第六章煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离

1赵云鹏[e-mail]@[e-mail]@cumt.edu.cn中国矿业大学化工学院2为什么须将煤气进行冷却？第六章煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离1111）防止荒煤气中化学产品发生裂解；2222）有利于回收荒煤气中的化学产品；3333）减轻回收工序管道和设备的堵塞和腐蚀；4444）降低输送煤气的管道和设备尺寸；5555）安全合理的输送煤气。3第六章煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离煤气冷却分二步进行。第一步：在焦炉桥管和集气管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到80808080～85858585℃；第二步：是在煤气初冷器中进行，使煤气进一步冷却到25252525～40404040℃((((硫铵系统))))或低于25252525℃((((浓氨水系统))))。4第六章煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离第一节煤气在集气管的冷却第二节煤气的初步冷却第三节焦油氨水的分离第四节煤气输送第五节煤气中焦油雾的清除5第一节煤气在集气管的冷却煤气在桥管和集气管内的冷却是采用表压为0.150.150.150.15～0.2M0.2M0.2M0.2MPaPaPaPa的循环氨水，通过喷头强烈喷洒进行的。荒煤气导出系统�传热过程受煤气与氨水的温度差控制；�传质过程的推动力是循环氨水液面上的水蒸气分压与煤气中水蒸气分压之差。6第一节煤气在集气管的冷却煤气的冷却主要靠氨水的蒸发。表6.16.16.16.1集气管操作的主要技术数据操作指标进集气管煤气温度（℃）出集气管煤气温度（℃）循环氨水温度（℃）出集气管氨水温度（℃）循环氨水用量m3/t干煤氨水蒸发量（占循环氨水）（％）煤气露点（℃）冷凝焦油量（占总焦油量）（％）参数650～70082～8672～7874～806～82～380～8350～607第一节煤气在集气管的冷却集气管正常操作时采用温度为72727272～78787878℃的循环氨水进行喷洒，其原因：（1111）为保证氨水蒸发的推动力；（2222）用温度较低的冷水喷洒会导致集气管底部冷却太剧烈；（3333）用碱性的氨水可中和焦油酸，保护煤气管道，同时氨水具有润滑性，便于焦油流动而防止焦油因集聚而堵塞管道。8第二节煤气的初步冷却一、煤气间接初冷工艺流程二、煤气直接初冷工艺流程三、煤气的间----直混合初冷工艺流程四、煤气初步冷却的主要设备五、剩余氨水量的计算9一、煤气间接初冷工艺流程图6-26-26-26-2采用管式初冷器的煤气初冷工艺流程1-1-1-1-气液分离器;2-;2-;2-;2-管式初冷器；3-3-3-3-鼓风机；4-4-4-4-电捕焦油器；5-5-5-5-冷凝液水封槽；6-6-6-6-焦油氨水澄清槽；7-7-7-7-氨水中间槽；8-8-8-8-冷凝液中间槽；9-9-9-9-冷凝液泵；10-10-10-10-循环氨水泵11112222333344445555666677771010101099998888焦油焦油煤气去硫铵工段煤气冷循环水去凉水塔焦油循环氨水剩余氨水10一、煤气间接初冷工艺流程1)1)1)1)初冷器分段供水，即采用两段煤气间接冷却器图6-36-36-36-3两段煤气间接冷却器�煤气两段初冷11一、煤气间接初冷工艺流程2)2)2)2)初冷器串联分段供水图6-46-46-46-4两段煤气间接冷却器333322221111煤气12二、煤气直接初冷工艺流程图6-56-56-56-5焦炉煤气直接初冷工艺流程1-1-1-1-气液分离器；2-2-2-2-焦油盒；3333、4-4-4-4-直接式初冷塔；5-5-5-5-氨水冷却器；6-6-6-6-氨水池；7-7-7-7-焦油氨水澄清槽；8-8-8-8-循环氨水泵；9-9-9-9-初冷循环氨水泵111133334444555566667777888899992222洗氨来的氨水煤气煤气循环氨水焦油冷却水13二、煤气直接初冷工艺流程�直接初冷工艺优点（1111）冷却同时具有净化作用；（2222）冷却效率高、煤气压力损失小、不宜堵塞；（3333）基建投资和钢材用量少。�直接初冷工艺缺点（1111）工艺流程复杂；（2222）动力消耗大；（3333）循环氨水冷却器容易堵塞。14三、煤气间----直混合初冷工艺流程图6-66-66-66-6间----直相结合的煤气初冷工艺流程1-1-1-1-气液分离器；2-2-2-2-横管式间接初冷器；3-3-3-3-直冷空喷塔；4-4-4-4-液封槽；5-5-5-5-螺旋板换热器；6-6-6-6-机械化氨水澄清槽；7-7-7-7-氨水槽1111222233335555666677774444煤气煤气冷却水焦油循环氨水剩余氨水444415三、煤气间----直混合初冷工艺流程�间----直初冷工艺优点（1111）净化效果好；（2222）冷却效率较高；（3333）煤气阻力小。�间----直初冷工艺缺点（1111）工艺流程复杂；（2222）动力消耗大；（3333）设备多。16四、煤气初步冷却的主要设备1.1.1.1.立管式间接冷却器煤气流道的横断面积不一样的原因？17四、煤气初步冷却的主要设备2.2.2.2.横管式间接冷却器18五、剩余氨水量的计算图6-76-76-76-7煤气初冷系统水的平衡1111————集气管；2222————气液分离器；3333————焦油氨水澄清槽；4-4-4-4-初冷器；GGGG1111————煤气带入集气管水量；GGGG2222————气液分离器分离水分；GGGG3333————煤气带入初冷器水量；GGGG4444————初冷器后煤气带走水量；GGGG5555————冷凝水量；GGGG6666————补充循环氨水量；GGGG7777————剩余氨水量；GGGG8888————循环氨水量GGGG1111GGGG8888GGGG2222GGGG3333GGGG4444GGGG5555GGGG6666GGGG7777111122223333444419五、剩余氨水量的计算1111）原始数据装入湿煤量，t/ht/ht/ht/h150150150150煤气产量，标mmmm3333/t/t/t/t干煤340340340340初冷器后煤气温度，℃25252525配煤水分，%8.0%8.0%8.0%8.0化合水((((干煤），%2.0%2.0%2.0%2.025252525℃时1111标mmmm3333煤气经水蒸气饱和后的水汽含量为0.026kg/0.026kg/0.026kg/0.026kg/标mmmm333320煤气带入集气管水量GGGG1111为：GGGG1111=150=150=150=150×8%+150(1-8%)8%+150(1-8%)8%+150(1-8%)8%+150(1-8%)×2%=14.76t/h2%=14.76t/h2%=14.76t/h2%=14.76t/h煤气产量为vvvv=150=150=150=150×(1-8%)(1-8%)(1-8%)(1-8%)×340=46920340=46920340=46920340=46920标mmmm3333/h/h/h/h初冷器后煤气带走水量为GGGG4444=46920=46920=46920=46920×0.026%=1220kg/h=1.22t/h0.026%=1220kg/h=1.22t/h0.026%=1220kg/h=1.22t/h0.026%=1220kg/h=1.22t/h则剩余氨水量GGGG7777=G=G=G=G1111-G-G-G-G4444=14.76-1.22=13.54t/h=14.76-1.22=13.54t/h=14.76-1.22=13.54t/h=14.76-1.22=13.54t/h五、剩余氨水量的计算21第三节焦油氨水的分离一、焦油氨水混合物的性质及分离要求二、澄清分离设备22一、焦油氨水混合物的性质及分离要求集气管冷疑的焦油是重质焦油，在20202020℃时其比重为1.221.221.221.22左右，粘度较大，其中混有一定数量的焦油渣，焦油渣由煤尘、焦粉、游离碳及多孔物质和焦油组成。焦油渣的含量一般为焦油量的0.150.150.150.15～0.30.30.30.3％，焦渣与集气管焦油的比重相差很小，而且粒度也很小，又易和焦油粘附在一起，所以很难同集气管焦油良好分离。23一、焦油氨水混合物的性质及分离要求将集气管氨水和初冷器氨水混合分离，初冷器轻质焦油和集气管重质焦油混合后，在20202020℃时的焦油比重降至1.151.151.151.15～1.191.191.191.19，粘度比重质焦油降低，这时焦油渣易于沉淀分离。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，在较高的温度80808080～90909090℃和氨水中固定铵盐浓度较低的情况下，焦油与氨水较易分离。经澄清分离后的循环氨水中焦油物质的含量越低越好，最好不超过100mg/L100mg/L100mg/L100mg/L。24一、焦油氨水混合物的性质及分离要求我国焦化厂生产的焦油，要求达到表6-26-26-26-2所列的质量标准。表6-26-26-26-2煤焦油质量标准指标名称指标1号2号密度（ρ20），g/ml甲苯不溶物（无水基），％灰分，％水分，％粘度（80℃）萘含量（无水基），％1.15～1.213.5～7777.0≤0.13≤4.0≤4.0≥7.01.13～1.22≤10.0≤0.13≤4.0≤4.2≥7.025二、澄清分离设备焦油、氨水和焦油渣组成的混合物是一种乳浊液和粗悬浮液的混合物。焦油与氨水的比重相差较大，较易分离，因此所采用的澄清分离设备是根据沉降原理设计的。焦油氨水的澄清分离设备主要有立式焦油氨水分离槽、卧式机械化氨水澄清槽、双锥形氨水分离器等。26二、澄清分离设备图6-76-76-76-7机械化焦油氨水澄清糟1111————入口管；2222————承受隔室；3333————氨水溢流槽；4444————液面调节器；5555————浮焦油渣挡板；6666————活动筛板；7777————焦油渣挡板；8888————放渣漏斗；9999————刮板输送机11112222333344445555666677778888999927二、澄清分离设备28第四节煤气的输送为了克服煤气回收净化系统的阻力，控制焦炉炭化室的压力，向用户或煤气柜输送煤气，煤气系统需设置相应的煤气鼓风机。鼓风机的选型根据煤气量和系统阻力计算确定。焦化厂采用的鼓风机有离心式和罗茨式两种，前者用于大型焦化厂，后者用于中、小型焦化厂。29表6-36-36-36-3焦化厂煤气系统的阻力阻力项目Ⅰ，（Pa）Ⅱ，（Pa）鼓风机前集气管至鼓风机管道初冷器：1.并联立管冷却器2.横管间冷、空喷直冷煤气开闭器1500～20001000～1500500～15001500～2000500～1000500～1500合计3000～50002500～4500鼓风机后鼓风机至气柜管道电捕焦油器氨回收：1.饱和器2.空喷酸洗塔终冷器：1.隔板式2.空喷塔洗苯塔：1.填料式2.空喷塔脱硫塔：1.木格填料2.特拉雷特填料洗萘塔：剩余煤气压力3000～4000300～5005500～6500800～12001500～20001500～2000500～10004000～50003400～4000300～5001000～2000100～400200～8001800～2300500～10004000～5000合计17100～2220010900～16000第四节煤气的输送30煤气经鼓风机加压后，煤气的温度会升高，其温度升高值按下式计算：27.01212)(ppTT=（6-2）式中：T1、T2---分别为煤气加压前后的温度，K；p1、p2---分别为煤气在鼓风机前后的压力，Pa。在实际生产中，由于鼓风机机壳表面散热，因此用式(6-(6-(6-(6-2)2)2)2)计算出的TTTT2222值要比实际的TTTT2222值高。通常煤气经离心鼓风机压缩后的温升为