焦油年产13万吨焦油加工厂蒸馏工段的初步设计毕业设计.docx

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焦油年产13万吨焦油加工厂蒸馏工段的初步设计毕业设计

焦油_年产13万吨焦油加工厂蒸馏工段的初步设计毕业设计

毕业设计说明书设计（论文）题目：

13万t/a焦油加工厂蒸馏工段的初步设计学生姓名：

学号：

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指导教师：

2012年X月X日摘要本设计为13万t/a焦油加工厂蒸馏工段初步设计。

通过对国内外焦油加工工艺和发展现状的综述，选择用国内应用较多且比较成熟的常压两塔式焦油蒸馏工艺。

首先对一段蒸发器、二段、蒸发器、蒽塔、馏分塔等主要设备进行了物料衡算；

对馏分塔、蒽塔进行了设计计算，确定了塔径和塔高，并对塔板进行设计计算和流体力学校核；

对馏分塔进行了机械设计和强度校核；

最后给出非工艺条件。

本设计的主要设备有：

圆筒式管式炉350万千卡/小时，一段蒸发器的直径DN=1400mm、二段蒸发器直径DN=2200mm、馏分塔直径DN=1600mm，塔高H=23000mm，塔板数为36，蒽塔DN=1600mm，塔板数为23，一段冷凝冷却器的换热面积是54m2，馏份塔冷凝冷却器的换热面积是195m2，蒽油浸没式冷却器的换热面积是24m2。

关键词:

煤焦油；

焦油蒸馏；

馏分塔；

工艺计算AbstractThedesignforthe130,000t/acoaltardistillationsectionispreliminarydesigned.Theprocessandthedevelopmentstatusofthedomesticandforeigntarisdescribed.Bycomparisontotheexistingprocess,thedomesticapplicationofmoreandmorematureatmospherictwo-towertardistillationprocessisselected.Thefirstsectionoftheevaporator,Sec,evaporator,anthracene,tower,distillatetowerequipmentmaterialbalance;distillatetower,anthracene,towerdesigncalculations,todeterminethetowerdiameterandtowerheight,andplatedesigncalculationsandthehydrodynamicscheck;distillatetowermechanicaldesignandstrengthcheck;Finally,non-processconditions.Theresultsshowthatcylindricaltubetypefurnaceis3.5millionkilocalorie/hour,thesectionoftheevaporatordiameteris1400mm,Secevaporatordiameteris2200mm.Thediameterofthetoweris1600mm,theheightofthetoweris23000mm,inwhichtheplatenumberis36.Anthracenetowerdiameteris1600mm,platenumberis23.Thesectionofcondensationheattransferareaofthecooleris54m2,andthedistillatetowercondensatecoolerheattransferareais195m2,anthraceneoil-immersednocoolerheattransferareais24m2.Keywords:

coaltar;tardistillation;distillationtower;calculationofcrafts目　　录摘要IAbstractII前　言11文献综述22主要设备选择123工艺计算133.1物料衡算133.1.1整个流程的物料衡算133.1.2主要设备的物料衡算143.2主要设备计算153.2.1管式加热炉153.2.2一段蒸发器173.2.3二段蒸发器183.2.4蒽塔193.2.5馏分塔203.2.6一段轻油冷凝冷却器223.2.7馏分塔轻油冷凝冷却器233.2.8浸没式冷却器（切萘洗量混馏分）243.3馏分塔塔板的工艺计算253.3.1塔径263.3.2塔高263.3.3圆泡罩塔盘的设计263.3.4板面布置273.3.5塔板压降293.3.6液冷情况313.3.7鼓泡层高度hf313.3.8排空时间T313.4蒽塔塔板的工艺计算323.4.1塔径333.4.2圆泡罩塔盘的设计333.4.3板面布置343.4.4塔板压降363.4.5液泛情况383.4.6鼓泡层高度hf383.4.7排空时间T383.5容器附件393.5.1人孔和手孔393.5.2视镜393.5.3液面计393.5.4接管393.5.5法兰403.6主要设备机械设计和强度校核403.6.1筒体和封头壁厚413.6.2塔设备载重计算413.6.3风载荷与风弯矩计算433.6.4地震弯矩计算463.6.5各种载荷引起的轴向应力483.6.6塔体最大组合轴向拉应力校核523.6.7塔体水压时应力及吊装时应力校核533.6.8吊装时应力校核校核543.6.9基础环设计553.6.8地脚螺栓计算564非工艺条件设计584.1防火防爆等级584.2采暖通风584.3给水排水584.4供气594.5设备维修594.6电力594.7土建59结论61参考文献62谢辞63前　言煤焦油中很多化合物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料，也有一部分多环芳烃化合物是石油加工业无法生产和替代的。

我国的煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油、萘油、甲基萘油、洗油、Ⅰ–蒽油、Ⅱ-蒽油及煤沥青，各馏分再经深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多种芳烃类化工原料及中间体，少量煤焦油被用作筑路油、防腐剂及炭黑原料油、燃料油等，近年也有人利用合成树脂、合成橡胶对煤焦油进行改性，制造高档次防水涂料。

煤焦混合物不经加工仅作为燃料油、炭黑原料油或防腐油以及直接或简单加工后的应用价值不是很大。

近年来，随着我国钢铁工业、炼焦行业和世界煤化工行业的发展，给我国煤焦油加工行业带来了前所未有的好机遇。

我们应紧紧抓住这一难得的历机遇，立足于国内持续增长的煤焦油资源，充分利用并引导企业进行煤焦油的规模加工，不断提升产品的科技含量，坚定地向精细化工方向快速发展。

我国是一个以煤为主要能源的大国，通过煤焦油加工可以提高煤的利用率，是能源综合利用的重要途径。

我国煤焦油加工的现状为：

装置规模小、热能回收利用不合理、产品种类少、环境保护存在一定问题。

在煤焦油加工存在的主要问题有：

工艺相对落后，装置规模小且过于分散，分离新技术应用水平低，加工过程环境污染严重，加工深度不够等，因此煤焦油要以集中加工为主，同时还应尽可能以煤焦油加工产品为原料合成新的精细化学产品，以增加产品等级和提高产品附加值。

此外，煤焦油蒸馏工艺技术也可以按产品的品种进行选择，应努力开发高效低耗的新工艺，从而使自动控制、分析化验、节能与环保等方面的技术水平提高。

1文献综述1.1课题的实际意义煤焦油是煤在高温干馏和气化中副产的具有刺激性臭味有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠状液体产品,简称焦油[1]。

产率大约占炼焦干煤的3%～4%,组分上万种,已从中分离并认定的单种化合物约500余种,约占煤焦油总量55%[2],是很多稠环化合物和O、N、S的杂环化合物的主要来源[3]。

煤焦油是炼焦中煤炭化的副产品,所以煤焦油产量也虽焦炭产量的增加而增加。

受国内外市场影响,近几年我国焦炭产量迅速增长。

我国是世界焦炭生产大国,从1993年起,焦炭产量连续居世界第一位[4]。

低水平重复建设造成了焦炭总量处于过剩状态,一方面是总体规模的过度膨胀,另一方尽管近30年来受石油化工激烈竞争的影响,煤焦油加工得到的稠环芳烃与杂环芳烃仍具发展潜力,特别在医药、农药、染料、合成纤维、耐高温材料等领域有一定的不可替代性。

全世界萘的需求量约100万t以上[5],目前90%以上仍来自煤焦油,作为染料原料的精蒽年需求量3万ｔ以上,生产碳素电极的电极沥青年消耗250万ｔ以上,两环以上的杂环芳烃,如咔唑、喹啉、噻吩,几乎全部来自煤焦油。

1.2课题的应用性和先进性我国虽是煤炭资源大国，但随着开采力度逐年加大，煤的储量已经日益减少。

如何进一步提高煤的利用价值，除了对煤炭和煤气进行深加工以外，焦炭生产过程中4%左右的煤焦油也是值得深入研究的课题。

特别是近年来石油价格的不断攀升，使得煤焦油越来越体现出其在化工产品中的价值，国内许多焦化厂、煤矿企业都在想办法如何发挥煤焦油加工产品的附加值[6]。

1.2.1应用性煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中副产的具有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠状液体产品，产率大约占炼焦干煤的3%～4%，几乎完全是由芳香族化合物组成的复杂混合物，组分上万种，已从中分离并认定的单种化合物约500余种，约占煤焦油总量的55%。

煤焦油中很多化合物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料，也有一部分多环芳烃化合物是石油加工业无法生产和替代的。

我国的煤焦油主要用来加工生产轻油、酚油、萘油、甲基萘油、洗油、I蒽油、II蒽油及煤沥青，各馏分再经深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多种芳烃类化工原料及中间体。

少量煤焦油被用作筑路油、防腐剂及炭黑原料油、燃料油等。

近年也有人利用合成树脂、合成橡胶对煤焦油进行改性，制造高档次防水涂料，占煤焦油50%的煤沥青用途十分广泛，可用作电极黏结剂，制造碳素纤维等。

煤焦油混合物不经加工仅作为燃料油、炭黑原料油或防腐油以及直接或简单加工后的应用价值不是很大[7]。

国内外普遍看好的是其深加工精制产品的应用。

随着经济和技术的发展，不仅传统的煤焦油加工产品开发出了新的用途，而且应用新技术提取或进一步加工出的煤焦油馏分产品更具市场竞争力。

因此，应用新技术、新工艺，从煤焦油中提取市场急需的各类贵重化工产品，不仅实现了资源综合利用提高了产品附加值，而且经济效益、环境效益、社会效益明显，对煤焦油的精制加工极为重要。

煤焦油行业是一个比较传统的行业，尽管近30年来受到石油化工行业的激烈竞争，煤焦油行业仍然具有较大的发展潜力，尤其近几年来随着新材料和钢铁行业的发展，煤焦油资源的高效利用再度引起人们的重视[8]。

⑴煤焦油加工工艺蒸馏按工艺操作可分为间歇式蒸馏和连续式蒸馏。

前者是在蒸馏釜中经加热升温把产品逐一蒸出，每蒸完—釜，就停炉装料重新再蒸。

本工艺设备简单，而生产效率低，劳动环境差，蒸出的馏分质罨不高，并环境污染严重。

后者的工艺流程是把煤焦油在管式炉中加热到400℃，一次性气化，再经一、二次蒸发器至到一蒽塔、二蒽塔把衽由、酚油、萘油分离，最终分离出沥青。

连续蒸馏按操作压力分有常压连续蒸馏、常压一减压连续蒸馏和减压连续蒸馏，常压连续蒸馏工艺又有一塔式连续蒸馏流程和两塔式炼焦化学产品的回收连续蒸馏流程。

在我国大型焦化厂主要使用连续蒸馏工艺，使煤焦油加工能连续加工，生产效率比间歇式蒸馏高，产品收率也较高，但加热温度高对某些产品的回收不利，设备较大，能耗也较高。

焦油蒸馏的工艺概况流程图如图1.1所示。

图1.1焦油蒸馏系统工艺流程由原料库区来的原料焦油经过脱水、脱渣、脱盐，通过焦油/混合份换热器、焦油/蒽油换热器、焦油加热炉节能器与混合份、蒽油、烟气换热，换热后进入焦油预热器，在此经导热油加热后进入预脱水塔。

预脱水塔塔顶逸出的轻油馏分和水经空冷器冷却流入轻油油水分离器，分离出的轻油进入轻油槽，一部分作为脱水塔回流用，另一部分作为产品送往成品库区，分离水自流到库区的酚水槽。

预脱水塔底的焦油自流到脱水塔。

脱水塔利用导热油作为热源，脱水塔底的焦油用脱水循环泵抽出，经脱水塔重沸器进行循环加热。

脱水塔顶馏出的轻油馏分经轻油空冷器冷却，流入轻油油水分离器，分离出的轻油作为脱水塔回流用，其余作为产品送往成品库区，分离水进入库区的酚水槽。

脱水焦油由脱水塔底油用抽出泵抽出，经焦油加热炉加热到330℃，进入焦油主塔下部。

主塔为减压操作，自塔顶馏出的酚油汽经空冷器冷却后流入主塔回流槽，在此一部分用回流泵送往主塔塔顶作为回流，另一部分送至馏分洗涤部分的酚油槽作为洗涤的原料。

沥青由主塔塔底抽出泵从塔底抽出送至中温沥青槽，在此由沥青水下成型系统进行成型。

焦油主塔的真空排气由酚油空冷器抽出，经真空冷凝器冷凝冷却后进入真空泵，真空泵出口排气进排气洗净塔由循环洗油洗净后，不凝性气体经排气放散。

真空泵采用水环式。

焦油蒸馏工艺设计中有以下特点：

设计原则：

清洁、高效、实现离线操作；

本工艺流程采用常、减压蒸馏；

馏分采出为两混馏分；

轻油、酚油采用空冷器冷却；

焦油蒸馏主塔采用斜孔塔盘；

管道采用电伴热保温；

主塔底直接采中温沥青。

常压蒸馏工艺的优点是：

①工艺流程短，控制简便，易于操作，在国内有很多成熟的生产经验；

②对设备要求低于减压流程和常减压流程；

③基建投资低，设备维护量较少。

鉴于常压蒸馏工艺的优点，以下介绍两种典型的常压蒸馏工艺流程及流程图。

①常压一塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程原料煤焦油经静止脱水后用一段柱塞泵打入管式炉对流段加热,在泵前加质量分数为8~12%的Na2CO3溶液脱盐,再对流管式炉内一段煤焦油加热到120～130℃后,进入Ⅰ系统Ⅰ段蒸发器脱水,器顶蒸出一次轻油,经冷凝冷却后进入一次轻油分离器,分离出的废水进入油库废水池,分离出的一次轻油流入贮槽,器底流入无水焦油槽的为含水在0.5%以下的无水焦油,分离出的无水焦油通过Ⅰ系统Ⅱ段泵送入管式炉辐射段加热至300～400℃后进入Ⅰ系统Ⅱ段蒸发器,器底排除中温沥青,器顶蒸汽进入Ⅰ系统Ⅱ段馏分塔,在馏分塔底排出蒽油,经冷却后进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分,经冷却后进入各自的贮槽,馏分塔塔顶蒸出二次轻油,经冷凝冷却后入油水分离器分离出的废水进入油库废水池,分离出的二次轻油一部分回流,回流量约为无水焦油量的40%,另一部分产品入贮槽销售。

从无水焦油槽另一部分进入Ⅱ系统Ⅱ段蒸发器和馏分塔,流程同Ⅰ系统Ⅱ段。

连续蒸馏工艺流程如下图1.2所示。

图1.2塔式连续蒸馏工艺流程图1---管式炉；

2---一次蒸发器；

3---二次蒸发器；

4---馏分塔；

5---油水分离；

6---回流槽；

7---循环槽；

8---满流槽②常压两塔式煤焦油连续蒸馏工艺流原料焦油在贮槽中加热静置初步脱水后，用一段焦油柱塞泵26送入管式炉1的对流段，在一段泵入口处加入浓度8%～12%的Na2CO3溶液进行脱盐。

焦油在对流段被加热到120～130℃后进入一段蒸发器2，在此，粗焦油中的大部分水分和轻油蒸发出来，混合蒸汽自蒸发器顶逸出，经冷凝冷却器6得到30～40℃的冷凝液，再经一段轻油油水分离器分离后得到一段轻油和氨水。

氨水流入氨水槽，一段轻油可配入回流洗油中。

一段蒸发器排出的无水焦油进入器底的无水焦油槽，以其中满流的无水焦油进入满流槽16。

由此引入二段焦油泵前管路中。

无水焦油用二段焦油柱塞泵27送入管式炉辐射段加热至400～410℃后，进入二段蒸发器3一次蒸发，使馏分与煤焦油沥青分离。

沥青自底部排出，馏分蒸汽自顶部逸出进入蒽塔4下数第三层塔板，塔顶用洗油馏分打回流，塔底排出二蒽油。

自11、13、15层塔板的侧线切取—蒽油。

一蒽油和二蒽油分别经埋入式冷却器冷却后，放入各自贮槽，以备送去处理。

自蒽塔4顶逸出的油气进入馏分塔5（又称洗塔）下数第五层塔板。

洗油馏分自塔底排出，萘油馏分从第18、20、22、24层塔板侧线采出；

酚油馏分从第36、38、40层塔板采出。

这些馏分经冷却后进入各自贮槽。

自馏分塔顶出来的轻油和水的混合蒸汽冷凝冷却和油水分离后，水导入酚水槽，用来配制洗涤脱酚时所需的碱液；

轻油入回流槽，部分用作回流液，剩余部分送粗苯工段处理。

蒸馏用直接蒸汽经管式炉辐射段加热至450℃，分别送入各塔底部。

中国有些焦化厂，在馏分塔中将萘油馏分和洗油馏分合并一起切取，叫做两混馏分。

此时塔底油称为苊油馏分，含苊量大于25%。

这种切取两混馏分的操作可使萘较多地集中在两混馏分中，萘的集中度达93%～96%，从而可提高工业萘的产率。

同时，洗油馏分中的重组分已在切取苊油馏分时除去，也提高了洗油质量。

煤焦油常压两塔式焦油连续蒸馏工艺流程如图1.3所示。

图1.3　常压两塔式焦油连续蒸馏流程1—煤焦油管式炉；

2—一段蒸发器及无水煤焦油器；

3—二段蒸发器；

4—蒽塔；

5—馏分塔；

6—一段轻油冷凝冷却器；

7—馏分塔轻油冷凝冷却器；

8—一段轻油油水分离器；

9—馏分塔轻油油水分离器；

10—萘油埋入式冷却器；

12—蒽油冷却器；

13—二蒽油冷却器；

14—轻油回流槽；

15—洗油回流槽；

16—无水煤焦油满流槽；

17—煤焦油循环槽；

18—酚油接受槽；

19—酚水接受槽；

20—轻油接受槽；

21—萘油接受槽；

22—洗油接受槽；

23—蒽油接受槽；

24—二蒽油接受槽；

25—一蒽油接受槽；

26—一段煤焦油泵；

27—二段煤焦油泵；

28—轻油回流泵；

29—洗油回流泵；

30—二蒽油泵；

31—轻油泵⑵煤焦油蒸馏的主要设备煤焦油蒸馏的主要设备有管式加热炉，一次蒸发器，二次蒸发器和馏分塔。

①管式加热炉目前煤焦油加工企业焦油整流设备中都采用管式加热炉，其中圆筒式管式炉已经很普及。

如图1.4所示，它主要有燃烧室（辐射室）,对流室和烟囱三部分组成。

圆筒式加热炉的规格依生产能力的不同而不同，炉管均为单程，辐射段炉管和对流段光管的材质均为1Cr5Mo合金钢。

辐射段炉管沿炉壁圆周等距直立排列，无死角，加热均匀。

对流段光管在燃烧室顶水平排列，兼受对流和辐射俩种传热方式作用。

蒸汽过热管设置在对流段和辐射段，其加热面积应满足将所需蒸汽加热至450℃。

辐射段炉管加热强度取为75400-92100KJ/（m2.h）,对流管采用光管时，加热强取为25200-41900KJ/（m2.h）。

图1.4圆筒炉结构图1-烟囱；

2-对流室顶盖；

3-对流室富油入口；

4-对流室炉管；

5-清扫门；

6-饱和蒸汽入口；

7-过热蒸汽入口；

8-辐射段富油出口；

9-射段炉管；

10-看火门；

11-火嘴；

12-人孔；

13-调节阀板的手摇鼓轮②一段蒸发器一段蒸发器为塔式圆筒形设备，如图1.5所示，作用是快速蒸出煤焦油中所含的水分和部分轻油。

塔体由碳素钢或灰铸铁制成。

为保护设备内壁不受冲激磨损腐蚀，在煤焦入口的下部有2-3层分配锥。

煤焦油入口至补雾层有高为2.4m以上的蒸发空间，顶部设钢制拉西环补雾层，塔底为无水煤焦油槽。

气体空塔气速一般取为0.2m/s。

图5一段蒸发器结构图1-蒸汽出口；

2-捕雾层；

3-保护板；

4-煤焦油入口；

5-再分配锥；

6-无水煤焦油出口；

7-无水煤焦油入口；

8，9-溢流塔板；

10-无水煤焦油出口③二段蒸发器二段蒸发器的作用是将400-410℃的过热无水煤焦油闪蒸并使馏分与沥青分离。

在两塔式流程中所用二段蒸发器不带精馏段，构造简单。

而一塔式带有精馏段，其构造如图1.6所示，他的塔体是由若干灰铸铁或不锈钢塔段组成的圆筒型设备。

图1.6二段蒸发器结构图1-放空口；

2-浮球液面计接口；

3-沥青出口；

4，5-泡罩塔板；

6-缓冲板；

7-煤焦油入口；

8-满流槽；

9-无水煤焦油槽；

10-泡罩；

11-人孔；

12-馏分蒸汽出口；

13-回流液入口；

14-二蒽油出口；

15-蒸汽出口④馏分塔馏分塔是煤焦油蒸馏工艺中切取各种馏分的设备，其结构如图1.7所示。

它分为精馏段和提馏段，内设塔板。

塔板间距一半为350-550mm，相应的空塔气速取0.35-0.45m/s。

进料塔板于其上升塔板间宜采用2倍于其他板间距。

用灰铸铁制造塔体时用泡罩塔板，泡罩有条形，园形和星形等；

用合金钢制造塔体时，采用浮阀塔板。

影响馏分塔操作的因素有很多，主要是：

原料油的性质与组成煤焦油泵流量；

冷凝冷却系统操作，塔顶轻油回流流量及性质，各侧线位置及开度，塔底过热蒸汽温度及流量等。

图1.7煤焦油馏分塔结构图1.2.2先进性⑴生产规模日本、德国、法国、俄罗斯等国家的单套焦油蒸馏装置的能力都在10～50万t/a。

从理论上讲，能力越大，规模效益越好。

在资源有限的情况下，选择10万t/a的加工装置能最大限度发挥产品的加工价值。

只有焦油收集量足够多的时候，才能建设50万t/a焦油加工装置。

国内单套焦油蒸馏装置有0.6万，1.2万，3万，5万，7.5万，10万，15万t/a各种规模。

3万t/a以上的规模均为连续蒸馏工艺，小于3万t/a的规模都是间歇蒸馏工艺。

出现不同加工规模的原因有:

①焦油加工厂自身焦油产量不同，按自产焦油建设相应的规模；

②未作为一个产业来考虑焦油的加工，仅作为一个焦化厂的附带处理单元；

③大规模焦油加工的技术水平不够；

④环境保护和能量利用没有达到发达国家的重视程度。

⑵产品方案国外煤焦油加工厂的生产有三种模式:

一是全方位多品种，提纯和配制各种规格和等级的产品；

二是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染料、医药方面延伸的深加工产品；

三是重点加工沥青类产品。

国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青等。

各厂的产品质量和数量都基本类似，导致焦油加工的效益平平，与国外差距较大。

其主要原因有以下几方面:

各焦油加工装置的规模普遍偏小；

高质量、高附加值产品较少；

生产企业适应市场能力较差；

焦油深加工产品的市场有待开发，特别是新产品推向市场时，其难度较大[9]。

⑶工艺流程国内外焦油蒸馏的工艺大同小异，都是脱水、分馏，但国外的工艺比国内要多样化。

国内的焦油蒸馏工艺与国外工艺相比较，差距并不大，只是适用的场合不同。

只要对国内工艺的设备、仪表控制、能量利用方面做一些改进工作，就能够变成先进和实用的工艺[10]。

⑷环保水平环保主要是指对焦油加工过程中所产生的废水、废气、废渣的处理。

焦油加工产生的废水，国内外所采取的措施基本相同，都是集中收集，送焦化厂污水处理装置处理后排放。

所不同的是国内污水处理后的指标要差一点。

废气处理主要是指焦油加工过程中的放散气和沥青烟气的处理。

国外焦油加工厂收集这部分废气，并集中到洗涤塔，净化、降温后送管式炉焚，国内外所采取的措施基本相同，都是集中收集，送焦化厂污水处理装置处理后排放，所不同的是国内污水处理后的指标要差一点。

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