年产10万吨煤焦油蒸馏工艺初步设计

河北联合大学轻工学院 本科生毕业设计 设计开题报告 本科生毕业设蒸馏工段的初步设计
学 专 班 姓 学
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指导教 指导教师：
2012 年 月
日
题
目
年处理（）万吨焦油蒸馏工段的初步设计
来源
工程实践
1、研究目的和意义 我国煤化工的支柱仍然是焦化，伴着钢铁的发展进程，迫切需要对其他炼焦化学产品进行回 收利用。生产附加值更高的产品。煤焦油是煤在干馏和汽化过程中获得的液体产品，焦油里含有 许多可利用的组分，因为焦油各组分的性质有差别，但性质相近的组分较多。为从煤焦油中分离 加工出高附加值的产品，需要先采用焦油蒸馏方法切取各种馏分，使酚、萘、蒽等预提取的单组 分产品浓缩集中到相应的馏分中去，在进一步利用物理的和化学的方法分离制得产品 。 在当前原油价格大幅上涨的背景下， 石油化工原料成本不断攀高， 石化产品竞争力大大削弱， “高油价时代”的到来， 为长期处于竞争劣势的煤化工业提供了一个千载难逢的发展机遇。 在晋、 陕、 内蒙古等地， 煤化产业作为传统煤化工的一个组成部分， 煤焦油加工产业迎来良好发展机遇。 煤焦油是一芳香烃为主的有机混合物，含有 1 万多种化合物，可提取的约 200 种，目前，有利用 价值并且可提取并经济合理的约 50 种，其深加工所获得的轻油、酚、萘、洗油、蒽、咔唑、吲 哚、沥青等系列产品是合成塑料、合成纤维、农药、染料、医药、涂料、助剂及精细化工产品的 基础原料，也是冶金、合成、建设、纺织、造纸、交通等行业的基本原料，许多产品是石油化工 中得不到的，因此，煤焦深油加工可促进这些行业的发展。并且提高资源利用率，有利于环境保 护，发展循环经济。 煤焦油是一个组分上万种的复杂混合物，目前已从中分离并认定的单种化合物约 500 余种， 约占煤焦油总量的 55％，其中包括苯、二甲苯、萘等 174 种中性组分；酚、甲酚等 63 种酸性组 分和 113 种碱性组分。煤焦油中的很多化合物是塑料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国 防工业的贵重原料，也有一部分多环烃化合物是石油化工所不能生产和替代的 。 2、国内外发展情况(文献综述) 煤焦油蒸馏是焦油加工的龙头，其技术水平影响着焦油馏份的质量，并对焦油馏份的后续加 工工艺的选择有着较大影响。目前国内外成熟的煤焦油蒸馏工艺流程较多，就蒸馏塔的操作压力 而言，可分为常压蒸馏、常减压蒸馏和减压蒸馏三大类；按蒸馏塔的数量可分为一塔式、二塔式 和多塔式。目前国内焦化企业大都采用常压单塔流程，这种流程投资低，易操作，比较适合中小 规模的焦油蒸馏装置，但馏份切割较粗。国外大型煤焦油加工企业，大都采用常减压流程，特点 是：各馏份切取较精细，如萘油馏份中萘的集中度可达 95%以上，洗油馏份中含萘量较低；由于 馏份分割较细，有利于馏份的后续加工和提高产品的提取率。 1.1 常压蒸馏工艺
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萘也可以用于生产农药、炸药、植物生长激素、橡胶及塑料的防老化剂等，还可以制成民用卫生 球用于驱虫。 （2）酚及同系物 酚及其同系物都是焦油的酸性产物，可用于生产合成纤维、工程塑料、
农药、医药、染料中间体及炸药等。 （3）蒽 种油漆。 （4）沥青 沥青适用于作为石墨电极和铝用炭素制品的黏结剂。是优质的浸渍剂沥青，也 蒽主要用于制蒽醌染料，还可以用于制合成鞣剂、增塑剂、聚氯乙烯稳定剂及各
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萘油和 蒽 油 馏 分 直 接 作为 产 品 。 洗 油 馏 分 进入 洗 油 塔进一步蒸馏脱出其 中的萘组分生产低萘洗油， 洗油塔为减压操作。 馏分塔底重油馏分首先进入洗油塔重沸器加热， 提供洗油蒸馏的热量， 然后一部分进入加热炉加热后， 再作为热源返回馏分塔底， 另一部分 作为产品采出
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后， 一部分循环入塔提供蒸馏所需热量， 另一部分进入沥青塔， 沥青塔底通入过热蒸汽， 汽 提调整软化点后作为产品外送。预蒸馏塔顶采出的油气被喷洒的氨水急冷后进入急冷塔， 急冷 塔顶的轻油油气经冷凝冷却、 油水分离后， 部分轻油作为回流， 其余作为产品。 塔底的宽馏 分油经油水分离后进入洗涤塔顶部， 洗涤塔带有搅拌装置， 塔底通入稀碱液， 与宽馏分中的 铵盐发生中和反应， 以脱除焦油带入的铵盐 。中和后的宽馏分由泵送入馏分塔， 馏分塔为减 压蒸馏。 塔顶油气在分缩器内全部冷凝， 一部分作为回流， 其余部分作为酚油产品采出。 馏 分塔自上而下从侧线依次采出萘油、 洗油和蒽油馏分。
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1---管式炉；2---一次蒸发器；3---二次蒸发器；4---馏分塔； 5---油水分离； 6---回流槽；7---循环槽；8---满流槽 图 1 —塔式连续蒸馏工艺流程图 焦油精制产品（无水煤焦油）产率%：轻油:0.5-1.5； 重质轻油:1.0-2.5；粗酚:1.0-2.0； 洗油:6.0-7.5；工业萘: 7.5-9.0 ；蒽油: 20-25；中温沥青:52-58；改质沥青:50-52。 塔顶温度在 110℃以下分馏出水分;塔顶温度在 110℃～200℃之间为轻油;塔顶温度在 200℃～230℃之间为萘油: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℃。 剩余为煤焦 沥青。 5、方案的可行性分析
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由于一塔式焦油蒸馏流程不单独设蒽塔，因此与两塔式流程相比具有以下优点： (1)投资费用较少，占地面积小； (2)操作简单，易于稳定； (3)耗热能少，与两塔式流程相比可减少约 10％；\ (4)采用了较好的塔板结构和钟罩形泡罩，鼓泡线长度大，塔板效率高 (5)二次蒸发器顶部采用一蒽油打回流，不易发生堵塞。 鉴于常压塔的优点，最终选用常压—塔式连续蒸馏工艺进行设计。 6、该设计的创新之处 一塔式简单，投资少、有利于提高萘馏分。多塔式操作复杂。一塔式的二段蒸发器改由两部 分组成，下部是蒸发段供一次汽化和分离馏分及沥青之用，沥青由底部排出。油气上升进入上部 精馏段， 器顶用一蒽油馏分回流， 在精馏段下部侧线切取二蒽油馏分， 油气由顶部导入馏分塔 7、设计产品的主要用途和应用领域： 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 萘多用于来制造邻苯二甲酸，供生产树脂、工程塑料、染料、油漆及医药等用，
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常压蒸馏是近年来国内普遍采用的焦油蒸馏工艺， 工艺流程见图 1。原料焦油在管式炉对 流段加热后进入一段蒸发器内闪蒸， 顶部脱出水和部分轻油， 底部无水焦油由二段焦油泵送入 管式炉辐射段加热后， 进入二段蒸发器。 二段蒸发器底部分离出中温沥青， 侧线切取二蒽油 馏分， 顶部用一蒽油回流。 蒸发器顶部逸出的馏分蒸汽进入馏分塔内进一步分离。
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艺，完成年处理 18 万吨焦油蒸馏工艺的初步设计，生产出一蒽油、二蒽油、洗油、萘油、酚油、 轻油、沥青等合格产品 。 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等） ： 常压—塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程： 原料煤焦油经静止脱水后用一段柱塞泵打入管式炉对 流段加热, 在泵前加质量分数为 8-12%的 Na2CO3 溶液脱盐,再对流管式炉内一段煤焦油加热到 120～130℃后,进入Ⅰ系统Ⅰ段蒸发器脱水,器顶蒸出一次轻油,经冷凝冷却后进入一次轻油分离 器,分离出的废水进入油库废水池,分离出的一次轻油流入贮槽, 器底流入无水焦油槽的为含水 在 0.5%以下的无水焦油,分离出的无水焦油通过Ⅰ系统Ⅱ段泵送入管式炉辐射段加热至 300～ 400℃后进入Ⅰ系统Ⅱ段蒸发器,器底排除中温沥青,器顶蒸汽进入Ⅰ系统Ⅱ段馏分塔, 在馏分塔 底排出蒽油, 经冷却后进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分, 经冷却后进入各自的贮槽,馏分 塔塔顶蒸出二次轻油,经冷凝冷却后入油水分离器分离出的废水进入油库废水池,分离出的二次 轻油一部分回流,回流量约为无水焦油量的 40%,另一部分产品入贮槽销售。从无水焦油槽另一部 分进入Ⅱ系统Ⅱ段蒸发器和馏分塔,流程同Ⅰ系统Ⅱ段 。 —塔式连续蒸馏工艺流程如图 1 所示：
馏分塔顶采出轻油馏分， 侧线由上至下依次切取酚油、 萘油、 洗油和一蒽油馏分， 酚油、 萘油和洗油馏分也可作为三混油馏分一起采出。 馏分塔顶部用轻油回流， 以控制塔顶温度。 为 了降低蒸馏温度， 二段蒸发器和馏分塔底部通入过热蒸汽。 常压蒸馏工艺的优点是： ①工艺流程短， 控制简便， 易于操作， 在国内有很多成熟的生 产经验；②对设备要求低于减压流程和常减压流程； ③基建投资低， 设备维护量较少。 缺点是常压蒸馏煤气耗量较 高 。 由 于 多 个 馏 分的分 离 是 在 同 1 个 塔 内 完 成， 蒸馏所需热量由管式炉提供， 单套装置处理能力较低， 处理 无水焦油最 多 20 万 t/a。 而 且 通 入 的直接蒸汽经过油水分离后变成含酚废水， 增加了水污染 。 1.2 减压蒸馏工艺 蒸馏过程由脱水和馏分蒸馏组成。 在常压下脱水， 然后无水焦油在馏分塔内进行减压蒸馏。 宝钢化工公司、 济钢焦化厂、 梅钢焦化厂均采用此种工艺。 减压蒸馏工艺流程见图 2。
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原料焦油经蒸汽预热后进入预脱水塔， 塔顶脱出 大 部分 水和 少 量 轻 油 ， 塔 底 的 焦 油 自 流 入 脱水塔。 脱水塔顶部用轻油回流以控制轻油质量， 底部由重沸器进行循环加 热以提供蒸馏所需热量， 重沸器 以 高 压 蒸 汽 为 热 源 。 脱水 塔 顶 馏 出 轻 油 馏 分 和水， 塔底无水焦油经过管式炉加热后进入主蒸馏塔下 部 。 主 蒸馏 塔 为 减 压 操 作 ， 塔 顶 馏 出 酚 油 馏 分 ， 侧线自上而下分别切取萘油、 洗油和蒽油馏分， 塔底采出软沥青， 主蒸馏塔顶用酚油馏分回流。 减压蒸馏工艺优点是： ①煤气消耗量少； ②由于蒸馏是负压操作， 降低了蒸馏温度， 减少了管式炉结焦； ③减压操作可改善操作环境， 有利于环境保护。 缺点是： ①由于无水焦油需要在单塔内分离成多个馏分， 各馏分之间分离不够精细， 导 致高附加 值 产 品 流 失 ； ②减 压 蒸 馏 增 加 了 1 套 真 空 装 置 ，对 设备及 操 作 要求 严 格 ， 基建 投 资 高 于 常 压 蒸馏 ，真 空 系 统 有 腐 蚀 现 象 ； ③软 沥 青 产 品 直 接 销 售 时 ，由于其软化点低， 需液态运输， 销路有限。 如果进一步加工生产中 温沥青， 则需增加设备投资和运行成本。 常压蒸馏所需热量也由 1 台管式炉提供， 单套装置 处理无水焦油 10～20 万 t/a 。 1.3 常减压蒸馏工艺 蒸馏过程分为脱水、 常压蒸馏和减压蒸馏 3 个过程。 脱水在常压下进行， 馏分根据沸 点和产量不同进行常压和减压蒸馏。30 万 t/a 焦油蒸馏装置工艺流程见图 3。原料焦油预热后 进入脱水塔， 塔顶脱出焦油中的部分水和轻油， 塔底无水焦油一部分送入重沸器进行循环加热 后向脱水塔底供热， 另一部分由无水焦油泵抽出送至预蒸馏塔前， 与沥青加热炉出口热沥青混 合后进入预蒸馏塔。预蒸馏塔为常压蒸馏， 塔顶油气在分缩器内全部冷凝， 一部分作为回流， 其余部分采出进入下一单元。 预蒸馏塔侧线切取重油馏分， 塔底沥青由泵送入沥青加热炉加热