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焦化产技术
煤气净化技术
二00六年五月一日
一煤炭的高温干馏概述:
1煤炭的化学加工生产工艺包括那些方法:
目前煤的加工方法主要有:
高温干馏,气化,液化。
A煤高温干馏主要产品有:
煤
高温干馏
焦炭
焦炉煤气
炼钢炼铁
煤焦油
电石
合成氨
硫铵
加CO2+H2O碳铵
加CO2合成尿素
吡啶
黄血盐
苯
二甲苯
合成甲醇
合成二甲醚
汽油
加O2合成硝酸
加O2合成甲醛
丙烯
聚丙烯
沥青
蒽油
洗油
萘油
酚油
沥青焦
咔唑
喹啉
精萘
苯酚
甲酚
轻油
粗苯
工业萘
粗苯
硫黄
芴
蒽
B煤的气化工艺:
C煤的液化工艺:
液化
液化油
液体燃料
化工产品
加工
2化学产品的生成:
煤的干馏分为:
底温干馏(500-600℃),中温干馏(700-800℃),高温干馏(900-1000℃)目前焦炉炼焦属高温干馏范围。
炭化室顶部空间温度具有特殊意义,此温度在炭化室的时间大部分为800℃左右,大量的芳烃在700-800℃范围内生成,大于800℃各产率减少,同时还受焦炉操作压力及挥发物停流时间影响。
3焦炉煤气组成:
名称
H2
CH4
CO
N2
CO2
CNHM
O2
干煤气
54-59
24-28
5.5-7
3-5
1-3
2-3
0.3-0.7
密度0.45-0.48g/cm3,热值:
17.58-18.42MJ/m3
杂质名称
净化前杂质含量(mg/m3)
净化后杂质含量(mg/m3)
城市使用标准
H2S
6g/m3
200mg/m3
20mg/m3
HCN
1.5g/m3
500mg/m3
50mg/m3
NH3
8g/m3
30mg/m3
30mg/m3
焦油
1-2.5g/m3(冷却器后)
50mg/m3
10mg/m3
苯
25-40g/m3
2-4g/m3
2-4mg/m3
萘
5-7g/m3(冷却器前)
200-500mg/m3
50-100mg/m3
净化前和净化后煤气杂质含量情况
所以净煤气经过深度处理除去杂质和水分可做为城市煤气使用,加压输送---冷却---深脱萘---深脱硫—脱湿处理---可供城市使用,使用标准见上表.
4焦炉煤气净化系统煤气温度压力变化情况(100万吨焦化厂配套工程).
1)温度变化:
炉内炭化室空间温度750℃---集气管冷却后温度83℃---初冷器冷却后温度21℃---电捕器后煤气出口温度25℃---鼓风机加压后煤气温度42℃---脱硫前煤气温度43℃---煤气入脱硫塔温度35℃---脱硫塔后煤气35℃---脱氨前煤气温度60℃---脱氨后煤气温度55℃---煤气终冷后温度27℃---洗苯塔后煤气温度28℃---洗苯塔后煤气压力7KPa,流量31500m3/h。
2)压力变化:
集气管内荒煤气压力80-120Pa---初冷器入口煤气吸力-1.5Kpa---初冷器出口煤气吸力-2.5Kpa---电捕器入口煤气吸力-4.5Kpa---电捕器出口煤气吸力-5Kpa---鼓风机进口煤气吸力-5Kpa---鼓风机出口煤气压力18Kpa---脱硫塔出口煤气压力12Kpa---饱和器进口煤气压力11Kpa---饱和器出口煤气压力9Kpa---终冷器出口煤气压力8Kpa—--洗苯塔出口煤气压力7Kpa---回炉煤气主管煤气压力3.5-5Kpa,管式炉煤气压力≥4Kpa---煤气主管蝶阀后煤气压力1-1.5Kpa(≦0.5Kpa报警≦0.3Kpa联锁).
5化学产品的产率:
A焦炭的全焦率:
K=AM/AKX100%,其中AM为配合煤的干基灰分AK为全焦的干基灰分。
B煤气的产率:
同配煤的挥发分有关,一般1吨干煤产生320m3的煤气.设计按340-380m3的煤气考虑.计算公式:
V=(1-ß)√Vdß=2%,Vd=20-30%内。
C焦油的产率:
在干燥无灰基挥发分V=20-30%范围内,产率X=-18.36+1.53V-0.026V2一般吨干煤产生3.4-4.5%。
D硫铵的产率:
1.1-1.2%,一般1吨干煤产生1.1-1.2%.
E粗苯产率:
在干燥无灰基挥发分V=20-30%范围内,产率Y=-1.6+0.144V-0.0016V2一般吨干煤产生0.8-1.2%。
6高温干馏煤气的净化处理系统:
A在正压操作下的操作系统:
鼓风机在处理前:
粗煤气---气液分离--初冷—电捕—输送—脱萘--脱硫—脱氨---终冷--脱苯
B负压操作下的操作系统.鼓风机在处理后.
粗煤气---气液分离--初冷—电捕—脱萘--脱硫—脱氨--终冷---脱苯--输送--加压输送---冷却---深脱萘---深脱硫—脱湿处理---可供城市使用.
二煤气的初冷工艺:
1初冷的目的:
A冷却煤气,变于输送,
B使焦油和氨水分离,并脱除焦油渣。
2煤气的冷却步骤:
可分为桥管集气管冷却和初冷器冷却两部。
3煤气的桥管和集气管冷却工艺:
1)冷却机理:
炼焦过程中,炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750℃,在表压147-196KPa的循环氨水通过喷头强烈喷洒下进行的,细雾状氨水与煤气接触,氨水大量蒸发,煤气温度急速降低,放出75-80%的热量,另有10%热量由集气管表面散失。
煤气经冷却降到82-86℃同时60%左右的焦油气冷却下来。
2)对冷却效果的因素:
A煤料的水分,水分大,冷却速度慢。
B循环氨水的温度:
循环氨水温度高,氨水蒸发量大,冷却效果愈好。
3)集气管操作技术指标:
集气管前的温度:
650-750℃
集气管后的温度:
82-86℃
循环氨水的温度:
72-78℃,装煤水分8-11%时,露点温度65-70℃,高于5-10℃。
离开集气管的氨水的温度:
74-80℃
吨干煤氨水耗量:
5-6m3/t(单集气管5m3/t,双集气管6m3/t)。
蒸发氨水的量:
2-3%
冷凝焦油的量:
60%
干煤气的密度:
0.455kg/m3
装炉煤水分:
10%(化合水2.2%,配煤水分7.8%)
由上可知,煤气虽然冷却,仍被水蒸汽所饱和。
4煤气在初冷器内的冷却:
荒煤气由集气管沿吸煤气管主管流向初冷器,含有大量蒸汽,焦油气,萘的煤气,在吸煤气管主管可降到温度1-3℃,在初冷器内冷却到21℃.使大部分焦油雾和蒸汽萘冷却下来.
1)煤气的冷却工艺流程:
立管式间接初冷工艺流程:
略
横管式间接初冷工艺流程:
冷却器通道一般上段用循环氨水喷洒,冷却用循环水冷却,中段下段用冷凝液喷洒,冷却用制冷水来冷却.见图
○○○
上段
○○○
下段
下段
循环氨水
冷凝液槽
循环氨水
循环水
冷凝液
制冷水
煤气出口
煤气入口
焦油
氨水
煤气初冷工段控制关键是初冷后煤气集合温度温度高存在以下问题:
A煤气中蒸汽含量多体积大,鼓风机超负荷运行,影响煤气的输送.
B煤气中的焦油含量多,影响后工序操作.
C煤气中萘含量高,造成管道堵塞,给洗氨洗苯带来负担.
因此煤气初冷操作中,必须保证煤气集合温度不高于规定值,同时尽可能脱除煤气中的萘.
2)煤气横管冷却器
冷却水管与水平面成30横向布置,冷却水通道可分为两段或三段.两段用循环水,冷却水,三段用循环水,冷却水,采暖水,循环水与煤气逆流接触.能实现均匀冷却,缺点是水管结垢难清扫,要求使用水质好,经处理的冷却水,水温度底于45℃。
计算横管冷却器冷却水量:
参数:
煤气量48220m3/t入口煤气饱和温度82℃,出口温度55℃,冷却水进口温度32℃,
出口温度55℃,计算循环水量。
煤气放出显热:
48220X1.424(82-55)=1854000kj/t
蒸汽放出热量:
87567520kj/h
焦油放出热量:
946680kj/h
4.1868X(50-32)W=煤气放出显热+蒸汽放出热量+焦油放出热量-90368200kj/h。
W=1199m3/h
5横管初冷器工作参数:
1)型号:
FN3000m2H=26930
2)总面积:
3000m2,
上段面积2249m2
下段面积846m2
3)煤气处理量:
15185m3/h
4)设计温度:
95℃.
操作温度:
上段煤气:
83-38℃.
下段煤气:
38-22℃.
上段循环水:
32-45℃.
下段煤气:
18-25℃.
5)设计压力:
管程0.6MPa
壳程±0.03MPa.
操作压力:
管程0.5MPa
壳程-0.005MPa.
试验压力:
管程:
0.75Mpa
壳程:
0.03Mpa
操作阻力:
初冷器的工作阻力<1.5KPa
6)设计材料:
换热管:
10#,钢板:
20g,其它板材:
Q235-A
管:
¢57*3,板:
δ24,δ20,δ14
7)管程数:
上段/下段=30/60
8)管口出入情况图:
三焦油氨水的分离工艺:
1)概述:
由于炼焦技术的发展,采用预热煤炼焦和无烟装煤技术,用高压氨水压力为1.8-3MPa.从桥管喷入产生强大的负压,把烟尘吸入集气管,实现无烟装煤.给焦油氨水的分离带来新问题.焦油渣的量为焦油质量0.4-1%,在80-90℃时固定铵盐含量低的情况下,焦油氨水易分离,但仍达不到要求的脱水程度,,须在焦油储槽内于80-90℃下进一步脱水.一般需静置36小时可达到质量要求.
2)基本流程:
集气管冷凝下来的焦油氨水经焦油盒流经汽液分离器再经它流到机械化氨水槽,进行焦油氨水的分离.
3)工艺要求:
A分离后的氨水中焦油含量:
越少越好,最好不超过100mg/l.
B焦油的质量:
指标名称
指标
一级品
二级品
密度g/cm3
1.12-1.2
1.13-1.22
水分%≦
4
4
灰分%≦
0.15
0.15
游离碳≦
6
10
黏度≦
5
5
C焦油氨水澄清时间30min.
D槽体的温度指标:
《标准值75℃》
(1)循环氨水中间槽温度测量75℃
(2)循环氨水事故槽温度测量75℃
(3)焦油储槽温度测量75℃
(4)剩余氨水储槽温度测量75℃
(5)机械化氨水槽上部温度测量75℃
(6)机械化氨水槽下部温度测量75℃
4)剩余氨水的计算:
由于配煤水分和炼焦时产生的化合水使氨水量增多,即为剩余氨水,这部分氨水通过蒸氨,脱酚去生化处理,既为所谓的焦化废水。
它与配煤水分(8-10%),化合水(2%)的数量和集气管的集合温度有关。
原始数据:
装煤量(湿煤)155t/h
煤气产量340m3/t
初冷器后煤气温度30℃
循环氨水量6m3/t
集气管中氨水蒸发量2.6%
配煤水分8.5%
化合水分2%
W1=155X0.085+155(1-0.085)X0.02=16.01t/h
W2=155x(1-0.085)x340x35.2/(1000x1000)=1.697t/h
W=W1-W2=16.01-1.697=14.31t/h.
其中35.2为1m3煤气在30℃时经水蒸汽饱和后的蒸汽含量g.
四煤气的输送系统:
1)煤气流程:
由炭化室---粗煤气----集气管----吸煤气管----汽液分离---初冷器---电捕焦油---鼓风机—-到储气罐或送回炉煤气,需克服许多阻力需配置鼓风机.
吸入方机前为负压,压出方机后为正压,前后压力差为鼓风机总压头.一般鼓风机设置在初冷器电捕器后为了减少负荷,防止焦油堵塞鼓风机而设计的.
2)煤气管道及部件:
煤气管径选择对生产有重要意义,Ф800以上的煤气管道流速一般取为14m/s,管道有一定的倾斜度,鼓风机前后为10/1000,同时由于萘的存在,可能在沉积的部位均设置蒸汽入口,同时还有冷凝液导出口去水封槽.
3)煤气自动放散装置:
在全部回收设备之后的回炉煤气管道上设计有煤气自动放散装置,带有自动点火装置,根据煤气放散压力情况自动调节,防止污染环境,并保证集气管压力稳定在规定值内.
4)煤气鼓风机
A可分为离心式,容积式两种.离心式用于大型焦炉,容积式用于中小型焦炉.
B离心鼓风机:
由固定的机壳和高速转动的转子组成,为了提高煤气的压力增加转子的数量和转速,通常离心鼓风机的转速5000r/min(5619r/min),用电机驱动或/蒸汽驱动时,后设计增速器来提高转速.
C为了保证鼓风机的正常运转,冷凝液及时排出,应按时用蒸汽清扫.
D罗茨鼓风机:
用两个8字形转子将气缸分为两个工作空间,输送能力为28-300m3/min,额定压头19.6-34.32KPa输送流量不随压力的变法而变化.冬季由于温度低焦油粘转子启动困难,需从煤气入口的处注入溶解清洗.
离心鼓风机的输送能力:
K可根据煤气的发生量计算:
吨干煤发生煤气量320m3/t。
B干煤的装入量t/h
T鼓风机前煤气的绝对温度:
K
P大气压:
kpa
α装煤不均匀系数.1.1
P机鼓风机前的吸力:
kpa
PS鼓风机前煤气的水汽分压:
kpa
V=101.3KBTα/(P-P机-PS)273
煤气在鼓风机中的升温:
由于压缩使煤气温度升高,通常温度升高10-20℃.
5)集气管压力的自动调节:
(1)压力调节方式:
A通过吸煤气管上的手动/电动蝶阀调节.
B鼓风机电机变频调节
C通过液力偶合器调节
D通过煤气管道上的回流管打大循环回流调节(鼓风机后煤气管部分通到初冷器前的煤气管道上).打大循环防止煤气温度高增加鼓风机的功率和初冷器的负荷.
输送能力:
Q1/Q2=N1/N2
总压头:
H1/H2=N21/N22
轴功率:
P1/P2=N31/N32
(2)鼓风机的共振和喘振现象:
鼓风机在运行过程中转速接进临近转速时,输送量发生波动,设备发生振动,当煤气量不足或初冷器阻力增加时,由于鼓风机高速转动,发生喘振,两种现象必须避免,以免鼓风机损毁,在操作中注意避开鼓风机的临界转速:
nk1=3620r/min,nk2=14490r/min操作(跳转频率操作,变频器设定时注意).
6)鼓风机的技术参数:
名称
数量
型号、规格(mm)
煤气鼓风机
3
D730-1.232/0.941,Q=29265m3/h,5619r/min
P入=-4Kpa.P出=24.5KPa
附:
电机
3
YB630S1-2,N=560KW,10kv,2985r/min,
38.92A,
附:
液力偶合器
3
YOTGC-450/3000B,3000r/min,430~900KW
附:
增速器
3
GYD—350—960/1.944
许用功率960kw速比:
1.94
附:
油站
3
100L/min,0.6MPa,0.9m3
附:
电动油泵泵及电机
6
N=5.5KW,11.6A
附:
高位油箱
3
300L
附:
油冷却器
3
GLC4—21
7)鼓风机操作工艺指标:
项目
操作值
报警
联锁
鼓风机机体温度,℃
≤70
鼓风机轴瓦温度,℃
≤60
≥80
≥85
鼓风机机体震动,mm
≤0.04
电机震动,mm
≤0.06
鼓风机轴位移,mm
<0.5
±0.5
±0.7
油冷却器出口油温,℃
30~40
≥55
鼓风机主电机定子温度,℃
110
140
145
液力偶合器进口油温度,℃
30
≥65
≥70
液力偶合器出口油温度,℃
60
≥85
≥90
液力偶合器出口油压,Mpa
<0.3
≥0.35
≥0.38
鼓风机润滑油总管压力,Mpa
0.15
≤0.07
≤0.05
鼓风机油站油箱液位,mm
≤865
鼓风机油站冷却水压力,Mpa
不得超过油压
鼓风机工作电流,A
<38.92
鼓风机后煤气压力指示Kpa
18
鼓风机后煤气管道温度指示℃
报警42
五煤气中焦油雾清除:
鼓风机后焦油雾含量0.3-0.5g/m3,化产回收要求煤气中焦油雾含量底于20mg/m3否则对回收有影响.
1煤气中焦油雾对回收影响:
A在饱和器中凝结下来,将酸焦油含量增加,母液起波,密度减少,煤气从满流槽中流出,有爆炸危险.
B焦油雾进进入洗苯塔,使洗油黏度增加,质量破坏,洗苯效果下降.
C焦油雾进蒸氨塔脱硫塔易引起堵塞,影响吸收效率.
2电捕器的工作原理:
焦油雾被经过电离作用,从沉淀极下流出.电场分布如下图:
3电捕焦油器的结构:
外壳为园形,底部带有蒸汽夹套利于焦油排放.沉淀级为正六边形,在每根沉淀极中心悬挂电晕导线,材质为不锈钢,煤气从底部进入,通过气体分布筛板,进入沉淀级中被电离,由沉淀级流下,集于底部排出.
沉淀极:
孔数102个,形式:
蜂窝式,尺寸:
正六边型,对边距离250mm.
电晕极:
数量102根,直径Ф2.3mm,长度561m,材质:
1Cr18Ni9Ti.安装偏离中心值允许:
±8mm,标准值±5mm.
顶部设计有三个绝缘箱,高压电源由此引入,防止绝缘子上冷凝沉积萘水蒸汽,绝缘箱内电加热,温度保证在80-100℃.
外部有高压镇流直流电源,电压60KV,电流600mA,给电捕器供电.
4电捕器的工艺操作:
1)型号规格:
DN3400,H=14464mm
2)处理煤气量18000m3/h
3)焦油含量:
入口10g/m3,
出口:
目标值20mg/m3,保证值50mg/m3
4)工作温度:
煤气22-40℃,
绝缘箱80-100℃
5)工作压力:
-0.04---0.0025MPa.
6)工作电压60KV,工作电流600mA,加热器220V,2X3KW
7)顶部冲洗液:
22m3/h,压力0.03-0.05MPa
8)电捕器的工作阻力<0.5KPa.
9)煤气氧含量要求:
运行中严禁空气进入,煤气中氧含量控制在1%以下,超过0.8%报警,自动切断电源.
10)若煤气中的焦油雾含量增加时,提高工作电压,为了保证捕雾效率,若焦油雾含量减少时,降低工作电压.净化效率达99.8%(蜂窝式)
11)煤气在电捕器中流速1.5m/s,1000m3煤气消耗电能1KWh.
5操作注意事项:
1)试运转操作:
内部检查-----绝缘子加热---空气负载试电----气密性试验---蒸汽置换----煤气置换----气体分析----通电调压到目标值.
2)检查操作:
切断负载电源----关煤气进出口阀门---蒸汽置换----停加热器电源---空气置换----打开人孔----气体分析----煤气进出口管堵盲板----进设备内检查.
3)故障处理:
当焦油排出量减少时,底部用蒸汽清扫,当电压降低时,用顶部氨水喷洒.
六煤气中萘的洗涤:
1萘易在管道中设备中沉积,发生堵塞,破坏正常操作,同时萘还是贵重的化工原料,可增加经济效益.
2洗涤方法:
A在煤气初冷过程中除去.可降到0.5g/m3.
B在初冷和终冷过程中用油洗萘.
C洗苯过程中脱萘,可降到50-100mg/m3.达到城市民用标准.
七煤气冷凝鼓风工段工艺控制(鞍山焦耐院设计)
1控制回路:
A鼓风机吸入压力自动控制:
目的是保持煤气吸力的稳定,保持集气管压力稳定,通过调节鼓风机的液力偶合器调节风机的转速来实现,以及控制风机旁路的方法来实现,控制点设在初冷器人口前压力变送器,由DCS输出4~20mA信号完成自动控制。
B初冷器后煤气温度的自动控制
目的是调节稳定初冷器出口煤气温度,出口温度高煤气中萘含量高,影响洗涤塔的稳定运行;出口温度低,煤气过冷凝导致初冷器阻力增大,通过调节下段初冷器冷水流量,煤气温度可降到达21~22℃达到控制温度的目的。
C下段冷凝液槽液位控制
目的是防止溢流,污染环境,通过调节荒煤气管道上的调节阀来实现。
2.测量监控回路:
(1)初冷器后煤气支管温度指示21℃
(2)初冷器后煤气总管温度指示21℃
(3)电捕器绝缘馈电箱温度指示90℃,≥100℃报警联锁,≦80℃报警联锁
(4)初冷器后煤气吸力指示调节记录-2KPa.
(5)低压蒸汽压力指示0.5Mpa
(6)集气管压力指示器120~180Pa
(7)洗苯塔后煤气压力指示7Kpa
(8)鼓风机后煤气压力指示18Kpa
(9)入工段低温水流量指示积累210m3/h
(10)入工段低温蒸汽流量指示积累1.5T/h
(11)入工段循环水量流量指示累积1400m3/h
(12)下段冷凝液流量指示8m3/h
(13)上段冷凝液流量指示8m3/h
(14)下段补充焦油流量指示3m3/h
(15)上段补充剩余氨水指示2m3/h
(16)洗苯塔后煤气流量指示31500m3/h
(17)电捕煤气含氧量测量报警联锁≥0.8℅报警≥1.0℅联锁.
(18)鼓风轴承温度指示报警联锁70℃,≥75℃报警,≥85℃报警联锁.
(19)鼓风机增速器轴承温度指示报警联锁70℃,≥75℃报警,≥85℃报警联锁.
(20)电子定子轴承温度指示报警联锁140℃,≥145℃报警,≥150℃报警联锁.
(21)电机轴承温度指示报警联锁80℃,≥90℃报警,≥95℃报警联锁.
(22)液力偶合器进油口温度指示报警联锁30℃,≦5℃报警联锁,≥12℃联锁.
(23)液力偶合器出油口温度指示报警联锁80℃,≥85℃报警,≥90℃报警联锁.
(24)冷却器后润滑油温度指示报警联锁30℃,≦10℃报警联锁,≥30℃联锁.
(25)鼓风机后煤气管道温度指示报警42℃
(26)冷却器后润滑油压力指示350Kpa,
(27)液力偶合器出油口压力指示300Kpa
(28)鼓风机地下放空槽液位指示报警1100mm,≥1600mm报警联锁,≦300℃报警联锁.
(29)液力偶合器转速指示20~9999rpm
(30)鼓风机轴向位移指示0mm,≥0.5mm报警,≥0.8mm报警联锁.
(31)煤气进口温度测量82℃
(32)煤气出口温度测量21℃
(33)低温水进水温度测量16℃
(34)循环水温度测量32℃
(35)低温水温度测量23℃
(36)循环水回水温度测量45℃
(37)上段冷凝液槽温度测量38℃
(38)下段冷凝液槽温度测量20℃
(39)上段冷凝液泵出口温度测量40℃
(40)下段冷凝液泵出口温度测量50℃
(41)剩余氨水泵出口温度测量70℃
(42)循环氨水中间槽温度测量75℃
(43)循环氨水事故槽温度测量75℃
(44)焦油储槽温度测量75℃
(45)剩余氨水储槽温度测量75℃
(46)电捕器煤气出口温度测量25℃
(47)电捕器绝缘箱温度测量110℃
(48)机械化氨水槽上部温度测量75℃
(49)机械化氨水槽下部温度测量75℃
(50)循环氨水泵出口温度测量75℃
(51)焦油中间泵出口温度测量75℃
(52)焦油泵出口温度测量75℃
(53)槽区液下放空槽液下泵出口温度测量50℃
(54)煤气出口吸力测量-2.5KPa
(55)低温水给水压力测量0.5Mpa
(56)循环给水泵出口压力测量0.5Mpa
(57)上段冷凝液泵出口压力测量0.6Mpa
(58)焦油泵出口压力测量0.4Mp
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