煤气与焦油讲课教案.ppt

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1、煤气与焦油 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此时煤气中含有此时煤气中含有焦油气，苯族烃、水焦油气，苯族烃、水焦油气，苯族烃、水焦油气，苯族烃、水汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物，为，为回收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，这回

2、收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，这是因为是因为:1.从煤气中回收化学产品和净化煤气时，多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，采用比较简单易行的冷凝，冷却法和吸收法冷却法和吸收法，在，在较低的温度下较低的温度下(2535)才能保证较高的回收率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含有大量水汽的高温煤气体积大(例如由附表例如由附表2查得查得0时时lm3干煤气，在干煤气，在80经水蒸汽饱和后的体积经水蒸汽饱和后的体积2.429m3，而在而在25经水汽饱和的体积为经水汽饱和的体积为1.126m。，前者比后者大。，前者比后者大1.1

3、6倍倍)，显然所需输送煤气管道直径、鼓风机的输送能力，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。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：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，使煤第一步是在集气管及桥管中用大

4、量循环氨水喷洒，使煤气从气从650750冷却到冷却到8090；第二步再在煤气初冷器中冷却第二步再在煤气初冷器中冷却。在初冷器将煤气冷却到。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，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。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，一般气中的氨，初冷器后煤气温度可以高一些，一般2535；若以水作吸收剂，用物理吸收法除去煤气中的氨初冷后若以水作吸收剂，用物理吸收法除去煤气中的氨初冷后煤气温度

5、要低些，一般为煤气温度要低些，一般为25以下。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。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气煤气温度很高而湿度温度很高而湿度又很低，故煤气放出大量显热，氨又很低，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。水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。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传热过程推动力是煤气与氨

6、水的温度差，所传，所传递的热量为显热，是高温的煤气将热量传热传给低递的热量为显热，是高温的煤气将热量传热传给低温的循环氨水。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压与煤气中水汽分压之差，氨水部分蒸发，煤气温，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热量约占煤气冷却所放出总热量的7580。另。另有约占所放出总热量有约占所放出总热量10的热量由集气管表面散失。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

7、程，煤气温度由煤气温度由650750降至降至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13。煤气的露点就是煤气被水汽饱和的温度，是煤气在集气管中冷煤气的露点就是煤气被水汽饱和的温度，是煤气在集气管中冷却的极限。却的极限。9522、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，煤料水分每降低煤料水分每降低1，露点温度可降低，露点温度可降低0.6 0.7。显然，降低

8、煤料水分，对煤气的冷却很重要。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：（中国沿海地区数据）集气管前煤气温度，650750 离开集气管的煤气温度，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，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)6

9、0 传质、传热传质、传热第一节 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。但仍未被水汽所饱和，加。但仍未被水汽所饱和，经冷却后煤温仍高于煤气的露经冷却后煤温仍高于煤气的露点温度点温度。（水分含量越多，越不易结露，即煤气越不易冷。（水分含量越多，越不易结露，即煤气越不易冷凝）凝）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

10、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，进口水温应为保证氨水蒸发的推动力，进口水温应高于煤气露点温度高于

11、煤气露点温度510，所以采用，所以采用7278的循环氨水的循环氨水喷洒煤气。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采用了高压氨水代替蒸汽喷射进行无烟装煤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

12、定。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。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，简称为混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接冷却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，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，简称为为间壁式冷却器，简称为间接冷却器或间接冷却间接冷却

13、器或间接冷却。由于冷却。由于冷却器的形式不同，煤气冷却所采取的流程也不同。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。冷却三种。上述三种流程各有优缺点，可根据生产规模、工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的是间接冷却间接冷却。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图2-32-3所所示示为

14、为立立管管式式煤煤气气初初冷冷工工艺艺流流程程。焦焦炉炉煤煤气气与与循循环环氨氨水水、冷冷凝凝焦焦油油等等沿沿吸吸煤煤气气主主管管先先进进入入气气液液分分离离器器，煤煤气气与与焦焦油油、氨氨水水、焦焦油油渣渣等等在在此此分分离离。分分离离下下来来的的氨氨水水和和焦焦油油一一起起进进入入机机械械化化焦焦油油氨氨水水澄澄清清槽槽，利利用用密密度度不不同同经经过过静静置置澄澄清清分分成成三三层：层：上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。沉沉淀淀下下来来的的焦焦油油渣渣由由刮刮板板输输送送机机连连续续刮刮送送至至漏漏斗斗处处排排出出槽槽外外。焦焦油油则则通通过过液

15、液面面调调节节器器流流至至焦焦油油中中间间槽槽，由由此此泵泵往往焦焦油油贮贮槽槽，经经初初步步脱脱水水后后泵泵往往焦焦油油车车间间。氨氨水水由由澄澄清清槽槽上上部部满满流流至至氨氨水水中中间间槽槽，再再用用循循环环氨氨水水泵泵送送回回焦焦炉炉集集气气管管以以冷冷却却荒荒煤煤气气。这这部分氨水称为部分氨水称为循环氨水。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

16、油贮槽；15一焦油中间槽；1 6一初冷冷凝液中间槽；17一冷凝液泵第二节 煤气在初冷器的冷却初冷器初冷器第二节 煤气在初冷器的冷却 经经气气液液分分离离后后的的煤煤气气进进入入数数台台并并联联立立管管式式间间接接冷冷却却器器，用用水水间间接接冷冷却却，煤煤气气走走管管间间，冷冷却却水水走走管管内内。从从各各台台初初冷冷器器出出来来的的煤煤气气温温度度是是有有差差别别的的，汇汇集集在在一一起起后后的的煤煤气气温温度度称称为为集集合合温温度度，这这个个温温度度依依生生产产工工艺艺的的不不同同而而有有不不同同的的要要求求：在在生生产产硫硫铵铵系系统统中中，要要求求集集合合温温度度低低于于35，在在水

17、水洗洗氨氨生生产产系系统统中中，则则要要求求集集合合温温度度低低于于25。随随着着煤煤气气的的冷冷却却，煤煤气气中中绝绝大大部部分分焦焦油油气气、大大部部分分水水汽汽和和萘萘在在初初冷冷器器中中被被冷冷凝凝下下来来，萘萘溶溶解解于于焦焦油油中中。煤煤气气中中一一定定数数量量的的氨氨，二二氧氧化化碳碳，硫硫化化氢氢，氰氰化化氢氢和和其其他他组组分分溶溶解解于于冷冷凝凝水水中中，形形成了冷凝氨水。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挥发铵盐（NH3与H2S、HCN、H2CO3形成的铵盐，如(NH4)S、NH

18、4CN、(NH4)2CO3等），固定铵盐（如NH4Cl、NH4CNS、(NH4)SO4和(NH4)S2O3等）的含量较少。当其溶液加热至当其溶液加热至100即分解的铵盐为挥发铵盐，即分解的铵盐为挥发铵盐，需加热到需加热到220250或有碱存在的情况下才能分解的铵盐或有碱存在的情况下才能分解的铵盐叫固定铵盐。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

19、示，冷凝液自流入冷凝液槽，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，宜采用两段初步两段初步冷却冷却。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

20、为第二段。在第一段用循环冷却水将煤气冷却到约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

21、冷器煤气通道，般分上中下三段，上段用循环氨水喷洒，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。第二节 煤气在初冷器的冷却

22、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。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

23、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

24、的冷却 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

25、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干煤煤气气。又因在标准状态下1kmol理想气体的体积为22.4m3，故以m m3/3/h 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，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

26、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/mg/m3 3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

27、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。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。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

28、测生产数据表明，在直接初冷塔内，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

29、液喷洒。在冷却煤气的同时，还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，水蒸汽热焓自集气管来的荒

30、煤气几乎为水蒸汽所饱和，水蒸汽热焓约占煤气总热焓的约占煤气总热焓的94%，所以煤气，所以煤气 在高温阶段冷却所放出在高温阶段冷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；而且在温度较高时在温度较高时(高于高于52)，萘不会凝结造成设备堵塞。所以，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

31、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。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。P25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

32、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

33、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，约在用循环氨水于集气管内喷洒荒煤气时，约60%的焦油的焦

34、油冷凝下来，这种集气管焦油是重质焦油，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，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

35、水的分离 煤气在初冷器中冷却，冷凝下来的焦油为轻质焦油。煤气在初冷器中冷却，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。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

36、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，

37、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 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

38、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

39、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8090，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

40、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

41、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2-11 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

42、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

43、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

44、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)第四节 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/（kg

45、K）；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，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。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

46、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。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=2649717.89；=68.9。冷却水进出口温度分别为25及45，则所需冷却水量为：m3/h第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备每冷却1000m3煤气所需冷却水量为：m3当用32的直流水时，可取为1000m3煤气40m3水。为减轻水垢的生成，出口水温一般不得高于45。第四节 煤气

47、冷却和冷凝的主要设备(3)(3)传热特点及传热系数传热特点及传热系数煤气在初冷器内的冷却是包含对流给热和热传导的综合传热过程，在煤气冷却的同时还进行着：(1)水汽的冷凝；(2)焦油气的冷凝；(3)冷凝液的冷却，比一般传热过程复杂。因此，这一过程不仅是在变化的温度下，且是在变化的传热系数下进行的。据传热计算，可求得立管式初冷器煤气入口处的传热系数K值可达840kJ(m2h)左右，而在出口处仅为2l0kJ(m 2h)左右。在初冷器第一段流道中，由于K值大，煤气与水之间的温度差也大，虽然其传热面积仅占总传热面积的21强，但所移走的热量要占放出总热量的50以上。第一段通路是冷却器中对煤气冷却过程起决定

48、性作用的部分，在计算一段初冷工艺的冷却面积时，可取平均K值为500520kJ(m2h)。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备2横管式间接冷却器横管式间接冷却器(1)构造及性能构造及性能如图2-12所示，横管初冷器具有直立长方体形的外壳，冷却水管与水平面成3角横向配置。管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道，可分两段或三段供水。两段供水是供低温水和循环水，三段供水则供低温水、循环水和采暖水。煤气自上而下通过初冷器。冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差，降低煤气出口温度：在冷却器壳程各段上部，设置喷洒装置，连续喷洒含煤焦油的氨水，以清洗管外壁沉积的焦油和萘，同时还可以从煤气中吸收

49、一部分萘。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备在横管初冷器中，煤气和冷凝液由上往下同流动，较为合理。由于管壁上沉积的萘可被冷凝液冲洗和溶解下来，同时于冷却器上部喷洒氨水，自中部喷焦油，能更好地冲洗掉沉积的萘,从而有效的提高了传热系数。此外，还可以防止冷凝液再度蒸发。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备在煤气初冷器内90%以上的冷却能力用于水汽的冷凝，从结构上看，横管式冷却器更有利于蒸汽的冷凝。横管冷却器用543mm的钢管，管径细且管束小，因而水的流速可达0.50.7m/s。又由于冷却水管在冷却器断面上水平密集布设，使与之成错流的煤气产生强烈湍动，从而提高了传热系数，并能实现均匀的冷却，煤气可冷却到出口

50、温度只比进口水温高2。横管冷却器虽然具有上述优点，但水管结垢较难清扫，要求使用水质好的或经过处理含萘低的冷却水。横管冷却器与竖管冷却器两者相比，横管冷却器有更多优点，如对煤气的冷却、净化效果好，节省钢材，造价低，冷却水用量少，生产稳定，操作方便，结构紧凑，占地面积省。因此，近年来，新建焦化厂广泛采用横管冷却器，已很少再用竖管冷却器了。第四节 煤气冷却和冷凝的主要设备（2）横管冷却器的计算）横管冷却器的计算按间冷直冷相结合的煤气初冷系统的间接初冷器计算。煤气处理量及操作条件如图2-13所示。假设：喷洒液进出口温度相同。冷凝的水汽量 由附表1查得，在82及55时，1m3干煤气经水汽饱和后所含水汽克