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...1绪论1.1概述随着我国钢铁工业的发展，焦化行业进入到一个大发展时期。大量焦炉煤气的产生，为焦炉煤气的合理开发利用提出了新的课题。焦炉煤气的有效利用可产生巨大的经济效益，并且可避免环境污染和二次能源的浪费。与石油资源相比，我国的煤炭储量十分丰富，结合当前焦炭市场需求旺盛的局面，必将会产生大量的焦炉煤气。因此，我国未来每年焦炉煤气产量将十分可观。是因为未经净化的煤气中含有大量的煤焦油、粗苯、氨、氮、萘、SO2等物质以及CO2等温室气体。焦炉煤气的应用开发前景非常广阔，从焦炉煤气可提炼出的数百种化工产品来看，其不但延长了炼焦综合利用的产业但是，焦炉煤气欲得到进一步利用，必须对其进行净化。未经净化的荒煤气不能得到利用，这链条经济道路，还可将低附加值的焦炉煤气转化为高附加值的产品。因此，对它必须进行深度净化综合利用，走可持续发展的循环[1]。1.2文献综述1.2.1焦炉煤气特点焦炉煤气是指用几种烟煤配成炼焦用煤，在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体。炼焦过程析出的挥发性产物，从炭化室出来后成为粗煤气（又称为荒煤气），粗煤气中的有用物质在经过回收和净化之后便得到洁净焦炉煤气。焦炉煤气是炼焦时的副产品．煤在隔绝空气下干镏，当温度小于350℃时，煤受热分解出水分和部分气态物(CO，CO2)；当温度在350℃～550℃时，煤受热析出大量的气体(甲烷占45%～55%，氢气占10%～20%)当温度在550℃～700℃时，煤中的氢大量受热分解，气体中的氢气比例上升；当温度超过700℃，煤气量减少．当温度升到950℃～l050℃时，焦炭成熟．煤气就是温度小于700℃以前煤受热分解出的气态物质。煤在干镏中还产生煤焦油．焦炭赴冶金，铸造，化工，电石等部门的燃料或原料。煤焦油中含有多种物质，苯、酚、甲酚等是医药、塑料、合成纤维等部门的重要化工原料，沥青是建筑行业的防水材料。煤气中古有大量的甲烷和氢气，每干馏一吨煤能产300m3～350m3的煤气，每m3的煤气的热值相当于2.2kg的煤。煤气中还含有一部分氨气，氨气与硫酸反应能生成硫铵，与水接触可生成氨水。煤气中还含有很多有毒的物质，如硫化物、氰...化物、酚类化合物、苯类化合物及萘。这些物质回收起来能成为化工原料，分散在煤气中则产生污染[2]。1.2.2焦炉煤气的组成及性质焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300m3～350m3（标准状态）。其主要成分为氢气（55%～60%）和甲烷（23%～27%），另外还含有少量的一氧化碳（5%～8%）、C2以上不饱和烃（2%～4%）、二氧化碳（1.5%～3%)、氧气(0.3%～0.8%)、氮气(3%～7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分，二氧化碳、氮气、氧气为不可燃组分。焦炉气属于中热值气，其热值为每标准立方米1719MJ，适合用做高温工业炉的燃料和城市煤气。焦炉气为有易爆性气体，空气中的爆炸极限为6%～30%；密度为0.4kg/m2～0.5kg/m2，运动粘度25×10-6m2/s。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H2S而有毒；焦炉煤气含氢多，燃烧速度快，火焰较短，着火温度为600℃～650℃[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50℃，故对饱和器生产硫酸铵（需55℃）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电捕焦油初冷器脱萘湿法脱硫脱氨终冷器脱苯煤气鼓风机氨水处理净煤气初冷器焦炭焦油排水氨水水水硫磺硫铵焦炉电捕焦油初冷器脱萘湿法脱硫脱氨终冷器脱苯煤气鼓风机氨水处理净煤气初冷器焦炭焦油排水氨水水水硫磺液氨焦炉...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[6]。各个工艺都力求节约能量，节省成本，获得做大经济效益的产品。（1）配套HPF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（2）配套真空碳酸钾法脱硫的焦炉煤气净化工艺（如图1-4所示）图1-4真空碳酸钾法脱硫的焦炉煤气净化工艺流程图（3）配套A—S法脱硫洗氨及间接法饱和器生产硫铵的煤气净化工艺（如图1-5初冷器鼓风机电捕焦油器喷淋式饱和器预冷塔脱硫塔煤气换热器荒煤气气再生塔终冷塔洗苯塔硫铵粗苯硫磺初冷器鼓风机电捕焦油器脱硫塔喷淋式饱和器终冷塔洗苯塔克劳斯装置真空泵再生塔净煤气硫铵粗苯酸气尾气硫磺荒煤气净煤气...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(4)克劳斯法生产元素硫的工艺（如图1-6所示）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。初冷器鼓风机电捕焦油器脱苯塔终冷塔脱硫塔冼氨塔克劳斯装置饱和器脱酸蒸氨装置净煤气硫铵粗苯硫磺酸氨汽初冷器鼓风机电捕焦油器脱硫塔洗氨塔洗苯塔克劳斯装置脱酸蒸氨装置氨分解炉净煤气粗苯氨气尾气硫磺酸汽尾气荒煤气气荒煤气气...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[7]。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...质量分数/%75～782.4～2.52～40.8～1.40.2～0.315～190.9～1.1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2～2.5表1-3典型焦炉煤气主要组成项目名称组成/%(体积分数)H255～59CO6～8.5CO21.5～2.5N23～3.5CH424～26CnHm2～2.5O20.3～0.81.6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