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1、第六章 煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离,荒煤气从炭化室经上升管逸出时的温度与炭化室装满煤的程度及干馏过程中煤气的产生情况有关，在成焦的大部分时间内温度为650700。为了回收和处理荒煤气中的水蒸气、焦油汽、苯族烃、氨、硫化氢、氰化氢、萘及其它化合物，首先须将煤气进行冷却，以便用风机对煤气加压输送和进行煤气洗涤吸收操作。煤气冷却分二步进行。第一步是在焦炉桥管和集气管中用循环氨水喷洒，使煤气冷却到8085；第二步是在煤气初冷器中进行，使煤气进一步冷却到2225,第一节 煤气在集气管的冷却 第二节 煤气的初步冷却 第三节 焦油氨水的分离和煤气输送,第六章 煤气的冷却和输送以及焦油氨水的分离,第一
2、节 煤气在集气管的冷却,一、炼焦化学产品生成、组成和产率二、影响炼焦化学产品产率的因素,第一节 煤气在集气管的冷却,煤气在桥管和集气管内的冷却是采用表压为0.10.20MPa的循环氨水，通过喷头强烈喷洒进行的。被喷成细雾状的氨水与煤气充分接触，喷洒的氨水大量蒸发吸热，使得煤气温度降低。降温传热过程受煤气与氨水的温度差控制。煤气降温所放出的热量，大部分用于蒸发氨水，少部分热量消耗在加热氨水和集气管的散热损失上。煤气冷却和焦油冷凝时放出的热量分配大致为蒸发氨水耗热约占70，加热氨水耗热占1520，集气管的散热损失占1015。氨水蒸发的效率主要与氨水喷咀喷洒效果、循环氨水的温度以及配煤的水分有关。氨
3、水喷洒的雾化程度高，循环氨水的温度高，配煤的水分低，则氨水蒸发的传质推动力较大，氨水蒸发量相应增多，这样可使煤气冷却得效果好；反之则差。,表6-1 集气管操作的主要技术数据,表6-1为集气管操作的主要数据，煤气虽然冷却，但离开集气管的煤气仍未被水汽所饱和，即煤气温度仍高于露点温度，所以在集气管内不但不发生水汽冷凝，相反由于氨水蒸发，而使煤气中的水分增加。,第二节 煤气的初步冷却,焦炉煤气在集气管冷却后温度还相当高，并含有大量的焦油汽和水汽。为减少鼓风机的负荷并为回收化学产品提供必须的回收条件，煤气需在初冷器中进一步冷却到2225。煤气初步冷却的方式有间接冷却、直接冷却和间-直混合冷却三种。目前
4、我国绝大多数焦化厂采用管式间接冷却器进行煤气的初步冷却。,一、煤气间接初冷工艺流程,二、煤气直接初冷工艺流程,三、煤气的间-直混合初冷工艺流程,四、剩余氨水量的计算,一、煤气间接初冷工艺流程,采用管式初冷器的煤气初冷流程如图6-1所示。荒煤气与喷洒氨水冷凝焦油一起沿煤气吸气管进入气液分离器，分离出焦油和氨水混合物。含焦油渣的焦油氨水一起进入焦油氨水澄清槽，在槽内分离出氨水、焦油和焦油渣。氨水经中间槽，用循环泵送回焦炉集气管喷洒冷却荒煤气，焦油经脱水后送往焦油车间加工。煤气经气液分离后进入管式初冷器用水进行间接冷却。在煤气冷却过程中，煤气中绝大部分的焦油汽、水汽和萘被冷凝下来。形成了冷凝氨水。冷
5、凝液与循环氨水混合澄清分离，分离后所得剩余氨水送废水脱酚或蒸氨工段。,图6-1 采用管式初冷器的煤气初冷工艺流程1-气液分离器；2-管式初冷器；3-鼓风机；4-电捕焦油器；5-冷凝液水封槽；6-焦油氨水澄清槽；7-氨水中间槽；8-冷凝液中间槽；9-冷凝液泵；10-循环氨水,一、煤气间接初冷工艺流程,一、煤气间接初冷工艺流程,由管式初冷器出来的煤气中还含有1.52.0g标m3的雾状焦油，煤气被鼓风机送至电捕焦油器、除去焦油雾后的煤气，送后续工段。上述煤气间接初冷工艺流程适合饱和器法生产硫铵的回收系统，对于氨水流程系统，为了使经初冷器后煤气温度低于25，宜采用循环水和低温水分段冷却煤气的方法。煤气
6、两段初冷有以下两种方法：,一、煤气间接初冷工艺流程,1) 初冷器分段供水，即采用两段煤气间接冷却器，如图6-2所示，前4个煤气通道为第一段，后两个通道为第二段。在第一段用循环冷却水将煤气冷却到35，第二段用低温水将煤气冷却到25以下。,图6-2 两段煤气间接冷却器,一、煤气间接初冷工艺流程,2) 初冷器串联分段供水，如图6-3所示，煤气先进入并联的2号和3号初冷器，用循环冷却水冷却到35左右，再进入串联的1号初冷器，用温度较低的水进一步冷却到25以下。该流程由于加长了煤气的行程，使其夹带的焦油雾滴易于沉降，从而使煤气中萘和焦油雾的含量都相应地降低，但是系统阻力加大。,图6-3 两段初冷流程,二
7、、煤气直接初冷工艺流程,煤气在直接冷却器中的初步冷却，是将煤气与冷却水直接接触和混合，将热量传给冷却水。我国的一些小型焦化厂多采用直接式初冷流程，如图6-4所示。,图6-4 煤气直接初冷工艺流程图 1-气液分离器；2-焦油盒；3、4-直接式初冷塔；5-氨水冷却器；6-氨水池；7-焦油氨水澄清槽；8-循环氨水泵；9-初冷循环氨水泵,从吸气管来的8085的焦炉煤气经气液分离器后，进入直接式初冷塔，用氨水喷洒冷却到28，然后用鼓风机送到后续工段。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液进入氨水池，在此与洗氨塔来的部分氨水混合并进行分离，分离出的焦油与焦油氨水澄清池分离的焦油混合，送往焦油车间加工处理。而氨水则用
8、泵送入喷淋式冷却器，经冷却后送至初冷塔循环使用，多余的氨水则送去蒸氨。,二、煤气直接初冷工艺流程,煤气直接初冷不但具有冷却煤气作用，而且具有净化煤气的良好效果。在实际生产中，直接初冷塔可除去进塔煤气中90以上的焦油，80左右的氨，60以上的萘，以及约50的硫化氢、氰化氢。这有利于后续洗氨、洗苯过程提高效率，减少对设备的腐蚀。与煤气间接初冷工艺相比，直接初冷工艺还具有冷却效率高、煤气压力损失小、不易堵塞以及基建投资和钢材用量少等优点。但其工艺流程较复杂、动力消耗较大、循环氨水冷却器易堵塞。大型焦化厂已很少单独采用煤气直接初冷流程。,二、煤气直接初冷工艺流程,三、煤气的间-直混合初冷工艺流程,该方
9、法吸收煤气直接冷却和间接冷却的优点，将两者组合在一个流程中，称为间-直混合初冷工艺流程，工艺流程见图6-5。由集气管来的82左右的荒煤气首先进入间接式初冷器冷却到50左右，然后再进入直接式初冷塔，用氨水直接喷淋冷却到2530。在直冷空喷塔内，煤气由下向上流动，并与分两段喷淋下来的氨水、焦油混合液接触而得到冷却。冷却后的煤气经鼓风机加压，送往电捕焦油器脱除焦油雾后再送往氨回收工段。,三、煤气的间-直混合初冷工艺流程,图6-5 间冷直冷相结合的煤气初冷流程1-气液分离器；2-横管式间接初冷器；3-直冷空喷塔；4-液封槽；5-螺旋板换热器；6-机械化氨水澄清槽；7-氨水槽,四、剩余氨水量的计算,在煤
10、气初冷的氨水循环系统中，由于配煤水分和炼焦时生成的化合水使氨水量增多而形成了剩余氨水，这部分氨水从循环氨水泵出口管路上引出，送去蒸氨和脱酚。其数量可由水平衡计算来确定。,四、剩余氨水量的计算,图6-6煤气初冷系统的水平衡1集气管；2气液分离器；3焦油氨水澄清槽；初冷器；G1煤气带入集气管水量； G2气液分离器分离水分；G3煤气带入初冷器水量；G4初冷器后煤气带走水量；G5冷凝水量；G6补充循环氨水量；G7剩余氨水量；G8循环氨水量,根据煤气初冷系统中水的平衡，见图6-6。剩余氨水量为：G7 = G1 - G4 (6-1)由煤处理量和配煤水分及化合水含量可求出煤气带入集气管水量G1，煤气带出水量
11、G4由煤气产量和煤气冷却后点（等于冷却温度）计算。剩余氨水量取决于配合煤水分、化合水的含量以及经初冷器后煤气的冷却集合温度。为了降低剩余氨水量并减少焦化厂的污水处理量，应尽可能减少装炉煤水分。,四、剩余氨水量的计算,第三节 焦油氨水的分离和煤气输送,焦油氨水的分离操作对氨水加工和焦油的加工有重要的影响。,一、焦油氨水混合物的性质及分离要求,二、澄清分离设备,三、煤气输送,四、煤气中焦油雾的清除,一、焦油氨水混合物的性质及分离要求,集气管冷疑的焦油是重质焦油，在20时其比重为1.22左右，粘度较大，其中混有一定数量的焦油渣，焦油渣由煤尘、焦粉、游离碳及多孔物质和焦油组成。焦油渣的含量一般为焦油量
12、的0.150.3，焦渣与集气管焦油的比重相差很小，而且粒度也很小，又易和焦油粘附在一起，所以很难同集气管焦油良好分离。,若将集气管氨水和初冷器氨水混合分离，初冷器轻质焦油和集气管重质焦油混合后，在20时的焦油比重降至1.151.19，粘度比重质焦油降低，这时焦油渣易于沉淀分离。,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，在较高的温度8090和氨水中固定铵盐浓度较低的情况下，焦油与氨水较易分离。经澄清分离后的循环氨水中焦油物质的含量越低越好，最好不超过100mg/L。,表6-2 煤焦油质量标准,我国焦化厂生产的焦油，要求达到表6-2所列的质量标准。,二、澄清分离设备,焦油、氨水和焦油渣
13、组成的混合物是一种乳浊液和粗悬浮液的混合物。焦油与氨水的比重相差较大，较易分离，因此所采用的澄清分离设备是根据沉降原理设计的。焦油氨水的澄清分离设备主要有立式氨水澄清槽、卧式机械化氨水澄清槽、双锥形氨水分离器等。在大中型焦化厂中，以卧式机械化焦油氨水澄清糟应用最为广泛。其结构如图6-7所示。,二、澄清分离设备,图6-7 机械化焦油氨水澄清糟1入口管；2承受隔室；3氨水溢流槽；4液面调节器；5浮焦油渣挡板；6活动筛板；7焦油渣挡板；8放渣漏斗；9刮板输送机,机械化氨水澄清槽是一个长方形断面容器，底部设有刮板输送机，用于将焦油渣刮出。氨水溢流，焦油由下部经液位调节器排除。机械化氨水澄清槽的设计停留
14、时间一般为半小时。,二、澄清分离设备,三、煤气输送,为了克服煤气回收净化系统的阻力，控制焦炉炭化室的压力，向用户或煤气柜输送煤气，煤气系统需设置相应的煤气鼓风机。鼓风机的选型根据煤气量和系统阻力计算确定。焦化厂采用的鼓风机有离心式和罗茨式两种，前者用于大型焦化厂，后者用于中、小型焦化厂。,焦化厂采用硫铵系统的阻力参见表6-3。,表6-3 焦化厂煤气系统的阻力,三、煤气输送,煤气经鼓风机加压后，煤气的温度会升高，其温度升高值按下式计算：,（6-2）,式中：T1、T2-分别为煤气加压前后的温度，K；p1、p2-分别为煤气在鼓风机前后的压力，Pa。,在实际生产中，由于鼓风机机壳表面散热，因此用式(6
15、-2)计算出的T2值要比实际的T2值高。通常煤气经离心鼓风机压缩后的温升为1020。,鼓风机的正常操作运转是焦化厂生产的核心保障，必须精心操作和维护，机体下部凝结的水和焦油应及时清除。为了保障连续生产，必须向焦化厂提供双路供电。,四、煤气中焦油雾的清除,煤气经初冷器冷却后，仍含有没有除尽的焦油雾(117m)，其沉降速度大大低于煤气的流速，所以悬浮于煤气中并被煤气带走。如不除去煤气中的焦油雾，将造成后续硫铵生产质量下降和粗苯生产的洗油质量变差，影响洗苯塔操作，导致煤气脱硫率降低并堵塞各种吸收塔。所以必须预先将其清除。清除焦油雾的方法和设备类型有多种，主要有旋风式、钟罩式、转筒式以及电捕焦油器等几类。根据煤气的净化要求(焦油含量0.02g标m3)，采用电捕焦油器最为经济可靠。其效率可达9899，而且动力消耗少，阻力小，现代焦化厂大都采用电捕焦油器清除焦油雾。,
