煤气的初冷和焦油氨水的分离

煤气的初冷和焦油氨水的分离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650－750℃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(25~35℃)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80~90℃；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，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25~35℃；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1.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150~200kPa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75％~80％。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650~750℃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1~3℃。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1.集气管技术操作指标集气管技术操作的主要数据如下：（中国沿海地区数据）集气管前煤气温度，℃650~750离开集气管的煤气温度，℃80~85循环氨水温度，℃72~78离开集气管氨水的温度，℃74~80煤气露点，℃79~83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（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8％～11％时，相应的露点温度为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。第一节煤气在集气管内的冷却（3）对不同形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/m30.465集气管内压强,Pa1.013×105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82～650℃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·℃)2.09482℃时焦油平均汽化潜热，kJ/kg330.8水在82℃时的汽化潜热，kJ/kg2303.3第一节煤气在集气管内的冷却（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)=47564307060)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)1000*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*(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%49467321qqqQ第一节煤气在集气管内的冷却（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)34003.017003.083011.020004.0181.0(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1．5％；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82．05℃。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1.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1.01～1.02kg/l），中层为焦油（密度为1.17～1.20kg/l），下层为焦油渣（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；13一焦油泵；14一焦油贮槽；15一焦油中间槽；16一初冷冷凝液中间槽；17一冷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