煤气初步冷却 讲义

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操作要点 （1）严格控制初冷器后煤气集合温度。煤气经初冷后温度 降低，体积变小，煤气中绝大部分焦油气和大部分水蒸 汽、萘都被冷凝下来，尤其是焦油和萘的脱除，使煤气 得到初步净化，保证了后序煤气净化设备能够顺利运行。 以往初冷采用立管式初冷器冷却，初冷后煤气集合温度 一般控制在25-30℃，煤气中含萘约为1.1-2.9g/m3(标态), 大大超过该温度下的饱和含萘量,因此在水洗氨(或硫铵) 之前需要有除萘装置。
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横管三段间冷与横管两段间冷相比，冷却相同的煤气流量 需要更大的初冷器换热面积，因此设备重量增加，一次性 投资加大。但由于回收了煤气的热能，减少了循环水用量， 从节能、节水角度是十分经济的，因此如有条件应尽量回 收利用这部分余热，工艺流程如图所示。主要操作制度、 操作要点及设备结构与横管两段间冷工艺类似。
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2、横管三段间冷工艺 横管三段间冷与横管两段间冷基本相同，横管三段间冷 的冷却介质分别采用余热水、循环水和低温制冷水。余 热水（或其他工艺介质，如脱硫循环液）温度及用量可 根据用户要求而定，一般热水进口温度为55-65℃。在 余热水段由于煤气温度高，冷却时，煤气中大量水蒸气 被冷凝下来，且没有萘的析出，因此余热水段不需要焦 油氨水混合液的喷洒，只是在循环水段和低温水段才需 循环液喷洒。
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பைடு நூலகம்11
1—气液分离器；2—横管式间接冷却器；3-水封槽；4-冷凝液槽
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两种工艺的比较 带有断塔盘横管两段间冷工艺的特点是循环水段和 低温水段的喷洒液各成系统。上段利用循环水将煤气 冷却至40℃左右，冷凝液从断塔盘上方引出，不进入 低温水段，这样可以节约下段低温水用量。目前国内 各大焦化厂一般皆采用该冷却工艺。由于煤气中的焦 油大部分在循环水段冷凝，而萘则在55℃以下才从煤 气中析出，为了消除沉积在低温水段换热管管壁上的 萘，需要在低温水段喷洒液中补充焦油，喷洒液中焦 油含量一般控制在38-50%。
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（2）控制初冷器的阻力。横管初冷器在冷却煤气时，在冷 却管管壁上沉积有萘、焦油、粉尘等。初冷器阻力增加 意味着煤气通道变窄，萘、焦油、粉尘等沉积较为严重， 使初冷器换热率下降，初冷器煤气出口温度升高。正常 生产时，横管初冷器阻力应小于1.5KPa。当阻力大于 1.5KPa时，需要对横管初冷器进行清扫，横管初冷器的 清扫可以采用以下几种方法： Ⅰ.采用热氨水或蒸汽清扫。蒸汽清扫会使酚水量增加， 同时污染大气，因此实际生产经常采用热氨水清扫的方 法。
煤气由集气管沿吸煤气主管流向煤气初冷器，煤气在初 冷器前的温度依然较高（大于70℃），且含有大量焦油 气和水汽。煤气能过初冷器进一步冷却到21－22℃，同 时将余下的约40%左右的焦油气和水汽冷凝下来。 依煤气冷却方式不同，分为简接式初冷、直接式初冷和 两者组合的间—直冷三种方式。 简冷式依设备结构不同，又分为横管式和立管式两种， 横管式间接初冷按冷却介质不同又可分为两段冷却和三 段冷却。立管式初冷器因水流速小，传热效率低，煤气 中萘的净化不好，在国内外已很少使用。
HCN、H2S等）。上述二次热解的产物即是焦炉生产过程中产生的荒煤气的组成。
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由此可见，荒煤气的组成十分复杂，但按大类划分可归纳为三部分：一是水汽（ 入炉煤水 分以及热解水——也称化合水，一般为干煤量的2%-4%）；二是干煤气（H2 ：55%-60%、 CH4：25%-30%、CO：5%-7%、N2：2%-4%、CO2：2%-3%、CmHN : 2%-3% 、O2： 0.3%-0.5%——干煤气的一般体积组成）三是杂质：焦油、 粗苯 、萘、H2S、NH3、HCN、 粉尘（主要是煤尘）等。
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20世纪80年代后，为了降低初冷后煤气含萘量， 以防止后 续装置的堵塞，特别是在采用氨水脱硫或水洗氨的煤气 净化系统中，为了提高脱硫效率或洗氨效率，初冷工艺 一般采用横管式间冷工艺或间——直冷工艺，初冷后煤 气集合温度一般控制在21-22℃，煤气含萘可降到0.40.5 g/m3(标态)，脱萘效果可以保证后序煤气净化设备的 操作。为了严格控制初冷器后煤气集合温度，应保证低 温冷却水的稳定供给。
煤气的初步冷却
煤气的初步冷却是煤气净化的基础，其操作运行好坏不仅对煤气净化后序单元操作 有影响，而且对化工产品加工及焦炉操作也有影响。 煤气初冷：在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的荒煤气（也称为粗煤气） 温度约为700℃左右，首先经桥管进入集气管，被喷洒着的循环氨水冷却到80－ 85℃，然后经初冷器将煤气温度降至21－22℃。在此，荒煤气中所含的大部分水汽、 焦油、萘及固体微粒（主要是煤尘）被分离出来，部分H2S和HCN等腐蚀性介质也 溶入冷凝液中，从而可减轻煤气净化设备及管道的堵塞和腐蚀，并使煤气得到初步 净化。 荒煤气的初步冷却分为集气管冷却和初冷器冷却。 荒煤气 煤气在高温干熘地过程中，经历了从湿煤→干煤→塑型状态煤→半焦→焦炭的变化， 此间以气态形式析出的热解产物称为荒煤气，依干馏温度和气态产物的析出途径不 同，热解产物可分为一次热解和二次热解两个阶段。一次热解一般指温度在 550 ℃ 之前，煤塑型状态结束并开始进入半焦的阶段。一次热解产物主要是湿煤的外在水 分、煤的热解水和热解气体（主要是CH4、H2 、CO、CO2、NH3等）以及“一次焦 油”（相对分子质量较大的各种焦油组分），在塑性状态层，大量产出的一次热解 产物其少部分（约占10%-25%），经煤层上升到炉顶空间外，大部分（约占75%90%）经半焦层、焦炭层、焦饼与炉墙间隙到达炉顶空间，这部分气体受高温作用 进一步发生裂解、脱H、缩合等二次热解反应,生成二次热解产物（主要是苯类、H2、
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横管式两段初冷器上段排出的冷凝液经水封槽流入上段 冷凝液槽，用泵将其送初冷器上段循环喷洒，多余部分 送澄清槽或吸煤气管道；下段排出的冷凝液经水封流入 下段冷凝液槽，加入一定量的焦油、氨水后，用泵将其 送入初冷器下段循环喷洒，多余部分放入冷凝液地下槽。
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②无断塔盘横管两段间冷工艺 工艺流程与上述带有断塔盘横管两段间冷工艺基本相同， 只是上段循环水与下段低温水段之间没有断塔盘，上段 煤气冷凝液流至下段。
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Ⅱ.减少冷却水量，提高煤气温度。将煤气入口阀门完全 打开，出口阀口保留一定开度，同时将低温水完全放空， 并减少循环水量，使沉积在换热管管壁上的萘、焦油溶 解。 Ⅲ.控制冷却水的硬度。为避免冷却水水管内结垢，循环 冷却水补充水的水质需进行处理，保证循环水的硬度不 高于10odH（1°dH＝17.85mg/L(CaCO3)）。 随着煤气净化处理能力的增大，国内大型横管冷却器的 冷却面积已达9000m2. 因横管冷却器水管的清扫较为困难,因此对水质有较高的 要求,要求使用经过处理的冷却水。
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为了提高循环喷洒液质量，需要对喷洒液进行更新，更 新量一般约为喷洒液量的5-10%，有的厂达到20%。 无断塔盘横管两段间冷工艺，其循环水段的冷凝液进入 低温水段，可以继续冲洗下段换热管管壁，但下段低温 水用量比带有断塔盘横管两段间冷工艺的用量要多，相 应能耗要高一些。但工艺流程简单。（带有断塔盘的两 段间冷工艺）
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2、国内大型焦炉集气管操作操作一般控制指标
集气管前煤气温度650-750℃，离开集气管后煤气温度 80-85℃，循环氨水温度75-78℃，离开集气管后氨水温 度77-80℃，循环氨水压力不小于0.2MPa，，煤气露点 78-83℃。
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二、煤气在初冷器内的冷却
一次热解产物主要是湿煤的外在水分煤的热解水和热解气体主要是ch等以及一次焦油相对分子质量较大的各种焦油组分在塑性状态层大量产出的一次热解产物其少部分约占1025经煤层上升到炉顶空间外大部分约占7590经半焦层焦炭层焦饼与炉墙间隙到达炉顶空间这部分气体受高温作用进一步发生裂解脱h缩合等二次热解反应生成二次热解产物主要是苯类h2hcnh2s等
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一、荒煤气在集气管的冷却
上升管、桥管和集气管 1--集气管：2--氨水管：3--氨水喷嘴：4--桥管：5--上升管盖：6—上升管：7—水封阀翻板
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1、荒煤气在集气管的冷却过程
荒煤气在桥管和集气管内的冷却，是用约0.2MPa的循 环氨水通过喷头强烈喷洒进行的。当细雾状的氨水与煤 气充分接触时，由于煤气温度很高，湿度又很低，所以 氨水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。 通过上述冷却过程，当喷洒状况较好时，煤气由约 700℃降至80－85℃。 集气管在正常操作时不用冷水喷洒，因为冷水不易蒸发， 冷却效果不好，且由于冷水温度低，集气管底部剧烈冷 却，焦油黏度大，易使集气管堵塞。
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间—直冷工艺
1—气液分离器；2—横管式间接冷却器；3-水封槽；4-冷凝液槽；5—直冷塔；6—冷却器
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1.横管两段间冷工艺
横管两段冷却工艺是采用横管式两段初冷器分别用循环 水和低温（制冷）水间接冷却煤气。在初冷器内，煤气 由上而下与冷却介质逆流和错流流动，煤气在被冷却的 同时，冷凝析出水、焦油和萘。在换热管的冷却表面上 结晶的萘，可被冷凝的焦油不断溶解，从而使煤气得到 初步净化。为进一步洗涤煤气夹带的固体颗粒和提高溶 萘效果，在两段管际空间喷洒焦油或焦油氨水混合物， 经过横管式两段初冷器冷却，煤气中水汽、焦油和萘大 部分被冷凝下来，形成冷凝液，煤气中一部分NH3、 H2S和HCN等也溶解于冷凝液中。初冷后，煤气含萘一 般为0.5-1g/m3,焦油雾2-5 g/m3。
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横管两段间冷又分为带断塔盘和无断塔盘两种工艺
1—气液分离器；2—横管式间接冷却器；3-水封槽；4-冷凝液槽
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①带断塔盘横管两段间冷工艺
来自焦炉80－85℃的煤气，沿吸煤气管道以气液分离器 分离后，进入横管式两段初冷器顶部。上段用循环水 （一般为32℃）冷却，下段用16℃低温水冷却。煤气冷 却至20－21℃后，由横管式两段初冷器下部排出进入电 捕焦油器。在电捕焦油器内，通过高压电场作用，除去 煤气中夹带的焦油雾和尘粒，再由煤气鼓风机压送后序 装置。 为了保证横管式两段初冷器冷却效果，在其顶部用热氨 水不定期冲洗，以清除管壁上的焦油、萘等杂质。 在初冷器上段、下段设有喷洒装置，通过连续的喷洒焦 油氨水混合液，清除沉积在 管壁上的焦油、萘、灰尘 等杂质。