煤化工工艺学第4章第二节.ppt

从焦炉的上升管出来的荒煤气温度为650～800℃，荒煤气中含有焦油、苯族烃、水蒸汽、氨、硫化氢、氰化氢、萘等物质，他们以气态形式存在。为了净化焦炉煤气，需要回收这些物质，首先应将焦炉煤气冷却。原因是：（1）在较低的温度（25～35℃）下化学产品的回收率高；（2）降低温度使大量水蒸汽冷凝，减小煤气的体积，从而减小煤气管道，减小输送鼓风机的负荷和功率；（3）水蒸汽、萘、焦油等大部分物质在低温冷凝为液体，可减少对回收设备、管道的堵塞和腐蚀，有利于提高硫铵的质量和减少对循环洗油质量的影响。 4.2 焦炉煤气的净化 为了使荒煤气冷却并冷凝出焦油，通常分两步进行，首先在桥管和集气管中用大量的70～75℃循环氨水进行喷洒，将煤气冷却到80～85℃；然后在煤气初冷器中进一步冷却到25～40℃（生产硫铵工艺）或低于25℃（生产浓氨水系统）。 4.2.1 荒煤气在集气管中的冷却 荒煤气从上升管到桥管和集气管，在这里147～196k Pa（表压）的循环氨水通过喷嘴进行强烈喷洒（如图4-5所示）。当雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高，而且未被水蒸汽饱和，所以煤气放出大量显热，氨水大量蒸发。 1 t煤炼焦约产荒煤气480 m3（在炉顶空间的操作状态下，其容积约为1700 m3），其体积组成为：煤气75%，水汽23.5%，焦油和苯蒸气为1.5%。此气体进行冷却，放出热量约为0.5 GJ，其中85%～90%用于蒸发喷洒氨水，其余热量则用于加热水和散热。当冷却用的喷洒氨水温度为70～80℃时，以炼焦装煤量计的喷洒量为5～6 m3/t，其中蒸发氨水量仅占2%～3%。 图4-5 荒煤气在集气管中的冷却图 1－上升管； 2－桥管； 3－蒸汽喷嘴； 4－氨水喷嘴； 5－氨水管； 6－集气管； 冷却喷洒氨水量大是由于出炉的荒煤气温度比较高所致，荒煤气与喷洒氨水之间的蒸发换热，是在形成的水滴表面上进行的。桥管和集气管喷嘴所处的几何空间小，水滴与粗煤气接触时间短，故换热表面积小，冷却效率低。同时喷洒氨水中含有煤和焦的尘粒、焦油以及腐蚀性盐类，限制了喷嘴采用小孔径结构，因氨水使用在两个地方：一是集气管喷洒用循环氨水；二是初冷器冷凝氨水。 氨水中含有铵盐，氨含量为4～5 g/m3。在循环氨水中有70%～80%为难水解的氯化铵，加热时不分解，称固定铵。初冷器的冷凝氨水中铵盐有80%～90%为易水解的碳酸氢铵、硫化铵以及氰化铵，加热时可分解，称挥发氨。为了防止氯化铵在循环氨水中积累，部分循环氨水外排入剩余氨水中，并补充一部分冷凝氨水入循环氨水。 4.2.2 荒煤气的初步冷却 焦炉煤气由集气管沿吸煤气主管流向煤气初步冷却器，吸煤气主管除将煤气由焦炉引向化产回收装置外，还起到空气冷却器的作用，煤气可降温1～3℃。为了减轻煤气鼓风机的负荷，并利于化学产品的回收，煤气在初冷器中需要进一步冷却。目前广泛采用的初步冷却方式有间接冷却、直接冷却和间直混合冷却3种。其中间接冷却采用管壳式冷却器，有直管式和横管式2种，管间走煤气，管内走冷却水。直接冷却又分为水冷式和空冷式2种。 4.2.2.1 间接初冷工艺流程 荒煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主管进入气液分离器，煤气与氨水、焦油、焦油渣等在此分离。分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器，随着煤气的初步冷却，煤气中绝大部分的焦油气、水蒸汽和萘在初冷器中被冷凝。煤气中一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢及其它组分则溶解与冷凝液中，形成冷凝氨水（见图4-6）。 图4-6 煤气间接初冷工艺流程 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；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；17一冷凝液泵 在初冷器中焦油也冷凝下来，特别是含于其中的萘，萘的沸点与焦油中其他组分相比是较低的，为218℃；熔点高，为80℃；并能升化，形成雾状和尘粒（悬浮于气体中的萘晶粒） 因此，煤气在冷却管的表面上有萘结晶析出，导致传热系数降低。此外，在导管中能形成堵塞物。为了防止萘于管道和设备中凝结，应充分脱除焦油和萘。因此，初冷器的操作将影响煤气输送和回收车间的后续工艺制度，特别是对氨回收部分。 煤气冷却采用管壳式冷却器，有立管式和横管式（参数见表4-6）。管间走煤气，管内走冷却水。冷却水出口温度为40～45℃，然后送去水冷却塔. 初冷器入口粗煤气含有水汽量约有50%（体积分数）或65%