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1、鼓风冷凝装置设计方案第一章 概述1.1 煤化工的发展简史 世界化石能源（包括煤炭、石油、天然气）资源比较丰富，再一次能源消费及公众占90%，是当今的主要能源。室友、天然气储量分别可供40年、60年的雪球，非常规的汽油资源有可能进一步的扩大。而煤炭储量十分的丰富，且分布广泛，探明储量可供世界开采200年。全球化石能源供应前景的不确定因素之一是成本、价格。技术进步和生产效率的提高推动着生产和运输成本的降低，但廉价资源储量枯竭等因素又导致成本价提高。预计从20002020年，化石能源在一次能源消费结构中，石油将从39%降至38%，煤炭将从26%降至24%，天然气将从23提高至27%。近几十年来化石能
2、源在中国一次能源消费结构中占90%以上。煤炭是中国的主要能源，也是许多重要的化工产品的主要原料。随着中国社会经济持续、高速发展，近年来能源、化工产品的需求也出现较高的增长速度，没化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。中国煤化工的发展对于发挥丰富的煤炭资源优势，补充国内油、气资源不足和瞒住对化工产品的需求，保障能源安全，促进经济的可持续发展，具有现实和长远的意义。新型煤化工在沪综过正面临新的发展机遇和长远的发展前景。煤炭焦化、煤气化合成氨化肥已经是中国的主要煤化工产业，随着技术、经济的发展和市场的巨大雪球，煤炭焦化、煤气化甲醇及下游化工产品等将得到快速发展；煤制油（这届液化、简介液化）技术的
3、开发和产业化将受到关注，重点项目建设已启动。目前和今后较长的一段时期，见者大型煤化工工厂正在成飞发展趋势，如百万吨级的煤液化工厂，3000千吨或以上的合成氨、甲醇工厂，炭化室高度5m以上的大型炼焦炉等。在大型工厂建设基础上，规划简称大型煤化工产业基地。在产业基地规划中一般包括不同煤化工单元工艺，如煤焦化、煤液化、煤基甲醇及下游产品等。以往煤化工工厂的产品以向用户提供终端产品或其他工业原料为主。如煤气化合成氨化肥、煤焦化煤炭等，目前产品结构向多元化发展，通过煤化工生产可替代石油的发动机燃料或替代燃料和化工产品（如乙烯、丙烯等）逐渐成为重要的产品方向。随着技术进步、市场发展和企业运行机制的变化，梅
4、花on个技术集成玉联产在项目规划设计汇总得到重视，如煤炭焦化于焦炉煤气发电或制取甲醇联产，煤气化合成氨、合成甲醇与热电联等。煤化工联产的特点是：以成熟单元技术为基础；以提高能源和资源利用效率、优化产品结构、增强企业经济竞争力、减少污染物排放为目标；产品疾厄宫以化工产品或可替代石油的燃料为主、联产发电为辅，生产的电力主要供给工厂自用。建立煤化工生态工业是未来的发展趋势功过采用现金技术、不同工艺的集成联产发展大型煤化工，形成产业链的有效延伸和综合利用，提高资源、能源的利用效率，减少污染物排放，规划集中治理污染，达到环境又好，简历煤化工生态工业。煤化工生态工业的含义是：将煤化工与建材、材料、发电、废
5、热利用（包括种植、养殖等）等不同产业的工艺集成联产，形成字眼和能源的循环利用系统，使整体系统具有灵活、高效的调整和运行功能，同时不对区域生态环境造成破环和污染。中国未来煤化工的发展方向是在传统煤化工稳定发展同时，加大力度发展可替代石油的洁净能源与化工产品的新型煤化工技术，并简称技术先进、大规模、多种工艺集成的新型煤化工企业或生产基地。先进的催化合成技术、分离技术、生物化工技术、节能与环保技术、材料与大型工业装备制造技术等是新型煤化工的发展基础。在引进和吸收工业发达国家先进技术同时，发展适合国内需求的、具有自主知识产权的新技术和新装备制造鞥努力，是实现跨越式技术发展和产业化持续发展的战略需求。目
6、前，中国新型煤化工总体上还处于发展初期，未来20年是其技术开发、工业建设和产品发展的重要时期。1.2 煤气的初步冷却的目的和意义 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的循环氨水喷洒，使煤气冷却到80-90；第二步再在煤气初冷器中冷却。可将煤气冷却到25-65。煤气的初冷，输送及初步净化，是炼焦化学产品回收工艺过程的基础。其操作运行的好坏，不仅对回收工段的操作有影响，而且对焦油蒸馏工段及炼焦炉的操作也有影响。因此，对这部分工艺及设备的研究都很重视。煤气初冷的目的一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750，
7、首先经过初冷器，将煤气温度降至25-30，粗煤气心中含有大部分水气、焦油气、萘及固体微粒被分离出来，部分硫化氢和氰化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后，体积变小，从而使鼓风机以较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序。煤气经初冷后，温度降低，是保证炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。第二章 鼓风冷凝工艺流程选择 煤气冷凝和煤焦油气，水蒸气的冷凝，可以采用不同形式的冷却器。被冷却的煤气与冷却介质直接接触的冷却器，称为直接混合试冷却器，简称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，煤气将热量传给壁面，再由壁面传给冷却介质的冷却器
8、，称为间壁试冷却器，简称间接冷却或间接冷却器。由于冷却器得到形式不同，煤气冷却采取的流程方式不同。煤气冷却的流程方式可分为间接冷却，直接冷却和间冷-直冷混合冷却3种。上述三种各有优缺点，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。本设计工艺采用的是横管式间冷工艺流程。2.1 煤气的间接冷却工艺 煤气的间接冷却有立管式和横管式两种，立管式相对于横管式工艺较老，而且本设计也是按横管式设计的，故立管式在此不多说，下面是横管式间冷工艺。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22一下。横管式初冷器煤气通道一般分上、
9、中、下三段，上段用循环氨水喷洒，中断和下段液量和热负荷的计算可知:上段和中断冷凝液量约占总量的95%，而下段冷凝液量仅占总量的5%；从上段和中断流至下段的冷凝液由45降至30的显热，约占总热负荷的20%；由此可见，上段和中段喷洒的氨水和冷凝液全部从下段排出，显著地增加了下段负荷。为此推荐如图所示的横管式煤气初冷工艺流程。该流程上段和中段冷凝液从隔板经水封自流至氨水分离器。下段冷凝液经自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是轻质煤焦油，作为中段和下段喷洒液不足时，可补充煤焦油或上段和中段的冷凝液。该流程最突出的特点是横管式初冷器下段的热负荷显著降低，低温冷却水大为减少。2.2 煤气的直接冷却工艺煤气的直
10、接冷却，是在直接式煤气初冷塔内油煤气和冷却水直接接触热传完成的。我国小焦化大都用此流程。工艺如下：由图2可见，由煤气主管来的80-85的煤气，经过气液分离器进入并联的直接式煤气初冷塔，用氨水喷洒冷却到25-28，然后由鼓风机送至电捕焦油器，电捕除焦油雾后，将煤气送往回收氨工段。由气液分离器分离出的氨水，煤焦油和焦油渣，经过焦油盒分离出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，从澄清池出来的氨水用氨水泵送回集气管喷洒冷却煤气。澄清槽底部的焦油流入焦油池，然后用泵抽送到煤焦油槽中，再送往焦油车间加工处理。煤焦油盒底部的煤焦油渣由工人捞出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初冷氨水澄清池，与洗氨塔来的氨水混
11、合并在澄清池与煤焦油进行分离。分离出来的煤焦油与上述的煤焦油混合。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。剩余氨水则送去蒸氨或脱酚。从初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出直管至煤焦油氨水澄清池，以补充焦炉用循环氨水的蒸发损失。煤气的直接冷却，不但冷却了煤气，而且具有净化煤气灯饿良好效果。据某厂的实测生产数据表明，在直接煤气初冷塔内，可以去90%以上的煤焦油，80%左右的氨。60%以上的萘，以及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。同煤气间接冷却相比，直接冷却还具有冷却效率高，煤气压损失小，基建投资少等优点。但也具有工艺流程较复杂动力消耗大，循环氨水冷
12、却器易腐蚀易堵塞，各澄清池污染也严重，大气环境恶劣等缺点。目前大型焦化厂还很少单独采用这种煤气直接冷却流程。2.3 煤气的间冷-直冷混合冷却 自集气管来的荒煤气几乎为水蒸气所饱和，水蒸气热焓约占煤气总热焓的94%，所以煤气在高温阶段冷却放出的热量绝大部分为水蒸气冷凝热，因而传热系数较高；而且在温度较高时，萘不会凝结造成堵塞。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，由于煤气中水气含量已经大为减少，气体对壁面的对流传热系数低，同时萘的凝结也容易造成堵塞。所以，此阶段宜采用直接冷却。流程如下：由集气管来的82左右的荒煤气经气液分离器分离出煤焦油氨水后，进入横管式间接冷却到50-55，
13、再进入直冷空喷塔冷却到25-35。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煤焦油混合液逆流密切接触而得到冷却。聚集在塔低的喷洒液及冷凝液沉淀出期中的固体杂质后，期中用于循环喷洒的部分经液封槽用泵送往螺旋板换热器，在此冷却到25左右，再压送到直冷空喷塔上、中两段喷洒。相当于塔内生成的冷凝液量的部分混合液，由塔底导入机械化氨水澄清槽，与气液分离器下来的饿氨水、煤焦油及横管初冷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，剩余氨水经氨水储槽送脱酚及蒸氨装置。初步澄清的煤焦油送至煤焦油分离槽出去煤焦油渣及近一步脱除水份，然后经煤焦油中间槽泵入煤焦油储槽。直冷空
14、喷塔内喷洒用的洗涤液在冷却煤气同时，还吸收硫化氢、氨及萘等，并逐渐为萘饱和。采用螺旋板换热器来冷却闭路循环的洗涤液，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能够时，循环氨水中挥发的浓度相对增加，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。煤气的直接冷却实在直接冷却塔内，由煤气和冷却水直接接触传热而完成的。此法不仅冷却了煤气，且具有净化煤气的良好、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。第三章 鼓
15、风冷凝设备的选择3.1 初冷器形式的选择初冷器是焦化厂煤气冷却的主要设备，主要有立管式间接初冷器和横管式间接初冷器两种。在此设计里我选择了横管式间接初冷器，下面就其优缺点对此两种初冷器记性详细分析。3.1.1 立管式间接初冷器 如图3所示，立管式间接初冷器的横断呈长椭圆形，直立的钢管束装在上下两块栅板之间，被五块纵板分成六个管组，因而煤气通路也分成六个流道。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，一次通过各组管束后排出器外。由图可知，六个煤气流道的横断面积是不一样的，这是因为煤气流过出冷气时温度逐步降低，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
16、中的流速大体保持稳定，所以沿煤气流向各流道的横断面积则相应递减。所用钢管规格为76mm3mm。 立管式初冷器一般均为多台并联操作，煤气流速为3-4m/s，煤气通过阻力约为0.5-1kPa。 当接近饱和的煤气进入初冷器后，即有水汽和煤焦油在管壁上冷凝下来，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。此外，随着煤气的冷却，冷凝的萘将以固态薄片晶体析出。 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，因冷凝液焦油量少，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初冷器的缺点。为克服这些缺
