报告

焦化厂有 24 家,生产能力 4240 万吨 , 平均每个厂的生产能力为 177 万吨; 50～ 100 万吨 的焦化厂有 21 家, 生产能力 1413 万吨 , 平均每个厂的生产能力为 67 万吨。中国已建成的炭化室高度≥4m、装备水平较高的机焦炉接近 250 座, 其生产 能力约 8000 万吨。此外, 我国正在新建、改建的焦炉有 60 余座,可新增加炼焦能 力 1450 万吨。这样,“十五”后期我国机焦生产能力可达 1. 2 亿 t。我国许多大型 焦炉都设有计算机控制系统、装煤和出焦除尘装置,有些还配备了干熄焦装置。绝大 部分焦化厂都具备先进、科学、严格的生产管理制度和管理手段,焦炉的生产管理水 平已达到国际先进水平。但同时, 中国尚有 2500 多万吨 机焦生产能力是由炭化室 高度< 4m、装备水平较低的小焦炉构成的。土法炼焦炉主要有以 75 型、89 型和 96 型为代表的各种结构的“改良”焦炉和“连体改良”焦炉, 国家已明令禁止和取缔 土焦炉生产。从表 1 可以看出, 中国的焦炭总产量中机焦所占的比例已由 1995 年 最低时的 48. 2% 提高到 2001 年的 75.7%。 二、设计方案 主要内容 年产 120 万吨焦化厂硫铵工段设计指导书 方法手段及预期达到的目标 1.通过毕业设计的训练，进一步巩固和加深所学的基础理论、基本技能和专业 知识，使之系统化、综合化。 2.在毕业设计红着重培养独立工作、独立思考并运用医学的知识解决实际工程 技术问题的能力，结合课题需要培养获取新知识的能力。 3.通过毕业设计加强计算、绘图、编辑设计文件、使用规范化手册等基本的工 作实际能力的培养。 工程实际是工程师工作实践中最富创造性的内容。设计能力不同于理论分析能 力、表达能力和动手能力，它是一种如何将思维形式的知识转化为客观上尚未存在 而可以实现的物质实体的创造能力，即不仅是认识客观、表现客观而且是创造客观 的能力。 硫铵生产工艺 1 工艺原理 硫铵工艺的原理是用硫酸吸收煤气中的氨得到硫铵,其化学反应式为:
因母液密度下降易产生泡沫,使饱和器操作恶化。在正常生产中,为保持母液酸度在 4% ～6%的范围内,只需连续向饱和器内加入硫酸中和煤气中的氨。但每隔 1～2 d, 需加入酸使母液酸度为 12%～14% ,并用热水冲洗,以消除装置内沉积的结晶。每周还 需加入酸使母液酸度为 20% ～25% ,此时硫酸铵大量转变为硫酸氢铵,用热水冲洗, 可彻底地溶解沉积的结晶。加酸的位置不同,对饱和器本体的影响也不同。对泡沸伞 饱和器工艺,浓硫酸从高位槽自流加入饱和器中,存在以下问题。 a. 加酸管易堵塞。 当浓硫酸流经 U 型管液封时,由于酸泥等杂质的沉积,使浓硫 酸在管道内流通不畅,严重时酸泥堵塞 U 型管液封而不能加酸。 b. 饱和器中央管和泡沸伞易产生腐蚀。 c. 饱和器运转周期短。浓硫酸直接进入饱和器易产生腐蚀,因此被迫停产检修, 造成运转周期短。对喷淋式饱和器工艺,来自硫酸高位槽的浓硫酸直接送入满流槽。 由于取消了 U 型管液封,不存在酸,延长了饱和器的运转周期。 ② 增大结晶槽的容积
中国目前正在生产的焦炉分为机械化焦炉和土法炼焦炉两大类, 焦炭总产量中 包含机焦和土焦两大部分。 目前中国正在生产的机械化焦炉, 有炭化室高度分别为 6. 0m、5. 5m、5. 0m、 4. 3m、4. 0m、313m、2. 8m、2. 5m、2. 0m 的顶装焦炉和炭化室高度分别为 4. 3m、 3. 8m、3. 2m 和 2. 5m 的捣固焦炉。据对中国 400 多家机焦企业的初步统计, 目 前我国运行的机焦炉共 1197 座, 设计炼焦能力为 10567 万 t。 其中, > 100 万吨 的
母液酸度对硫铵结晶有一定的影响,随着母液酸度的提高,结晶的平均粒度下 降,晶体形状也从长宽比小的多面颗粒转变为有胶结趋势的细长六棱柱形,甚至是针 状。这是由于当其他条件不变时,母液的介稳区随着酸度增加而减小,不能保持所必 需的过饱和程度。同时,随着酸度的提高,母液黏度增大,增加了硫铵分子的扩散阻 力,阻碍了晶体的正常成长。但是,母液的酸度也不宜过低,否则除使氨的吸收率下降 外,还易造成饱和器堵塞。特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时,可能在母液中出 现局部中性区甚至碱性区,从而导致母液中的铁、铝离子形成氢氧化铁及氢氧化铝等 沉淀,进而生成亚铁氰化物,使晶体着色并阻碍晶体成长。另外,当酸度低于 3. 5%时,
喷淋式饱和器相对于泡沸伞式饱和器而言,其煤气系统阻力大幅度下降,可以有 效降低鼓风机的耗电量。喷淋式饱和器的阻力为 1. 5～2. 0 kPa,而泡沸伞式饱和器 的阻力为 5. 0～6. 0 kPa。喷淋式饱和器在结构上将泡沸伞式饱和器工艺流程中的 除酸器与饱和器合二为一,提高了硫铵质量,粒度大且颜色白。因此,喷淋式饱和器的 工艺比泡沸伞式更合理。 3 相关技术的讨论 ① 加酸工艺的改进
煤气经预热器加热至约 70 ℃后从中央管进入饱和器。 在饱和器内煤气经泡沸伞 穿过母液层鼓泡而出,煤气中的氨被硫酸溶液吸收。煤气出饱和器后进入除酸器,分 离夹带的酸雾后进入下一工序。 喷淋式饱和器的工艺流程见图 2。 煤气经预热至 60 ℃ 后进入饱和器上部喷淋吸收区,煤气被分成两股,并沿饱和器内壁与器内除酸器外壁 构成的空间流动。母液泵抽出饱和器底部结晶分级槽中的酸性硫铵母液,向内外筒体 间的环形空间喷洒,煤气与酸性母液直接接触,将煤气中的氨转变为硫酸铵。煤气通 过喷淋区进入中心区内的除酸器,除去夹带的酸雾后,从中央气体出口管逸出,进入 下一工序。
氨和硫酸的反应为放热过程,当用硫酸吸收焦炉煤气中的氨时,实际热效应与硫铵母 液的酸度和温度有关。用适量硫酸与氨反应,可生成中式盐。如果硫酸过量,则生成 酸式盐,其化学反应式为:
随着溶液中氨饱和程度的提高,酸式盐又转变为中式盐,其化学反应式为:
溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于溶液中游离酸的浓度。当酸度仅为 1% ～2%时, 主要生成中式盐;当酸度提高时,酸式盐的含量也相应提高。由于酸式盐易溶于水和 稀硫酸中,故在酸度不大时,从饱和溶液中析出的只有硫酸铵晶体。 2 两种饱和器工艺的比较 饱和器作为硫铵生产的主体设备,有泡沸伞式和喷淋式两种工艺,下面进行技术 比较。 两种工艺的技术比较 泡沸伞式饱和器的工艺流程见图 1
可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。 3.焦化工业 中国是世界焦炭生产大国, 焦炭产量占世界焦炭总产量的 36% 左右, 焦炭出口 量占世界焦炭出口贸易总量的 50% 以上。中国既拥有国际 20 世纪 90 年代先进水平 的炭化室高 6m 的现代化大型机焦炉, 也还有一些以前建成的装备水平较低的中小 型机焦炉。进入 21 世纪, 结构调整和技术进步仍是中国焦化工业发展的主题。近十 多年来, 中国的焦炭总产量翻了一番还多, 1997 年达到了历史最高峰的 13902 万 t。从 1993 年起, 中国的焦炭产量已连续居世界第一位。中国历年来焦炭产量见表 1。中国也是世界焦炭出口大国, 2000 年中国出口焦炭 1520 万 t, 占世界焦炭出口 总量 2510 万 t 的 60% 以上。
工业的重要组成部分。煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料， 是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成 液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油 和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油。煤化工开始于 18 世纪后半叶，19 世纪形成了完整的煤化工体系。进入 20 世纪，许多以农林产品 为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。 第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，很多化学品的生产又从以煤为原料转移 到以石油、天然气为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。煤中有机质的 化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能 团的大分子结构，通过热加工和催化加工，可以使煤转化为各种燃料和化工产品。 焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭 ，同时 副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃。煤气化在煤化工中也占有重要的地位， 用于生产城市煤气及各种燃料气 ，也用于生产合成气 ；煤低温干馏、煤直接液化 及煤间接液化等过程主要生产液体燃料。从总量上来看，2006 年在建煤化工项目有 30 项，总投资达 800 多亿元，新增产能为甲醇 850 万吨，二甲醚 90 万吨，烯烃 100 万吨，煤制油 124 万吨。而已备案的甲醇项目产能 3400 万吨，烯烃 300 万吨，煤制 油 300 万吨。2006 年，国家发改委出台了政策并利用各种渠道广泛征求意见，以期 规范和扶持煤化工产业的发展。2006 年中国自主知识产权的煤化工技术也取得了很 大的进展，开始从实验室走向生产。 2007 年是中国煤化工产业稳步推进的一年，在国际油价一度冲击百元大关、全 球对替代化工原料和替代能源的需求越发迫切的背景下，中国的煤化工行业以其领 先的产业化进度成为中国能源结构的重要组成部分。煤化工行业的投资机遇仍然受 到国际国内投资者的高度关注，煤化工技术的工业放大不断取得突破、大型煤制油 和煤制烯烃装置的建设进展顺利、二甲醚等相关的产品标准相继出台。 新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航 空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它 与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化 工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色， 是今后 20 年的重要发展方向， 这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。
选题背景 选题背景 1．我国能源消费呈以下主要特点: 我国能源消费呈以下主要特点 1.1 能源消费以煤为主,环境问题日益突出。2002 年,煤炭消费量 14. 2 亿吨, 比 1990 年增长 34% ,年均增长 2. 5%。近 70%的原煤没有经过洗选直接燃烧,燃煤造 成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的 70% ～80%。 二氧化硫排放形成的酸雨面 积已占国土面积的三分之一;化石燃料二氧化碳排放是我国温室气体的主要来源。 1.2 优质能源比重上升,石油安全不容忽视。2002 年,石油、天然气、水电等优 质能源消费量占能源消费总量的 33. 7% ,比 1990 年提高 9. 9 个百分点,其中石油占 消费总量的比重由 1990 年的 16. 6%提高到 23. 5% ,提高 6. 9 个百分点。 “九五” 以来交通运输用油呈快速增长态势,特别是营运运输用油,年均增长速度大大高于同 期国内生产总值的增长速度。我国自 1993 年开始成为石油净进口国以来,对外依存 逐年提高, 2002 年石油净进口量 8 130 万吨,对外依存度达 32. 8%。 1. 3 工业用能居高不下,结构调整任重道远。2002 年,一、二、三产业和生活用 能分别占能源消费总量的 4. 4%、 3%、 9%和 11. 4%。 69. 14. 其中,工业用能占 68. 3% , 自 1990 年以来始终保持在 70%左右的水平,虽然统计口径不完全可比,但与国外能源 消费构成相比,我国工业用能比重明显偏高。在推进工业化的进程中,调整经济结构 的任务十分艰巨。 1.4 生活用能有所改善,用能水平仍然很低。2002 年,城乡居民生活用电 2 001 亿千瓦时,天然气和煤气 177 亿立方米,液化石油气 1 169 万吨,占生活用能的比重分 别由 1990 年的 3. 7%、1. 6%、1. 72%上升到 14. 4%、6. 8%、11. 8%。但用能水平 仍然很低,人均生活用电量 156 千瓦时,仅相当于日本的 7. 7% ,美国的 4%。 2. 中国煤化工概况 煤化工经化学方法将煤炭转换为气体、液体和固体产品或半产品，而后进一步 加工成化工、能源产品的工业。包括焦化、电石化学、煤气化等。随着世界石油资 源不断减少，煤化工有着广阔的前景。以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、 液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化 、液化 、干馏，以及焦油 加工和电石乙炔化工等。 在煤化工可利用的生产技术中，炼焦是应用最早的工艺，并且至今仍然是化学