煤化工工艺学第4章第二节.

4.2.5煤气的脱苯和萘
在生产硫铵的回收工艺中，饱和器后的煤气温度通常为 55℃ 左右，而回收苯族烃的适宜温度为25℃左右，因此， 在回收苯族烃之前煤气要再次进行冷却，称为最终冷却。在 终冷前煤气含萘约1~2g/m3，大大超过终冷温度下的饱和含 萘量。因此，煤气经过终冷同时脱除萘，然后进入洗苯塔， 通过洗油和煤气的逆向接触吸收煤气中的苯族烃，出塔后煤 气中苯族烃含量一般为2～4g/m3。 为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如 下性能： （1）常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使苯 族烃很好地分离出来; （2）具有化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定; （3）在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物; （4）易与水分离，且不生成乳化物; （5）有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。
直混合冷却3种。其中间接冷却采用管壳式冷却器，
有直管式和横管式2种，管间走煤气，管内走冷却水。
直接冷却又分为水冷式和空冷式2种。
4.2.2.1 间接初冷工艺流程
荒煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主
管进入气液分离器，煤气与氨水、焦油、焦油渣
等在此分离。分离后的煤气进入数台并联立管式
间接冷却器，随着煤气的初步冷却，煤气中绝大
4.2.2.3 间直混合初冷工艺流程
自吸煤气主管来的温度为82℃左右的荒煤气几乎是被水 蒸汽所饱和的。水蒸汽热焓约占煤气总热焓的94%，故煤气
在高温阶段冷却所放出的热量绝大部分为水蒸汽的冷凝热，
因而传热系数较高，即冷却效率较高。同时萘在温度较高 时（＞52℃）不会凝结，以免造成设备堵塞。所以煤气高 温冷却阶段宜采用间接管式冷却，温度降至55℃左右。在 低温冷却阶段，煤气中水蒸汽含量已大大减少，煤气层将
4.2 焦炉煤气的净化
从焦炉的上升管出来的荒煤气温度为650～800℃，荒
煤气中含有焦油、苯族烃、水蒸汽、氨、硫化氢、氰化氢、 萘等物质，他们以气态形式存在。为了净化焦炉煤气，需 要回收这些物质，首先应将焦炉煤气冷却。原因是：（1） 在较低的温度（25～35℃）下化学产品的回收率高；（2） 降低温度使大量水蒸汽冷凝，减小煤气的体积，从而减小 煤气管道，减小输送鼓风机的负荷和功率；（3）水蒸汽、
中交换热量的90%为煤气中水汽冷凝放出的热量。
初冷器后的粗煤气质量少了2/3，而容积少了3/5倍，
从而减少了继续输送的能耗。
表 4-6 初冷器参数
项目 冷却表面积/m
2
立管式 2100 10000 185
横管式 2950 20000 215
煤气处理量/(m3/h) 传热系数 [W/(m •K)]
2
鼓风机位置的选择一般应考虑：
（1）处于负压下操作的设备及煤气管道应
尽量少。 （2）吸入的煤气体积应尽量少。 因此，鼓风机一般都设置在煤气初冷器后 面。有的焦化厂将油洗萘塔及电捕焦油器设置 在鼓风机前，可以防止鼓风机堵塞。全负压输 送煤气的化学产品回收工艺见4.2.1.2。
煤气输送大厂用离心式鼓风机（图 4-9） ，小厂用罗茨鼓风机（图 4-10） 。借助鼓风机将 煤气由焦炉吸出， 经过管道和回收设备到达用户。 焦化厂生产送出的煤气出口压力应达到 4～ 6 kPa。 鼓风机前最大负压为-5～-4 kPa 机后压力为 20～30kPa。 现代使用的鼓风机总压头为 30～36 kPa。 大的离心式鼓风机能力可达 72000 m /h，小的为 9000 m /h， 每分钟转数为 3000～5000 转。一般 4 座焦炉用 3 台鼓风机，2 台 操作，1 台备用。可用蒸汽透平，也可用电动机传动。一般 3 台鼓 风机中，2 台电动，1 台用蒸汽透平，以备断电时操作。蒸汽透平 背压操作，出口蒸汽压力为 0.49～0.88 MPa，此蒸汽还可用于工 艺生产和采暖。
4.2.3 煤气的输送
煤气由炭化室出来，经集气管、吸气管、冷却器 及化学产品回收装置直到煤气柜，途中要经过很长的 管道及各种设备。为了克服这些设备和管道的阻力， 并保持足够的剩余煤气压力，需要设置煤气鼓风机。 同时，通过考虑工艺要求、输送阻力等来确定工艺流 程及设备选型，以减少鼓风机的动力消耗。
图4-9 离心鼓风机
初冷器入口粗煤气含有水汽量约有50%（体积分
数）或65%（质量分数）。这些水来自煤带入水分约
为60～80 kg/t；煤热解生成水约为20～30 kg/t以
及集气管蒸发水汽约180～200 kg/t。在初冷器中冷
却冷凝水量可达92%～95%，初冷器后煤气被水汽饱
和，其水汽含量按装炉煤计为10～15 kg/初冷器
萘、焦油等大部分物质在低温冷凝为液体，可减少对回收
设备、管道的堵塞和腐蚀，有利于提高硫铵的质量和减少
对循环洗油质量的影响。
为了使荒煤气冷却并冷凝出焦油，
通常分两步进行，首先在桥管和集气管
中用大量的70～75℃循环氨水进行喷 洒，将煤气冷却到80～85℃；然后在 煤气初冷器中进一步冷却到25～40℃ （生产硫铵工艺）或低于25℃（生产 浓氨水系统）。
氨的吸收剂应满足如下要求： （1）对氨的吸收能力大，使吸氨的循环 液量少和吸氨后的煤气中剩余的氨量少，且 在解吸时氨又能很容易地释放出来，残留在 溶液中的氨量少。 （2）能从煤气中选择性地吸收氨，而很 少吸收其他物质。 （3）吸收液具有不挥发性。 （4）吸收液的市场价格便宜。 氨吸收器根据工艺的差异分别有：饱和器、 空喷酸洗塔、空喷洗氨塔、木格洗氨塔和氨 吸收塔。
脱氨和吡啶，脱苯族烃，脱硫的工艺顺序可以因地制宜，随需求而
定。无论是那一种工艺，氨和吡啶的脱除都是必须的工艺过程。本 文以先脱氨和吡啶，再脱苯族烃，然后脱硫的工艺顺序编排。 从电捕焦油器来的煤气进入一个氨吸收器，煤气通过与吸收 器里的吸收剂逆向接触实现对煤气中的氨和吡啶的吸收，然后煤气
出氨吸收器成为脱氨和吡啶的煤气。
+
热交换系数比水的低50%，而单位热容 比水的低75%。此外，空气冷却还有风机工 作噪声大、受气候与间接冷却相比，直接 冷却具有以下优点： （1）洗涤效果好，能除去煤气中大部分 的焦油、萘、氨、硫化氢、氰化氢。 （2）处理能力大、冷却效率高、煤气压 力损失小、不易堵塞。 （3）金属材料用量少、设备投资少、操 作简单。
同时存在的缺点是：工艺流程复杂、 动力消耗大、循环氨水冷却器易堵塞。 煤气初冷用冷却水量较大，每1000 m3煤气用水量为17～22 m3。使用空气作 为冷却介质，可减少60%～70%循环水和 新鲜工业水等。但空气冷却的条件的制 约和调节最终温度困难等问题。在实际 中采用空气冷却和水冷却两段方法，可 减少用水量。
图4-5 荒煤气在集气管中的冷却图 1－上升管； 2－桥管； 3－蒸汽喷嘴；
4－氨水喷嘴； 5－氨水管； 6－集气管；
冷却喷洒氨水量大是由于出炉的荒煤气温 度比较高所致，荒煤气与喷洒氨水之间的蒸发
换热，是在形成的水滴表面上进行的。桥管和
集气管喷嘴所处的几何空间小，水滴与粗煤气
接触时间短，故换热表面积小，冷却效率低。
表4-6中显示初冷器传热系数值比较大，是由 于水汽冷凝传热所致。横管式传热系数大于立管式 的，不仅是由于管内水流速度大，而且是横管冷凝 液膜流动条件适宜。横管式或倾斜管式冷却器，管 子可被焦油洗涤，此外上部管子冷凝的焦油可以洗 涤所有管子，它减少了萘的沉积，有利传热。 管式冷却器的缺点是耗用金属材料量大，还必 须清管内水垢，故现今又重新采用直接冷却器，即 煤气与冷却水直接接触，它的金属材料用量少，节 省投资。此外，直接冷却水洗，除了冷却，还有洗 涤煤气的作用。
在初冷器中焦油也冷凝下来，特别是含于其中的 萘，萘的沸点与焦油中其他组分相比是较低的，为 218℃；熔点高，为80℃；并能升化，形成雾状和尘 粒（悬浮于气体中的萘晶粒） 因此，煤气在冷却管的表面上有萘结晶析出，导 致传热系数降低。此外，在导管中能形成堵塞物。为 了防止萘于管道和设备中凝结，应充分脱除焦油和萘。 因此，初冷器的操作将影响煤气输送和回收车间的后 续工艺制度，特别是对氨回收部分。 煤气冷却采用管壳式冷却器，有立管式和横管式 （参数见表4-6）。管间走煤气，管内走冷却水。冷 却水出口温度为40～45℃，然后送去水冷却塔.
4.2.2.2 直接初冷工艺流程
煤气直接初冷工艺是在直接冷却器内， 由煤气和冷却水直接接触传热而完成的。工 艺流程见图4-7。由吸煤气主管来的82℃左右 的荒煤气，经气液分离器进入并联的直接式 木格填料初冷器，用氨水喷洒冷却到28℃， 然后由鼓风机送至电捕焦油器除去焦油雾， 再送至下一工序。
1一气液分离器；2一焦油盒；3、4一直接式煤气初冷器； 5一罗 茨鼓风机；6一除焦油器；7一水封槽 ; 8一焦油泵；9一焦炉循环 氨水泵； 10一焦炉循环氨水澄清池；11一焦油槽；12一焦油池； 1 3一焦油泵；1 4一初冷循环氨水澄清池；15一初冷循环氨水冷却 器；1 6一初冷循环氨水泵；17一剩余氨水泵
部分的焦油气、水蒸汽和萘在初冷器中被冷凝。
煤气中一定数量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化
氢及其它组分则溶解与冷凝液中，形成冷凝氨水
（见图4-6）。
图4-6 煤气间接初冷工艺流程 1一气液分离器；2一煤气初冷器；3一煤气鼓风机；4一电捕焦油器；5一冷凝液 槽；6一冷凝液液下泵；7一鼓风机水封槽；8一电捕焦油器水封槽；9一机械化 氨水澄清槽； 10一氨水中间槽； 11一事故氨水槽；12一循环氨水泵；13一焦 油泵；1 4一焦油贮槽；15一焦油中间槽；1 6一初冷冷凝液中间槽；17一冷凝 液泵
3 3
煤气鼓风机的正常操作是焦化厂生产的关键，所以必须精心 操纵和维护。机体下部凝结的焦油和水要及时排出。
4.2.4 煤气的脱氨和吡啶
煤气从鼓风机出来经过电捕焦油器除去剩余的焦油后，煤气
中还含有氨、吡啶、苯族烃、硫化物、氰化物等物质。在煤气的净 化过程中需要脱除这些物质，根据不同的焦化厂的生产目的不同，
4.2.1 荒煤气在集气管中的冷却