第八章煤气中粗苯的回收[兼容模式]

赵云鹏中国矿业大学化工学院2第八章煤气中粗苯的回收粗苯是煤干馏过程中分解产生的芳香烃化合物中分子量较低的部分，其产率占炼焦干煤装入量的0.8％～1.4％，荒煤气中的粗苯含量一般为25～45g/标m3，在荒煤气中的体积比约为1％。3第八章煤气中粗苯的回收回收粗苯的方法固体吸附法洗油吸附法深冷凝结法将煤气冷却到-40~-50℃，苯族烃冷凝冷冻成固体，进行分离。很少采用。活性炭(1000m2/g)或硅胶(450m2/g)作吸附剂。煤焦油洗油和石油洗油4第八章煤气中粗苯的回收第一节煤气终冷和除萘工艺第二节洗油吸收法回收粗苯的原理与工艺第三节富油脱苯5第一节煤气终冷和除萘工艺在生产硫酸铵的回收工艺中，饱和器后的煤气温度通常为55℃左右，而回收苯族芳烃的适宜温度为25℃左右。因此，在回收苯族芳烃之前要再次进行冷却，称为终冷。6第一节煤气终冷和除萘工艺脱除煤气中萘的方法主要有两种，一种是用油进行洗涤吸收，另一种是在煤气终冷时，用水进行洗涤。一、油洗萘工艺二、水洗萘工艺7一、油洗萘工艺油洗萘方法的优点可以将煤气中的含萘量降至小于0.5g/标m3，不排含酚污水，操作环境好等。焦油洗油、轻质焦油、轻柴油、蒽油等。油洗萘方法的所用洗油种类8一、油洗萘工艺图8-1萘在焦油洗油与煤气中的平衡关系图8-2萘在-10号轻柴油与煤气中的平衡关系9一、油洗萘工艺油洗萘工艺流程一种是煤气的终冷和洗萘同时进行，简称冷法油洗萘；另一种是煤气在终冷前进行洗萘，简称热法油洗萘。10一、油洗萘工艺冷法油洗萘工艺流程分离器三层浮阀塔或填料塔25℃45℃内设加热器85-90℃，破乳作用地下槽优点：操作温度低、萘脱除率高缺点：洗油易发生乳化、脱水工序繁琐11一、油洗萘工艺热法油洗萘工艺流程55-57℃50-55℃2-2.5g/m30.5g/m3隔板式终冷塔12二、水洗萘工艺1.煤气终冷和机械化除萘图8-3煤气终冷和机械化除萘工艺流程1-煤气终冷塔；2-机械化刮萘槽；3-萘扬液槽；4-终冷循环水泵；5-凉水架；6-循环水冷却器50-60℃0.8g/m3缺点：水和萘不易分离25-27℃30-32℃132.煤气终冷和热焦油洗萘二、水洗萘工艺1-煤气冷却塔(下部为洗萘器)；2-循环水泵；3-焦油循环泵；4-焦油贮槽；5-水澄清槽；6-液位调节器；7-循环水冷器；8-焦油泵图8-4用热焦油洗洗涤除萘的终冷流程90℃为保证焦油滴不被水带走，水的流速不得大于焦油滴在水终的沉降速度。80℃14二、水洗萘工艺接触溶解阶段渗透扩散阶段为保证焦油滴不被水带走，水的流速不得大于焦油滴在水终的沉降速度。洗萘焦油为混合焦油重质焦油油渣多；轻质焦油易乳化。15三、水-油-水终冷洗萘工艺煤气预冷塔水被冷却水冷却到40-45℃，高于萘的露点30-35℃洗萘塔的温度靠洗苯富油温度调节，保持在40-45℃终冷塔16第二节洗油吸收法回收粗苯的原理与工艺一、粗苯产品质量二、洗油吸苯工艺三、洗油吸苯的原理四、影响粗苯回收的因素五、洗苯用洗油17一、粗苯产品质量1.粗苯粗苯的成分苯（55～70%）、甲苯（11～22%）、二甲苯（2.5～6%）以及不饱和化合物（7～12%）和硫化物等。粗苯的物化性质常态下为淡黄色透明液体，比水轻，不溶于水。粗苯易燃，闪点为12℃。粗苯蒸汽在空气中的浓度在1.4％～7.5％(体积)范围内时，能形成爆炸性混合物。18组分含量/%组分含量/%苯55-80不饱和化合物（环戊乙烯、苯乙烯、苯并呋喃）7-12甲苯11-22二甲苯2.5-8硫化物(CS2、C4H4S)0.3-1.8粗苯各主要组分均在180℃前馏出。180℃后馏出物称为溶剂油，通常以180℃前馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯的组成一、粗苯产品质量19粗苯的组成炼焦温度/℃粗苯中主要组分的含量/%(质量）苯甲苯二甲苯95050-6018-226-7105065-7513-163-4组成取决于炼焦配煤的组成、炼焦产物在炭化室内热解的程度。一、粗苯产品质量20一、粗苯产品质量2.轻苯和重苯在粗苯回收时，为了便于粗苯的加工，通过精馏方法可将粗苯分离成轻苯和重苯两种产品，粗苯精馏也可以分离三种产品即轻苯、重质苯和萘溶剂油。粗苯和轻苯的质量指标见表8-1。指标名称加工用粗苯溶剂用粗苯轻苯外观黄色透明液体密度（20℃），g/ml馏程：75℃前馏出量，％不大于180℃前馏出量，wt％不小于馏出96％（V/V％）的温度，℃不大于0.871～0.90093≤0.9003910.870～0.880150水分室温（18～25℃）下目测无可见不溶解水21二、洗油吸苯工艺图8-5从煤气中回收粗苯的工艺流程1—填料洗苯塔；2—新洗油槽；3—贫油槽；4—贫油泵；5—半富油泵；6—富油泵25-27℃25-45g/m30.2-0.4%2.5%捕雾层2g/m322三、洗油吸苯的原理洗油的成分中含有甲基萘、联苯、苊、芴、氧芴等组分，用洗油吸收煤气中的苯族烃是典型的多组分吸收，为了叙述问题方便，视其为单组分吸收，同时洗油吸收煤气中苯族烃又是物理吸收过程，服从拉乌尔定律和道尔顿定律。煤气中苯族烃的分压pg可根据道尔顿定律计算：pg=P•yb(8-1)23三、洗油吸苯的原理式中P—煤气的总压力，Payb—煤气中苯族烃的体积分数(或摩尔分数)。通常苯族烃在煤气中的浓度以g/m3表示。若已知苯族烃在煤气中的浓度为a(g/m3)，则换算为体积分数得：b式中Mb粗苯的平均相对分子质量。bMay10004.22bMay10004.22(8-2)24三、洗油吸苯的原理将(6-2)式代入式（6-1），则得；用洗油吸收苯族烃所得的稀溶液可视为理想溶液，其液面上粗苯的平衡蒸气压PL可按拉乌尔定律确定:pL=p0•xb式中p0—在回收温度下苯族烃的饱和蒸气压，Pa；xb—洗油中粗苯的摩尔分数。bgMPap0224.0(8-3)(8-4)25三、洗油吸苯的原理通常洗油中粗苯的含量以c(质量百分数)表示，换算为摩尔分数得：b式中Mm—洗油的相对分子质量。将此式代入式（6-4），则得：/100bbmcMxccMM(8-5)0100LmbbcPMpccMM(8-6)26三、洗油吸苯的原理当煤气中苯族烃的分压pg大于洗油液面上苯族烃的平衡蒸汽压pL时，煤气中的苯族烃即被洗油吸收。pg和pL之间的差值越大，则吸收过程的推动力越大，吸收速率也越快。洗油吸收苯族烃过程的极限为气液两相达成平衡，此时pg=pL，即：00.0224100bbbmcPMaPccMMM(8-7)27三、洗油吸苯的原理mbbMPMCMPa1000224.0000.446mcMPaP02.24maPcMP洗油中粗苯的浓度很小，式(8-7)可简化为：因此，在平衡状态下a与c之间的关系式为：(8-8)(8-9)(8-10)28三、洗油吸苯的原理洗油吸收苯族烃的速率，根据传质速率方程式计算可得：N=Kg·F·△pm式中N—吸收的苯族烃量，kg/h；F—总吸收面积，m2；KG—气相传质总系数，kg/(m2•h•Pa)；△Pm—pg与pL之间的对数平均分压差(吸收推动力)，Pa。上式表明所需吸收表面积F与单位时间内所吸收的苯族烃量N成正比，与吸收推动力△Pm及吸收系数K成反比(8-11)29三、洗油吸苯的原理目前吸收过程的机理一般仍建立在被吸收组分经稳定的界面薄膜扩散传递的概念上，即液相与气相之间有相界面,假定在相界面的两侧，分别存在着不呈湍流的薄膜：在气相侧的称为气膜，在液相侧的称为液膜。扩散过程的全部阻力就等于气膜和液膜的阻力之和。根据双膜理论，总吸收系数值可按下列步骤进行计算：30三、洗油吸苯的原理气膜传质系数kg31三、洗油吸苯的原理液膜传质总系数kL32三、洗油吸苯的原理可见，总传质系数的大小与吸收剂的性质、填料的类型、规格以及吸收过程所进行的条件（温度、气相和液相流速等）因素有关。气相传质总系数KG33四、影响粗苯回收的因素煤气中的苯族烃在洗苯塔内被吸收的程度称为回收率。可用下式表示：式中η一粗苯回收率，％；a1、a2—洗苯塔入口煤气和出口煤气中苯族烃的含量，g/m3。121aa34四、影响粗苯回收的因素1．吸收温度吸收温度系指洗苯塔内气液两相接触面的平均温度。它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度的影响。吸收温度是通过吸收系数和吸收推动力的变化而影响粗苯回收率的。提高吸收温度，可使吸收系数略有增加,但不显著,而吸收推动力却显著减小。洗油的相对分子质量Mm及煤气总压P波动很小，可视为常数。而粗苯的饱和蒸气压P0是随温度而变的。35四、影响粗苯回收的因素不同温度时所求得的ɑ与c的数值用图表示。图6-2苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度图6-3苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度——焦油洗油-------石油洗油——焦油洗油-------石油洗油进口出口36四、影响粗苯回收的因素粗苯回收率η、塔后煤气含粗苯量a2与吸收温度的关系如图8-12所示。图8-12η和a2与吸收温度的关系温度太低，洗油粘度大37四、影响粗苯回收的因素为了防止煤气中的水汽冷凝而进入洗油中，操作中洗油温度应略高于煤气温度。一般规定洗油温度在夏季比煤气温度高2℃左右，冬季高4℃左右。为保证适宜的吸收温度，自硫铵工段来的煤气进洗苯塔前，应在最终冷却器内冷却至18～28℃，贫油应冷却至低于30℃。38四、影响粗苯回收的因素2.洗油的吸收能力及循环油量用于洗苯操作的洗油有煤焦油洗油和石油洗油两种。20℃洗油吸收苯的能力与其分子量的关系洗油的分子量也不宜过小，否则在脱苯蒸馏时洗油与苯族烃不易分离，且挥发损失较大。吸收剂的吸收能力与分子量成反比。39四、影响粗苯回收的因素在洗苯操作时，如果洗油的洗苯能力强，则循环洗油的用量可以相应减少。送往洗苯塔的循环洗油量可根据下式求得：40增加循环洗油量，可降低洗油中苯族烃含量，增加吸收推动力，提高苯族烃的回收率。但加大循环洗油量，洗苯的动力消耗和脱苯的蒸汽和冷却水用量都要增加。实际循环洗油用量可按装入煤量计算，当装炉煤挥发分不大于28％时，洗苯时每吨干煤所需循环洗油用量为0.5～0.55m3，则所需实际循环洗油用量为：L＝G(0.5～0.55)dm（8-1）式中L—实际循环洗油用量，kg/h；G—装炉干煤量，t/h；dm—洗油的密度，kg/m3。四、影响粗苯回收的因素41四、影响粗苯回收的因素在塔后煤气含量一定的情况下，随着吸收温度的升高，所需要的循环洗油量也随之增加。循环洗油量与吸收温度的关系42四、影响粗苯回收的因素3.贫油含苯量图8-8不同温度下贫油含苯量与塔后煤气含苯量的关系入塔贫油含苯量越高，则粗苯塔后损失越大。一般要求塔后煤气含苯族烃量低于2g/m3，则贫油含苯量可取为0.3～0.5％。如进一步降低贫油含苯量，将增加脱苯蒸馏时的水蒸气耗量，也使粗苯产品的180℃前馏出率减少，并使洗油的耗量增加。434.吸收表面积吸收塔的吸收表面积越大，则煤气与洗油接触时间越长，吸收过程进行得越完全。根据生产实践，当塔后煤气含苯量要求达到2g/m3时，每小时1m3煤气所需的吸收面积一般是木格填料洗苯塔为1.0~1.1m2，钢板网填料塔为0.6~0.7m2，塑料花环填料塔为0.2~0.3m2；当减少吸收面积时，粗苯的回收率将显著降低。四、影响粗苯回收的因素44四、影响粗苯回收的因素吸收面积对粗苯回收率的影响45四、影响粗苯回收的因素5.煤气压力和流速当增大煤气压力时，扩散系数Dg将随之减小，因而使吸收系数有所降低。但随着压力的增加，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力显著增加，因而吸收速率也将增大。在加压下进行粗苯的回收时，可以减少塔后苯族烃的损失、洗油耗用量、洗苯塔的面积等，所以加压回收粗苯是强化洗苯过程的有效途径之一。但加压煤气要耗用较多的电能和设备费用。而苯族烃的回收率提高的实际收效却不大。因此，通常在常压下操作。46四、影响粗苯回收的因素增加煤气速度可提高气膜吸收系数，增强两相的湍动接触程度，从而提高吸收速率，强化吸收过程。但煤气速度也不宜过大，