粗苯的回收与制取

根据双膜理论，总吸收系数值可按下列步骤进行计算：
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
气膜吸收系数Kg：
Kg

A Dg de
Remg

prng
m/s
或
K g

Kg
Mb 3600 kg/（m2•h•kPa） 22.4 101.33
液膜吸收系数KL：
KL

A/
DL de
Rm/ eL
pn/ rL
m/h
(6-13) (6-14) (6-15)
△Pm—pg与pL之间的对数平均分压差(吸收推动力)，
kPa。
上式表明所需吸收表面积F与单位时间内所吸收的苯族
烃量W成正比，与吸收推动力
△Pm及吸收系数K成反比，即
F W K Pm
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
目前吸收过程的机理一般仍建立在被吸收组分经稳定 的界面薄膜扩散传递的概念上，即液相与气相之间有相界 面,假定在相界面的两侧，分别存在着不呈湍流的薄膜： 在气相侧的称为气膜，在液相侧的称为液膜。扩散过程的 全部阻力就等于气膜和液膜的阻力之和。
Lmin—理论最小循环洗油量，kg/h；
Pb—纯苯的饱和蒸气压，kPa；
Mm—洗油相对分子质量；
V—不包括苯族烃的入塔煤气体积，m3／h；
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
Байду номын сангаас
P1—入塔煤气压力(绝对压力)，kPa； η—要求达到的苯族烃的实际回收率；
η∞—无限大吸收面积时苯族烃的回收率；

1 a2 1.1a1
式中Mb粗苯的平均相对分子质量。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
将此式代入式（6-4），则得；
pg
0.0224
aP Mb
用洗油吸收苯族烃所得的稀溶液可视为理想溶液，其液
面上粗苯的平衡蒸气压PL可按
拉乌尔定律确定:
pL=P0•x
式中P0—在回收温度下苯族烃的饱和蒸气压，kPa；
x—洗油中粗苯的摩尔分数。
深冷凝结法是把煤气冷却到－40～－50℃，从而使苯族 烃冷凝冷冻成固体，将其从煤气中分离出来。该法中国尚未 采用。
第一节 粗苯的组成、性质和回收方法
吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油。富油的脱苯 按操作压力分为常压水蒸汽蒸馏法和减压蒸馏法。按富 油加热方式又分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉加 热富油的脱苯法。各国多采用管式炉加热富油的常压水 蒸汽蒸馏法。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
由图可见，当吸收温度超过30℃时，随温度的升高， 2 显著增加，η显著下降。因此，吸收温度不宜过高，但也不 宜过低。当低于15℃，洗油的黏度将显著增加，使洗油输 送及其在塔内均匀分布和自由流动都发生困难。当洗油温 度低于10℃时，还可能从油中析出固体沉淀物。因此适宜 的吸收温度为25℃左右，实际操作温度波动于20~30℃之间。
衡蒸汽压pL时，煤气中的苯族烃即被洗油吸收。pg和pL之
间的差值越大，则吸收过程的推动力越大，吸收速率也越
快。
洗油吸收苯族烃过程的极限为气液两相达成平衡，此
时pg=pL，即：
C P
0.0224 a P M b 0
M b C 100 C
Mb
Mm
(6-8)
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
回收率的大小取决于下列因素：煤气和洗油中苯族烃 的含量，吸收温度，洗油循环量及其相对分子质量，洗苯 塔类型和构造，煤气流速及压力等。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
1．吸收温度 吸收温度系指洗苯塔内气液两相接触面的平均温度。 它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度的影响。 吸收温度是通过吸收系数和吸收推动力的变化而影响 粗苯回收率的。提高吸收温度，可使吸收系数略有增加,但 不显著,而吸收推动力 却显著减小。式(6-10)中洗油的相 对分子质量Mm及煤气总压P波动很小，可视为常数。而粗苯 的饱和蒸气压P0 是随温度而变的。将式（6-10）在不同温 度时所求得的ɑ与c的数值用图表示，即得图6-2、图6-3所 示的苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度关系曲线。
质推动力成正比而与其阻力成反比将其用于洗油吸收苯族
烃的速率即：
传质速率
传质推动力 传质阻力
Pm 1
F
写成等式为： 或 W=K•F•△Pm
W K Pm 1 F
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
式中 W—吸收的苯族烃量，kg/h；
F—总吸收面积，m2；
K—总吸收系数，kg/(m2•h•kPa) ；
Cl，C2—贫油和富油中粗苯的质量含量，%。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
由上式可见，增加循环洗油量，则可降低洗油中粗苯 的C2含量，增加吸收推动力，从而可提高粗苯回收率。但 循环洗油量也不宜过大，以免过多地增加电、蒸气的耗量 和冷却水用量。
在塔后煤气含量一定的情况下，随着吸收温度的升高， 所需要的循环洗油量也随之增加。其关系如图6-6所示。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
图6-5 洗油相对分子质量与其 吸收能力的关系（20℃时）
图6-6 循环洗油量与吸收温度的关系
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
实际的循环洗油量可按下述方法确定：
（1）按理论最小量计算确定
式中
Lm in

PbM m V 22.4 P1
kg/h （6-20）
1 、 2—洗苯塔入口煤气和出口煤气中苯族烃的含量，
g/m3。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
回收率是一项重要技术经济指标，当 一定，煤气量 一定时， 愈小，回收率η愈大，粗苯产量愈高，销售收入 也愈多；但相对而言基建投资和运行费用也愈高，最佳的 ɑ2值（或最佳的粗苯回收率），应是纯效益最高。确定最 佳塔后煤气含苯（即ɑ2值）时，需要建立投入产出数学模 型，采用最优化的方法解决。对于已投产的焦化厂粗苯回 收率，则是评价洗苯操作好坏的重要指标，一般为 93%~95%。
粗苯的回收与制取
第一节 粗苯的组成、性质和回收方法 第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃 第三节 煤气的终冷和除萘 第四节 富油脱苯 第五节 富油脱苯主要设备 第六节 洗脱苯工段的主要操作及事故处理
第一节 粗苯的组成、性质和回收方法
固体吸附法是采用具有大量微孔组织和很大 吸收表面 积的活性炭或硅胶作吸附剂，活性炭的吸附表面积为 1000m2/g，硅胶的吸附表面积为450m2/g。用活性炭等吸附 剂吸收煤气中的粗苯。该法在中国曾用于实验室分析测定。 例如煤气中苯含量的测定就是利用这种方法。
煤气中苯族烃得分压pg可根据道尔顿定律计算：
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
pg=P•y
（6－4）
式中 P—煤气的总压力， kPa
y—煤气中苯族烃的体积分数(或摩尔分数)。
通常苯族烃在煤气中的浓度以g/m3表示。若已知苯族
烃在煤气中的浓度为 g/m3，则换算为体积分数得：
y 22.4 a 1000 M b
在最后一个洗苯塔喷头上部设有捕雾层，以捕集煤气 夹带的油滴，减少洗油损失。洗苯塔下部设置的油封管 （也叫U型管）起防止煤气随洗油窜出作用。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
三、影响苯族烃吸收的因素
煤气中的苯族烃在洗苯塔内被吸收的程度称为回收率。 可用下式表示：
1 a2
a1
(6-18)
式中
η 一粗苯回收率，％；
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
图6-2 苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度 ——焦油洗油 -------石油洗油
图6-3 苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度
——焦油洗油 -------石油洗油
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
由图可见，当煤气中苯族烃的含量一定时，温度愈低。
洗油中与其平衡的粗苯含量愈高；温度愈高，洗油中与其
1-洗苯塔；2-新洗油槽；3-贫油槽； 4-贫油泵；5-半富油泵；6-富油泵
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
来自饱和器后的煤气经最终冷却器冷却到25～27℃后 （或从洗氨塔后来的25～28℃煤气），依次通过两个洗苯 塔，塔后煤气中苯族烃含量一般为2～4g/m3。温度为27～ 30℃循环洗油（贫油）用泵送至顺煤气流向最后一个洗苯 塔的顶部，与煤气逆向沿着填料向下喷洒，然后经过油封 管流入塔底接受槽，由此用泵送至下一个洗苯塔。按煤气 流向第一个洗苯塔底流出的含苯量约2%的富油送至脱苯装 置。脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。
A、A′、m、m′、n、n′——常数，针对具体填料和 物系，由实验确定。
H—亨利系数，kPa•m3/kg。 总吸收系数K即可按下式求得：
K

Kg Kg
KL

K

L
kg/(m2．h．kPa)
(6-17)
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
二、吸收苯族烃 的工艺流程
用洗油吸收煤气中 的苯族烃所采用的洗苯 塔虽有多种型式，但工 艺流程基本相同。填料 塔吸收苯族烃的工艺流 程见图6-1 。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
通常洗油中粗苯的含量以C%(质量百分数)表示，换算为
摩尔分数得：
x C/Mb
C 100 C

Mb
Mm
式中 Mm—洗油的相对分子质量。
将此式代入式（6-6），则得：
C P
p
Mb
0
L C 100 C

Mb
M m
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
当煤气中苯族烃的分压pg大于洗油液面上苯族烃的平
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
或
K

L

KL

1 H
kg/（m2•h•kPa）
(6-16)
式中 Reg，ReL——煤气和洗油的雷诺准数；
Prg，PrL——煤气和洗油的普朗特准数；
m2/s；
Dg，DL——苯族烃在煤气和洗油中的扩散系数，
de——填料的当量直径，m；
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
由于石油洗油的相对分子质量比焦油洗油大，因此当 用石油洗油从煤气中吸收同一数量的苯族烃时，所需循环 洗油量要比焦油洗油约大30％。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
但洗油的相对分子质量也不宜过小，否则洗油在吸收 过程中挥发损失较大，并在脱苯蒸馏时不易与粗苯分离。 送往洗苯塔的循环洗油量可根据下式求得：
V

1
2
1000

L(C2
C1)
（6-19）
式中 V—煤气量,m3/h；
L1 ，—洗2—油洗量苯，塔k进g/、h；出口煤气中苯族烃含量，g/m3；
本章重点介绍洗油常压吸收法回收煤气中的苯族烃 和管式炉加热富油的水蒸汽蒸馏法脱苯工艺。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
一、吸收苯族烃的基本原理
洗油的成分中含有甲基萘、联苯、苊、芴、氧芴等组 分，用洗油吸收煤气中的苯族烃是典型的多组分吸收，为 了叙述问题方便，视其为单组分吸收，同时洗油吸收煤气 中苯族烃又是物理吸收过程，服从拉乌尔定律和道尔顿定 律。
平衡的粗苯含量则显著降低。
当入塔贫油含苯量一定时，洗油液面上苯族烃的蒸气
压随吸收温度升高而增高，吸收推动力则随之减小，致使
洗苯塔后煤气中的苯族烃含量（2 塔后损失）增加，粗苯的
回收率η
降低。图6-4表明了η
及
与吸收温度间的关系。
2
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
图 6-4 η 和 2 与吸收温度之间的关系
（6-21）
实际的循环洗油量可取为Lmin的1.5~1.6倍
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
（2）按定额数据计算确定 当装入煤挥发分不超过 28%时，则循环洗油量可取为每吨干装入煤0.5～0.55m3；当 装入煤挥发分不超过28%时，则循环洗油量宜按每立方米煤 气1.6～1.8L确定，此值称为油气比。
洗油中粗苯的浓度很小，式(6-8)可简化为：
C P
0.0224 a P M b 0
Mb
100
Mm
因此，在平衡状态下 与C之间的关系式为：
a 0.446 C M m P0
g/m3
P
或
C 2.24 a P
M m P0
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
洗苯塔常用填料塔，对于填料吸收塔，传质速率与传
为了防止煤气中的水汽冷凝而进入洗油中，操作中洗 油温度应略高于煤气温度。一般规定洗油温度在夏季比煤 气温度高2℃左右，冬季高4℃左右。
第二节 用洗油吸收煤气中的苯族烃
为保证适宜的吸收温度，自硫铵工段来的煤气进洗苯 塔前，应在最终冷却器内冷却至18～28℃，贫油应冷却至 低于30℃。
2．洗油的吸收能力及循环油量 由式(6-11)可见，当其他条件一定时，洗油的相对分 子质量减小将使洗油中粗苯的平衡含量C增大，即吸收能力 提高。同类液体吸收剂的吸收能力与其相对分子质量成反 比，吸收剂与溶质的相对分子质量愈接近，则愈易相互溶 解，吸收的愈完全。在回收等量粗苯的情况下，如洗油的 吸收能力强，使富油的含苯量高，则循环洗油量也可相应 减少。图6-5表明了洗油相对分子质量与其吸收能力的关系。