1、煤气的初冷和焦油氨水的分离第二章第二章 煤气的初冷和焦油氨水的分离第一节 煤气在集气管内的冷却第二节 煤气在初冷器的冷却第三节 焦油氨水的分离第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备第五节 煤气初冷操作和常见事故处理 煤气的初冷和焦油氨水的分离焦炉煤气从炭化室经上升管逸出时的温度为650750此时煤气中含有焦油气，苯族烃、水汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物，为回收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，这是因为:1.从煤气中回收化学产品和净化煤气时，多采用比较简单易行的冷凝，冷却法和吸收法，在较低的温度下(2535)才能保证较高的回收率;煤气的初冷和焦油氨水的分离2.含有大量水汽的高温煤气体积大(例
2、如由附表2查得0时lm3干煤气，在80经水蒸汽饱和后的体积2.429m3，而在25经水汽饱和的体积为1.126m。，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;3.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。煤气的初冷和焦油氨水的分离煤气的初步冷却分两步进行：第一步是在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到8090；第二步再在煤气初冷器中冷却。在初冷器将煤气冷却到何种程度，随化学产品回收与煤气净化选用的工艺方法而异，经技术经济比较确定
3、，例如若以硫酸或磷酸作为吸收剂，用化学吸收法除去煤气中的氨，初冷器后煤气温度可以高一些，一般为2535；若以水作吸收剂，用物理吸收法除去煤气中的氨初冷后煤气温度要低些，一般为25以下。第一节 煤气在集气管内的冷却一、煤气在集气管内的冷却一、煤气在集气管内的冷却1.煤气在集气管内冷却的机理煤气在集气管内冷却的机理煤气在桥管和集气管内冷却，是用表压为150200kPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的（由图2-1所示）。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。传热过程推动力是煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，是高
4、温的煤气将热量传热传给低温的循环氨水。第一节 煤气在集气管内的冷却传热过程推动力是煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，是高温的煤气将热量传热传给低温的循环氨水。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7580。另有约占所放出总热量10的热量由集气管表面散失。第一节 煤气在集气管内的冷却通过上述冷却过程，煤气温度由650750降至80 85，同时有60左右的焦油气冷凝下来，含在煤气中的粉尘也被冲洗下来，有焦油渣产生。在集气管冷却煤气主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热使煤气显热减
5、少温度降低，所以煤气温度可冷却至高于其最后达到的露点温度13。煤气的露点温度就是煤气被水汽饱和的温度，以是煤气在集气管中冷却的极限。2、煤气露点与煤气中水汽含量的关系、煤气露点与煤气中水汽含量的关系煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有关；在一般生产条件下，煤料水分每降低1，露点温度可降低0.6 0.7。显然，降低煤料水分，对煤气的冷却很重要。煤气露点与煤气中水汽含量之间的关系如图2-2所示。第一节 煤气在集气管内的冷却第一节 煤气在集气管内的冷却二、煤气在集气管内冷却的技术要求二、煤气在集气管内冷却的技术要求1.集气管技术操作指标集气管技术操作指标集气管技术操作的主要数据如下：（中国沿海地
6、区数据）集气管前煤气温度，650750 离开集气管的煤气温度，8085 循环氨水温度，7278 离开集气管氨水的温度，7480 煤气露点，7983 循环氨水量，m3t干煤 56 蒸发的氨水量，(占循环氨水量)23 冷凝焦油量，(占煤气中焦油量)60 第一节 煤气在集气管内的冷却由此可见，煤气虽然已显著冷却，但集气管内不仅不发生水蒸气的冷凝，相反由于氨水蒸发，使煤气中水分增加。但煤气仍未被水汽所饱和，经冷却后煤温仍高于煤气的露点温度。2.技术要求技术要求 （1）集气管在正常操作过程中用氨水而不用冷水喷洒，因冷水温度低不易蒸发，使煤气冷却效果不好，所带入的矿物杂质会增加沥青的灰分。此外，由于水温很
7、低，使集气管底部剧烈冷却、冷凝的焦油黏度增大，易使集气管堵塞。氨水又有润滑性，便于焦油流动，可以防止煤气冷却过程中煤粉、焦粒、焦油混合形成的焦油渣因积聚，而堵塞煤气管道。第一节 煤气在集气管内的冷却（2）进入集气管前的煤气露点温度主要与装入煤的水分含量有关，煤料中水分(化合水及配煤水分，约占干煤重量的10)形成的水汽在冷却时放出的显热约占总放出热量的23，所以降低煤料水分，会显著影响煤气在集气管冷却的程度，当装入煤全部水分为811时，相应的露点温度为6570。为保证氨水蒸发的推动力，进口水温应高于煤气露点温度510，所以采用7278的循环氨水喷洒煤气。第一节 煤气在集气管内的冷却（3）对不同形
8、式的焦炉所需的循环氨水量也有所不同，生产实践经验确定的定额数据为：对单集气管的焦炉，每吨干煤需5m3循环氨水，对双集气管焦炉需6m3的循环氨水。近年来，国内外焦化厂已较普遍在焦炉集气管上采用了高压氨水代替蒸汽喷射进行无烟装煤，个别厂还采用了预热煤炼焦，设置了独立的氨水循环系统，用于专设的焦炉集气管的喷洒，则它们的循环氨水量又各不同。（4）集气管冷却操作中，应经常对设备进行清扫，保持循环氨水喷洒系统畅通，氨水压力、温度、循环量力求稳定。第一节 煤气在集气管内的冷却三、集气管的物料平衡与热平衡三、集气管的物料平衡与热平衡通过集气管的物料平衡和热平衡的计算，可以了解集气管内物料转移的情况以及求得冷却
9、后的煤气温度。若冷却后的煤气温度已确定，就可以求得必需的循环氨水用量及其蒸发量。也可用以评定集气管操作好坏。下面以沿海地区某厂实际生产数据为例计算煤气被冷却至一定温度时循环氨水的蒸发水量和集气管出口煤气的露点温度。第一节 煤气在集气管内的冷却（一）某厂实际生产数据（一）某厂实际生产数据 1.产品产率，(对干煤质量)焦炉煤气 15.80 水分(化合水2；配煤水分8)10 焦油 4.0 粗苯 1.1 氨 0.3 硫化氢 0.3 焦炭 76.5 总计 108.0 第一节 煤气在集气管内的冷却 2.操作指标 冷凝焦油量占总焦油量，60 进入集气管的煤气；温度，650 离开集气管的煤气温度，82 进入集
10、气管的循环氨水温度，75 离开集气管的循环氨水温度，78 标准状态下的煤气密度，kg/m3 0.465 集气管内压强,Pa 1.013105第一节 煤气在集气管内的冷却 3.热量分配情况，%(占总放出热量)氨水蒸发所吸收的热量 75 氨水升温所吸收的热量 15 集气管的散热损失 10 第一节 煤气在集气管内的冷却4.各种组分在82650之间的平均比热容(由有关图表查到)焦炉煤气，kJ/(m3)1.591 水汽，kJ/(kg)2.010 苯族烃，kJ/(kg)1.842 氨，kJ/(kg)2.613 硫化氢，kJ/(kg)l.147 焦油蒸汽，kJ/(kg)2.094 82时焦油平均汽化潜热，k
11、J/kg 330.8 水在82时的汽化潜热，kJ/kg 2303.3第一节 煤气在集气管内的冷却（二）循环氨水量的计算（二）循环氨水量的计算以1t干煤作计算基准，煤气在集气管内进行冷却时放出的总热量，可按如下计算得：煤气放出的显热(KJ)焦油汽放出的显热(KJ)1000*0.04*2.094*(650-82)=47564 307060)82650(465.0591.1158.01000第一节 煤气在集气管内的冷却焦油汽放出的冷凝热(KJ)1000*0.04*0.6*330.8=7939水汽放出的显热(kJ)10000.1*2.010*(650-82)=114168苯族烃放出的显热(kJ)100
12、0*0.011*1.842*(650-82)=11509氨放出的显热(kJ)1000*0.003*2.613*(650-82)=4453硫化氢放出的显热(kJ)1000*0.003*1.147*(650-82)=1954则放出的总热量为：Q=307060+47564+7939+114168+11509+4453+1954=494647kJ 第一节 煤气在集气管内的冷却 根据热平衡，则得：因循环氨水蒸发所吸收的热量q1=0.75Q，所以蒸发水量为：G1=q1/2303.9=0.75*494647/2303.9=161J因氨水升温所吸收的热量q2=0.15Q，则循环氨水量为：G2=q2/4.187
13、*(78-75)=0.15*494647/4.187*(78-75)=5907kJ式中 4.187为水的比热容，kJ/(kg)所以，以每吨干煤计的循环氨水总量为：161+5907=6068kg氨水蒸发量占循环氨水总量：161/6068*100%=2.65%49467321qqqQ第一节 煤气在集气管内的冷却（三）煤气露点温度的确定（三）煤气露点温度的确定根据已知数据及计算结果，可求得离开集气管的煤气露点温度。进入集气管的气态炼焦化学产品按体积计数量为:m3/(t干煤)式中 18、200、83、17、34分别为水、焦油、苯族烃、氨及硫化氢的相对分子质量。4784.22)34003.017003.
14、083011.020004.0181.0(1000465.0158.01000第一节 煤气在集气管内的冷却在集气管内冷凝的焦油体积为：m3/(t干煤)1000*0.04/200*0.6*22.4=2.69在集气管内蒸发的氨水体积为：m3/(t干煤)161*22.4/18=200在无烟装煤时喷射的蒸汽量对干煤的百分数为：单集气管15；双集气管3%，现按双集气管的喷射蒸汽量求得体积为：m3/(t干煤)1000*0.03*22.4/18=37.33 第一节 煤气在集气管内的冷却则离开集气管的水汽总体积为：m3/(t干煤)1000*0.1*22.4/18+200+37.33=361.77离开集气管的煤
15、气总体积为：m3/(t干煤)478+200+37033-2.69=712.64集气管出口煤气中水汽分压为：PaP=1.013*105*361.77/712.64=51424由附录1查得相应的煤气饱和温度(露点)为8205。第二节 煤气在初冷器的冷却煤气冷却和焦油蒸汽、水蒸汽的冷凝，可以采用不同形式的冷却器。被冷却的煤气与冷却介质直接接触的冷却器，称为直接混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接冷却；被冷却的煤气与冷却介质分别从固体壁面的两侧流过，煤气将热量传给壁面，再由壁面传给冷却介质的冷却器，称为间壁式冷却器，简称为间接冷却器或间接冷却。由于冷却器的形式不同，煤气冷却所采取的流程也不同。煤气冷却
16、的流程可分为间接冷却、直接冷却和间直混合冷却三种。上述三种流程各有优缺点，可根据生产规模、工艺要求及其他条件因地制宜地选择采用。中国目前广泛采用的是间接冷却。第二节 煤气在初冷器的冷却一、煤气的间接初冷一、煤气的间接初冷1 1.立管式冷却器间接初冷工艺流程立管式冷却器间接初冷工艺流程图2-3所示为立管式煤气初冷工艺流程。焦炉煤气与循环氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主管先进入气液分离器，煤气与焦油、氨水、焦油渣等在此分离。分离下来的氨水和焦油一起进入机械化焦油氨水澄清槽，利用密度不同经过静置澄清分成三层：上层为氨水（密度为1.011.02kg/l），中层为焦油（密度为1.171.20kg/l），下层为
17、焦油渣（密度为1.25kg/l）。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。图2-3 立管式煤气初冷工艺流程 1一气液分离器；2一煤气初冷器；3一煤气鼓风机；4一电捕焦油器；5一冷凝液槽；6一冷凝液液下泵；7一鼓风机水封槽；8一电捕焦油器水封槽；9一机械化氨水澄清槽；10一氨水中间槽；11一事故氨水槽；12一循环氨水泵；1 3一焦油泵；1 4一焦油贮槽；15一焦油中间槽；1 6一初冷冷凝液中间槽；17一冷
18、凝液泵第二节 煤气在初冷器的冷却第二节 煤气在初冷器的冷却经气液分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器，用水间接冷却，煤气走管间，冷却水走管内。从各台初冷器出来的煤气温度是有差别的，汇集在一起后的煤气温度称为集合温度，这个温度依生产工艺的不同而有不同的要求：在生产硫铵系统中，要求集合温度低于35，在水洗氨生产系统中，则要求集合温度低于25。随着煤气的冷却，煤气中绝大部分焦油气、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下来，萘溶解于焦油中。煤气中一定数量的氨，二氧化碳，硫化氢，氰化氢和其他组分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。第二节 煤气在初冷器的冷却焦油和冷凝氨水的混合液称为冷凝液。冷凝氨水中含有较多的
19、挥发铵盐（NH3与H2S、HCH、H2CO3形成的铵盐，如(NH4)S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定铵盐（如NH4C1、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量较少。当其溶液加热至100即分解的铵盐为挥发铵盐，需加热到220250或有碱存在的情况下才能分解的铵盐叫固定铵盐。循环氨水中主要含有固定铵盐，在其单独循环时，固定铵盐含量可高达3040g/l。为降低循环氨水中固定铵盐的含量，以减轻对焦油蒸馏设备的腐蚀和改善焦油的脱水、脱盐操作，大多采用两种氨水混合的分离流程，混合氨水固定铵盐含量可降至1.33.5g/l。第二节 煤气在初冷器的冷却如图2-3所示，冷凝液自流
20、入冷凝液槽，再用泵送入机械化氨水澄清槽，与循环氨水混合澄清分离。分离后所得剩余氨水送去蒸氨，蒸氨废水还应经生化处理。由管式初冷器出来的煤气尚含有1.52g/m3的雾状焦油，被鼓风机抽送至电捕焦油器除去其中绝大部分焦油雾后，送往下一道工序。当冷却煤气用的冷却水为直流水时（水源充分的地区），冷却器后的热水直接排放(或用作余热水供热)。上述煤气间接初冷流程适用于生产硫铵工艺系统，当水洗氨生产时，为使初冷后煤气 集合温度达到20左右，宜采用两段初步冷却。第二节 煤气在初冷器的冷却两段初冷可采用如图2-4所示具有两段初冷功能的初冷器，其中前四个煤气通道为第一段，后两个煤气通道为第二段。在第一段用循环冷却
21、水将煤气冷却到约45，第二段用低温水将煤气冷却到25以下。也可采用初冷器并串联实现煤气两段初冷。例如用“二串一”。即煤气先通过作为第一段的两台并联的初冷器，再汇合通过作为第二段的一台初冷器，简称为“二串一”，第一段用循环水冷却，第二段用低温水冷却，可将煤气冷却到25以下。或用“三串一”工艺。第二节 煤气在初冷器的冷却图2-4 两段煤气间接初冷器第二节 煤气在初冷器的冷却2.横管式冷却器间接初冷工艺流程横管式冷却器间接初冷工艺流程横管式煤气初冷器冷却，煤气走管间，冷却水走管内。水通道分上下两段，上段用循环水冷却，下段用制冷水冷却，将煤气温度冷却到22以下。横管式初冷器煤气通道，般分上中下三段，上
22、段用循环氨水喷洒，中段和下段用冷凝液喷洒，根据上、中、下段冷凝液量和热负荷的计算可知：上段和中段冷凝液量约占总量的95，而下段冷凝液量仅占总量的5；从上段和中段流至下段的冷凝液由45降至30的显热及喷洒的冷凝液冷却显热，约占总热负荷的60；下段冷凝液的冷凝图2-5-1 横管式煤气初冷工艺流程潜热及冷却至30的显热，约占总热负荷20%；下段喷洒冷凝液的冷却显热，约占总热负荷20%。第二节 煤气在初冷器的冷却由此可见，上段和中段喷洒的氨水和冷凝全部从下段排出，显著地增加了下段负荷。为此有人推荐如图2-5-1所示的横管式煤气初冷工艺流程。图 2-5 横管式煤气初冷工艺流程 第二节 煤气在初冷器的冷却
23、该流程上段和中段冷凝液从隔断板经水封自流至氨水分离器，下段冷凝液经水封自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是轻质焦油，作为中段和下段喷洒液有利于洗萘。喷洒液不足时，可补充焦油或上段和中段的冷凝液。该流程最突出的优点是横管式初冷器下段的热负荷显著降低，低温冷却水用量大为减少。新建焦化厂一般采用半负压回收系统横管式冷却器间接初冷煤气工艺流程如图2-5-2 图2-5-2 半负压下横管式煤气初冷工艺流程1气液分离器；2横管冷却器；3电捕焦油器；4鼓风机；5机械化氨水澄清槽；6机械化焦油澄清槽；7煤气水封槽；8上段冷凝液封槽；9上段冷凝液循环泵；10下段冷凝液循环泵；11下段冷凝液封槽；12电捕水封槽；13液
24、下泵；14地下放空槽；15焦油泵16循环氨水泵17循环氨水中间槽；18循环氨水事故槽；19剩余氨水槽；20剩余氨水泵；21剩余氨水中间槽；22剩余氨水中间槽；23除焦油器；24高压氨水；25氮气加热器；26鼓风机水封槽第二节 煤气在初冷器的冷却第二节 煤气在初冷器的冷却如图所示,从焦炉来的焦油氨水与煤气的混合物约80入气液分离器，煤气与焦油氨水等在此分离。分离出的粗煤气并联进入三台横管式初冷器，当其中任一台检修或吹扫时，其余两台基本满足正常生产时的工艺要求。初冷器分上、下两段，在上段，用循环水将煤气冷却到45，然后煤气入初冷器下段与制冷水换热，煤气被冷却到22，冷却后的煤气并联进入两台电捕焦油
25、器，当一台检修或冲洗时，另一台基本满足正常生产时的工艺要求。捕集焦油雾滴后的煤气送煤气鼓风机进行加压，煤气鼓风机一开一备，加压后煤气送往脱硫及硫回收工段。第二节 煤气在初冷器的冷却为了保证初冷器的冷却效果，在上、下段连续喷洒焦油氨水混合液，在其顶部用热氨水不定期冲洗，以清除管壁上的焦油、萘等杂质。初冷器的煤气冷凝液由初冷器上段和下段分别流出，分别进入各自的初冷器水封槽，初冷器水封槽的煤气冷凝液分别溢流至上、下段冷凝液循环槽，分别由上、下段冷凝液循环泵送至初冷器上下段喷淋洗涤除萘及焦油，如此循环使用，下段冷凝液循环槽多余的冷凝液溢流至上段冷凝液循环槽，上段冷凝液循环槽多余部分由泵抽送至机械化氨水
26、澄清槽。从气液分离器分离的焦油氨水与焦油渣并联进入三台机械化氨水澄清槽。第二节 煤气在初冷器的冷却澄清后分离成三层，上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。分离的氨水并联进两台循环氨水槽，然后用循环氨水泵送至焦炉冷却荒煤气及初冷器上段和电捕焦油器间断吹扫喷淋使用。多余的氨水去剩余氨水槽，用剩余氨水泵送至脱硫工段进行蒸氨。分离的焦油靠静压流入机械化焦油澄清槽，进一步进行焦油与焦油渣的沉降分离，焦油用焦油泵送至酸碱油品库区焦油槽。分离的焦油渣定期送往煤场掺混炼焦。第二节 煤气在初冷器的冷却3.剩余氨水量的计算剩余氨水量的计算在氨水循环系统中，由于加入配煤水分和炼焦时产生的化合水，使氨水量增多而形成所
27、谓的剩余氨水。这部分氨水从循环氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨。其数量可由下列估算确定。（1）原始数据 装入煤量(湿煤)，t/h 150 干煤气产量，m3/t(干煤)340 初冷器后煤气温度，30 配煤水分，8.5 化合水(干煤)，2 第二节 煤气在初冷器的冷却（2）计算 如图2-6所示，W8为循环氨水量，设于集气管喷洒冷却煤气时蒸发了2.6，剩余部分即为由气液分离器分离出来的氨水量W2。离开气液分离器的煤气中所含的水汽量W3，即煤气带入集气管的水量W1和循环氨水蒸发部分之和。初冷器后煤气带走的水量为W4，(W3W4)即为冷凝水量W5。从冷凝水量W5中减去需补充的循环氨水量 W6(相当于蒸发部分
28、)，即得剩余氨水量W7。第二节 煤气在初冷器的冷却 1集气管；2气液分离器；3初冷器；4机械化氨水澄清槽 第二节 煤气在初冷器的冷却从以上分析可见，如图2-6虚线围成的范围，作水的物料衡算有：W1=W7+W4，或 W7=W1 W4 则送去加工的剩余氨水量W7，即为W1与W4之差。W1=1500.085+150(10.085)0.02=15.495 t/h 式中 35.2每1m3煤气在30时经水蒸汽饱和后的水汽含量，g。(由附表1查得)则剩余氨水量为 W7=WlW4=15.4951.643=13.852t。643.1102.3546665100010002.35340)085.01(15064W
29、t/h第二节 煤气在初冷器的冷却显然，剩余氨水量取决于配煤水分和化合水的数量以及煤气初冷后集合温度的高低煤气初冷的集合温度不宜偏高，否则会带来下列问题：煤气中水汽含量增多，体积变大，致使鼓风机能力不足，影响煤气正常输送。焦油气冷凝率降低，初冷后煤气中焦油含量增多，影响后续工序生产操作。第二节 煤气在初冷器的冷却在初冷器内，煤气冷却到一定程度（一般认为55）以下，萘蒸汽凝华呈细小薄片晶体析出，可溶入焦油中，温度愈低，煤气中萘蒸汽含量也愈少，当集合温度高时，煤气中含萘量将更显著增大。根据现场资料，甚至，煤气中萘含量比同温下萘气饱和含量高12倍。这些未分离除去的萘会造成煤气管道和后续设备的堵塞，增加
30、以后洗萘系统负荷，给洗氨、洗苯带来困难。由上述可见，在煤气初冷操作中，必须保证初冷器后集合温度不高于规定值，并尽可能地脱除煤气中的萘。第二节 煤气在初冷器的冷却 焦炉煤气是多组分混合物。其中的H2、CH4、CO、CO2、N2、CnHm（按乙烯计）、O2等，在常温条件下始终保持气态，而且在其后的冷却、加压及回收化学产品过程中，其总摩尔流量不变，故这部分气体称为干煤气。又因在标准状态下1kmol理想气体的体积为22.4m3，故以m3/h作为干煤气的流量的计量单位时，干煤气的体积流量也是不变的。与干煤气不同的是水蒸气、粗苯蒸汽、焦油蒸汽以及NH3、H2S、HCN等，在煤气冷却过程中，有的会冷凝成液体
31、，溶于水，或在化学产品回收中采用吸收的方法将其从煤气中分离出去，这些成分是可变的，都不属于干煤气的成分；这些成分在煤气中的含量，常以g/m3为单位计量，是很方便的。第二节 煤气在初冷器的冷却二、煤气的直接初冷二、煤气的直接初冷煤气的直接初步冷却，是在直接冷却塔内由煤气和冷却水直接接触传热完成的。中国有些小型焦化厂大都用直接初冷流程。如图2-7所示。由图2-7可见，由吸气主管来的8085的煤气，经过气液分离器进入并联的直接式初冷塔，用氨水喷洒冷却到2528，然后由鼓风机送至捕焦油器，捕除焦油雾后，将煤气送往回收氨工段。第二节 煤气在初冷器的冷却由气液分离器分离出的氨水、焦油和焦油渣，经焦油盒分出
32、焦油渣后流入焦油氨水澄清池，从澄清池出来的氨水用泵送回集气管喷洒冷却煤气。澄清池底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到焦油槽，再送往焦油车间加工处理。焦油盒底部的焦油渣由人工捞出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初冷循环氨水澄清池，与洗氨塔来的氨水混合并在澄清池与焦油进行分离。分离出来的焦油与上述焦油混合。澄清后的氨水则用泵送入冷却器冷却后，送至初冷塔循环使用。剩余氨水则送去蒸氨或脱酚。第二节 煤气在初冷器的冷却从初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至焦油氨水澄清池，以补充焦炉用循环氨水的蒸发损失。煤气直接初冷，不但冷却了煤气，而且具有净化煤气的良好效果。某厂实测生产数据表明，在直接初
33、冷塔内，可以洗去90以上的焦油，80左右的氨，60%以上的萘，以及约50%的硫化氢和氰化氢。这对后面洗氨洗苯过程及减少设备腐蚀都有好处。第二节 煤气在初冷器的冷却第二节 煤气在初冷器的冷却同煤气间接初冷相比，直接初冷还具有冷却效率较高，煤气压力损失小，基建投资较少等优点。但也具有工艺流程较复杂。动力消耗较大，循环氨水冷却器易腐蚀易堵塞、各澄清池污染严重，大气环境恶劣等缺点。因此目前大型焦化厂还很少单独采用这种煤气直接冷却流程，国外一些大型焦化厂也有采用煤气直接冷却流程的，空喷塔和冷却器等采取防腐措施，各澄清池皆配顶盖，排放气体集中洗涤。空喷塔用经过冷却的氨水焦油混合液喷洒。在冷却煤气的同时，还
34、将煤气中夹带的部分萘除去。由初冷塔流出来的冷凝液进入专用的焦油氨水澄清槽进行分离，澄清后的氨水供循环使用，并将多余部分送去蒸氨加工。第二节 煤气在初冷器的冷却三、间冷和直冷结合的煤气初冷三、间冷和直冷结合的煤气初冷如前所述煤气的直接初冷，是在直接冷却塔内，由煤气和冷却水(经冷却后的氨水焦油混合液)直接触传热而完成的。此法不仅冷却了煤气，且具有净化煤气效果良好、设备结构简单造价低及煤气阻力小等优点。间冷直冷结合的煤气初冷工艺即是将二者优点结合的方法，在国内外大型焦化已得到采用。第二节 煤气在初冷器的冷却自集气管来的荒煤气几乎为水蒸汽所饱和，水蒸汽热焓约占煤气总热焓的94%，所以煤气 在高温阶段冷
35、却所放出的热量绝大部分为水蒸汽冷凝热，因而传热系数较高；而且在温度较高时(高于52)，萘不会凝结造成设备堵塞。所以，煤气高温冷却阶段宜采用间接冷却。而在低温冷却阶段，由于煤气中水汽含量已大为减少，气体对壁面间的对流传热系数低，同时萘的凝结也易于造成堵塞。所以，此阶段宜采用直接冷却。间冷和直冷结合的煤气初冷流程如图2-8所示，由集气管来的82左右的荒煤气经气液分离器分离出焦油氨水后，进入横管式间接冷却器被冷却到5055，进入直冷空喷塔冷却到2535。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逆流密切接触得到冷却。第二节 煤气在初冷器的冷却聚集在塔底的喷洒液及冷凝液沉淀出其
36、中的固体杂质后，其中用于循环喷洒的部分经 液封槽用泵送入螺旋换热器，在此冷却到25左右，再压送至直冷空喷塔上、中两段喷洒。相当于塔内生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底导入机械氨水澄清槽，与气液分离器下来的氨水、焦油以及横管冷却器下来的冷凝液等一起混合后进行分离。澄清的氨水进入氨水槽后，泵往焦炉喷洒，剩余氨水经氨水贮泵送脱酚及蒸氨装置。初步澄清的焦油送至焦油分离槽除去焦油渣及进一步脱除水分,然后经焦油中间槽泵入焦油贮槽。1一气液分离器；2一横管式间接冷却器；3一直冷空喷塔；4一液封槽；5一螺旋换热器；6一机械化氨水澄清槽；7一氨水槽；8一氨水贮槽；9一焦油分离器；10一焦油中间槽；11一焦油贮槽
37、图2-8 间冷直冷结合的煤气初冷工艺流程第二节 煤气在初冷器的冷却第二节 煤气在初冷器的冷却直冷塔内喷洒用的洗涤液在冷却煤气的同时，还吸收硫化氢，氦及萘等，并逐渐为萘饱和。采用螺旋板式冷却器来冷却闭路循环的洗涤液，可以减轻由于萘的沉积而造成的堵塞。在采用氨水混合分离系统时，循环氨水中挥发氨的浓度相对增加，而循环氨水的温度又高，因而氨的挥发损失将增大。为防止氨的挥发损失及减少污染，澄清槽和液体槽宜采用封闭系统，并设置排气洗净塔，以净化由槽内排除的气体。第三节 焦油氨水的分离近年来，对焦油氨水的分离引起了重视，这一方面是由于采用预热煤炼焦和实行无烟装煤给这一分离过程带来了新问题，另一方面是因为要求
38、提供无焦油氨水和无渣低水分焦油的需要。一、焦油氨水混合物的性质及分离要求一、焦油氨水混合物的性质及分离要求 在用循环氨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(20)1.22左右，黏度较大，其中混有一定数量的焦油渣。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时所带入的多孔物质，其量约占焦油渣的30，其余约70为焦油。第三节 焦油氨水的分离焦油渣量一般为焦油量的0.150.3%，当实行蒸汽喷射无烟装煤时，其量可达0.41.0，在用预热煤炼焦时，其量更高。焦油渣内固定碳含量约为60，挥发分含量约33，灰分约4，气孔率约63，
39、真密 度为1.271.3kg/l。因其与集气管焦油的密度差小，粒度小，易与焦油黏附在一起，所以难以分离。第三节 焦油氨水的分离煤气再初冷器中冷却，冷凝下来的焦油为轻质焦油。其轻组分含量较多。在两种氨水混合分离流程中，上述轻质焦油和重质焦油的混合物称之为混合焦油。混合焦油20密度可降至1.151.19kg/1，黏度比重质焦油减少2045，焦油渣易于沉淀下来，混合焦油质量明显改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，给焦油分离带来一定困难。焦油的脱水直接受温度和循环氨水中固定铵盐含量的影响，在8090和固定铵盐浓度较低情况下，焦油与氨水较易分离。因此，在独立的氨水分离系统中，集气管焦油脱水程度较差，而在
40、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，还须在焦油贮槽内保持8090条件下进一步脱水。第三节 焦油氨水的分离目前中国焦化厂生产的煤焦油质量标准如表21。经澄清分离后的循环氨水中焦油物质含量越低越好，最好不超过100mg/1。第三节 焦油氨水的分离二、焦油氨水混合物的分离方法和流程二、焦油氨水混合物的分离方法和流程大中型焦化厂一般采用图2-3及图2-5-2所示的焦油氨水分离流程。近年来，为改善焦油脱渣和脱水提出了许多改进方法，如用蒽油稀释；用初冷冷凝液洗涤；用微孔陶瓷过滤器在压力下净化焦油；在冷凝工段进行焦油的蒸发脱水；以及振动过滤和离心分离
41、等。其中以机械化氨水澄清槽和离心分离相结合的方法应用较为广泛，其工艺流程如图2-9。第三节 焦油氨水的分离第三节 焦油氨水的分离如图所示，由集气管来的液体混合物先进入机械化氨水澄清槽，分离了氨水的焦油由此进入焦油脱水澄清槽，然后泵送连续式离心沉降分离机除渣，分离出的焦油渣放入收集槽，净化的焦油放入焦油中间槽，再送入贮槽。卧式连续沉降分离机的操作情况如图2-10所示，温度为7080的焦油经由中空轴送入转鼓内，在离心力作用下，焦油渣沉降于鼓壁上，并被设于转鼓内的螺旋卸料机(图中(b)所示)连续地由一端排到机体外，澄清的焦油也连续地从另一端排出。第三节 焦油氨水的分离焦油 渣饼（a）（b）图2-10
42、 卧式连续离心沉降分离机操作示意图第三节 焦油氨水的分离用离心分离法处理焦油，分离效率很高，可使焦油除渣率达90左右，但基建费用及动力消耗较大。在采用预热煤炼焦时，为不使焦油质量变坏，在焦炉上可设两套集气管装置，将装炉时发生的煤气抽到专用集气管内，并设置较简易的专用氨水焦油分离及氨水喷洒循环系统。由装炉集气管所得到的焦油(约占焦油总量的1)含有大量煤尘，这部分焦油一般只供筑路或作燃料用，也可与集气管下氨水在混合搅拌槽内混合，在经离心分离以回收焦油。此外，还可采用在压力下分离焦油中水分的装置。将经过澄清仍含水的焦油，泵入一卧式压力分离槽内进行分离，槽内保持压力为81152kPa(表压)，并保持温
43、度为7080。在此条件下，可防止溶于焦油中的气体逸出及因之引起的混合液上下窜动，从而改善了分离效果，焦油水分可降至2。第三节 焦油氨水的分离三、焦油质量的控制三、焦油质量的控制由表2-1所示，焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是焦油质量的重要指标，它主要取决于冷凝工序的生产操作。操作中应注意如下几点：(1)焦油氨水澄清槽内应保持定的焦油层厚度，般为1.52m，排出焦油时应连续均匀，不宜过快，要求夹带的氨水和焦油渣尽可能少，最好应装有自动控制装置。(2)严禁在焦油澄清槽内随意排入生产中的杂油、杂水，以利于焦油、氨水、焦油渣分层，便于分离。第三节 焦油氨水的分离()静置脱水的焦油储槽，严格控制温度在80
44、90，保证静置时间在两昼夜以上。同时应按时放水，向精制车间送油时应均匀进行，且保持槽内有一定的库存量。()严格控制初冷器后的集合温度符合工艺要求，避免因增大风机吸力而增加煤粉和焦粉的带入量。另外，焦炉操作应力求稳定，严格执行各项技术操作规定，尽量减少因煤粉、焦粉带入煤气而形成焦油渣，防止焦油氨水分离困难。（）机械化氨水澄清槽氨水满流情况、焦油压油情况、油水界面升降，减速机、刮渣机运行情况保持正常。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备一、煤气冷却设备一、煤气冷却设备1.立管式间接冷却器立管式间接冷却器(1)构造及性能构造及性能如图2-11所示，立管式间接冷却器的横断面呈长椭圆形，直立的钢管束装在上下
45、两块管栅板之间，被五块纵档板分成六个管组，因而煤气通路也分成六个流道。煤气走管间，冷却水走管内，二者逆向流动。冷却水从冷却器煤气出口端底部进入，依次通过各组管束后排出器外。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备由图可见，六个煤气流道的横断面积是不一样的，是因为煤气流过初冷器时温度逐步降低，并冷凝出液体，煤气的体积流量逐渐减小。为使煤气在各个流道中的流速大体保持稳定，所以沿煤气流向，各流道的横断图2-11 立管式间接煤气冷却器面积依次递减；而冷却水沿其流向各管束的横断面积则相应地递增。所用钢管规格为763mm。立管式冷却器一般均为多台并联操作，煤气流速为34m/s，煤气通过阻力约为0.5lkPa。图2
46、-11 立管式间接煤气冷却器第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备当接近饱和的煤气进入初冷器后，即有水汽和焦油气在管壁上冷凝下来，冷凝液在管壁上形成很薄的液膜，在重力作用下沿管壁向下流动，并因不断有新的冷凝液加入，液膜逐渐加厚，从而降低了传热系数。在初冷器前几个流道中，因冷凝焦油量多，温度也较高，萘多溶于焦油中；在其后通路中，因冷凝焦油量少，温度低，萘晶体将沉积在管壁上，使传热系数降低，煤气流通阻力亦增大。在煤气上升通路上。冷凝物还会因接触热煤气而又部分蒸发，因而增加了煤气中萘的含量。上述问题都是立管式冷却器的缺点。为克服这些缺点，可在初冷器后几个煤气流道内，用含萘较
47、低的混合焦油进行喷洒，可解决萘的沉积堵塞问题，还能降低出口煤气中的萘含量，使之低于集合温度下萘在煤气中的饱和浓度。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备(2)冷却水量的计算冷却水量的计算煤气初冷所需的冷却水量可通过热平衡计算求得。由图2-11可知进出初冷器的物料有煤气、冷却水、冷凝液。煤气在初冷器中放出的总热量应由冷却水、冷凝液和初冷器散热损失带走。由于净煤气冷却及水汽冷凝所放出的热量约占总放出热量的98%以上，所以在实际计算中可近似地用初冷器的入口和出口温度下饱和煤气焓差来计算煤气放出的总热量。再据此求得冷却水量。设：干焦炉煤气量为48220m3/h，进入初冷器的饱和煤气温度为82，离开初冷器的饱
48、和煤气温度为30。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备从附表1查得在82和30时饱和煤气总热焓分别为2327.94kJ/m3及134.98kJ/m3，则得煤气在初冷器中放出的总热量为：48220(2327.94134.98)=1.0575108 kJ/h设冷却器表面散热损失为煤气总放出热量的2，则散热损失的热量为：1.05751082=2.115106 kJ/h煤气在初冷器中冷却产生的冷凝液以冷凝水计，其他组分量少忽略不计，则冷凝水量为：kg/h式中 832.8、35.2每1m3煤气在82、30时经水蒸汽饱和后的水汽含量，g。(由附表1查得)3846010002.358.83248220）（W第四
49、节 煤气冷却和冷凝的主要设备冷凝水带走的热量为：Q冷凝水=WCp t kJ/h 式中 CP水的比热容，kJ/（kgK）；取4.1868t冷凝水（液）的平均温度，；采用冷凝水的加权平均（或混合）温度。竖管冷却器内的冷凝液是在不同温度下从煤气中冷凝出来的，而且是从不同位置引出的冷凝水（液）的平均温度应按下式计算。严格计算冷凝水（液）的平均温度按，wCwtdCtpwtwtp21）（）（）（第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备近似计算，即加权平均（或混合）温度按，式中 将温度自8230分成n段，为第i段冷凝水（液）量与第i段冷凝水（液）平均温度的乘积；当n-时，即为严格值。wwtwCwtdCtniipwt
50、wtp121）（）（）（）（iwt（）iwt（）第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备取的n愈小，计算愈容易，但t的准确性愈差，的思想是：冷凝液总量w一定，第i段的值愈大，在平均t中占的比例愈大，分配给的权力愈大；值愈小，在平均t中占的比例愈小，分配给的权力愈小；故称为加权平均温度。所谓混合温度是把不同温度的冷凝液混合在一起，计量混合后的温度。wwtit）（iwt）（iwt）（第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备例如将8230间，每隔4为一段共分13段，分别计算每段的，wi，（wt）i=wi，再计算w=wi，（wt）i（计算过程数据略，所需数据由附表1查得）有：w=38444.32；（wt）i=2649
