煤气初冷工艺设计

第一章概述

1.1 煤化工工业发展简史

世界化石能源（包括煤炭、石油、天然气）资源比较丰富，在一次能源消费结构中占90% ，是当今的主要能源。石油、天然气储量分别可供40 年、60 年的需求，非常规的油气资源有可能进一步扩大。而煤炭储量十分丰富，且分布广泛，探明储量可供世界开采200 年。全球化石能源供应前景的不确定因素之一是成本、价格。技术进步和生产效率的提高推动着生产和运输成本的降低，但廉价资源储量枯竭等因素又导致成本和价格提高。预计从2000 年一2020 年，化石能源在一次能源消费结构中，石油将从39% 降至38 ，煤炭将从26% 降至24%，天然气将从23% 提高至27% 。

近几十年来，化石能源在中国一次能源消费结构中占90% 以上。煤炭是中国的主要能源，也是许多重要化工产品的主要原料。随着中国社会经济持续、高速发展，近年来能源、化工产品的需求也出现较高的增长速度，煤化工在中国能源、化工领域中已占有重要地位。中国煤化工的发展对发挥丰富的煤炭资源优势，补充国内油、气资源不足和满足对化工产品的需求，保障能源安全，促进经济的可持续发展，具有现实和长远的意义。新型煤化工在中国正面临新的发展机遇和长远的发展前景。煤炭焦化、煤气化一合成氨一化肥已是中国主要的煤化工产业，随着技术、经济的发展和市场的巨大需求，煤炭焦化、煤气化一甲醇及下游化工产品等将得到快速发展;煤制油（直接液化、间接液化）技术的开发和产业化将受到关注，重点项目建设已启动。

目前和今后较长一段时期，建设大型煤化工工厂正在成为发展趋势，如百万t 级的煤液化工厂，300kt 或以上的合成氨、甲醇工厂，炭化室高度5m 以上的大型炼焦炉等。在大型工厂建设的基础上，规划建成大型煤化工产业基地，如神华煤液化、煤化工产业基地，宁夏宁东能源重化工基地，山东充矿煤化工基地等。在产业基地规划中一般包括有不同煤化工单元工艺，如煤焦化、煤液化、煤基甲醇及下游产品等。以往煤化工工厂的产品以向用户提供

终端产品或其他工业原料（或燃料）为主，如煤气化-合成氨-化肥、煤焦化一焦炭等，目前产品结构向多元化发展，通过煤化工生产可替代石油的发动机燃料或替代燃料和化工产品（如乙烯、丙烯等）逐渐成为重要的产品方向。随着技术进步、市场发展和企业运行机制的变化，煤化工技术集成与

联产在项目规划、设计中得到重视，如煤炭焦化与焦炉煤气发电或制取甲醇联产，煤气化- 合成氨、合成甲醇与热电联产等。煤化工联产的特点是:以成熟单元技术为基

础;以提高能源和资源利用效率、优化产品结构、增强企业经济竞争力、减少污染物排放为目标;产品结构以化工产品或可替代石油的燃料为主、联产发电为辅，生产的电力主要供给工厂自用。建立煤化工生态工业是未来发展趋势通过采用先进技术、不同工艺的集成联产发展大型煤化工，形成产业链的有效延伸和综合利用，提高资源、能源的利用效率，减少污染物排放，规模化集中治理污染，达到环境友好，建立煤化工生态工业。煤化工生态工业的含义是将煤化工与建材、材料、发电、废热利用（包括种植、养殖等）等不同产业的工艺技术集成联

产，形成资源和能源的循环利用系统，使整体系统具有灵活、高效的调整和运行功能，同时不对区域生态环境造成破坏和污染。

中国未来煤化工的发展方向是在传统煤化工稳定发展的同时，加大力度发展可替代石油的洁净能源与化工品的新型煤化工技术，并建成技术先进、大规模、多种工艺集成的新型煤化工企业或产业基地。先进的催化合成技术、分离技术、生物化工技术、节能与环保技术、材料与大型工业装备制造技术等是新型煤化工的发展基础。在引进和吸收工业发达国家先进技术的同时，发展适合国内需求的、具有自主知识产权的新技术和新装备制造能力，是实现跨越式技术发展和产业化持续发展的战略需求。目前，中国新型煤化工总体上还处于发展初期，未来20 年是其技术开发、工业化建设和产业发展的重要时期。

1.2 煤气初步冷却的目的和意义煤气的初步冷却分两步进行：第一步是在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到80-90 C；第二步再在煤气初冷器中冷却。可将煤气冷却到25-65 C。

煤气的初冷，输送及初步净化，是炼焦化学产品回收工艺过程的基础。其操作运行的好坏，不仅对回收工段的操作有影响，而且对焦油蒸馏工段及炼焦炉的操作也有影响。因此，对这部分工艺及设备的研究都很重视。

煤气初冷的目的一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣。

在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750 C,首先经过初冷,

将煤气温度降至25-30 C,粗煤气中所含的大部分水气、焦油气、萘及固体微粒被分离出来，部分硫化氢和氰化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后,体积变小,从而使鼓风机以较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序。煤气经初冷后,温度降低,是保证炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。

第二章鼓风冷凝工艺流程选择

煤气冷凝和煤焦油气，水蒸气的冷凝，可以采用不同形式的冷却器。被冷却的煤气与冷却介质直接接触的冷却器，称为直接混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接冷却；被冷却的煤气与冷却介质分别从固体壁面的两侧流过，煤气将热量传给壁面，再由壁面传给冷却介质的冷却器，称为间壁式冷却器，简称为间接冷却或间接冷却器。由于冷却的器的形式不同，煤气冷却所采取的流程方式不同。

煤气冷却的流程方式可分为间接冷却，直接冷却和间冷- 直冷混合冷却三种。上述三种各有缺点，可根据生产规模，工艺要求几其他条件因地制宜地选择采用。本设计采用的是横管式间冷工艺流程。

2.1 煤气的间接冷却工艺

煤气的间接冷却有立管式和横管式两种，立管式相对于横管式工艺较老，而且本设计也是按横管式间冷设计的，故立管式工艺在此不再多说，下面是横管式间冷工艺。

横管式煤气初冷器冷却，煤气走管间，冷却水走管内。水通道分上下两段，上段用循环

水冷却，下段用制冷水冷却，将煤气温度冷却到22 C以下。横管式初冷器煤气通道一般分上、中、下三段，上段用循环氨水喷洒，中段和下段液量和热负荷的计算可知：上段和中段冷凝液量约占总量的95% ，而下段冷凝液量仅占总量的5%；从上段和中段流至下段的冷凝液由45 C降至30 C的显热，约占总热负荷的60% ;下段冷凝液的冷凝潜热及冷却至30 C的显热，约占总热负荷的20% ；下段喷洒冷凝液的冷却显热，约占总热负荷的20%。由此可见，上段和中段喷洒的氨水和冷凝液全部从下段排出，显著地增加了下段符合。为此推荐如图1 所示的横管式煤气初冷工艺流程。该流程上段和中段冷凝液从隔板经水封自流至氨水分离器。下段冷冷凝液经自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是轻质煤焦油，作为中段和下段喷洒液有利

于洗萘。喷洒液不足时，可补充煤焦油或上段和中段的冷凝液。该流程最突出的特点是横管

式处冷器下段的热负荷显著降低，低温冷却水用量大为减少。