1、辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 第 一 章 绪 论 1.1、焦炉煤气净化及苯族回收的意义 ： 煤在炼焦时一般 72%-78%转化为焦炭，其中 22%-28%转化为荒煤气，苯族烃是煤干馏过程中产生的芳香烃化合物中分子较低的部分，其产率占炼焦干煤脏入量的 0.8%-1.4%产率的波动主要受炼焦煤料的性质炼焦温度的影响，近年来，由于石油化学工业的迅速发展，可以提供苯类，苯酚类等产品，对煤炼焦化学工业产生了巨大的影响，但是焦化工业提供的许多种芳香族化合物和杂环化合物是石油化学工业所不能代替的，它们不可能或者不能经济的从石油加工过程中获得，今后这类产品 主要依赖炼焦化学产品的吸收与
2、加工，因此这些化学产品对综合利用煤炭资源和我国社会主义经济建设有着重要意义。 荒煤气必须经过净化后成为洁净燃气，才能通过煤气管道外送及供用户使用。在焦炉煤气净化过程中，经过冷却、吸收、解析、化学转化、蒸馏分离等化工单元操作，可以分离出交友、氨水、粗苯（或轻苯、重苯），并将煤气和氨水中的氨、硫化氢、氰化氢等有害物质去除且制成有用的化学产品。 苯族烃回收精制加工后，可得到的轻苯，重苯，精苯，甲苯，二甲苯，溶剂油等产品。甲苯，二甲苯，三甲苯，乙基甲苯，古马隆，茚，噻吩，酚。这些产品具 有极为广泛的用途，是塑料合成纤维，合成橡胶，染料，涂料，医药，耐高温材料及国防工业极为宝贵的原料，对于我国的社会主义
3、建设具有十分重大的政治意义和经济意义。 1.2 粗苯的性质 ： 粗苯在常态下为淡黄色透明溶体，此水轻，不溶于水，在贮存时，由于其中的戊烯类，环戊二烯等不合和化合物的氧化合聚合而形成树脂状物质，故使粗苯差色变暗，粗苯易燃易爆，闪点为 12 摄氏度，粗苯苯气在空气中的浓度在 1.4%-7.5%（体积）范围内时，能形成爆炸性混合物。 粗苯的各主要成分皆在 180 摄氏度前馏出， 180 摄氏度以后馏出的是粗苯中所含的 洗油轻质馏分，称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和计算其加工过程中的产量时，通常将 180 摄氏度前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在 180 摄氏度前的馏出量取决于粗苯的工
4、艺流程和操作制度。180摄氏度前的馏出量越多，粗苯的质量就越好，一般要求粗苯在 180 摄氏度前馏出量达 93%-95%，粗苯中除了主要的苯类物质之外，还有饱和化合物和硫化物，这是由于从煤气中回收粗苯的同时，煤气中的烯烃，一氧化碳等等的胶质生成物及有机硫化合物也一同进入了粗苯中。 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 。粗苯各组成的平均含量如表 1 1。此外，粗苯中酚类的含量通常在 0.1 1.0%之间，吡啶碱类的含量不超过 0.5%。当硫铵工段从煤气回收吡啶碱类时，则粗苯中的吡啶碱类含量不超过 0.01%。各产品的质量指标见表 1 1、 1 2、 1 3。 辽宁科技学
5、院 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 粗苯中各组分的含量 表 1-1 组 分 分 子 式 含量 % 苯 甲苯 二甲苯 三甲苯 不饱和化合物 其中：环戊二烯 苯乙烯 苯并呋喃及同系物 茚及同系物 硫化物（按硫计） 其中：二硫化碳 噻吩 C6H6 C6H5（ CH2） 3 C6H4（ CH2） 2 C6H3（ CH2） 3 C5H6 C6H5CHCH2 C8H6O C9H5 CS2 C4H4S 55 70 12 22 2.0 6 2.0 5 7 12 0.6 1.2 0.5 1.0 1.0 2.0 1.5 2.5 0.3 1.5 0.3 1.5 0.2 1.2 由于粗苯是易燃的物质，粗苯蒸汽
6、在空气中的浓度在 1.4 7.5%（体积）范围内时，能形成爆炸性混合物，因此该工段要严禁烟火，电机防爆。 重苯和重质苯的质量指标 表 1-2 指标名称 重 苯 （参考指标） 重质苯（ YB 303 64） 一级 二级 馏程： 初馏点， 139 160 160 150前馏出量， Wt% 10 200前馏出量， Wt% 50 85 80 水分， Wt% 0.5 0.5 粗苯和轻苯的质量指标 表 1-3 指标名称 加工用粗苯 溶剂用粗苯 轻 苯 外观 黄色透明液体 比重， d4 0.871 0.90 0.900 0.880 馏程： 75前馏出量， V% 3 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计
7、第 3 页 180前馏出量， wt% 93 91 馏出 96%（ V%）的温度， 150 水分 室温（ 18 25） 下目测无可见不溶解的水 第 二 章 操 作 及 设 计 参 数 2.1设计任务： 本次设计的主要任务是根据国内外冶金焦化行业的基本情况 ,进行年产焦炭 80 万吨焦化厂回收车间粗苯工段工艺初步设计 , 初选主机设备；进行粗苯工段工艺流程选择设备的选型计算及相关非工艺设计。 2.2设计参数： （ 1）要求工段年平均工作日 360 天，煤气及粗苯组成见下表，其余参数结合实习企业的实际生产技术参数。 焦炉煤气的组成表 指标名称 NH3 H2S HCN 萘 粗苯 焦油 指标 (g/Nm
8、3) 7.5 6.3 1.6 0.25 35 0.01 净化煤气的质量指标表 指标名称 NH3 H2S HCN 萘 粗苯 焦油 指标 (g/Nm3) 0.05 0.1 0.3 0.25 3 0.01 粗苯的组成表 指标名称 苯 甲苯 二甲苯 溶剂油 指标（质量 %） 73 24 6 3 本设计采用焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，对焦油洗油的质量要求见下表 焦油洗油质量标准 (YB 297-64) 名 称 指 标 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 碱液 焦油 焦油渣 比重 ( 204d ) 馏程 : 230前馏出量 (容 ),% 300前馏 出量 (重量 ),% 酚含量 (容 )
9、,% 萘含量 (重量 ),% 黏度 ( E25) 水分 ,% 15结晶物 1.04 1.07 3 90 0.5 13 2 1.0 无 （ 2）厂址所在地区年平均气温 16，最高气温 38，最低气温 -27；常年主导风向东风、东北风。 （ 3） 煤在炼焦时一般 75%为焦炭，其中 25%为荒煤气。即每年用煤 106.7万吨，年生产荒煤气 26.7万吨。 第三章 焦炉煤气净化回收工艺过程及工艺选择 煤气净化过程主要有以下几个工段组成 :冷凝鼓风工段、脱硫工段、蒸氨工段、硫铵工段、 终冷洗苯工段、 粗苯蒸馏工段 、 油库工段、脱水工段、生化工段等组成。 荒煤气 机械化澄清器 外管 氨水 冷鼓电捕 循
10、环氨水槽 硫剂 硫酸 脱硫及硫回收 硫胺 新洗油 洗脱苯 剩余氨水槽 焦炉 蒸氨 生化 焦油槽 熄焦 备煤 焦油渣槽 粗苯储槽 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 化产工艺流程 一、 冷凝鼓风工段： （一）工艺方法： 可分为冷凝和鼓风两部分。其中冷凝又可分为直接冷却、间接冷却和直接间接混合冷却三种。 （ 1）直接冷却：与煤气直接接触，冷却效果好，但产生污水量大。 （ 2）间接冷却：不直接与煤气接触，通过换热设备间接冷却，污染小，蒸氨设备效率高，使用较广泛。 （ 3）混合冷却：可以兼得直接冷却和间接冷却两者 的优点。 鼓风部分：主要为粗煤气加压，使其能通过后续净化系统的设备和管
11、路，并起到脱除粗煤气中部分焦油雾的作用。 电捕焦油器：脱除粗煤气中的焦油 （二）工艺流程： 来自焦炉 80 C的荒煤气，与焦油和氨水沿吸煤气管道流至气液分离器，气液分离后的荒煤气由分离器上部出来，进入四台并联操作的横管初冷器上部，在此用 32 C 的循环水将煤气冷却至 35 C；由横管初冷器下部排出的煤气，进入直冷塔下部，用直冷塔循环水喷洒煤气，将煤气冷却至 22 C；由直冷塔上部排出的煤气，进入三台并联操作的电捕焦油器，捕集煤气中夹带的焦油 ，再由煤气鼓风机压送至脱硫工段。 为了保证横管初冷器冷却效果，在初冷器上部连续喷洒来自机械化氨水澄清槽中部的焦油、氨水混合液，在其顶部用热氨水定期冲洗，
12、以清除管壁上的焦油、萘等杂质。初冷器底部排出的冷凝液经水封槽流入冷凝液槽，再送至机械化氨水澄清槽。 从直冷塔底部出来的循环液加兑一定量氨水后 ,用泵经直冷塔循环水冷却器用低温水冷却至 21 C，送到直冷塔顶部循环喷洒，多余部分送至机械化氨水澄清槽。 由气液分离器分离下来的焦油和氨水进入机械化氨水澄清槽，在此进行氨水、焦油和焦油渣的分离。上部的氨水流入循环氨水中 间 1 槽，再由循环氨水泵送至焦炉冷却煤气；其中一部分氨水定期经高压氨水泵加压送至焦炉，一部分氨水去初冷器、电捕顶部喷洒，以清除管壁积存的萘、焦油等杂物。多余部分作为剩余氨水经过剩余氨水中间槽沉淀澄清、除焦油器除油后送入剩余氨水贮槽，再
13、用剩余氨水泵送至氨水蒸馏装置处理。 机械化氨水澄清槽下部的焦油靠静压流入焦油分离器，进一步进行焦油与焦油渣的沉降分离。分离出的焦油自流入焦油中间槽，用焦油泵送至焦油蒸馏油库的焦油贮槽。机械化氨水澄清槽和焦油分离器刮出的焦油渣，排入焦油渣车，定期送往煤场，掺入炼焦煤中。 （三）工艺 选择： 装置采用混合冷却工艺，先间接冷却，后直接冷却，对煤气冷却净化的效果好，有效降低煤气中煤粉、焦油和萘的含量。 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 冷鼓工艺流程图 二、脱硫工段： （一）工艺方法： 其主要任务是脱除硫化氢，可分为干法和湿法两种。干法常用氧化铁或活性炭法，湿法分为溶剂吸收法和氧化法
14、两种。吸收法脱硫是用碱性溶液吸收粗气中的硫化氢，吸收液经解吸放出硫化氢后返回循环吸收硫化氢。常用的氧化法有：蒽醌二磺酸钠法、改良砷碱法、氨水催化 法、萘醌法、苦味酸法及栲胶法等。 （二）工艺流程： 由鼓风机送来的煤气首先进入预冷塔与塔顶喷洒的循环冷却水逆向接触，被冷至 30；循环冷却水从塔下部用泵抽出送至循环水冷却器，用低温水冷却至 28后进入塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水，多余的循环水返回冷凝鼓风工段。 预冷后的煤气依次进入三台串联的脱硫再生塔，与塔中部喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的硫化氢（同时吸收煤气中的氨，以补充脱硫液中的碱源）。第三台脱硫再生塔后煤气含硫化氢约 2
15、0mg/m3，送入硫铵工段。 吸收了 H2S、 HCN 的脱硫液由 脱硫液循环泵从脱硫再生塔底部抽出送至上部再生段的喷射器，靠喷射器的吸力，脱硫液再生需要的空气同时被吸入再生段，使溶液在塔内得以氧化再生。再生后的溶液从塔顶经液位调节器自流回塔中部循环使用。浮于塔顶部的硫磺泡沫，利用位差自流入泡沫槽，硫泡沫经泡沫泵送入熔硫釜加热熔融，清液流入废液槽，硫磺冷却后装袋外销。为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果，排出少量废液送往配煤。 （三）工艺选择及特点： 1、本设计采用吸收法脱硫，以氨为碱源， HPF 为催化剂的焦炉煤气脱硫脱氰新工艺，此法不但具有较高的脱硫脱氰效率，而且流程短，不需外 加碱，催化剂用
16、量少，脱硫废液处理简单，操作费用低，一次性投资省。 炼焦荒煤气、氨水 气液分离器 煤气 脱 硫 工 段 循环 氨水泵 焦油中间罐 脱硫蒸氨 机械澄清器 剩余氨水泵 初冷器 循环氨水槽 鼓风机 电捕 剩余槽 焦油泵 化工厂 焦油储槽 焦炉 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 2、脱硫、再生合为一塔，节省占地。 3、采用引射自吸式双成结构再生段，再生所需的空气毋须空压机提供，节省能源。还可根据生产实际状况，利用部分尾气循环使用。废气量可降低约 1/3,因此减少了有害物质的排放。 脱硫 工艺流程图 三、蒸氨工段： （一）工艺方法： 脱除粗煤气中的氨，可用水或酸性溶液吸收。常用一下几
17、种方法： 1、水吸收法：用大量水与粗煤气接触，吸收其中的氨。 2、硫酸吸收法：分为直接法、间接法和半直接法三种。 （ 1）直接吸收法：粗煤气不经冷凝冷却直接进入硫铵饱和器，与硫酸直接反应，由于没脱焦油，操作不便，一般不用此法。 （ 2）间接吸收法：经冷凝冷却后与洗涤氨水混合进行蒸馏，在引入饱和器与母液反应生成硫铵。 （ 3）半直接吸收法：将冷凝冷却氨水进行蒸馏，蒸出的氨气与粗气一起进入饱和器与母液反应生成硫铵。 3、磷酸吸收法：用磷酸吸收粗气中的氨，然后进行解吸。 （二）工艺流程： 脱硫过程中的剩余氨水引入蒸氨塔内进行蒸 氨，蒸出浓氨汽经冷凝冷却后制得含氨 18 20%的浓氨水，送入脱硫液槽，
18、兑入脱硫液中，作为补充碱源。 （三）工艺选择及特点： 剩余氨水 氨水过滤器 冷鼓煤气 废水换热器 氨水换热器 废水冷却器 蒸氨塔 废水槽 脱硫塔 溶液 换热器 冷凝冷却器 溶液循环槽 再生塔 溶液缓冲槽 硫胺工段 硫泡沫槽 生化 工段 脱硫 液封槽 熔硫釜 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 对蒸氨废气选用目前国内较先进的氨裂解处理技术。在 裂解炉内，氨气在触媒的作用下，通过控制炉温可将蒸氨废气中的氨还原成氢气、氮气和一氧化碳气，并将这部分混合气体返回煤气管道中，不仅防止了对大气的污染，而且还可增加煤气量，是一项回收能源、化害为利的控制措施，该技术成熟、可靠，在国内外焦化厂均
19、有使用。 四、硫铵工段 : （一）工艺方法： 目前绝大多数焦化厂都用硫酸吸收煤气中的氨来制取硫铵。根据 工艺过程的不同，生产硫铵的方法可分为间接法、直接法和半直接法。 1、 间接法：在用硫酸中和稀氨水，然后蒸发溶液而来制取固体硫铵即形成了间接法。间接法生产硫铵的工艺过程为：煤气在洗氨塔中用水洗涤，氨被吸收，得到稀氨水，送去蒸馏。由蒸氨塔逸出的氨，进入饱和器后被硫酸吸收而得硫氨。这种方法要消耗大量水蒸气，而且蒸发设备庞大，经济效果不佳。现今不采用。 2、 直接法：这种方法的工艺过程为：出炉煤气在煤气集气管中被循环氨水冷却，除去其中的焦油，进入间接式初步冷却器。煤气在初步冷却器冷凝出的氨水补充到循
20、环氨水中去，而煤气中所含的水 汽量，恰好相当于配煤水分和化合水分的总和。煤气从初步冷却器出来，温度约为 6070 ,进入电扑焦油器，除去其中之焦油雾滴。然后带着全部氨经预热器进入饱和器。氨和硫酸结合而成硫氨。煤气出饱和器经除酸器，进入冷却到直接式冷却器，冷却到适宜温度，进入鼓风气。采用直接法生产硫铵虽然有很多优点，但因过多的设备处于负压状态，在生产上不安全，故在工业上未被采用。 3、 半直接法：现代焦化厂广泛采用的是半直接法生产硫铵。我国多以饱和器作为氨的吸收器，国外则有以硫酸洗氨塔代替饱和器的趋势，即所谓无饱和器法生产硫铵。采用饱和器或硫酸 洗氨塔生产硫铵，实质上都属于半直接法。半直接法生产
21、硫铵的工艺过程为：出炉煤气在初步冷却器中冷却到2530，进入鼓风机。加压后，经电捕焦油器，煤气预热器 .进入饱和器。在初步冷却器中冷凝下来的氨水全部与集气管循环氨水混合。多余的混合氨水送如氨蒸馏器中，蒸馏出的氨气也送入饱和器，并和煤气中的氨一起为硫酸吸收而得硫铵。由于该法工艺过程简单，生产成本低，故为国内外焦化厂普遍采用。 （二）工艺流程： 由脱硫工段来的煤气首先经煤气预热器预热后进入 2 台并联的喷淋式饱和器。饱和器 2 台操作， 1 台备用。煤气在饱和器的上段分两 股进入环形室 ,与循环母液逆流接触，其中的氨被母液中的硫酸吸收，生成硫酸铵。脱氨后的煤气在饱和器的后室合并成一股 ,经小母液循
22、环泵连续喷洒洗涤后，沿切线方向进入饱和器内旋风式除酸器，分出煤气中所夹带的酸雾后，送至终冷洗苯工段。 饱和器下段上部的母液经大母液循环泵连续抽出送至饱和器上段环形喷洒室循环喷洒，喷洒后的循环母液经中心降液管流至饱和器的下段。在饱和辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 器的下段，晶核通过饱和介质向上运动，使晶体长大，并引 起晶粒分级。当饱和器下段硫铵母液中晶比达到 25%-40%（ v%）时，用结晶泵将其底部的浆液抽送至室内结晶槽。 饱和器满流口溢出的母液自流至满流槽，再用小母液循环泵连续抽送至饱和器的后室循环喷洒，以进一步脱出煤气中的氨。 饱和器定期加酸加水冲洗时，多余母液经满
23、流槽满流到母液贮槽；加酸加水冲洗完毕后，再用小母液循环泵逐渐抽出，回补到饱和器系统。当饱和器母液系统水不平衡（水分过剩）时，可通过煤气预热器提高煤气温度，对母液操作温度进行调整，以保证系统水平衡及结晶适宜操作温度。 室内结晶槽中的硫铵结晶积累到一定程度时，将结晶槽底部的硫铵浆液经视镜控制排放到硫铵离心机，经离心机离心分离后，硫铵结晶从硫铵母液中分离出来。从离心机 分出的硫铵结晶先经溜槽排放到螺旋输送机，再由螺旋输送机输送到振动流化床干燥器，经干燥、冷却后进入硫铵贮斗。从硫铵贮斗出来的硫铵结晶经半自动称量、包装后送入成品库。 离心机滤出的母液与结晶槽满流出来的母液一同自流回饱和器的下段。由振动流
24、化床干燥器出来的干燥尾气在排入大气前设有两极除尘。首先经两组干式旋风除尘器除去尾气中夹带的大部分粉尘，再由尾气引风机抽送至尾气洗净塔，用尾气洗净塔泵对尾气进行连续循环喷洒，以进一步除去尾气中夹带的残留粉尘，最后经捕雾器除去尾气中夹带的液滴后排入大气。 尾气洗净塔设有旁通管。当振 动流化床干燥器开工调试时或经一级干式旋风除尘即可达到除尘指标时，可直接经旁通管将尾气排入大气，而 无须经过尾气洗净塔。开工调试时走旁通管是为了避免由于振动流化床干燥器操作不正常而造成尾气洗净塔及管路可能的堵塞。 尾气洗净塔排出的循环母液经满流管流至室外母液槽；同时经流量仪表控制，向尾气洗净塔连续定量补入少量工业新水。补
25、入的最大水量以不超过饱和器系统达到水平衡所需的最大水量为原则。硫铵工段所需的 93%浓硫酸定期由油库工段送至硫铵工段硫酸高置槽，再经流量控制仪表及视镜加到饱和器系统的满流槽。 由冷凝鼓风工段送至 剩余氨水蒸馏装置的原料氨水 /废水换热器，经与塔底出来的蒸氨废水换热后进入蒸氨塔。蒸氨塔底通入直接蒸汽。蒸氨塔顶出来的氨汽经分缩器浓缩后，去脱硫工段预冷塔增加煤气中的氨硫比。塔底出来的蒸氨废水由废水泵抽出，经原料氨水 /废水换热器同原料氨水换热并经废水冷却器冷却后，送酚氰污水处理装置。 油库送来的氢氧化钠溶液 40（ w%），用计量泵抽出送终冷洗本工段的终冷塔上段洗涤煤气，从上段喷洒液泵后接出的含碱溶
26、液经静态管道混合器进入到入蒸氨塔前剩余氨水中分解剩余氨水固定铵，降低蒸氨废水中的全氨含量。 蒸氨塔底产生的沥青定期排 至沥青坑，冷却后人工取出送煤厂掺入配煤；排出的蒸氨废水经沥青坑流入地下槽，再由泵送至初冷前吸煤气管道。 （三）工艺选择及特点： 1、本设计采用半直接法，喷淋式饱和器，集酸洗、除酸、结晶为一体，设备体积小 ,脱氨效率高； 辽宁科技学院 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 硫酸泵 2、喷淋式饱和器为空喷结构，煤气系统阻力小，鼓风机 能耗低； 3、硫铵母液系统设备均采用超低碳不锈钢制作 ,使用寿命长 ,可保证装置长期连续稳定操作，维护费用低； 4、硫铵干燥采用振动流化床，干燥效
27、果好，易于操作维护； 5、硫铵干燥外排尾气采用干式及湿式两级除尘，净化后外排尾气可达到无尘排放，环保效 果好； 6、用高效螺旋板换热器，回收废水余热，节约蒸氨直接蒸汽用量； 7、碱分解固定氨，可大大降低废水中全氨含量，有利生化废水处理环保达标。 硫胺工艺流程图 五、终冷洗苯工段： 焦炉煤气经硫铵工段脱除氨后进入 终冷洗苯工段 ,主要任务是将煤气进行煤气终冷除萘 ,吸收苯族烃 . 焦炉煤气 煤气预热器 离心机 结晶泵 脱硫回收 喷洒泵 饱和器 母液泵 母液储槽 硫酸槽 结晶槽 硫酸地下槽 螺旋输送机 干燥器 送风机 旋风除尘器 蒸汽 热风器 母液槽 进风口 水浴除尘器 放料槽 冷 凝 水 硫铵
