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0、概述:焦炉煤气为什么要进行初冷和初步净化？1)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；被水饱和的煤气的体积温度/℃(煤气+水汽)体积/m301.006101.049201.098251.126301.158351.195401.236501.348601.518701.841802.429904.3179938.8303）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、氨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℃焦油雾:80~120g/m3焦油雾:30~50g/m3循环氨水：72~78℃氨水：74~80℃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℃焦油雾:80~120g/m3焦油雾:30~50g/m3水的显热：4.18kj/kg·℃水的潜热：2500kj/kg循环氨水：72~78℃氨水：74~80℃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℃。水的显热：4.18kj/kg·℃水的潜热：2500kj/kg2、煤气露点与煤气中水汽含量的关系Dewpoint:Thetemperatureatwhichairbecomessaturatedandproducesdew.煤气的露点与煤气水分含量的关系如图所示。煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有关：煤气的水分、进集气管前煤气的温度、循环氨水量和进出口温度以及氨水喷洒效果等，其中以煤料水分影响最大。由于煤气的冷却主要是靠氨水的蒸发，所以，氨水喷洒的雾化程度好，循环氨水的温度较高（氨水液面上水汽分压较大），氨水蒸发量大，煤气即冷却得较好；反之则差。进入集气管前的煤气露点的温度也同装入煤料的水分含量有关，当装入煤料总水分为8～11%时，相应的露点度为65～70℃。为保证氨水蒸发的推动力，进口水温应高于煤气露点温度5～10℃所以采用72～78℃的循环氨水喷洒煤气。对不同型式的炼焦炉所需的循环氨水量也有所不同，按经验确定的定额数值为：单集气管焦炉需氨水5m3/t（干煤）；双集气管焦炉需循环氨水6m3/t（干煤）。集气管技术操作的主要数据如下：集气管前煤气温度，℃650～750离开集气管的煤气温度，℃82～86循环氨水温度，℃72～78离开集气管氨水温度，℃74～80煤气露点，℃80～83循环氨水量，m3/t干煤5～6蒸发的氨水量，%（占循环氨水量）2～3冷凝焦油量，%（占煤气中焦油量）～60二、煤气初冷工艺流程1、煤气的间接冷却图1-2所示为煤气间接初冷工艺流程。焦炉煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主管首先进入气液分离器，煤气与焦油、氨水、焦油渣等在此分离。分离下来的焦油、氨水和焦油渣一起进入焦油氨水澄清槽，经过澄清分为三层：上层为氨水；中层为焦油；下层为焦油渣。沉淀下来的焦油渣由刮板输送机连续刮送至漏斗处排出槽外。焦油则通过液面调节器流至焦油中间槽，由此泵往焦油贮槽，经初步脱水后泵往焦油车间。氨水由澄清槽上部满流至氨水中间槽，再用循环氨水泵送回焦炉集气管以冷却荒煤气。这部分氨水称为循环氨水。74~80℃72~78℃82~86℃焦油雾:30~50g/m325~35℃焦油雾:1.5~2.5g/m3Δt=10~20℃40~50℃焦油雾:15~25mg/m3焦油渣几个概念：集合温度——从各台初冷器出来的煤气温度是有差别的，汇集一起后的煤气温度称为集合温度。在生产硫铵系统中，要求集合温度低于35℃；在生产浓氨水系统中，则要求集合温度低于25℃冷凝液——由初冷器从荒煤气中冷凝下来的焦油和氨水的混合液统称为冷凝液。轻质焦油——由冷凝液分离出来的焦油称为轻质焦油。2、间冷直冷结合的煤气初冷煤气的直接初冷，是在直接初冷塔内，由煤气和冷却水（经冷却后的氨水焦油混合液）直接接触传热而完成的。此法不仅冷却了煤气，且具有净化煤气效果好、冷却效率较高及煤气阻力小等优点。如图1-5所示，由集气管来的82℃左右的煤气经气、液分离后，进入横管式间接冷却器被冷却到50～55℃，再进入直冷空喷塔冷却到25～35℃，在直冷空喷塔内，煤气由下向上流动，与分两段喷淋下来的氨水焦油混合液密切接触而得到冷却。三、煤气冷却设备1、立管式间接冷却器2、横管式间接冷却器循环水:25℃（32℃）低温水:18℃热水：50℃热水:22℃煤气:82~86℃煤气:25℃、35℃第二节焦油氨水的分离一、焦油氨水混合物的性质及分离要求在用循环水于集气管内喷洒荒煤气时，约60%的焦油冷凝下来，这种集气管焦油是重质焦油，其相对密度为（20℃）为1.22左右，粘度较大，其中混有一定量的焦油渣，焦油渣内含有煤尘、焦粉、炭化室顶部热解产生的游离碳及清扫上升管和集气管所带入的多孔物质，其含量约为焦油渣的30%，其余约70%为焦油。焦油的脱水直接受温度和循环氨水中固定氨盐含盐量的影响，在80～90℃和固定铵盐浓度较低情况下，焦油与氨水较易分离，因此，在采用混合氨水分离流程时，混合焦油的脱水程度较好，但只进行一步澄清分离仍不能达到要求的脱水程度，还需要在焦油贮槽内于80～90℃下进一步澄清分离程度，可达到要求的质量标准。目前我国焦化厂生产的煤焦油质量标准如表1-1。表1-1煤焦油质量标准指标指标名称一级品二级品密度(20℃),kg/l1.12~1.201.13~1.22水分，%不大于44灰分，%不大于0.150.5游离碳，%不大于6.010.0粘度，E80不大于5.05.0二、澄清分离设备如图1-10所示，在采用氨水混合流程时，由于焦油的密度较小，在保持槽内焦油温度为70～80℃和焦油层高度为1.5～1.8m的情况下，焦油渣沉降分离需分两步：第一步为氨水分离；第二步为焦油脱水和细粒固体物质的分离。(0.03m/min或1.8m/h)三、分离方法和流程大中型焦化厂一般采用图1-2及图1-5所示的焦油氨水分离流程。近年来，为改善焦油脱渣，改善焦油质量，在生产中，以机械化焦油氨水澄清槽和离心分离相结合的方法得到广泛应用。其工艺流程如图1-11所示：第三节煤气的输送及鼓风机一、煤气输送系统煤气由炭化室出来经集气管、吸气管、冷却及回收设备直到煤气贮罐或送回焦炉，要通过很长的管道及各种设备。为了克服这些设备和管道阻力及保持足够的煤气剩余压力，需设置煤气鼓风机。同时，在确定化产回收工艺流程及所用设备时，除考虑工艺要求外，还应该使整个系统煤气输送阻力尽可能小，以减少鼓风机的动力消耗。1、煤气的输送系统及其阻力煤气输送系统的阻力，因回收工艺流程及所用设备的不同而有较大差异，同时也因煤气净化程度的不同及是否有堵塞情况而用较大波动。现就大型焦化厂两种流程情况比较介绍如表1-2。吸入方（机前）为负压，压出方为正压，鼓风机后压力与机前压力差为鼓风机的总压头。上述系统Ⅰ为目前国内有些大型焦化厂所采用的较为典型的生产硫氨的工艺系统，鼓风机所应具有的总压头为19.61～25.50kPa（2000～2600mm水柱）。系统Ⅱ同样是生产硫氨的回收系统（脱硫工序可设于氨回收工序之前），由于多采用空喷塔式设备，鼓风机所需总压头仅需13.24～20.10kPa（1350～2050mm水柱）。可以显著降低动力费用。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150~200100~15050~150300~500300~40030~50550~65050~10080~120150~200150~200400~5001710~22201.471~1.9610.981~1.4710.490~1.4712.942~4.9032.942~3.9230.2942~0.4905.394~6.3740.4905~0.9810.7845~1.1771.471~1.9611.471~1.9613.923~4.90316.769~21.77150~20050~10050~150250~450300~40030~50100~20050~10010~4020~80180~230400~5001090-16001.471~1.9610.490~1.9810.490~1.4712.452~4.4132.942~3.9230.2942~0.4900.981~1.9610.4981~0.9810.0981~0.3920.1961~0.78451.765~0.778453.923~4.90310.689~15.691流程阻力2、煤气输送管道煤气管道管径的选用和设备是否合理及操作是否正常，对焦化厂生产具有重大意义。为了确定煤气管道的管径，可按表1-3所列数据选用适宜流速。管道直径，mm流速，m/s管道直径，mm流速，m/s≧80012~182007400~70010~1210063008804二、鼓风机及其操作性能第四节炼焦煤气中焦油雾的清除出炭化室煤气含焦油雾约80~120g/m3，离开集气管约30~50g/m3，初冷器后煤气中焦油雾的含量一般为2～5g/m3（立管初冷器）或1.0～2.5g/m3（横管冷却器后或直接冷却塔后）。煤气中焦油雾需较彻底地清除，否则对化产回收操作影响严重。化产回收工艺要求煤气中所含焦油量最好低于0.02g/m3，从焦油雾滴的大小及所要求的净化程度来看，采用电捕焦油器最为经济可靠。一、电捕焦油器的工作原理正极(沉淀极)负极(电晕极)(工作电压:50000V)Φ350mmL=3500mm煤气:1.5m/s钢丝(φ3.5~4mm碳钢)(φ2mm镍铬钢)钢管钢管Φ350mmL=3500mm煤气:1.5m/s根据板状电容的物理原理，如在两金属板间维持一很强的电场，使含有尘灰或雾滴的气体通过其间，气体分子发生电离，生