[行業知識]煉焦化學產品的回收

發布時間:2019-03-03 05:22        

煉焦化學產品的回收

煤氣的初冷和焦油的回收

荒煤氣的主要成分有凈焦爐煤氣、水蒸氣、煤焦油氣、苯族烴、氨、萘、硫化氫、其他硫化物、氰化氫等氰化物、吡啶鹽等。

回收煉焦化學產品具有重要的意義。煤在煉焦時,除有75%左右變成焦炭外,還有25%左右生成多種化學產品及煤氣。來自焦爐的荒煤氣,經冷卻和用各種吸收劑處理后,可以提取出煤焦油、氨、萘、硫化氫、氰化氫及粗苯等化學產品,并得到凈焦爐煤氣,氨可以用于制取硫酸銨和無水氨;煤氣中所含的氫可用于制造合成氨、合成甲醇、雙氧水、環己烷等,合成氨可進一步制成硫酸銨等化肥;所含的乙烯可用于制取乙醇和三氯乙烷的原料,硫化氫是生產單質硫和元素硫的原料,氰化氫可用于制取黃血鹽鈉或黃血鹽鉀;粗苯和煤焦油都是很復雜的半成品,經精制加工后,可得到的產品有:二硫化碳、苯、甲苯、三甲苯、古馬隆、酚、甲酚和吡啶鹽及瀝青等,這些產品有廣泛的用途,是合成纖維、塑料、染料、合成橡膠、醫藥、農藥、耐輻射材料、耐高溫材料以及國防工業的重要原料。

回收工藝的組成為:焦爐炭化室生成的荒煤氣在化學產品回收車間進行冷卻、輸送、回收煤焦油、氨、硫、苯族烴等化學產品,同時凈化煤氣。化產回收車間一般由冷凝鼓風工段、HPF脫硫工段、硫銨工段、終冷洗苯工段、粗苯蒸餾工段等工段組成。

冷凝工段

1、煤氣的初冷和焦油氨水的分離

2、煤氣初冷的目的一是冷卻煤氣,二是使焦油和氨水分離,并脫除焦油渣。

在煉焦過程中,從焦爐碳化室經上升管逸出的粗煤氣溫度為650~750℃,首先經過初冷,將煤氣溫度降至25~35℃,粗煤氣中所含的大部分水汽、焦油氣、萘及固體微粒被分離出來,部分硫化氫和氰化氫等腐蝕性物質溶于冷凝液中,從而可減少回收設備及管道的堵塞和腐蝕;煤氣經初冷后,體積變小,從而使鼓風機以較小的動力消耗將煤氣送往后續的凈化工序;煤氣經出冷后,溫度降低,是保證煉焦化學產品回收率和質量的先決條件。

煤氣的初冷分為集氣管冷卻和初冷器冷卻兩個步驟。

1.1煤氣在集氣管內的冷卻

煤氣在集氣管內冷卻機理

煤氣在橋管和集氣管內的冷卻,是用表壓為147~196Kpa,溫度為70~75℃的循環氨水通過噴頭強烈噴灑進行的。當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時,由于煤氣溫度很高而濕度又很低,故煤氣放出大量的顯熱,氨水大量蒸發,快速進行著傳熱和傳質過程。傳熱過程取決于煤氣與氨水的溫度差,所傳遞的熱量為顯熱,約占煤氣冷卻所放出總熱量的10%~15%。傳質過程的推動力是循環氨水液面上的蒸汽分壓與煤氣中蒸汽分壓之差,氨水部分蒸發,煤氣溫度急劇降低,以供給氨水蒸發所需的潛熱,此部分熱量約占煤氣冷卻所放出熱量的75%~80%。另有約占所放出總熱量10%的熱量由集氣管表面散失。

通過上述冷卻過程,煤氣溫度由800℃左右降至82~86℃,同時由60%左右的焦油氣冷凝下來,這是重質焦油部分。在實際生產過程中,煤氣溫度可冷卻至25℃。(高于其最后達到的露點溫度1~3℃)

1.2 煤氣在初冷器內的冷卻

焦爐煤氣由集氣管沿吸煤氣主管流向煤氣初冷器。吸煤氣主管除將煤氣由焦爐引向化產回收裝置外,還起著空氣冷卻器的作用,煤氣可降溫1~3℃。

煤氣進入初冷器的溫度仍然很高,達82℃左右,而且含有大量蒸汽和焦油氣,須在初冷器中冷卻到25~35℃,并將大部分焦油氣和蒸汽冷凝下來。

根據采用的初冷主體設備型式的不同,初冷的方法有間接初冷法、直接初冷法和間接直接初冷法之分。

煤氣初冷工藝控制的關鍵操作指標,就是初冷后煤氣的出口溫度。

(1)煤氣中蒸汽含量增多,體積變大,致使鼓風機能力不足,影響煤氣正常輸送。

(2)焦油氣凝結率低,初冷后煤氣中焦油含量增多,影響以后的工序操作。

(3)當出口溫度高時,煤氣中萘含量將更顯著增大。這會造成煤氣管道和設備堵塞,增加以后洗萘系統負荷,給洗氨、洗苯帶來困難。

因此,在煤氣初冷器中,必須保證初冷后集合溫度不高于規定值,并盡可能低脫除煤氣中的萘。

1.3 煤氣的初冷流程

焦油煤氣與噴灑氨水、冷凝焦油等沿吸煤氣主管首先進入氣液分離器,煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在此分離。分離出來的焦油、氨水和焦油渣一起進入焦油氨水分離槽,經過澄清分成三層:上層為氨水;中層為焦油;下層為焦油渣。沉淀下來的焦油渣由刮板輸送機連續刮送至漏斗處排出槽外,有小車定期送往煤場。焦油則通過液面調節器流至氨水中間槽,由此泵往油庫工段焦油貯槽。氨水由分離槽上部流至氨水中間槽,再用循環氨水泵送回焦爐集氣管以冷卻粗煤氣,這部分氨水稱之為循環氨水。

經氣液分離后的煤氣進入橫管式初冷器,橫管式初冷器煤氣通道,一般上段用循環氨水噴灑,下段用冷凝液噴灑。上段冷凝液從隔斷板經水封自流至氨水分離器,下段冷凝液經水封自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是輕質焦油,作為下段噴灑液有利于洗萘。突出特點是橫管式初冷器的熱負荷顯著降低,冷卻水用量大為減少。

隨著煤氣的冷卻,煤氣中剩余的絕大部分的焦油氣、蒸汽和萘在初冷器中被冷卻下來,萘溶解于焦油中。煤氣中一定數量的氨、二氧化碳、硫化氫、氰化氫和其他組分溶解于冷凝水中,形成了冷凝氨水。焦油和冷凝氨水的混合液稱為冷凝液。冷凝氨水中含有較多的揮發銨鹽,固定銨鹽的含量較少。循環氨水中則主要含有固定銨鹽,在單獨循環使用時,固定銨鹽含量可高達30~40g/L。為了降低循環氨水中固定銨鹽的含量,以減輕對焦油蒸餾設備的腐蝕和改善焦油的脫水、脫鹽操作,大多采用兩種氨水混合的流程,混合氨水固定銨鹽的含量可降至1.3~3.5 g/L。冷凝液自流入冷凝液槽,再用泵送入機械化刮渣槽,與澄清氨水混合液澄清分離。分離后所得剩余氨水送去脫酚和蒸氨。

由橫管式初冷器出來的煤氣尚含有1.5~2g/m3的霧狀焦油,被鼓風機抽送至電捕焦油器除去絕大部分焦油霧后,送往下一道工序。

1.4 焦油氨水的分離

用循環氨水在集氣管內噴灑粗煤氣時,約60%的焦油冷凝下來,這種焦油是重質焦油,黏度較大,其中混有一定數量的焦油渣。焦油渣內含有煤塵、焦粉、炭化室頂部熱解產生的游離炭及清掃上升管和集氣管時所帶入的多孔物質,其量約占焦油渣的30%,其余約70%為焦油。焦油渣量一般為焦油質量的0.15%~0.3%。

焦油渣內固定碳含量約為60%,因其與集氣管焦油的密度差小,密度小,易于焦油黏附在一起,所以難分離。

在兩種氨水混合分離流程中,初冷器輕質焦油和上述重質焦油混合后,20℃,密度可降至1.15~1.19Kg/L,黏度比重質焦油減少20%~45%,焦油渣易于沉淀下來,混合焦油質量明顯改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣,給焦油分離帶來困難。

經澄清分離后的循環氨水中,焦油物質含量越低越好,最好不超過100mg/L.

1.5 煤氣中焦油霧的清除

焦油霧是在煤氣冷卻過程中形成的,它以內充煤氣的焦油氣泡狀態或極細小的焦油滴存在于煤氣中。由于焦油霧又輕又小,其沉降速度小于煤氣流速,因而懸浮于煤氣中并被煤氣帶走。

初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為2~5 g/m3。鼓風機后煤氣中焦油霧的含量一般為0.3~0.5 g/m3。化產回收工藝要求煤氣中焦油霧的含量低于0.02 g/m3,否則對化產回收操作將有嚴重影響。

2、冷凝鼓風工段工藝流程

煉焦過程中產生的荒煤氣匯集到炭化室頂部空間,經上升管、橋管進入集氣管。約800℃左右的荒煤氣在橋管內被循環氨水噴灑冷卻到85℃左右。荒煤氣中的焦油等同時被冷卻下來,焦油和氨水一起沿吸煤氣管道至氣液分離器,氣液分離后荒煤氣由上部出來,進入橫管初冷器。在此分循環水段、低溫水段兩段冷卻。循環水段用32°C循環水與煤氣換熱,低溫水段用16°C低溫水將煤氣冷卻至25°C。由橫管初冷器下部排出的煤氣,進入電捕焦油器,除掉煤氣中夾帶的焦油,經脫硫裝置脫硫后,再由鼓風機壓送至硫銨裝置。

為了保證初冷器冷卻及除萘效果,在循環水段采用乳化液泵噴灑焦油、氨水的乳化液、在低溫水段連續噴灑焦油、氨水混合液,在其頂部用熱氨水定期沖洗,以清除管壁上的焦油、萘等雜質。

初冷器循環水段的冷凝液排入機械刮渣槽。

初冷器低溫水段排出的冷凝液經水封槽流入冷凝液槽,加兌一定量焦油、氨水乳化液后,用泵將其送入初冷器低溫水段循環噴灑。

由氣液分離器分離下來的焦油、氨水進入機械刮渣槽,在此進行氨水、焦油和焦油渣的分離,氨水和焦油自流入焦油氨水分離槽,焦油渣排入焦油渣小車,定期送往煤場。

焦油氨水分離槽上部的氨水自流入下部槽內,再由循環氨水泵送至焦爐集氣管噴灑冷卻煤氣,剩余氨水自流入剩余氨水槽,經氣浮除焦油器脫除焦油后,送至蒸氨裝置處理。焦油氨水分離槽下部的焦油通過溢流瓶自流入焦油中間槽,用焦油泵送油庫。焦油氨水分離槽底部的焦油渣用焦油渣泵送機械刮渣槽。

3 、工藝特點

1) 初冷器采用高效橫管冷卻器,將煤氣冷卻到~25°C,使煤氣中的大部分萘通過冷卻脫除,確保后序設備無堵塞之患。

2) 橫管冷卻器中間帶斷塔盤結構,節約了低溫水用量,降低了操作費用。

3) 采用新型高效的蜂窩式電捕焦油器,處理后煤氣中焦油可控制在50mg/m3以下,有利于后序設備的正常操作。

4) 采用串聯剩余氨水槽靜止沉淀和氨水氣浮除焦油器除渣除油,降低剩余氨水含油量,有利于蒸氨正常操作。

5) 高壓氨水泵采用變頻調速。

6) 電捕焦油器蜂窩管為不銹鋼材質。

7) 煤氣鼓風機采用帶液力偶合器的高效低耗的電動煤氣鼓風機,使煤氣鼓風機可根據煤氣量實現無級調速,適合焦化廠煤氣量周期性波動的特點,并可實現鼓風機前吸煤氣管道壓力自動調節。同時操作調節靈活,高效節能。

4、 主要技術操作指標

初冷器后煤氣溫度~25℃

初冷器循環水入口溫度32℃

初冷器循環水出口溫度45℃

初冷器低溫水入口溫度16℃

初冷器低溫水出口溫度23℃

電捕焦油器絕緣箱溫度80~100℃

初冷器阻力1.5kPa

電捕焦油器阻力0.5kPa

5、主要環保措施

1) 焦油渣回兌煉焦煤中,廢渣不外排。

2) 貯槽放散氣體經壓力平衡系統回吸煤氣管道,廢氣不外排。

3) 設備放空液、泵漏液經地下放空槽送回吸煤氣管道,廢水不外排。

6、主要設備的工作原理

離心式鼓風機

離心式鼓風機又稱渦輪式鼓風機,由汽輪機或電動機驅動。

離心式鼓風機由導葉輪、外殼和安裝在軸上的工作葉輪所組成。煤氣由鼓風機吸入后做高速旋轉于轉子的第一個工作葉輪中心,煤氣在離心力的作用下被甩到殼體的環形空隙中心處即產生減壓,煤氣就不斷的被吸入,離開葉輪時煤氣速度很高,當進入環形空隙中,其動壓頭一部分轉變為靜壓頭,煤氣的運動速度減小,并通過導管進入第二個葉輪,產生與第一葉輪相同的作用,煤氣的靜壓頭再次被提高。從最后一個葉輪出來的煤氣由殼體的環形空隙流入出口連接管被送入壓出管路中。

煤氣輸送借助鼓風機將煤氣由焦爐吸出,現代使用的鼓風機總壓頭為30~36KPa,經鼓風機增壓后,由于絕熱壓縮煤氣升溫10~15℃。煤氣鼓風機正常操作是焦化廠生產的關鍵,它既要輸送煤氣,又要保持炭化室和集氣管的壓力穩定,所以必須精心操作和養護。機體下部凝結的焦油和水要及時排出。

為什么要在焦化廠煤氣流程內設置鼓風機?

從煉焦爐出來的焦爐煤氣,經集氣管、吸氣管、初冷器、捕焦油器、回收氨和苯的系統等一系列的設備,然后才能變成凈煤氣送給不同的用戶,或送至貯罐。在這一過程中煤氣要克服許多阻力才能達用戶的地點,為此煤氣應具有足夠的剩余壓力。另外,為了使焦爐內的荒煤氣按規定的壓力制度抽出,要使煤氣管線中具有一定的吸力。因此,必須在焦化工藝的流程中,選擇合理的位置設置鼓風機,使地級前為負壓,機后為正壓,一般焦化廠鼓風機的位置選擇在初冷器之后和電捕焦油器之前,這是因為此時鼓風機的負荷較小,電捕焦油器處于正壓狀態下操作,比較安全。

橫管式初冷器

焦化系統生產中煤氣橫管式初冷器主要結構是包括初冷器殼體、冷卻管管束。橫管式初冷器殼體是由鋼板焊制而成的直立的長方形器體,殼體的前后兩側是初冷器的管板,管板外裝有封頭。在殼體側面上、中部有噴灑液接管,頂部為煤氣入口,底部有煤氣出口。在橫管式初冷器的操作中,除了冷卻焦爐煤氣外,在冷卻器頂部及中部噴灑冷凝液,來吸收焦爐煤氣中的萘,并沖刷掉冷卻管上沉積的萘,從而有效的提高了傳熱效率。初冷器后的煤氣含焦油和水的霧滴,在鼓風機的離心力作用下大部分以液態析出,余下部分在電捕焦油器的電場作用下沉淀下來。

初冷器后的粗煤氣質量減少了2/3,而容積減少了3/5,從而減少了繼續輸送的電能消耗。

電捕焦油器

電捕焦油器的沉淀管為沉淀極,與電流正極相接,電暈導線為電暈極,與電源負極相接,當導入高壓直流電流后,兩極之間形成非均勻電場,電暈極周圍成為電暈區產生電暈現象,電暈極附近氣體發生撞擊電離現象,電暈區內煤氣分子變策劃能夠帶陽電離子和帶陰電離子,電暈區外充滿帶負電荷的離子,它附與煤氣中的焦油霧滴上,使焦油霧粒向沉淀管內壁上移動,沉淀壁面上,沿壁以重力下降到電捕焦油器底部,由于沉淀極是接地的,把電子導入地下,煤氣離子重新變成中性分子,從器頂離開電捕焦油器。

脫硫工段(HPF脫硫法)

為什么要脫除煤氣中的硫?

煤氣中硫的含量一般隨煉焦煤中的含硫量而變,煤氣中90%的硫以H2S形式存在,一般波動在4~10g/m3(煤氣)。煉焦煤中含硫質量含量達1%,相當于煤氣中H2S含量為10g/m3。HCN含量取決于煤中氮含量和炭化溫度,一般為1~2.5g/m3(煤氣)。H2S和HCN都是有毒化合物,H2S吸入人體后,輕則中毒,重則致人死亡。生產車間允許的H2S含量小于10g/m3。HCN毒性更大,人吸入50mg即可死亡。生產車間允許的HCN含量小于0.3mg/m3。H2S和HCN的水溶液也具有強烈的毒性,水中含HCN達0.04~0.1mg/kg可致魚死亡。工廠排污水要求H2S和HCN的含量小于0.05mg/L。在煤氣輸送過程中會腐蝕設備和管道;作燃料燃燒時,生成SOx和NOx嚴重污染大氣,甚至形成酸雨。焦爐煤氣用在冶煉優質鋼和供化學合成工業時,對H2S含量的要求更加嚴格,有的甚至要求小于1mg/m3

綜上所述,焦爐煤氣必須脫除H2S和HCN。另外還可以變廢為寶,生產硫磺和硫酸等化工產品。

1. 工藝流程

脫硫裝置是以煤氣中的氨為堿源,HPF為催化劑的濕式氧化法脫硫工藝,再生為噴射再生方式。噴射再生槽設在脫硫塔上部。使用負壓脫硫工藝。

為保證脫硫后煤氣含H2S≤20mg/m3,脫硫裝置采用HPF為催化劑的三塔串聯設計。

由鼓冷裝置電捕來的煤氣依次進入三個脫硫再生塔脫硫段。脫硫段頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸煤氣以吸收煤氣中的硫化氫(同時吸收煤氣中的氨,以補充脫硫液中的堿源)。脫硫后煤氣含硫化氫約20mg/m3,送入鼓風機室升壓。

在脫硫再生塔脫硫段內吸收了H2S、HCN的脫硫液匯聚到塔底,然后用脫硫液泵送入脫硫再生塔頂部的再生段,通過再生段噴射器吸入空氣使溶液在塔內得以氧化再生。再生后的溶液從塔頂經液位調節器自流回脫硫再生塔脫硫段,吸收煤氣中的H2S、HCN。

浮于脫硫再生塔頂部的硫磺泡沫,利用位差自流入泡沫槽,經硫泡沫泵送入超級離心機,超級離心機為逆流臥式螺旋卸料沉降離心機,轉鼓轉速3000rpm。分離出的硫餅含水≤35%,集于硫池中,定期收集外賣。濾液收入濾液槽,大部分濾液經濾液泵返回脫硫系統,為防止HPF脫硫裝置NH4SCN、(NH4)2S2O3鹽類積累,一部分濾液送往提鹽單元提取鹽類。

提鹽單元為間歇操作,操作一釜為8小時。濾液由濾液原料槽抽入硫代硫酸氨蒸發器,用蒸汽加熱濃縮。為防止溫度過高,鹽類分解,蒸發需在真空條件下進行,控制蒸發溫度為90℃。待蒸發結束后,通過可旋轉的溜槽將料液放至真空過濾器,熱過濾出去(NH4)2CO3等雜質。濾渣在容渣槽內用濾液溶解后回脫硫系統。濾液至硫代硫酸氨結晶槽用夾套冷卻水(低溫水)冷至20℃左右,加入同種晶種使其結晶,最后在離心機中分離得到粗制硫代硫酸氨,用人工鏟出,裝入塑料袋作為產品出廠。

離心硫代硫酸氨后的濾液經中間槽壓入硫氰酸氨原料槽,由此抽入硫氰酸氨蒸發器,用蒸汽加熱濃縮,待蒸發結束后,通過可旋轉的溜槽將料液放至真空過濾器,進一步除去(NH4)2CO3等雜質。濾渣在容渣槽內用濾液溶解后回脫硫系統。濾液至硫氰酸氨結晶槽用夾套冷卻水(低溫水)冷至30℃左右,加入同種晶種使其結晶,最后在離心機中分離得到粗制硫氰酸氨,用人工鏟出,裝入塑料袋作為產品出廠。離心濾液可回蒸發器循環套用。多次套用后,由于雜質逐漸積累,需定期送回脫硫液系統。

從蒸發器蒸出的水汽進入蒸汽冷凝器,除水后,進入排氣洗凈塔與來自蒸氨裝置的蒸氨廢水逆流接觸凈化,不凝性氣體經真空泵直排大氣。

經蒸汽冷凝器冷凝后的廢水滿流至液封槽,送回脫硫液系統。

2. 工藝特點

1) 采用以氨為堿源,HPF為催化劑的焦爐煤氣脫硫脫氰新工藝,此法不但具有較高的脫硫脫氰效率,而且流程短,不需外加堿,催化劑用量少,操作費用低,一次性投資省。

2) 提鹽工藝成熟可靠,技術先進,生產操作穩定,減少廢液排放量,實現了變廢為寶。

3. 主要技術操作指標

脫硫塔前煤氣溫度25~30℃

脫硫塔后煤氣溫度30~35℃

脫硫再生塔底部脫硫液溫度~35℃

主要技術操作指標泡沫槽溫度~35℃

蒸發器溫度~90℃

硫代硫酸氨結晶槽溫度~20℃

硫氰酸氨結晶槽溫度~30℃

單臺脫硫塔阻力1.5kPa

真空泵前壓力-30kPa

脫硫液組成:

H.P.F含量0.1~0.2g/l

游離氨含量4~5g/l

PH值8.3~8.5 g/l

懸浮硫含量1~1.2g/l

脫硫后煤氣含H2S≤20mg/m3

4. 主要設備的工作原理

脫硫塔

自電捕焦油器出來的焦爐煤氣進入第一級脫硫再生塔的脫硫段下部,并沿脫硫段自下而上與頂部噴灑的脫硫液逆流接觸,將煤氣中的大部分H2S吸收在脫硫液中。吸收了H2S后的脫硫液通過塔底由脫硫液循環泵泵至脫硫再生塔頂,通過噴射器與空氣接觸,進行氧化再生,再生的溶液經液位調節器自流到脫硫段頂部與煤氣逆流接觸,循環使用。從一級脫硫系統凈化后的焦爐煤氣依次進入第二級、第三級脫硫再生塔,其過程與一級脫硫相同。經過三級脫硫,煤氣中的H2S含量可達到20mg/m3以下。

為了保持一定的催化劑濃度并盡量減少其耗量,采用了連續補加少量催化劑的設施。

為了保證脫硫效果,采用向脫硫塔連續補充濃氨水。采用引射自吸式再生,硫泡沫自流入硫泡沫槽然后硫泡沫加工成硫磺或硫膏,再生后的脫硫液經液位調節器后自動流入脫硫段進行煤氣脫硫生產,經自吸噴射器空氣與脫硫液充分混合,發生氧化、再生反應.

5. 主要環保措施

1) 各貯槽放散氣體經壓力平衡系統回吸煤氣管道,廢氣不外排。

2) 放空液進入地下放空槽,然后返回系統,不外排。

3) 利用提鹽工藝減少廢液排放量,實現了變廢為寶。

6、主要影響因素

脫硫塔的操作溫度和壓力:溫度過高或壓力過大會加速副反應的進行。

脫硫液的pH值:脫硫液的pH值應維持在8.1~8.7之間,小于8.1反應慢,大于8.7副反應加劇。

還有,再生時間和脫硫劑用量等因素。

硫銨工段(噴淋式飽和器生產硫銨)

為什么要對煤氣進行脫氨?

煤熱解溫度高于500℃時形成氨,高溫煉焦煤氣中的氮約有20~25%轉化為氨,粗煤氣中氨含量為8~11g/m3(體積百分數1.0~1.5%)煤氣中氨含量的8~16%在煤氣冷卻中溶于凝縮液中。殘留于煤氣中的氨大部分被終冷水吸收,在涼水塔噴灑冷卻時又都解吸進入到大氣,造成污染;由于煤氣中的氨與氰化氫化合,形成溶解度高的復合物,從而加劇了腐蝕作用。

此外,煤氣中的氨在燃燒時會生成有毒的、有腐蝕性的氧化氮;氨在粗苯回收中能使油和水形成穩定的乳化液,妨礙油水分離。上述這些都使現代化焦化生產遇到困難,為此,煤氣中氨含量不允許超過0.03g/m3

因此必須對煤氣中的氨加以回收,目前中國大部分焦化廠采用硫酸自煤氣中吸收氨,生產硫酸銨,作為化學肥料加以利用。

1. 工藝流程

由煤氣鼓風機送來的煤氣經煤氣預熱器進入飽和器。煤氣在飽和器的上段分兩股入環形室經循環母液噴灑,其中的氨被母液中的硫酸吸收,然后煤氣合并成一股進入后室經母液最后一次噴淋進飽和器內旋風式除酸器,以便分離煤氣所夾帶的酸霧,最后送至終冷洗苯裝置。

飽和器下段上部的母液經母液循環泵連續抽出送至環形室噴灑,吸收了氨的循環母液由中心下降管流至飽和器下段的底部,在此晶核通過飽和介質向上運動,使晶體長大,并引起顆粒分級。用結晶泵將其底部的漿液送至結晶槽。飽和器滿流口溢出的母液經滿流槽流至母液貯槽,滿流槽內含液封槽,滿流槽底部的母液用小母液泵送入飽和器的后室噴淋。母液貯槽的母液用小母液泵送至滿流槽。此外,母液貯槽還可供飽和器檢修時貯存母液之用。

結晶槽的漿液排放到離心機,經分離的硫銨由輸送機送至振動流化床干燥機,并用被熱風器加熱的空氣干燥,再經冷風冷卻后進入硫銨貯斗,然后稱量、包裝送入成品庫。

濾出的母液與結晶槽滿流出來的母液一同自流回飽和器的下段。

干燥硫銨后的尾氣在排入大氣前設有兩級除塵。首先經兩組干式旋風除塵器除去尾氣中夾帶的大部分粉塵,再由尾氣引風機抽送至尾氣洗凈塔,用尾氣洗凈塔泵對尾氣進行連續循環噴灑,以進一步除去尾氣中夾帶的殘留粉塵,最后經捕霧器除去尾氣中夾帶的液滴后排入大氣。

油庫來的硫酸送至硫酸高置槽,然后自流到滿流槽。

2. 工藝特點

1) 采用噴淋式飽和器,集酸洗、除酸、結晶為一體,設備體積小,脫氨效率高,硫銨顆粒大,流程簡單,工藝先進,技術可靠。

2) 噴淋飽和器系統阻力小,鼓風機能耗低。

3) 硫銨母液系統設備及管道均采用超低碳不銹鋼材質,使用壽命長,可保證裝置長期連續穩定操作,減少維護費用。

4) 硫銨干燥采用振動流化床,干燥效果好,易于操作維護。

5) 干燥尾氣采用干式及濕式兩級除塵,除塵效率高,尾氣中無粉塵夾帶。

3. 主要技術操作指標

飽和器后煤氣含氨≤0.05g/m3

飽和器后煤氣溫度~55℃

干燥后硫銨含水≤0.3%

飽和器的阻力≤2kPa

4. 主要環保措施

1) 放空母液進入地下放空槽,然后返回系統,不外排。

2) 硫銨干燥尾氣采用干式及濕式兩級除塵,無粉塵夾帶。

5.主要設備的工作原理

噴淋式飽和器

煤氣經電捕焦油、脫硫并經鼓風機增壓后進入煤氣預熱器,預熱到60~70℃,目的是蒸出飽和器中水分,防止母液稀釋。煤氣由飽和器的中央氣管經泡沸傘穿過母液層鼓泡而出,其中的氨被硫酸吸收,形成硫酸銨。在出酸器中分離出攜帶的液滴后,去粗苯回收工段。飽和器后煤氣含氨量一般要求小于0.03g/m3

飽和器中母液經水封管進入滿流槽,由此用泵打回到飽和器的底部,這樣構成母液循環系統,并在器內形成上升的母液流。硫酸銨結晶沉于飽和器的錐底部,用泵把漿液送回到結晶槽,在此從漿液中沉淀出硫酸銨結晶,結晶槽滿流液又回到飽和器。

硫酸銨結晶漿液在離心機分出結晶,結晶含水分1%~2%,在干燥器中脫水后送去倉庫。

6.主要影響因素

母液酸度

氨吸收設備內母液的酸度,主要影響硫酸銨結晶的粒度。隨著母液酸度的提高,結晶平均粒度下降,另外,隨著酸度的提高,母液黏度增大,增加了硫酸銨分子的擴散阻力,阻礙了晶體正常的成長。

母液溫度

母液溫度影響晶體的生長速度。通常晶體的生長速度隨母液溫度的升高而增大,且由于晶體各棱面對平均生成速度比晶體沿長向生長速度增長較快,故提高溫度有助于降低長寬比而形成較好的晶體。但溫度也不宜過高,過高想成局部過飽和現象,促使大量晶核形成。一般母液溫度控制在50~55℃。

母液循環

母液循環循環的目的是使器內的母液得到充分的攪拌,以提高傳質速率。同時盡量使器內的母液酸度和溫度均勻有利于晶核長大。

另外,還有晶比和雜質的影響:晶比是指懸浮于母液中硫酸銨結晶的體積對母液總體積的百分比。母液中的雜質對晶體生長有抑制作用。

終冷洗苯工段

煤氣進入吸苯塔前為什么要進行最終冷卻?

粗苯回收主要影響因素之一就是回收溫度。煤氣中苯屬烴的含量一定時,如果洗油吸收苯的吸收溫度較低,吸收推動力增大,苯回收率增加。實踐證明,最適宜的溫度是20~28℃。但煤氣經過飽和器后,溫度一般為50~65℃。為了有效地利用洗油吸收煤氣中的粗苯,必須進行煤氣的最終冷卻。

1、工藝流程

從硫銨裝置來的約55℃的煤氣,首先進入終冷塔,煤氣分2段冷卻。下段用約37℃循環冷卻水,上段用約24℃循環冷卻水將煤氣冷到~25℃后進入洗苯塔,煤氣經貧油洗滌脫除粗苯并經捕霧后,送往用戶。

終冷塔下段的循環冷卻水從塔中部進入終冷塔下段,與煤氣逆向接觸冷卻煤氣后用泵抽出,經下段循環噴灑液冷卻器,用循環水冷卻到37℃進入終冷塔中部循環使用。終冷塔上段的循環冷卻水從塔頂部進入終冷塔上段冷卻煤氣后用泵抽出,經上段循環噴灑液冷卻器,用低溫水冷卻到24℃進入終冷塔頂部循環使用。同時,在終冷塔上段加入一定量的堿液,進一步脫除煤氣中的H2S,保證煤氣中的H2S含量≤20mg/m3。下段排出的冷凝液送至酚氰廢水處理,上段排出的含堿冷凝液送至蒸氨裝置蒸氨塔頂,分解剩余氨水中的固定銨。

由粗苯蒸餾裝置送來的貧油從洗苯塔的頂部噴灑,與煤氣逆向接觸吸收煤氣中的苯,塔底富油經富油泵送至粗苯蒸餾工段脫苯后循環使用。系統消耗的洗油,定期從洗油槽經富油泵入口補入系統。

2、工藝特點

1) 終冷采用直冷空噴形式,基建投資少。

2) 煤氣終冷采用閉路循環連續排污工藝,既減少污水排放量,又達到保護大氣環境的目的。

3、主要技術操作指標

出終冷塔的煤氣溫度25~27℃

進洗苯塔的貧油溫度27~29℃

終冷塔阻力<1.5kPa

洗苯塔阻力<1.5kPa

洗苯塔后煤氣含苯量~4g/m3

4、主要環保措施

1) 系統內的放空水、放空油集中回收進入地下放空槽,然后返回系統,不外排。

5、主要設備的工作原理

終冷塔

終冷塔為隔板式塔分兩段,下段用從涼水塔來的循環水噴淋,將煤氣冷卻至40℃左右,上段用溫度為20~23℃的低溫循環水噴淋,將煤氣再冷卻至25℃左右。熱水叢終冷塔底部經水封管流到熱水池,然后用泵送至涼水塔,經制冷機冷卻后自流入冷水池,再用泵送到終冷塔下段。

洗苯塔

填料洗苯塔:填料分布在塔板上形成了煤氣的曲折通道,增加了煤氣的停留時間,同時增加了苯的吸收率。為了保證洗油在塔內的截面上均勻分布,在塔內每隔一定距離安裝一塊帶有煤氣渦流罩的液體再分布板。煤氣渦流罩按同心圓排列在液體再分布板上,彎管出口方向與圓周相切,在同一圓周上的出口方向一致,相鄰兩圓周上的方向相反。由于彎管的導向作用,煤氣流出渦流罩時,形成多股上升的旋風氣流,因而使煤氣得到混合,以均一的濃度進入上段填料。匯集在液體再分布板上的洗油,經升氣管內的彎管流到設于升氣管中心的圓棒表面,再流到下端的齒形圓板上,借重力噴濺成液滴而淋灑到下段填料上。從而可消除洗油沿塔壁下流及分布不均的現象。

6、洗苯的主要影響因素

吸收溫度

當煤氣中苯族烴的含量一定時,溫度愈低,洗油中與其平衡的粗苯含量愈高。

洗油的吸收能力及循環油量

在其他條件一定時,洗油的相對分子質量減小將使洗油中粗苯含量增大,即吸收能力提高。增加洗油循環量可降低洗油中粗苯的含量,增加吸收推動力,從而可提高粗苯回收率。

貧油含苯量

貧油含苯量是決定塔后煤氣含苯族烴量的主要因素之一。此外還有,如吸收表面積、煤氣壓力和流速等影響因素。

7、洗油的質量要求

為滿足從煤氣中回收和制取粗苯的要求,洗油應具備如下性能:

1)常溫下對苯族烴有良好的吸收能力,在加熱時又能使苯族烴很好地分離出來;

2)具有化學穩定性,記在長期使用中吸收能力基本穩定;

3)在吸收操作溫度下不應析出固體沉淀物;

4)易與水分離,且不生成乳化物;

5)有較好的流動性,已于用泵抽送并能在填料上均勻分布。

焦化廠用于吸苯的主要焦油洗油和石油洗油。

焦油洗油是高溫煤焦油中230~300℃的餾分,要求萘含量小于13%,焦油中含有一定數量的萘,有助于降低從洗油中析出沉淀物的溫度。

石油洗油系指輕柴油,為石油精餾時,在餾出汽油和煤油后所切取的餾分。(270~350℃的餾分,C9~C14)生產實踐表明:用石油洗油苯,具有洗油耗量低、油水分離容易記憶操作等優點。石油洗油脫萘能力強,洗苯能力弱,故循環量大,蒸汽耗量也大。

蒸氨裝置

1、工藝流程

剩余氨水處理量按30 m3/h設計。

剩余氨水與蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱后進入蒸氨塔,蒸氨塔底的一部分蒸氨廢水經蒸汽再沸器用蒸汽加熱后流回蒸氨塔并閃蒸產生蒸汽。塔頂同時加入從終冷塔上段排出的含堿冷凝液以分解剩余氨水中固定氨。蒸氨塔頂部的氨汽經分縮器和氨汽冷凝冷卻器冷凝冷卻后變成濃氨水,進入脫硫裝置脫硫再生塔。換熱后的蒸氨廢水進入廢水冷卻器冷卻后送至酚氰廢水處理站。

2、工藝特點

1) 蒸氨塔采用不銹鋼浮閥塔,操作穩定,蒸餾效率高,使用年限長。

2) 蒸氨塔分縮器采用鈦材質,耐腐蝕。

3、主要技術操作指標

蒸氨塔頂溫度96℃

蒸氨塔底壓力0.03~0.04MPa

廢水冷卻器后蒸氨廢水的溫度40℃

4、主要設備的工作原理

蒸氨塔:

剩余氨水由塔上部第三板加入,沿各層塔板流下來的氨水與從塔底層送入的直接汽相接觸。水蒸氣經泡罩齒隙沸騰穿越塔板上的氨水層,形成鼓泡現象。在塔板上氨水與蒸汽相遇被加熱至沸點,水中的氨、二氧化碳、硫化氫等隨氣體上升逐步轉入氣體中,這樣的過程一直進行到塔底為止,最后由塔底排出的廢水含氨量小于0.1g/L時,。當剩余氨水為混合氨水,入塔溫度為60~70℃時,則每立方米氨水的直接蒸汽耗量為200Kg左右。

氨分縮器

由蒸氨塔逸出的氣體混合物中的硫化氫、氰化物等對普通鋼管具有強烈的腐蝕作用,故目前多采用鑄鐵管埋入式分縮器。在分縮器中氨氣走管內,冷卻水走管外。此種分縮器耐酸性較好,使用壽命較長,但較笨重

5、主要環保措施

放空液進入地下放空槽,然后返回系統,不外排。

粗苯蒸餾工段

為什么要對粗苯進行回收?

粗苯是多種碳氫化合物組成的復雜混合物。粗苯本身用途不大。但由粗苯精制出的苯、甲苯、二甲苯、三甲苯等組分,是生產黃色炸藥、塑料等的重要原料。此外還含有不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚類和砒啶堿類。粗苯的產率一般為干基配合煤料的0.75%~1.1%,因此從炭化室逸出的煤氣含粗苯為28~35g/m3

粗苯的各主要組分均在180℃前餾出,180℃后的餾出物成為溶劑油。在測定粗苯中的各組分的含量和計算產量時,通常將180℃前餾出餾出量當作100%來計算,故以其180℃前餾出餾出量作為鑒別粗苯質量的指標之一。粗苯在180℃前餾出餾出量取決于粗苯工段的工藝流程和操作制度。180℃前餾出餾出量愈多,粗苯質量愈好。一般要求粗苯在180℃前餾出餾出量為93%~95%。

1、 工藝流程

從終冷洗苯裝置送來的富油依次送經油汽換熱器、貧富油換熱器,再經管式爐加熱至190℃后進入脫苯塔,在此用再生器來的直接蒸汽進行汽提和蒸餾。塔頂逸出的粗苯蒸汽經油汽換熱器、粗苯冷凝冷卻器后,進入油水分離器。分出的粗苯送入粗苯回流槽,部分用粗苯回流泵送至塔頂作為回流,其余進入粗苯中間槽,再用粗苯產品泵送至油庫。

脫苯塔底貧油槽排出的貧油,用熱貧油泵經貧富油換熱器和一、二段貧油冷卻器冷卻至27~29℃后去終冷洗苯裝置。

在脫苯塔的頂部設有斷塔盤及塔外油水分離器,以引出塔頂積水,穩定操作。

在脫苯塔側線引出萘油餾份,以降低貧油含萘。引出的萘油餾份進入殘渣槽。

為保證洗油質量,從熱貧油泵來的貧油引出1~1.5%的富油,送入再生塔內,用經管式爐過熱的蒸汽蒸吹再生。再生殘渣排入殘渣槽,用泵送至油庫裝置。

各油水分離器排出的分離水,經控制分離器排入分離水槽,用泵送往冷凝鼓風裝置剩余氨水槽。

各貯槽的不凝氣集中引至吸煤氣管道。

2、 工藝特點

1) 脫苯塔上段設有斷塔板,防止塔板積水,利于脫苯塔的操作。

2) 管式爐爐管采用不銹鋼材質。

3) 貧富油換熱器和油汽換熱器采用不銹鋼材質。

4) 各貯槽放散氣體經壓力平衡系統回吸煤氣管道,廢氣不外排。

3、 主要技術操作指標

管式加熱爐后富油溫度190℃

脫苯塔頂部溫度92℃

脫苯塔底部貧油溫度185℃

入再生器過熱蒸氣溫度400℃

二段貧油冷卻器后貧油溫度27~29℃

脫苯塔底部壓力0.04MPa

再生塔頂部壓力0.05MPa

4、 主要環保措施

1) 各貯槽放散氣體經壓力平衡系統回吸煤氣管道,廢氣不外排。

2)?系統內的放空水、放空油和漏液集中回收進入地下放空槽,然后返回系統,不外排

5、主要設備的工作原理

管式爐

管式爐有圓筒體的輻射室、長方體的對流室和煙囪三大部分組成。沿爐管的長度方向,熱強度的分布是不均勻的。一般小的圓筒爐,在輻射室上方設有一個由高鉻鎳合金鋼制成的輻射錐,它的輻射作用,可使爐管上部的熱強度提高,從而使爐管沿長度方向的受熱比較均勻。

對流室置于輻射室之上,對流管水平放。其中緊靠輻射段的兩排橫管為過熱蒸汽管,用于將脫苯用的直接蒸汽過熱至400℃以上。其余各排管用于富油的初步加熱。

溫度為130℃左右的富油分兩程先進入對流段,加熱到180~200℃后再去脫苯塔。

再生器

洗油再生器中部設有帶分布裝置的進料管,下部設有殘渣排出管。為了降低洗油的蒸出溫度,再生器底部設有直接蒸汽管,通入脫苯蒸餾所需的絕大部分或全部蒸汽。

在富油入口管下面舍兩塊弓形隔板,以提高再生器內洗油的蒸汽程度。在富油入口管的上面設三塊形隔板,以捕集油滴。

富油再生的油氣和過熱水蒸氣從再生器頂部進入脫苯塔底部,作為富油脫苯蒸汽。該蒸汽中粗苯蒸汽分壓與脫苯塔熱貧油液面上粗苯蒸汽壓接近,很難使脫苯貧油含苯量再進一步降低,貧油含苯質量含量一般在0.4%左右。

脫苯塔

管式爐加熱的泡罩脫苯塔,分兩段,上段精餾段,下段提餾段。精餾段設有8塊塔板,每塊塔板上有若干個圓形泡罩,板間距為600mm。精餾段的第二層塔板及最下一層塔板為斷塔板,以便將塔板上混有冷凝水的液體引至油水分離器,將水分離后再回到塔內下層塔板,以免塔內因冷凝水聚集而破壞精餾塔的正常操作。

提餾段設有3塊塔板,板間距為1000mm。每塊塔板上有若干個圓形高泡罩及蛇管加熱器,在塔板上保持較高的液面,使之能淹沒加熱器。重苯由提餾段底部排出。

6、影響粗苯回收的主要因素

影響回收率的因素有煤氣和洗油中粗苯含量、煤氣流速及壓力、洗油循環量及分子量、吸收操作溫度、吸苯塔構造

油庫工段

1、工藝說明

本工段設置4個焦油貯槽(每個700m3, 存20天的焦油產量),接受冷凝鼓風裝置送來的焦油,并裝火車/汽車槽車外運;設置2個粗苯貯槽(每個400m3, 存20天的粗苯產量),接受粗苯蒸餾裝置送來的粗苯,并裝火車/汽車槽車外運;設置2個洗油貯槽(每個100m3, 存50天的用量),用于接受外來的洗油,并定期用泵送往終冷洗苯裝置;設置2個(NaOH)堿貯槽(每臺100m3, 存20天的用量)和2個硫酸槽(每個200m3),并用泵定期送至終冷洗苯裝置和硫銨裝置。當采用火車卸車時,利用火車卸車裝置;當采用汽車裝卸車時,利用汽車裝卸車裝置。

2、主要環保措施

1) 各貯槽放散氣體經壓力平衡系統回吸煤氣管道,廢氣不外排。

2) 焦油貯槽分離水送吸煤氣管道,不外排。

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