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-1-1总论1.1概述苯族烃是宝贵的化工原料，焦炉气一般含苯族烃25～40g/m3，因此。经过脱氨后的煤气需进行苯族烃的回收并制取粗苯。从焦炉煤气中回收苯族烃采用的方法有洗油吸收法，活性炭吸收法和深冷凝结法。其中洗油吸收法工艺简单，经济可靠，因此得到广泛应用。洗油吸收法依据操作压力分为加压吸收法，常压吸收法和负压吸收法。加压吸收法的操作压力为800～1200kPa,此法可强化吸收过程，适于煤气远距离输送或作为合成氨厂的原料。常压吸收法的操作压力稍高于大气压，是各国普遍采用的方法。负压吸收法应用于全负压煤气净化系统。吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油。富油的脱苯按操作压力分为常压水蒸气蒸馏法和减压蒸馏法。按富油加热方式又分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉加热富油的脱苯法。各国多采用管式炉加热富油的常压水蒸气蒸馏法。因此，该设计对于化工生产来说也是一个很重要的课题。通过毕业设计可以使我们初步掌握该工艺的基本原理，重要的工艺过程及设备的构造，使我们综合运用所学专业课知识独立解决实际问题的能力得到了提高，培养和提高我们的决策能力、计算能力，结构设计与绘图能力。1.2粗苯的理化性质粗苯主要含有苯、甲苯、二甲苯、和三甲苯、等芳香烃。此外，还含有不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶碱类。当用洗油回收煤气中的苯族烃时，粗笨中尚含有少量的洗油轻质馏分。此外，粗苯中酚类的质量含量通常为0.1%～1.0%，吡啶碱类的质量含量一般不超过0.5%。当硫酸铵工段从煤气中回收吡啶碱类时，则粗苯中吡啶碱类质量含量不超过0.01%。粗苯的各主要组分均在180℃前馏出，180℃后的流出物称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和计算产量时，通常将180℃前的馏出量当作100%来-2-计算，故以其180℃前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在180℃前的馏出量取决于粗苯工段的工艺流程和操作制度。180℃前馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯的180℃前馏出量为93%～95%。粗苯是黄色透明液体，比水轻，微溶于水。在贮存时，由于低沸点不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶解于粗苯中，使其着色变暗。粗苯易燃，闪点为12℃。粗苯蒸气在空气中的体积浓度为1.4%～7.5%时，能形成爆炸性混合物。1.3影响苯族烃吸收的因素1.3.1吸收温度吸收温度系指洗苯塔内气液两相接触面的平均温度，它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度的影响。吸收温度是通过吸收系数和吸收推动力的变化而影响粗苯回收率的。提高吸收温度，可使吸收系数略有增加，但不显著，而吸收推动力却显著减小。总的来说，吸收温度不宜过高，但液不宜过低。在低于15℃时，洗油的黏度将显著增加，使洗油输送及其在塔内均匀分布和自由流动都发生困难。当洗油温度低于10℃时，还可以从油中析出固体沉淀物。因此适宜的吸收温度为25℃左右，实际操作温度波动于20～30℃之间。操作中洗油温度应略高于煤气温度，以防止煤气中的水汽冷凝而进入洗油中。一般规定洗油温度在夏季比煤气温度高2℃左右，冬季高4℃左右。为保证适宜的吸收温度，自硫酸铵工序来的煤气进洗苯塔前，应在最终冷却器内冷却至18～28℃，贫油应冷却至低于30℃。1.3.2洗油的吸收能力及循环油量由式0mapC2.24Mp可见，当其他条件一定时，洗油的相对分子质量减小将使洗油中粗苯含量增大，即吸收能力提高。同类液体吸收剂的吸收能力与其相对分子质量成反比，吸收剂与溶质的相对分子质量愈接近，则愈易相互溶解，-3-吸收得愈完全。在回收等量粗苯的情况下，如洗油的吸收能力强，使富油的含苯量高，则循环洗油量也可相应减少。但洗油的相对分子质量也不宜过小，否则洗油在吸收过程中挥发损失较大，并在脱苯蒸馏时不易与粗苯分离。送往洗苯塔的循环洗油量可根据下式求得：1221aaVL(CC)1000式中V——煤气量，3m/h;1a,2a——洗苯塔进、出口煤气中苯族烃含量，g/3m；L——洗油量，kg/h;1C,2C——贫油和富油中粗苯的含量，%。由上式可见，增加循环洗油量，可降低洗油中粗苯的含量，增加吸收推动力，从而可提高粗苯回收率。但循环洗油量也不宜过大，以免过多地增加电、蒸汽的耗量和冷却水用量。在塔后煤气含苯量一定的情况下，随着吸收温度的升高，所需要的循环洗油量也随之增加。实际的循环洗油量可下述方法计算:理论最小量计算确定：bmvmin1pmqq22.4pminq——理论最小循环洗油量kg/h1p——入塔煤气压力kPabp——纯苯的饱和蒸汽压kPavq——不包括苯族烃的入塔煤气体积3m/hmm——洗油相对分子质量——要求达到的苯族烃的实际回收率——无限大吸收面积时苯族烃的回收率-4-由上面的式子求的贫油量为96347.193m/h1.3.3贫油含苯量贫油含苯量是决定塔后煤气含苯族烃量的主要因素之一。由式0mapC2.24Mp可见，当其他条件一定时，入塔贫油中粗苯含量愈高，则塔后损失愈大。如果塔后煤气中苯族烃含量为2g/3m，设洗苯塔出口煤气压力p=100.00kPa，洗油相对分子质量M=160，25℃时粗苯的饱和蒸气压0p=13.00kPa，将有关数据代入上式，即可求出与此相平衡的洗油中粗苯含量1C：12100.002.240.2216013.00C计算结果表明，为使塔后损失不大于2g/3m，贫油中的最大粗苯含量为0.22%。为了维持一定的吸收推动力，1C值应除以平衡偏移系数n，一般n=1.1～1.2。入取n=1.14，则允许的贫油含苯量10.22%0.193%1.14C。实际上，由于贫油中粗苯的组成里，苯和甲苯含量少，绝大部分为二甲苯和溶剂油，其蒸气压仅相当于同一温度下煤气中所含苯族烃蒸气压的20%～30%，故实际贫油含粗苯量可允许达到0.4%～0.6%，此时仍能保证塔后煤气含苯族烃在g/3m以下。如进一步降低贫油中的粗苯含量，虽然有助于降低塔后损失，但将增加脱苯塔蒸馏时的水蒸气耗量，使粗苯产品的180℃前馏出率减少，并使洗油的耗量增加。近年来，国外有些焦化厂，塔后煤气含苯量控制在4g/3m左右，甚至更高。这一指标对大型焦化厂的粗苯回收是经济合理的。另外一般粗苯和从回炉煤气中分离出的苯族烃的性质可以看出，由回炉煤气中得到的苯族烃，硫含量比一般粗苯高3.5倍，不饱和化合物含量高1.1倍。由于这些物质很容易聚合，会增加粗苯回收和精制操作的困难，故塔后煤气含苯量控制高一些也是合理的。1.34吸收表面积为了洗油充分吸收煤气中的苯族烃，必须使气液两相之间有足够的接触-5-表面积（即吸收面积）。填料塔的吸收表面积即为塔内填料表面积。填料表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收过程进行得也愈完全。根据生产实践，当塔后煤气含苯量要求达到2g/3m时，对于木格填料洗苯塔，每小时13m煤气所需的吸收面积一般为1.0～1.12m；对于钢板网填料塔，则为0.6～0.72m。当减少吸收面积时，粗苯的回收率将显著降低。1.3.5煤气压力和流速当增大煤气压力时，扩散系数gD将随之减少，因而时吸收系数有所降低。但随着压力的增加，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力显著增加，因而吸收速率也将增大。由式g0.7520.6280.066egggeDdK0.0445RePr()mdC/s可见，增加煤气速度可提高气膜吸收系数，从而提高吸收速率，强化吸收过程。但煤气速度也不宜过大，以免使洗苯塔阻力和雾膜夹带量过大。对木格填料塔，空塔气速以不高于载点气速的0.8倍为宜。回收率和上述诸因素之间的关系，可用下列无因次式表示：mbmbbn(e1)1be1式中——回收率；m——指数，KFm0.27pV；P——煤气的平均压力，kPa;F——填料的表面积，2mV——煤气量，3m/hK——总吸收系数，kg/（2mhkPa）；b——指数，99.9921bpl；l——油气比，kg/3m；-6-n——系数，11999.92Cnpa；1C——贫油中粗苯质量含量，%；1a——入洗苯塔煤气中苯族烃含量，g/3m。1.4洗油的质量要求为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如下性能：（1）常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使苯族烃很好地分离出来；（2）具有化学稳定，即在长期使用中其吸收能力基本稳定；（3）在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物；（4）易与水分离，且不生成乳化物；（5）有较好的流动性，易于用泵送并能在填料上均匀分布。焦化厂用于洗苯的主要有焦油洗油和石油洗油。焦油洗油是高温煤焦油中230～300℃的镏分，容易得到，为大多数焦化厂所采用。要求洗油的萘质量含量小于13%，苊质量含量不大于5%，以保证在10～15℃时无固体沉淀物。萘因熔点较高，在常温下易析出固体结晶，因此，应控制其含量。但萘与苊、芴、氧芴及洗油中其他高沸点组分混合时，能生成熔点低于有关各组分的共熔点混合物。因此，在洗油总存在一定数量的萘，有助于降低从洗油中析出沉淀物的温度。洗油中甲基萘含量高，洗油粘度小，平均相对分子质量小，洗苯能力较大。所以，在采用洗油脱萘工艺时，应防止甲基萘成分随之切出。洗油含酚高易与水形成乳化物，破坏洗苯操作。另外，酚的存在还易使洗油变稠。因此，应严格控制洗油中的含酚量。石油洗油系指轻柴油，为石油精馏时，在馏出汽油和煤油后所切取的馏分。生产实践表明：用石油洗油洗苯，具有洗油耗量低、油水分离容易及操作简便等优点。-7-石油洗油脱萘能力强，一般在洗苯塔后，可将煤气中萘脱至0.15g/m3以下。但洗苯能力弱，故循环油量比用焦油洗油时大，因而脱苯蒸馏时的蒸汽耗量也大。石油洗油在循环使用过程中会形成不溶性物质——油渣，并堵塞换热设备，因而破坏正常的加热制度。另外，含有油渣的洗油与水还会形成稳定的乳化液，影响正常操作。故在洗苯流程中增设沉淀槽，控制含渣量不大于20g/3m。洗油的质量在循环使用过程中将逐渐变坏，其密度、黏度和相对分子质量均会增大，300℃前馏出量降低。这是因为洗油在洗苯塔中吸收苯族烃的同时还吸收了一些不饱和化合物，如环戊二烯、古马隆、茚和丁二烯等，这些不饱和化合物在煤气中硫醇等硫化物的作用下，会聚合成高分子聚合物并溶解在洗油中，因而使洗油质量变坏并析出沉淀物。此外，在循环使用过程中，洗油的部分轻质馏分被出塔煤气和粗苯带走，也会使洗油中高沸点组分含量增多，黏度、密度及平均相对分子质量增大。循环洗油的吸收能力比新洗油约下降10%，为了保证循环洗油的质量，在生产过程中，必须对洗油进行再生处理-8-2设计方案2.1用洗油吸收煤气中的苯族烃洗油吸收煤气中粗苯蒸气的过程是物理吸收过程，当煤气中粗苯蒸气的分压大于洗油表面上粗苯蒸气时，煤气中的粗苯就被洗油吸收。而两者之间的差值就是吸收粗苯过程的推动力，故差值越大，则吸收过程进行的越容易，吸收的速率也越快。此外吸收过程的进行还与洗油和煤气的物理性质（黏度、密度）及吸收过程的条件（温度、洗苯塔形式、气体流速和喷洒密度等）有关。用洗油吸收煤气中的苯族烃所采用的洗苯塔虽有多种形式，但工艺流程基本相同。2.2富油脱苯富油脱苯按其加热方式分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉加热富油的脱苯法。前者是利用列管式换热器用蒸汽间接加热富油，使其温度达到135～145℃后进入脱苯塔；后者是利用管式炉用煤气间接加热富油，使其温度达到180～190℃后进入脱苯塔。该法由于富油预热温度高，与前者相比具有以下优点：脱苯程度高，贫油中苯质量含量可达0.1%左右，粗苯回收率高；蒸汽耗量低，每生产1t180℃前粗苯为1～1.5t，仅为预热器加热富油脱苯蒸汽耗量的1/3；产生的污水量少；蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸小。因此，目前广泛采用管式炉加热富油的脱苯工艺。2.3处理能力粗苯产量：30000000417024300Kg/h粗苯产量4170Kg/h，其组成质量含量：苯70%，甲苯15%，二甲苯（含乙基苯）5%，三甲苯1.5%（含乙基甲苯），不饱和化合物7.0%，硫化物（按硫计）0.5%，饱化合物1.0%。贫油量96347.19Kg/h，贫油中粗苯