焦油加氢精馏工段设计方案

10万t/a焦油加氢精馏工段设计方案 目录 第一章 绪论 1 1.1 选题目的和意义 1 1.2 设计地气候条件 1 1.3 设计的内容 2 1.3.1 工艺流程设计 2 1.3.2 操作条件 2 1.3.3 化工设备的工艺设计 2 第二章 工艺介绍 3 2.1煤焦油 3 2.1.1 煤焦油的定义 3 2.1.2高温煤焦油的组成和性质 3 2.1.3 煤焦油的加工工艺情况 4 2.1.4煤焦油的用途 5 2.2 石脑油 6 2.2.1 石脑油的定义 6 2.2.2石脑油的性状 6 2.2.3 石脑油的加工工艺情况 6 2.2.4 石脑油用途 6 2.2.5世界石脑油供求状况及其预测 7 2.3 柴油 7 2.3.1柴油的定义 7 2.3.2柴油的性状及情况简介 8 2.3.3柴油的加工工艺 8 2.3.4柴油的用途 9 2.4煤焦油加氢技术概况 9 2.4.1煤焦油加氢的主要反应 9 2.4.2影响煤焦油加氢装置操作周期、产品质量的因素 9 第三章 工艺详述 11 3.1原料预处理部分 11 3.1.1原料油减压精馏系统 12 3.1.2氢气提纯系统（变压吸附） 12 3.2反应部分 12 3.2.1 加氢精制系统 12 3.2.2加氢裂化系统 13 3.2.3高低压分离系统 13 3.2.4分馏系统 14 第四章 工艺计算和设备选型 15 4.1分流塔的操作条件 15 4.1.1物料平衡的影响和制约 15 4.1.2塔顶回流的影响 15 4.1.3 进料组成的影响 15 4.1.4进料热状况的影响 16 4.2分馏塔设计与计算 16 4.2.1分馏塔塔板数计算 16 4.1.2 塔规格的计算 17 第五章 车间布置 19 5.1.车间平面布置 19 5.1.1车间平面布置内容和原则 19 5.1.2车间平面布置的方法 19 5.2车间设备布置 20 5.2.1设备布置的内容和原则 20 5.2.2车间设备不知道方法及步骤 21 5.2.3典型设备的布置 21 第一章 绪论 1.1 选题目的和意义 人类赖以生存的自然环境在不断恶化，如：世界性能源危机不断升级、淡水短缺、大气污染等。石油作为一种不可再生的自然资源正在日渐减少，价格不断上涨。煤炭虽然也是一种不可再生的自然资源，但世界煤炭储量丰富，至今没有像石油一样大规模开采利用，因此，将煤炭作为石油的后备或补充能源是大势所趋。 煤炭资源的利用主要有如下几种：煤的直接燃烧、煤的直接液化、煤的间接液化和煤焦化（包括煤气化）。其中煤炭燃料油性利用的是煤的直接液化、煤的间接液化和煤焦化。由于煤直接液化和间接液化装置的建设投资大、运行成本高（主要是需要庞大的电力和水资源做支撑），国内是以能源储备技术的方式在开发，目前无工业化装置。煤焦化是为炼钢企业提供焦炭，但它副产焦炉煤气和煤焦油，以往炼焦企业的焦炉煤气直接外排大气，不但污染环境也造成能源浪费；煤焦油则以低附加值产品形式流入燃料油市场，虽可补充石油燃料油市场，但煤焦油中含有的大量硫、氮则会以SOx和NOx的进入大气污染环境。 煤焦油加氢技术就是采用固定床加氢处理技术将煤焦油所含的S、N等杂原子脱除，并将其中的烯烃和芳烃类化合物进行饱和，来生产质量优良的石脑油馏分和柴油馏分。一般煤焦油加氢后生产的石脑油S、N含量均低于50ppm，芳潜含量均高于80%；生产的柴油馏分S含量低于50ppm，N含量均低于500ppm，十六烷值均高于35，凝点均低于－35℃～－50℃，是优质的清洁柴油调和组分。 1.2 设计地气候条件 七台河市属寒温带大陆性气候。具有寒暑悬殊、雨量充沛、光照充足、无霜期短、四季分明的气候特点。冬季漫长而寒冷，年平均气温为4.3℃，最高气温37.2℃，最低气温－39.3℃，年降雨量为400～600mm，积雪厚度为5～10cm，最大积雪厚度42cm，年蒸发量为1200mm，日照平均时数2060.6h，年平均气压987.2Pa，冬季高，夏季低，无霜期173d.常年主导风向西风，夏季主导风向为西南风，冬季主导风向为西北风。年平均风速3.1m/s，最大风速在冬季（11～12月），平均为4.9 m/s和4.3 m/s，最大时可达九级、十级；最小风速在夏季（8～9月），平均为2.3m/s。评价区夏季逆温频率22℅，评价逆温强度为1.3/100m,平均高度140m，逆温维持时间短；冬季逆温出现频率为86℅，平均强度为2.0℃/100m，平均高度为166m，冬季逆温特点频率高，强度大，持续时间长。地震裂度Ⅵ。 1.3 设计的内容 1.3.1 工艺流程设计 1.工艺介绍 2.工艺流程的详述 3.带控制点的工艺流程图 1.3.2 操作条件 分馏塔的操作条件的确定 1.3.3 化工设备的工艺设计 分馏塔的设计 第二章 工艺介绍 2.1煤焦油 2.1.1 煤焦油的定义 煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的黑褐色、黏稠的油状液体。根据干馏温度和过程方法的不同，煤焦油可分为低温煤焦油（干馏温度在450~600℃)、中温煤焦油、（干馏温度在700～900℃）、高温煤焦油（干馏温度在1000℃）。低温煤焦油的特征是颜色稍褐，密度小，其中主要成分是高级酚、软蜡、短链的脂肪族饱和烃和烯烃。中温煤焦油和高温煤焦油是低温煤焦油在高温下经二次裂解的产物。炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一,其产量约占装炉煤的3%~4%在常温常压下其产品呈黑色粘稠液状，密度通常在0.95-1.10g/cm3之间，闪点100℃具有特殊臭味，煤焦油又称焦油。[1] 在焦炭生产中得到的煤焦油属于高温煤焦油。它是粗煤气冷却过程中冷凝、分离 出来的焦炉煤气净化产品之一。装炉煤在隔绝空气的炭化室加热时析出的挥发分，通 过焦饼与炭化室炉墙之间的空隙进入炉顶空间，在700850℃高温下发生二次热分解 反应:烷烃裂解和芳构化反应，环烷烃脱氢反应，酚类脱水、缩合反应，芳香烃和杂 环化合物脱烷基反应等。这些700-850℃左右的气态煤干馏产物夹带着煤尘、焦尘和 热解炭，经上升管进入集气管，被循环氨水急冷至70-80'C，在集气管中大部分煤尘、 焦尘、热解炭和部分高沸点的煤焦油被冷凝、冲洗下来，剩余的雾状或蒸汽状态的煤 焦油在焦炉煤气初冷器及其后的煤气净化设备中逐步冷凝分离。冷凝分离出来的煤焦 油汇集至焦油、氨水分离器，初步脱除氨水和焦油渣，分离出煤焦油。煤炭高温干馏 时，煤焦油的产率一般为干煤质量的3%-5%。中国大中型煤焦油加工企业基本上都 采用4050年代的一次气化、逐步冷却分离、管式炉加热的连续蒸馏工艺。大型装置 的能耗一般为21 - 134kJ/t焦油，小型装置的能耗普遍高达3000/t焦油以上。 2.1.2高温煤焦油的组成和性质 煤焦油的组成和物理性质波动范围大，这主要取决于炼焦煤组成和炼焦操作的工艺条件。组成煤焦油的主要元素中，碳占90％左右，氢占5％左右，此外还含有少量的氧、硫、氮及微量的金属元素等。高温煤焦油在常温下，密度为1.160～1.220g/cm3， 主要是芳香烃所组成的复杂混合物，估计其组分总数有上万种，目前已查明的约500种主要由多环芳香族化合物组成，烷基芳烃含量较少，高沸点组分较多，热稳定性好。其组分萘含量较多，其余相对含量较少，主要有1－甲基萘、2－甲基萘、苊、芴、氧芴、蒽、菲、咔唑、莹蒽、喹啉、芘等。煤焦油的闪点为96～105℃，自然点580～630℃，燃烧热为35700~39000kJ/kg。 表2.1 高温煤焦油的组成[1] 名 称 分 子 式 相对分子质 量 沸点 （℃） 熔点 （℃） 质量分数 （%） 苯 C6H6 78.11 80.1 5.53 0.12-0.15 甲苯 C6H5CH3 92.14 110.6 -95.0 0.18-0.25 二甲苯 C6H4(CH3)2 106.16 — — 0.08-0.12 茚 C9H8 116.16 182.44 -1.5 0.25-0.3 四氢化萘 C10H12 132.20 207.2 -31.5 0.2-0.3 萘 C10H8 128.17 217.9 80.2 8-12 α-甲基萘 C11H10 142.20 244.69 -30.48 0.8-1.2 β-甲基萘 C11H10 142.20 241.1 34.57 1.0-1.8 联苯 C12H10 154.21 255.2 69.2 0.30 苊 C12H10 154.21 277.2 95.3 1.2-1.8 芴 C13H10 166.22 294 116 1.0-2.0 蒽 C14H10 178.23 340.7 216.04 1.2-1.8 菲 C14H10 178.23 338.4 100.5 4.5-5.0 甲基菲 C15H12 192.25 351-355 — 0.9-1.1 荧蒽 C16H10 202.25 383.5 111 1.8-2.5 芘 C16H10 202.25 393.5 150 1.2-1.8 1,2-苯并蒽 C18H12 228.24 435-437 160.4 0.68 苯酚 C6H5OH 94.114 181.9 40.84 0.2-0.5 甲酚（邻间对） C6H4CH3OH 108.14 191/202/201 31/12.2/34 0.4-0.8 二甲酚 C6H3(CH3)2OH 122.16 201-225 26-75 0.3-0.5 氧芴 C12H8O 168.19 287 83 0.6-0.8 喹啉 C9H7N 129.12 237.7 -15.6 0.18-0.25 咔唑 C12H9N 167.21 354.76 246-247 1.5 硫杂茚 C8H6S 134.20 219.9 31.3 1.4 硫杂芴 C12H8S 184.26 331.4 97 0.35 吲哚 C8H7N 117.05 254.7 52.5 0.10-0.16 2.1.3 煤焦油的加工工艺情况 焦油的各组分性质有差别，但性质相近组分较多，需要先采用蒸馏方法切取各种馏分，使酚、萘、蒽等欲提取的单组分产品浓缩集中到相应馏分中去，再进一步利用物理和化学的方法进行分离。 170℃前的馏分为轻油;170～210℃的馏分主要为酚油；210～230℃的馏分主要为萘油；230～300℃的馏分主要为洗油；280～360℃的馏分主要为一蒽油；280～360℃的馏分为一蒽油；二蒽油馏分初馏点为310℃，馏出50％时为400℃。 2.1.4煤焦油的用途 煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其产量约占装炉煤的3％～4％，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用.焦油各馏分进一步加工，可分离出多种产品，目前提取的主要产品有： （1）萘 用来制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料。油漆及医药等用。 （2）酚 及其同系物 生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等。 （3）蒽 制蒽醌燃料、合成揉剂及油漆。 （4）菲 是蒽的同分异构体，含量仅次于萘，有不少用途，由于产量大，还待进一步开发利用。 （5）咔唑 是染料、塑料、农药的重要原料。 （6）沥青 是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物。用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。