煤焦炼

内蒙古科技大学毕业设计说明书

1 前 言

毕业设计作为学校人才培养方案的重要组成部分有着不可替代的作用，也是我们在大学学习过程中的必需环节。是对我们过去所学知识的综合运用和实践。对我们理论联系实际的能力，独立用用所学知识能力，自我学习获取新知识的能力，分析与解决工程实际问题的能力，以及团队精神的养成都有很大的促进作用。

在进行设计之前，按照指导老师的相关要求，首先查阅了较多的文献资料，对粗苯回收有了一定的理论认识。紧接着在包钢焦化厂的粗苯回收车间进行了现场的实习学习，在实习过程中积极收集了一些与设计相关的工程技术参数，对工艺流程也有了进一步的认知。为毕业设计做好了必要的准备。

本设计说明书预计共有六章。第一章是绪论，简要介绍了炼焦化学的重要意义，加工原料的来源和粗苯的组成、性质和质量；介绍了粗苯回收的基本原理和工艺流程。第二章是操作和设计参数，罗列了本次设计任务书中用到的相关参数。第三章是主要设备计算与选型。罗列了对主要设备的计算和选型过程。第四章是车间设备布置，主要叙述了一下布置原则及绘制平面布置图。第五章是附属设备的选用，主要是泵、槽等设备。第六章是粗苯回收工段对其它专业设计的一般要求。

设计说明书在编制过程中得到了赫文秀老师的精心指导，和包钢焦化厂各位师傅的支持，在此对他们表示衷心的感谢！

由于编者水平所限，错漏之处再所难免，希望读者不吝指正，本人不甚感激。

编者

2009年6月

内蒙古科技大学毕业设计说明书

2 第一章 概 述

1.1焦炉气中粗苯回收的目的和意义

炼焦煤在焦炉经高温炭化，约75%左右变成焦炭，另25%左右生成各种化学物质（称炼焦副产品），以荒煤气的形式由上升管逸出。此外，通常炼焦的装炉煤为湿煤，约含10%的水分，并且在炼焦过程还有化合水生成，这些水都成为蒸汽。随荒煤气一起逸出焦炉。

荒煤气必须经过净化使之成为洁净燃气，才能够通过煤气管道外送及供用户使用。苯族烃是宝贵的化工原料，焦炉煤气一般含苯族烃25-40g/m3。

粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一,是多种有机化合物的混合物，主要由纯苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等苯族烃所组成，粗苯是有机合成工业的基础原料，也是合成橡胶、合成纤维、合成染料的原材料。粗苯是一种复杂的半成品，通过精制工艺可生产纯苯、甲苯、二甲苯，具有比较高的经济价值。

1.2 粗苯的组成、性质和质量

1.2.1 粗苯的组成

粗苯主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃。此外，还含有不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶碱类。当用洗油回收煤气中的苯族烃时，粗苯中尚含有少量的洗油轻质馏分。

粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解的程度。粗苯各组分的平均含量见表1.1

表1.1 粗苯各组分的平均含量

组分 分子式 含量 /%

苯 C6H6 55～80

甲苯 C6H5CH3 11～22

二甲苯 C6H4(CH3)2 2.5～6

三甲苯和乙基甲苯 C6H3(CH3)3

C2H5C6H4CH3 1～2 内蒙古科技大学毕业设计说明书

3 1.2.2 粗苯的性质和质量

粗苯是黄色透明液体，比水轻，微溶于水。在贮存时，由于低沸点不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶解于粗苯中，使其着色变暗。粗苯易燃，闪点为12℃。粗苯蒸气在空气中的体积浓度为1.4%～7.5%时，能形成爆炸性混合物。

粗苯的理化性质依其组成而定。

粗苯的各主要组分均在180℃前馏出，180℃后的馏出物称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和计算产量时，通常将180℃前的馏出量当作100%来计算，故以其180℃前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在180℃前的馏出量取决于粗苯工段的工艺流程和操作制度。180℃前馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯的180℃前馏出量为93%～95%。

1.3 粗苯回收的方法

从焦炉煤气中回收苯族烃可采用液体吸收法（洗油吸收法）、固体吸附法及加压冷冻法等。

(一)洗油吸收法

用洗油在洗涤塔中回收煤气中的苯族烃，再将吸收了苯族烃的洗油(富油)送至脱苯蒸馏装置中，以提取粗苯。脱苯后的洗油(贫油)经冷却后重新送至洗涤塔循环使用。液体吸收法又分为常压吸收法和加压吸收法，加压吸收法可以强化生产过程，适用于煤气的远距离输送或用作合成氨厂原料时的情况下采用，常压吸收法是目前国内外用得最为广泛的方法。

(二) 固体吸附法

固体吸附法是采用具有很多微孔组织和很大接触面积的活性炭或硅胶作固体吸附剂。每克活性炭的吸收表面积可达200～10002m，每克硅胶则具有4502m的吸收表面积。

煤气通过固体吸附剂时，苯族烃被吸附在它的表面，直至活性炭达到饱和状态，固体吸收剂的吸收能力不仅取决于它有极大的表面积，而且由于气体在毛细管中的冷凝作用，随着压力的加大，毛细管中充满的冷凝液体愈多。

活性炭的吸收能力比液体吸收剂洗油大许多倍，由实验数据可知，如煤气中粗苯的浓度为30g/m2，吸收达到平衡时，洗油中粗苯含量为2%～4%，而活性炭可达30%以上。这说明用活性炭作吸收剂，将可以使粗苯更完全地回收下来。 内蒙古科技大学毕业设计说明书

4 由于活性炭吸收粗苯时，其表面容易被煤气中焦油、硫化氢、萘和其他油类等沾污而降低和失去吸收能力，因此在吸收苯族烃前应将煤气净化至较高程度。另外，活性炭价格昂贵，因此该方法在工业上应用受到限制，而多用于实验室中作煤气的苯族烃含量的定量分析。

(三) 加压冷冻法

加压冷冻法就是在低温加压的情况下，使苯族烃从煤气中冷凝出来。此种方法所得的粗苯质量好，可不需要设置高大的洗涤塔和脱苯蒸馏设备等。但煤气的压缩和冷冻过程复杂，动力消耗大，设备材质要求高。

当焦炉煤气作远距离输送或将煤气送往氨的合成工厂时，煤气需要加压，因此在这种情况下才可考虑加压冷冻回收粗苯的可能性。

以上三种焦炉煤气回收粗苯的方法中，洗油吸收法工艺简单、经济可靠，且得到广泛应用，故本设计采用洗油吸收法，又因焦化厂中焦油洗油相对石油洗油比较经济，故用焦油洗油。

洗油吸收法依据操作压力分为加压吸收法、常压吸收法和负压吸收法。常压吸收法的操作压力略高于大气压，生产方法安全、对设备要求不高，是各国普遍采用的方法，故本设计采用常压吸收法。

1.4用洗油吸收煤气中粗苯

1.4.1吸收苯族烃的基本原理

洗油吸收煤气中粗苯蒸汽的过程是物理吸收过程，服从亨利定律和道尔顿定律。当煤气中粗苯蒸汽的分压大于洗油表面上粗苯蒸汽压时，煤气中的粗苯就被洗油吸收。而两者之间的差值就是吸收粗苯过程的推动力，故差值越大，则吸收过程进行的越容易，吸收的速率也越快。此外吸收过程的进行还与洗油和煤气的物理性质（黏度、密度等）及吸收过程的条件（温度、洗苯塔形式、气体流速和喷洒密度等）有关。

1.4.2洗油吸收苯族烃的工艺流程

用洗油吸收煤气中的苯族烃所采用的洗苯塔虽有多种型式，但工艺流程基本相同。填料塔吸收苯族烃的工艺流程见下图。 内蒙古科技大学毕业设计说明书

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图1-1从煤气中吸收苯族烃的工艺流程

1-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

煤气经最终冷却器冷却到25～27℃后，依次通过两个洗苯塔，塔后煤气中苯族烃含量一般为2g/m3。温度为27～30℃的脱苯洗油（贫油）用泵送至顺煤气流向最后一个洗苯塔的顶部，与煤气逆向沿着填料向下喷洒，然后经过油封流入塔底接受槽，由此用泵送至下一个洗苯塔。按煤气流向第一个洗苯塔底流出的含苯质量含量约2.5%的富油送至脱苯装置。脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。

1.4.3影响苯族烃吸收的因素

1.吸收温度：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。故吸收温度不宜过高，适宜温度为25℃。

2.洗油的分子量及循环量：吸收剂与溶质的分子量越接近，则吸收得越完全，但洗油分子量也不宜过小，如果过小，增大了分离难度。增加洗油循环量，可降低洗油中粗苯含量，从而提高粗苯回收率，但循环量不宜过大，如果循环量过大则会增加功耗。

3.贫油含苯量：贫油含苯量是决定塔后煤气含苯族烃量的主要因素之一。当其他条件一定时，入塔贫油中粗苯含量愈高，则塔后损失愈大，一般在0.2～0.4%之间。

4.吸收面积：为使洗油充分吸收煤气中苯族烃，必须使气液两相间有一定的接触表面积和接触时间。对于填料塔来说，吸收表面积即为塔内填料表面积。接触时间是当洗内蒙古科技大学毕业设计说明书

6 油沿塔内填料自上而下流动，与上升的煤气逆流接触，通过被洗油淋湿的填料表面来实现的。填料的表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收效率也就愈好。

5.煤气压力和煤气流速：当增大煤气压力时，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力增加得很快，因而吸收速率也将增大。在加压下进行粗苯的回收时，可以减少塔后损失、洗油用量、洗苯塔的容积等。所以加压回收粗苯是强化洗苯过程的有效措施之一。但加压煤气要耗用较多的电能和设备费用，故应根据生产实际和煤气用途等经济合理的原则确定。

1.4.4洗油的质量要求

为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具备如下性能：

1.常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在蒸馏加热时又能与粗苯很好地分离；

2.有足够的化学稳定性，即长时期循环使用后，其吸收能力基本上保持不变；

3.回收苯操作温度下，不应析出固体沉淀物，以免堵塞设备；

4.与水不生成乳化物，并易于与水分离；

5.有较好的流动性和分散性，以使洗油易于输送，在洗苯塔内的填料上能均匀分布；

6.洗油初馏点应足够高，防止蒸馏时过多地消耗

洗油分焦油洗油和石油洗油两种，两种洗油吸收煤气中粗苯的工艺流程一样，只是用石油洗油时，贫油槽须考虑经常排油渣和可能生成乳浊物。目前普遍采用焦油洗油洗苯。

1.5富油脱苯

1.5.1富油脱苯的基本原理

富油是洗油和粗苯完全互溶的混合物，其沸点取决于洗油和粗苯的沸点及粗苯在洗油中的溶解度。因富油的主要成分是洗油，洗油的沸点为230～300℃。要用一般的蒸馏方法。从富油中把粗苯蒸出，且达到所需要的脱苯程度，需将富油加热到250～300℃，在这样高的温度下，粗苯损失增加，洗油分子量增大，质量变坏，吸收效率下降，这在实际上是不可行的。

为了降低脱苯蒸馏温度，工业上可以采用水蒸气蒸馏和真空蒸馏两种方法。由于水蒸气蒸馏具有操作简便，经济可靠等优点，焦化厂均采用水蒸气蒸馏法。

所谓水蒸气蒸馏就是将水蒸气直接加热置于蒸馏釜中的被蒸馏液（与水蒸气完全或几乎不互溶），而使被蒸馏物中的组分得以分离的操作。

当加热互不相溶的液体混合物时，若各组分的蒸汽分压之和达到塔内总压时，液体就开