5万m3h焦炉煤气车间工艺的设计说明Word文档格式.docx
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焦炉煤气是无色有臭味的气体；
焦炉煤气因含有CO和少量的HS而有毒；
焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短，着火温度为600E〜650E[3]。
1.2.3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]。
1.2.4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50C，故对饱和器生产硫酸铵（需55C）和弗萨姆法回收氨系统那个特别适用。
工艺流程图如图1-1所示。
（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-7kPa〜10kPa升压到15kPa〜17kPa后送到用户[28]。
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2.4%；
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1-2所示
图1-1正压操作焦炉煤气处理系统
图1-2负压操作焦炉煤气处理系统
1.2.5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
节省成本,
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⑹。
各个工艺都力求节约能量，
获得做大经济效益的产品。
（1）配套HP法脱硫的煤气净化工艺（如图1-3所示）
图1-3HPF法脱硫的煤气净化工艺流程图
图1-4真空碳酸钾法脱硫的焦炉煤气净化工艺流程图
所示）
图1-5A—S法脱硫洗氨及间接法饱和器生产硫铵的煤气净化工艺
图1-6克劳斯法生产元素硫的工艺流程图
1.3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：
①焦炉煤气用于发电；
②焦炉煤气用于生产甲醇；
③用焦炉煤气制取还原性气体用于还原生产海绵铁；
④焦炉煤气用于高炉炼铁；
⑤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⑺。
1.4设计任务的说明
1.4.1本项目设计的依据
本次设计《50000m3/h焦炉煤气生产车间工艺设计》是化工与环境学院张立新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。
1.4.2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。
1.5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1-1
所示。
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1-2所示，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1-3所示，有害组分降到最低，满足工业用原料和民用燃气的需要。
表1-1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
表1-2出焦炉煤气杂质含量/[g•m-3]
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
〜2.5
粗轻吡啶
0.4
〜0.6
萘
10
其他
2
表1-3
典型焦炉煤气主要组成
55
〜59
CO
〜8.5
1.5
N2
3
〜3.5
CH
24
〜26
GHn
Q
0.3
〜0.8
1.6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
2.1车间工艺流程的选择
2.1.1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50C左右，对弗萨姆法（需55C）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]。
2.1.2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650E〜800C,经上升管到达桥管，然后在汇集到集气管。
在集气管中，用70T〜75C循环氨水进行喷洒，焦炉煤气冷却到80r〜85r，有60流右的焦油蒸汽冷凝下来，这是重质焦油部分。
焦油和氨水混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25r〜35r，经鼓风机增压，因绝热压缩升温i0r〜i5r。
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H2S，HCN吸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50C〜55C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1.6MPa直接水蒸气吹蒸，脱氨后贫液温度196C，经与富液换热后进吸收塔吸氨。
解吸塔顶得到3（氨）＞18%勺氨水，氨水再经精馏制取无水氨。
脱氨后的煤气温度为55E〜60C,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20T〜25C。
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］。
煤
气
来自
脱氨
Ik
段煤
■
终冷脱卄奈
洁净焦炉煤气
图2-1焦炉煤气净化工艺流程图
2.2主要工段工艺流程简述
2.2.1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75C。
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75〜45C，再进入二段冷却器进一步冷却至25C。
在此过程中煤气中90%以上的焦油、80%左右的氨、60%的萘、80%的HS等可有效地被除去［11］。
初步冷却后的煤气输送入气柜，用以进行下一步的净化。
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2-2煤气初冷段工艺流程图
222湿法脱硫工段一改良ADA法简述
（1）反应机理：
a在吸收塔中
溶液中Na2CO3,吸收煤气中的H2S：
Na2CO3+H2S=NaHS+Na2CO3在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：
2NaHS+4NaVO3+H2O=NaV4O9+4NaOH+S
NaV4O9+2ADA（O）+2NaOH+2HO=4NaVO3+2ADA（H）
煤气中HCN被溶液中NaCO^H反应生成的S:
NaCO3+HCN+S=NaCNS+NaH3CO
b在再生塔中
还原态A.D.A被空气氧化再生：
2ADA（H）+O2=2ADA（O）+H2O
NaCO3再生反应：
NaHC3O+NaOH=Na2CO3+H2O
（2）工艺流程
含有H2S的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H2S被溶液吸收而脱除，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NaHCO吸收煤气中的氰酸，此部分NaHCQ不能再生，有外界补充。
反应消耗的NaCO大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2-3改良ADA法脱硫工艺流程图
2.2.3弗萨姆法脱氨工段
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（NH4）2HPQ,在高
温条件下，能释放出氨分子，这一特性的化学反应式为：
NH+HPQTH4HPO
NH+NH4HPQw（Nil4）2HPO
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175C，进入氨汽提塔。
氨汽提塔下部供入压力为1.57MPa蒸汽，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1.57MPa的蒸汽精馏成为裸气，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2-4弗萨姆脱氨工艺流程图
2.2.4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25〜30C,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，煤气中萘含量由2g/m3〜3g/m3降至0.7g/m3〜0.8g/m3。
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。
2.2.5煤焦油洗油脱苯工段
终冷后的煤气含粗苯含量25g/m3〜40g/m3，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2-5终冷洗萘洗苯工艺流程图
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［12-18］。
设计规模：
50000m3/h焦炉煤气车间
3.1初冷工段衡算
3.1.1集气管衡算
每吨干煤产荒煤气480m,其中煤气占75%水煤气占23.5%,焦油与苯蒸汽占1.5%。
（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75C循环氨水喷洒，温度由650E〜800T降至85E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700r，设计氨水喷洒量为5.5m3/吨干煤。
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：
qv（氨水）=104X5.5=573（nVh）
设计中氨水蒸发量为3%则需补加的循环氨水量为：
Q=qvX书=573X3%=17.25m3/h17.5（m3/h）
QV——需要补加氨水的流量，m3/h;
qv——循环氨水的流量，m3/h;
书一一氨水的蒸发率，%
3.1.2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45C,接下来的二段冷却中用18C的低温水冷却至25C。
表3-1横官间冷器技术参数表
项目
横管型冷凝冷却器
工作温度
管外粗煤气85C〜25C管内冷却水18C〜40C
允许压力/MPa
管外0.0035，管内0.4
气流流动方式
垂直错流
流体流动速度/（m•s-1）
0.5-0.7
21
传热系数/（KJ•m•h•C）
一段冷却837,二段冷却418
查得20C,101.325kPa的典型焦炉煤气中各组分的比热如表3-2，用来估算
工业设计中焦炉煤气的比热，
以确定横管冷却水用量。
表3-2
焦炉煤气中各组分的比热
组分
定压热容/（kJ•kg-1•K-1）
H2
10.13
0.75
CQ
0.65
Nb
0.745
1.70
GH.
典型焦炉煤气的热熔衡算：
Cp（煤气）=Cp（H2）x©
（H2）+Cp（C0）x©
（CO）+Cp（CQ）x©
（CQ）+
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