统2）负压系统

第一节煤气的初冷

一、煤气在集气管内的冷却1、煤气在集气管内冷却的机理

冷却过程如图所示。煤气在桥管和集气管内的冷却，是用表压为147～196kPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度又很低，故煤气放出大量显热，氨水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。传热过程取决于煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，约占煤气冷却所放出总热量的10～15%。传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤气中水汽分压之差，氨水部分蒸发，煤气温度急剧降低，以供给氨水蒸发所需的潜热，此部分热量约占煤气冷却所放出总热量的75%～80%。另有约占所放出总热量10%的热量由集气管表面散失。

热量分配：氨水升温（显热）：10~15%氨水汽化（潜热）：75~80%集气管散热：10%温度下降：650~750℃降到82~86℃分离：60%焦油冷却极限：＞露点1~3℃通过上述冷却过程，煤气温度由650～750℃降至82～86℃，同时有60%左右的焦油气冷凝下来。实际生产上，煤气温度可冷却至高于其最后达到的露点温度1～3℃。2、煤煤气露露点与与煤气气中水水汽含含量的的关系系Dewpoint:Thetemperatureatwhichairbecomessaturatedandproducesdew.煤气的的露点点与煤煤气水水分含含量的的关系系如图图所示示。煤气的的冷却却及所所达到到的露露点温温度同同下列列因素素有关关：煤煤气的的水分分、进进集气气管前前煤气气的温温度、、循环环氨水水量和和进出出口温温度以以及氨氨水喷喷洒效效果等等，其其中以以煤料料水分分影响响最大大。由于煤煤气的的冷却却主要要是靠靠氨水水的蒸蒸发，，所以以，氨氨水喷喷洒的的雾化化程度度好，，循环环氨水水的温温度较较高（（氨水水液面面上水水汽分分压较较大）），氨氨水蒸蒸发量量大，，煤气气即冷冷却得得较好好；反反之则则差。。进入集集气管管前的的煤气气露点点的温温度也也同装装入煤煤料的的水分分含量量有关关，当当装入入煤料料总水水分为为8～～11%时时，相相应的的露点点度为为65～70℃℃为为保证证氨水水蒸发发的推推动力力，进进口水水温应应高于于煤气气露点点温度度5～～10℃所所以以采用用72～78℃℃的的循环环氨水水喷洒洒煤气气。对不同型式式的炼焦炉炉所需的循循环氨水量量也有所不不同，按经经验确定的的定额数值值为：单集集气管焦炉炉需氨水5m3/t（干煤）；双双集气管焦焦炉需循环环氨水6m3/t（干煤）。集气管技术术操作的主主要数据如如下：集气管前煤煤气温度，，℃650～750离开集气管管的煤气温温度，℃82～86循环氨水温温度，℃72～78离开集气管管氨水温度度，℃74～80煤气露点，，℃80～～83循环氨水量量，m3/t干煤5～6蒸发的氨水水量，%（（占循环氨氨水量）2～3冷凝焦油量量，%（占占煤气中焦焦油量）～～60二、煤气初初冷工艺流流程1、煤气的间间接冷却图1-2所示为煤气气间接初冷冷工艺流程程。焦炉煤气与与喷洒氨水水、冷凝焦焦油等沿吸吸煤气主管管首先进入入气液分离离器，煤气气与焦油、、氨水、焦焦油渣等在在此分离。。分离下来来的焦油、、氨水和焦焦油渣一起起进入焦油油氨水澄清清槽，经过过澄清分为为三层：上上层为氨水水；中层为为焦油；下下层为焦油油渣。沉淀淀下来的焦焦油渣由刮刮板输送机机连续刮送送至漏斗处处排出槽外外。焦油则则通过液面面调节器流流至焦油中中间槽，由由此泵往焦焦油贮槽，，经初步脱脱水后泵往往焦油车间间。氨水由由澄清槽上上部满流至至氨水中间间槽，再用用循环氨水水泵送回焦焦炉集气管管以冷却荒荒煤气。这这部分氨水水称为循环环氨水。几个概念念：集合温度度——从各台初初冷器出出来的煤煤气温度度是有差差别的，，汇集一一起后的的煤气温温度称为为集合温温度。在生产硫硫铵系统统中，要要求集合合温度低低于35℃；在生产浓浓氨水系系统中，，则要求求集合温温度低于于25℃℃冷凝液——冷凝焦油油和冷凝凝氨水的的混合液液称为冷冷凝液。。轻质焦油油——由冷凝液液分离出出来的焦焦油称为为轻质焦焦油。2、间冷冷直冷结结合的煤煤气初冷冷煤气的直直接初冷冷，是在在直接初初冷塔内内，由煤煤气和冷冷却水（（经冷却却后的氨氨水焦油油混合液液）直接接接触传传热而完完成的。。此法不不仅冷却却了煤气气，且具具有净化化煤气效效果好、、冷却效效率较高高及煤气气阻力小小等优点点。如图1-5所示示，由集气气管来的的82℃℃左右的的煤气经经气、液液分离后后，进入入横管式式间接冷冷却器被被冷却到到50～～55℃℃，再进进入直冷冷空喷塔塔冷却到到25～～35℃℃，在直直冷空喷喷塔内，，煤气由由下向上上流动，，与分两两段喷淋淋下来的的氨水焦焦油混合合液密切切接触而而得到冷冷却。三、煤气气冷却设设备1、立管管式间接接冷却器器2、横管式式间接冷冷却器第二节焦焦油油氨水的的分离一、焦油油氨水混混合物的的性质及及分离要要求在用循环环水于集集气管内内喷洒荒荒煤气时时，约60%的的焦油冷冷凝下来来，这种种集气管管焦油是是重质焦焦油，其其相对密密度为（（20℃℃）为1.22左右，，粘度较较大，其其中混有有一定量量的焦油油渣，焦焦油渣内内含有煤煤尘、焦焦粉、炭炭化室顶顶部热解解产生的的游离碳碳及清扫扫上升管管和集气气管所带带入的多多孔物质质，其含含量约为为焦油渣渣的30%，其其余约70%为为焦油。。焦油的脱脱水直接接受温度度和循环环氨水中中固定氨氨盐含盐盐量的影影响，在在80～～90℃℃和固定定铵盐浓浓度较低低情况下下，焦油油与氨水水较易分分离，因因此，在在采用混混合氨水水分离流流程时，，混合焦焦油的脱脱水程度度较好，，但只进进行一步步澄清分分离仍不不能达到到要求的的脱水程程度，还还需要在在焦油贮贮槽内于于80～～90℃℃下进一一步澄清清分离程程度，可可达到要要求的质质量标准准。目前前我国焦焦化厂生生产的煤煤焦油质质量标准准如表1-1。。表1-1煤煤焦油质质量标准准指标标指标名称称一一级品二二级品密度(20℃℃),kg/l1.12~1.201.13~1.22水分分，，%不大于44灰分分，%不大于0.150.5游离碳，，%不大于6.010.0粘度度，，E80不大于5.05.0二、澄清清分离设设备如图1-10所所示，在采用用氨水混混合流程程时，由由于焦油油的密度度较小，，在保持持槽内焦焦油温度度为70～80℃和焦焦油层高高度为1.5～～1.8m的情况下下，焦油油渣沉降降分离需需分两步步：第一一步为氨氨水分离离；第二二步为焦焦油脱水水和细粒粒固体物物质的分分离。三、分离离方法和和流程大中型焦焦化厂一一般采用用图1-2及图图1-5所示的的焦油氨氨水分离离流程。。近年来来，为改改善焦油油脱渣，，改善焦焦油质量量，在生生产中，，以机械械化焦油油氨水澄澄清槽和和离心分分离相结结合的方方法得到到广泛应应用。其其工艺流流程如图1-11所所示：第三节煤煤气气的输送送及鼓风风机一、煤气气输送系系统煤气由炭炭化室出出来经集集气管、、吸气管管、冷却却及回收收设备直直到煤气气贮罐或或送回焦焦炉，要要通过很很长的管管道及各各种设备备。为了了克服这这些设备备和管道道阻力及及保持足足够的煤煤气剩余余压力，，需设置置煤气鼓鼓风机。。同时，，在确定定化产回回收工艺艺流程及及所用设设备时，，除考虑虑工艺要要求外，，还应该该使整个个系统煤煤气输送送阻力尽尽可能小小，以减减少鼓风风机的动动力消耗耗。1、煤气的的输送系统统及其阻力力煤气输送系系统的阻力力，因回收收工艺流程程及所用设设备的不同同而有较大大差异，同同时也因煤煤气净化程程度的不同同及是否有有堵塞情况况而用较大大波动。现现就大型焦焦化厂两种种流程情况况比较介绍绍如表1-2。吸入方（机机前）为负负压，压出出方为正压压，鼓风机机后压力与与机前压力力差为鼓风风机的总压压头。上述系统ⅠⅠ为目前国国内有些大大型焦化厂厂所采用的的较为典型型的生产硫硫氨的工艺艺系统，鼓鼓风机所应应具有的总总压头为19.61～25.50kPa（2000～～2600mm水柱）。系统Ⅱ同同样是生产产硫氨的回回收系统（（脱硫工序序可设于氨氨回收工序序之前），，由于多采采用空喷塔塔式设备，，鼓风机所所需总压头头仅需13.24～～20.10kPa（1350～～2050mm水柱）。可可以显著降降低动力费费用。阻力项目ⅠⅡmm水柱kPamm水柱kPa鼓风机机前的阻力（吸入方）集气管到鼓风机的煤气管道煤气初冷：（1）并联立管（2）横管间冷及空喷直冷煤气开闭器合计鼓风机后的阻力（压出方）鼓风机到煤气贮罐煤气管道电捕焦油器氨回收：（1）鼓泡式饱和器（2）空喷式酸洗塔油洗萘塔煤气最终冷却器（1）隔板式（2）空喷式洗苯塔（1）填料式（2~3台（2）空喷式（2台）脱硫塔（1）特拉雷特填料（2）木格填料剩余煤气压力合计

150~200100~150

50~150300~500

300~40030~50550~650

50~10080~120

150~200

150~200400~5001710~2220

1.471~1.9610.981~1.471

0.490~1.4712.942~4.903

2.942~3.9230.2942~0.4905.394~6.374

0.4905~0.9810.7845~1.177

1.471~1.961

1.471~1.9613.923~4.90316.769~21.77

150~200

50~10050~150250~450

300~40030~50

100~20050~100

10~40

20~80180~230

400~5001090-1600

1.471~1.961

0.490~1.9810.490~1.4712.452~4.413

2.942~3.9230.2942~0.490

0.981~1.9610.4981~0.981

0.0981~0.392

0.1961~0.78451.765~0.77845

3.923~4.90310.689~15.6912、煤气输输送管道煤气管道管管径的选用用和设备是是否合理及及操作是否否正常，对对焦化厂生生产具有重重大意义。。为了确定定煤气管道道的管径，，可按表1-3所列列数据选用用适宜流速速。管道直径，mm流速，m/s管道直径，mm流速，m/s≧80012~182007400~70010~1210063008804二、鼓风机机及其操作作性能第四节炼炼焦煤气气中焦油雾雾的清除出炭化室煤煤气含焦油油雾约80~120g/m3，离开集气气管约30~50g/m3，初冷器后煤煤气中焦油油雾的含量量一般为2～5g/m3（立管初冷器器）或1.0～2.5g/m3（横管冷却器器后或直接接冷却塔后后）。煤气气中焦油雾雾需较彻底底地清除，，否则对化化产回收操操作影响严严重。化产产回收工艺艺要求煤气气中所含焦焦油量最好好低于0.02g/m3，从焦油雾雾滴的大小小及所要求求的净化程程度来看，，采用电捕捕焦油器最最为经济可可靠。一、电捕焦焦油器的工工作原理根据板状电电容的物理理原理，如如在两金属属板间维持持一很强的的电场，使使含有尘灰灰或雾滴的的气体通过过其间，气气体分子发发生电离，，生成带有有正电荷或或负电荷的的离子，于于是正离子子向阴极移移动，负离离子向阳极极移动。当当电位差很很高是，具具有很大速速度（超过过临界速度度）和动能能的离子和和电子与中中性分子碰碰撞而产生生新的离子子（即发生生碰撞电离离），使两两极间大量量气体分子子发生电离离作用。离离子与雾滴滴的质点相相遇而附于于其上，使使质点带有有电荷，即即可被电极极吸引而从从气体中除除去。电场分布如如图1-17所示。电捕捕焦油器采采用如图（（b）的电场。。金属园管为为正极（沉沉淀极）、、中心的钢钢丝为负极极（电晕极极）。两极间加以以50000V的工作电压压，当煤气气通过时，，负极放电电，使焦油油雾粒子带带电而向正正极（管壁壁）运动，，撞击管壁壁而沉积下下来，放电电后转为中中性，焦油油雾得以脱脱除。初冷器后煤煤气中绝大大部分焦油油是以焦油油雾的状态态存在的，，所以在电电捕焦油器器正常操作作的情况下下，煤气中中焦油雾可可被除去99%左右右。二、电捕焦焦油器的构构造在大型焦化化厂中均采采用管式电电捕焦油器器，如图1-18所示，其顶部设设有三个绝绝缘箱，高高压电源即即由此引入入，结构如图1-19所示：管式电捕焦焦油器的工工作电压为为50000V，工作电流依依型号不同同分别为＜＜200mA和＜300mA。引入高压电电源的绝缘缘子（高压压电瓷瓶））常会受到到渗漏入绝绝缘箱内的的煤气中所所含焦油、、萘及水汽汽的沉淀所所污染，绝绝缘性能降降低，以致致在高电压压下发生表表面放电而而被击穿，，引致绝缘缘箱爆炸和和着火，还还会因受机机械振动和和由于绝缘缘箱温度的的急剧变化化而破裂，，因而常造造成电捕焦焦油器停工工。如图1-18，，1-19。第五节炼炼焦煤气气中萘的清清除一、概述萘为煤高温温炭化时热热分解产物物，在荒煤煤气中的含含量为8~12g/m3，其产率主要要取决于炭炭化温度，，特别是取取决于炭化化室顶部空空间温度。。荒煤气中中绝大部分分萘在初冷冷器中与焦焦油一起析析出，但萘萘的挥发性性很大，故故初冷后煤煤气中萘的的含量仍很很高，其值值随初冷方方式及所用用设备不不同而波动动。初冷后煤气气中的饱和和萘气含量量，主要取取决于煤气气温度（萘萘的露点温温度）。不不同温度和和压力下的的焦炉煤气气中饱和萘萘气含量可可由附表3查得，也也可用下式式求得：（1-13）式中Ct—在进行计算算的煤气状状态条件下下，煤气饱饱和萘气含含量，g/100m3；Ptw—t℃时饱和水蒸蒸气压，kPa；Pg—煤气的表压压力，kPa；Ptn—t℃时萘的饱和和蒸气压，，kPa；实际上，初初冷器后的的煤气中的的真正萘含含量要高于于相应温度度下的饱和和萘气含量量，这是因因有呈固体体微粒结晶晶的萘存在在于煤气中中。由于于煤煤气气中中的的乃乃会会在在煤煤气气管管道道中中和和某某些些设设备备中中沉沉积积下下来来，，不不仅仅增增加加煤煤气气流流动动阻阻力力，，且且常常引引致致破破坏坏正正常常操操作作，，故故需需要要按按要要求求清清除除煤煤气气中中的的萘萘，，目目前前得得到到使使用用的的清清除除方方法法有有下下述述几几种种：：（a））在横横管管式式初初冷冷器器中中段段喷喷洒洒冷冷凝凝液液，，并并控控制制初初冷冷器器后后煤煤气气温温度度不不高高于于20℃℃，，可可使使出出口口煤煤气气中中含含萘萘量量在在0.7g/m3以下下。。此此法法需需要要采采用用两两段段初初冷冷流流程程。。（b））采取取间间直直冷冷系系统统，，在在空空喷喷直直冷冷塔塔下下两两段段喷喷洒洒掺掺有有初初冷冷冷冷凝凝焦焦油油的的喷喷洒洒液液，，可可使使直直冷冷后后煤煤气气含含萘萘量量降降至至约约0.6g/m3。（c））初冷冷煤煤气气的的同同时时，，用用过过量量的的水水将将煤煤气气中中的的萘萘冲冲洗洗下下来来，，即即水水洗洗萘萘法法。。（d））在专专用用的的洗洗涤涤塔塔内内，，用用洗洗油油洗洗涤涤煤煤气气以以除除萘萘二、、萘萘在在洗洗油油与与煤煤气气中中的的平平衡衡关关系系油洗洗萘萘法法可可采采用用焦焦油油洗洗油油、、轻轻柴柴油油、、蒽蒽油油等等作作为为吸吸收收剂剂，，属属于于物物理理吸吸收收过过程程，，其其气气液液两两相相的的平平衡衡关关系系可可用用亨亨利利定定律律表表明明，，故故平平衡衡曲曲线线为为一一直直线线。。图1-20和和图图1-21分别别表表明明了了各各种种温温度度下下萘萘在在焦焦油油洗洗油油和和-10号号轻轻柴柴油油中中的的浓浓度度与与煤煤气气中中含含萘萘量量的的平平衡衡关关系系。。焦油油洗洗油油对对萘萘的的溶溶解解度度比比轻轻柴柴油油高高，，因因此此在在同同一一温温度度下下洗洗萘萘时时，，欲欲使使塔塔后后煤煤气气含含萘萘量量达达到到同同一一指指标标，，则则允允许许的的焦焦油油洗洗油油含含萘萘量量比比轻轻柴柴油油高高。。萘萘在在焦焦油油洗洗油油与与轻轻柴柴油油中中溶溶解解度度如图1-22所所示。此外，，焦化厂厂内焦油油洗油可可以自给给，所以以，多采采用焦油油洗油作作为洗萘萘的吸收收剂三、油洗洗萘的工工艺流程程及影响响因素在用水洗洗涤煤气气中的氨氨以制取取浓氨水水的生产产工艺中中，煤气气中含萘萘高时，，萘将同同水垢一一起在洗洗氨塔内内沉积下下来，从从而会影影响洗氨氨操作，，降低氨氨的回收收率。因因此，在在洗氨塔塔前，需需要将煤煤气中含含萘量清清除至低低于0.5g/m3。所采用的的油洗萘萘工艺流流程主要要有两种种，一种种是煤气气的最终终冷却与与洗萘同同时进行行，简称称冷法油洗洗萘；另一种种是煤气气在终冷冷前进行行洗萘简简称热法油洗洗萘。1、冷法法油洗萘萘工艺流流程冷法油洗洗萘工艺艺流程如图1-23所所示。经捕除焦焦油雾后后的煤气气进入终终冷洗萘萘塔，塔塔下段为为三组横横管式冷冷却管束束组成的的终冷段段，上段段为由三三层浮阀阀塔板组组成的洗洗萘段。。在终冷冷段，煤煤气温度度由约束束45℃冷却到25℃左右，然然后进入入洗萘段段净化洗洗萘。自自粗苯工工序来的的28—30℃的贫油，，自塔顶顶第一块块塔板进进入洗萘萘段，经经三层浮浮阀塔盘盘吸收煤煤气中的的萘后流流入冷却却段。在在煤气冷冷却的同同时，洗洗油与煤煤气于管管束外壁壁接触，，并冲洗洗凝结在在管壁上上的萘。。如最终终冷却温温度低于于初冷后后煤气的的露点温温度，则则会有水水汽冷凝凝进入洗洗萘油中中，因而而洗萘富富油需进进行脱水水。为此此，设有有三个串串联的脱脱水槽，，第一槽槽内设有有加热器器，将油油加热到到85—90℃，以起破破乳作用用。由第第一、第第二槽上上部排出出的氨水水满流入入地下氨氨水槽，，由泵送送往蒸氨氨工段。。由第三三槽底部部排出的的含水4%以下的洗洗萘富油油送至粗