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1、第二章 煤气初冷和煤焦油氨水的分离,焦炉煤气从炭化室经上升管逸出时的温度为650750。此时煤气中含有煤焦油气、苯族烃、水汽、氨、硫化氢、氰化氢、萘及其他化台物，为回收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，原因如下。 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法、冷却法和吸收法，在较低的温度下（2535）才能保证较高的回收率； 含有大量水汽的高温煤气体积大，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。 在煤气冷却过程中，不但有水汽冷凝，且大部分煤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干冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的培塞和腐蚀。,煤气的初
2、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，使煤气冷却到8090； 第二步再在煤气初冷器中冷却。在初冷器中将煤气冷却到何种程度，随化学产品回收与煤气净化所选用的工艺方法而异，经技术经济比较后确定。例如若以硫酸或磷酸作为吸收剂，用化学吸收法除去煤气中的氨，初冷器后煤气温度可以高一些，一般为2535；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要低些，一般为25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机理,1.冷却的机理 煤气在桥管和集气管内的冷却，是用表压为150200kPa（本书如无特别说明，均为表压）的循环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细
3、雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度又很低，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。传热过程推动力是煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，是高温的煤气将热量传给低温的循环氨水。传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤气中水汽分压之差，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，此部分热量约占煤气冷却所放出总热量的7580。另有约占所放出总热量10的热量由集气管表面散失。,2.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：煤料的水分、进集气管前煤气的温度、循环氨水量、进出口温度以及集气管压强、氨水喷洒效果等。其中
4、以煤料水分影响最大，在一般生产条件下，煤料水分每降低，露点温度可降低0.60.7。显然，降低煤料水分，对煤气的冷却很重要。由干煤气的冷却主要是靠氨水的蒸发，所以，氨水喷洒的雾化程度好，循环氨水的温度较高（氨水液面上水汽分压较大），氨水蒸发量大，煤气即冷却得较好，反之则差。,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的主要数据（中国沿海地区数据）如下：,由上述数据可见，煤气虽然已显著冷却，但集气管内不仅不发生水蒸汽的冷凝，相反由于氨水蒸发，使煤气中水分增加。但煤气仍未被水汽所饱和，经冷却后煤气温度仍高于煤气的露点温度。,2技术要求集气管在正常操作过程中用氨水而不用冷水
5、喷洒，因冷水温度低不易蒸发，使煤气冷却效果不好，所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、冷凝的煤焦油粘度增大，易使集气管堵塞。 由干氨水是碱性，能中和煤焦油酸，保护了煤气管道。氨水又有润滑性，便于煤焦油流动，可以防止煤气冷却过程中煤粉、焦粒、煤焦油混合形成的煤焦油渣因积聚而堵塞煤气管道。,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，约占干煤质量的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
6、的推动力，进口水温应高于煤气露点温度510，所以采用7278的循环氨水喷洒煤气。,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1t干煤需5m3循环氨水，对双集气管焦炉需6 m3的循环氨水。近年来，国内外焦化厂已普遍在焦炉集气管上采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。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、循环量力求稳定。,三、集气管的物料平衡与热平衡,下面以中国某焦化厂实际生产数据为例计算煤气被
7、冷却至一定温度时循环氨水的蒸发水量和集气管出口煤气的露点温度。见P1416,第二节煤气在初冷器的冷却,出炭化室的荒煤气在桥管、集气管用循环氨水喷洒冷却后的温度仍高达8085，且包含有大量煤焦油气和水蒸气及其他物质。由于煤焦油气和水蒸气很容易用冷却法使其冷凝下来，而且将它们先从煤气中除去，对回收其他化学产品，减少煤气体积，节省输送煤气所需动力，都是有利的，所以让煤气由集气管沿吸煤气主管流向煤气初冷器进一步冷却，煤气在沿吸煤气主管流向初冷器过程中，吸煤气主管还起着空气冷却器的作用，煤气可降温13。,煤气冷却和煤焦油气、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，
8、称为直接混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接冷却（直冷）；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，称为间壁式冷却器，简称为间接冷却器或间接冷却（间冷）。,由于冷却器的形式不同，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、直接冷却和间冷直冷混合冷却三种。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。中国目前广泛采用的是间接冷却。,一、煤气的间接冷却,1.立管式冷却器间接冷却工艺流程 p17,经气液分离后的煤气进入数台并联立管式间接冷却器（初冷器），用水间接冷却，煤气走管间，冷却水走管内。从各台
9、初冷器出来的煤气温度是有差别的，汇集在一起后的煤气温度称为集合温度. 集合温度依生产工艺的不同而有不同的要求：在生产硫酸铵系统中，要求集合温度低于35，在水洗氨生产系统中，则要求集台温度低于25。随着煤气的冷却，煤气中绝大部分煤焦油气、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下来，萘溶解干煤焦油中。煤气中一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分溶解干冷凝水中，形成了冷凝氨水。,煤焦油和冷凝氨水的混合液称为冷凝液。 100即分解的铵盐为挥发铵盐，需加热到220250或有碱存在的情况下寸能分解的铵盐叫固定铵盐。循环氨水中主要含有固定铵盐。,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
10、四个煤气通道为第一段，后两个煤气通道为第二段。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。见图p29,2 横管式初冷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。横管式初冷器煤气通道，一般分上、中、下三段，上段用循环氨水喷洒，中段和下段用冷凝液喷洒，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。见图p29,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。下段冷凝液生要是轻质煤焦油，作为中段和下段喷洒液有利
11、干洗萘。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。,为了保证初冷器的冷却效果，在上、下段连续喷洒煤焦油氨水混合液，在其顶部用热氨水不定期冲洗，以清除管壁上的煤焦油、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，井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，再分别由上、下段冷凝液循环泵送至初冷器上、下段喷淋洗涤除萘及煤焦油，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焦油氨水澄清槽。从气液分离器分离的
12、煤焦油氨水气煤焦油渣井联进入三台机械化焦油氨水澄清槽。澄清后分离成三层，上层为氨水，中层为煤焦油，下层为煤焦油渣。分离的氨水井联进入两台循环氨水槽，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。分离的煤焦油靠静压流入机械化焦油澄清槽，进一步进行煤焦油与煤焦油渣的沉降分离，煤焦油用煤焦油泵送至酸碱油品库区煤焦油槽。分离的煤焦油渣定期送柱煤场掺入煤中炼焦。,第三节 煤焦油氨水的分离,一、煤焦油氨水混合物的性质及分离要求,在用循环氨水干集与管内喷洒荒煤气时，约60的煤焦油冷凝下来，这种集与管煤焦油是重质煤焦油，其
13、相对密度（20）为1.22左右，粘度较大，其中混有一定数量的煤焦油渣。 煤焦油渣内含有煤尘、焦粉，炭化室顶部热解产生的游离碳及清扫上升管和集与管时所带入的多孔物质，其量约占煤焦油渣的30，其余约70为煤焦油。,煤焦油渣与集与管煤焦油的密度差小，粒度小，易与煤焦油动附在一起，所以难以分离。煤气在初冷器中冷却，冷凝下来的煤焦油为轻质煤焦油。其轻组分含量较多。在两种氨水混合分离流程中，轻质煤焦油和重质煤焦油的混合物称之为混合煤焦油。混合煤焦油粘度比重质煤焦油减少2045，煤焦油渣易于沉淀下来，混合煤焦油质量明显改善。但在煤焦油中仍存在一些浮煤焦油渣，给煤焦油分离带来一定困难。,煤焦油的脱水直接受温度
14、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，煤焦油与氨水较易分离。因此，在独立的氨水分离系统中，集气管煤焦油脱水程度较差，而在采用混合氨水分离流程时，混合煤焦油的脱水程度较好，但只进行一步澄清分离仍不能达到要求的脱水程度，还需在煤焦油储槽内保持80一90条件下进一步脱水。,二、煤焦油氯水混合物的分离方法和流程,三、煤焦油质呈的控制,煤焦油中水分、灰分、甲苯不溶物是煤焦油质量的重要指标，它主要取决干冷凝工序的生产操作。操作中应注意如下几点。 机械化焦油氨水澄清槽内应保持一定的煤焦油层厚度，一般为1.52m，排出煤焦油时应连续均匀，不宜过快，要求夹带的氨水和煤焦油渣尽可能少
15、，最好应装有自动控制装置。 严禁在机械化焦油氨水澄清槽内随意排入生产中的杂油、杂水，以利于煤焦油、氨水、煤焦油渣分层，便于分离。 静置脱水的煤焦油储槽，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，避免因增大鼓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煤焦油渣，防止煤焦油氨水分离困难。 机械化焦油氨水澄清槽氨水满流情况、煤焦油压油情况、油水界画升降，减速机、刮渣机运行情况保持正常。,第四节 煤气冷却和冷
16、凝的主要设备,一、煤气冷却设备1.立管式间接初冷器2.横管式间接初冷器3.直接冷却塔,二、澄清分离设备1.卧式机械化焦油氨水澄清槽2.立式焦油氨水分离器三、冷凝液水封槽和接收槽,第五节 煤气初冷操作和常见事故处理,一、煤气初冷操作,以横管式煤气初冷工艺为例。 （一）初冷的操作 1.初冷器的正常操作 经常检查初冷器上、下段的冷却负荷，及时调整循环水和制冷水进出口流量和温度使之符合工艺要求。 经常检查初冷器前、后煤气温度和煤气吸力，井控制符合工艺要求。 定时检查井清扫初冷器上、下段排液管及水封槽，保持其排液畅通。 定期分析初冷器后煤气含萘，使之符合技术要求。 经常检查上、下段冷凝液循环泵的运转情况和循环槽液位、温度和上、下段冷凝液循环喷洒情况。 定期分析上、下段冷凝液含煤焦油量及含萘情况。 经常检查下段冷凝液循环槽连续补充轻质煤焦油情况。 经常注意初冷器阻力，定期清扫初冷器。,
