10第一章煤气的初冷、输送及初步净化

2、煤气露点与煤气中水汽含量的关系
Dew point: The temperature at which air becomes
saturated and produces dew.
煤气的露点与煤气水分含量的关系如图所示。
煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有 关：煤气的水分、进集气管前煤气的温度、循环氨 水量和进出口温度以及氨水喷洒效果等，其中以煤 料水分影响最大。
对不同型式的炼焦炉所需的循环氨水量也有所 不同，按经验确定的定额数值为：单集气管焦炉 需氨水5m3 /t（干煤）；双集气管焦炉需循环氨水 6m3 /t（干煤）。
集气管技术操作的主要数据如下：
集气管前煤气温度，℃
650～750
离开集气管的煤气温度，℃
82～86
循环氨水温度，℃
72～78
离开集气管氨水温度，℃
2、煤气的初步冷却分两步进行： 第一步：在集气管及桥管中用大量循环氨水
喷洒，使煤气冷却到82～86℃ ； 第二步：在煤气初冷器中冷却到25～35℃
（生产硫铵系统）或低于25℃ （生产氨水系统）。
3、典型工艺流程 1）正压系统
2）负压系统
第一节 煤气的初冷
一、煤气在集气管内的冷却 1、煤气在集气管内冷却的机理
1.471~1.961
0.490~1.981 0.490~1.471 2.452~4.413
2.942~3.923 0.2942~0.490
0.981~1.961 0.4981~0.981
0.0981~0.392
0.1961~0.7845 1.765~0.77845
3.923~4.903 10.689~15.691
被电极吸引而从气体中除去。
电场分布如图1-17所示。电捕焦油器采 用如图（b）的电场。金属园管为正极（沉 淀极）、中心的钢丝为负极（电晕极）。 两极间加以50000V的工作电压，当煤气通 过时，负极放电，使焦油雾粒子带电而向 正极（管壁）运动，撞击管壁而沉积下来， 放电后转为中性，焦油雾得以脱除。
一、电捕焦油器的工作原理
根据板状电容的物理原理，如在两金属板间 维持一很强的电场，使含有尘灰或雾滴的气体通 过其间，气体分子发生电离，生成带有正电荷或 负电荷的离子，于是正离子向阴极移动，负离子 向阳极移动。当电位差很高是，具有很大速度 （超过临界速度）和动能的离子和电子与中性分 子碰撞而产生新的离子（即发生碰撞电离），使 两极间大量气体分子发生电离作用。离子与雾滴 的质点相遇而附于其上，使质点带有电荷，即可
表1-1 煤焦油质量标准
指标名称 密度(20℃), 水 分，% 灰 分，% 游离碳，% 粘 度，E80
kg/l 不大于 不大于 不大于 不大于
指 一级品 1.12~1.20
4 0.15 6.0 5.0
标 二级品 1.13~1.22 4 0.5 10.0 5.0
二、澄清分离设备
如图1-10所示，在采用氨水混合流程时， 由于焦油的密度较小，在保持槽内焦 油温度为70～80℃和焦油层高度为 1.5～1.8m的情况下，焦油渣沉降分离 需分两步：第一步为氨水分离；第二 步为焦油脱水和细粒固体物质的分离。
第四节 炼焦煤气中焦油雾的清除
出炭化室煤气含焦油雾约80~120g/m3，离开集 气管约30~50 g/m3，初冷器后煤气中焦油雾的含量 一般为2～5g/m3（立管初冷器）或1.0～2.5 g/m3（ 横管冷却器后或直接冷却塔后）。煤气中焦油雾 需较彻底地清除，否则对化产回收操作影响严重 。化产回收工艺要求煤气中所含焦油量最好低于 0.02 g/m3 ，从焦油雾滴的大小及所要求的净化程 度来看，采用电捕焦油器最为经济可靠。
150~200 100~150
50~150 300~500
300~400 30~50 550~650
50~100 80~120
150~200
150~200 400~500 1710~2220
1.471~1.961 0.981~1.471
0.490~1.471 2.942~4.903
2.942~3.923 0.2942~0.490 5.394~6.374
第一章
煤气的初冷、输送及初步净化
本章内容
第一节 煤气的初冷 第二节 焦油氨水的分离 第三节 煤气的输送及鼓风机 第四节 炼焦煤气中焦油雾的清除 第五节 炼焦煤气中萘的清除 安排：2学时
第一章 煤气的初冷、输送及初步净化
概述: 焦炉煤气为什么要进行初冷和初步净化？ 1) 从煤气中回收化学产品时，要在较低的温度下(25～35℃)
三、分离方法和流程
大中型焦化厂一般采用图1-2及图1-5所示的焦 油氨水分离流程。近年来，为改善焦油脱渣，改 善焦油质量，在生产中，以机械化焦油氨水澄清 槽和离心分离相结合的方法得到广泛应用。其工 艺流程如图1-11所示：
第三节 煤气的输送及鼓风机
一、煤气输送系统
煤气由炭化室出来经集气管、吸气管、冷却及回收设 备直到煤气贮罐或送回焦炉，要通过很长的管道及各种 设备。为了克服这些设备和管道阻力及保持足够的煤气 剩余压力，需设置煤气鼓风机。同时，在确定化产回收 工艺流程及所用设备时，除考虑工艺要求外，还应该使 整个系统煤气输送阻力尽可能小，以减少鼓风机的动力 消耗。
热量分配： 氨水升温（显热）： 10~15% 氨水汽化（潜热）： 75~80% 集气管散热：10%
温度下降： 650~750℃降到82~86 ℃
分离： 60%焦油
冷却极限： ＞露点1~3 ℃
通过上述冷却过程，煤气温度由650～ 750℃降至82～86℃，同时有60%左右的焦 油气冷凝下来。
实际生产上，煤气温度可冷却至高于其 最后达到的露点温度1～3℃ 。
几个概念：
集合温度——从各台初冷器出来的煤气温度是有差 别的，汇集一起后的煤气温度称为集合温度。
在生产硫铵系统中，要求集合温度低于35℃；
在生产浓氨水系统中，则要求集合温度低于25℃
冷凝液——冷凝焦油和冷凝氨水的混合液称为冷凝 液。
轻质焦油——由冷凝液分离出来的焦油称为轻质焦 油。
2、间冷直冷结合的煤气初冷
煤气的直接初冷，是在直接初冷塔内，由煤气和冷 却水（经冷却后的氨水焦油混合液）直接接触传热而完 成的。此法不仅冷却了煤气，且具有净化煤气效果好、 冷却效率较高及煤气阻力小等优点。如图1-5所示，由集 气管来的82℃左右的煤气经气、液分离后，进入横管式 间接冷却器被冷却到50～55℃，再进入直冷空喷塔冷却 到25～35℃，在直冷空喷塔内，煤气由下向上流动，与 分两段喷淋下来的氨水焦油混合液密切接触而得到冷却。
0.4905~0.981 0.7845~1.177
1.471~1.961
1.471~1.961 3.923~4.903 16.769~21.77
150~200
50~100 50~150 250~450
300~400 30~50
100~200 50~100
10~40
20~80 180~230
400~500 1090-1600
冷却过程如图所示。 煤气在桥管和集气管内的冷却，是用表压为147～ 196kPa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 高而湿度又很低，故煤气放出大量显热，氨水大量蒸发， 快速进行着传热和传质过程。 传热过程取决于煤气与氨水的温度差，所传递的热量 为显热，约占煤气冷却所放出总热量的10～15%。 传质过程的推动力是循环氨水液面上的水汽分压与煤 气中水汽分压之差，氨水部分蒸发，煤气温度急剧降低， 以供给氨水蒸发所需的潜热，此部分热量约占煤气冷却所 放出总热量的75%～80%。 另有约占所放出总热量10%的热量由集气管表面散失。
才能保证较高的回收率； 2）含有大量水汽的高温煤气体积大（例如由附表20℃时1m3
干煤气，在80℃经水汽饱和后的体积为2.429 m3，而在 25℃经水汽饱和的体积为1.126 m3，前者比后者大1.16 倍），显然所需输送煤气管道直径，鼓风机的输送能力 和功率均增大，这是不经济的；
3）在煤气冷却过程中，不但有水汽冷凝，且大部分 焦油和萘也被分离出来，部分硫化物、氰化物等 腐蚀性介质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备 及管道的堵塞和腐蚀。
1、煤气的输送系统及其阻力
煤气输送系统的阻力，因回收工艺流程及所用设备的 不同而有较大差异，同时也因煤气净化程度的不同及是否 有堵塞情况而用较大波动。现就大型焦化厂两种流程情况 比较介绍如表1-2。
吸入方（机前）为负压，压出方为正压，鼓风机后压 力与机前压力差为鼓风机的总压头。
上述系统Ⅰ为目前国内有些大型焦化厂所采用的较为 典型的生产硫氨的工艺系统，鼓风机所应具有的总压头为 19.61～25.50kPa（2000～2600mm水柱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。系统Ⅱ同样是 生产硫氨的回收系统（脱硫工序可设于氨回收工序之前）， 由于多采用空喷塔式设备，鼓风机所需总压头仅需13.24～ 20.10kPa（1350～2050mm水柱）。可以显著降低动力费 用。
阻力项目
Ⅰ
mm水柱
kPa
Ⅱ
mm水柱
kPa
鼓风机机前的阻力（吸入方）
集气管到鼓风机的煤气管道 煤气初冷：（1）并联立管 （2）横管间冷及空喷直冷 煤气开闭器 合计 鼓风机后的阻力（压出方） 鼓风机到煤气贮罐煤气管道
电捕焦油器 氨回收：（1）鼓泡式饱和器 （2）空喷式酸洗塔 油洗萘塔 煤气最终冷却器（1）隔板式 （2）空喷式 洗苯塔（1）填料式（2~3台 （2）空喷式（2台） 脱硫塔（1）特拉雷特填料 （2）木格填料 剩余煤气压力 合计
74～80
煤气露点，℃
80～83
循环氨水量，m3 /t干煤
5～6
蒸发的氨水量，%（占循环氨水量） 2～3
冷凝焦油量，%（占煤气中焦油量） ～60
二、煤气初冷工艺流程
1、煤气的间接冷却
图1-2所示为煤气间接初冷工艺流程。 焦炉煤气与喷洒氨水、冷凝焦油等沿吸煤气主管首先进 入气液分离器，煤气与焦油、氨水、焦油渣等在此分离。 分离下来的焦油、氨水和焦油渣一起进入焦油氨水澄清槽 ，经过澄清分为三层：上层为氨水；中层为焦油；下层为 焦油渣。沉淀下来的焦油渣由刮板输送机连续刮送至漏斗 处排出槽外。焦油则通过液面调节器流至焦油中间槽，由 此泵往焦油贮槽，经初步脱水后泵往焦油车间。氨水由澄 清槽上部满流至氨水中间槽，再用循环氨水泵送回焦炉集 气管以冷却荒煤气。这部分氨水称为循环氨水。
三、煤气冷却设备
1、立管式间接冷却器 2、横管式间接冷却器
第二节 焦油氨水的分离
一、焦油氨水混合物的性质及分离要求
在用循环水于集气管内喷洒荒煤气时，约60%的焦油冷凝下来，这种 集气管焦油是重质焦油，其相对密度为（20℃）为1.22左右，粘度较大， 其中混有一定量的焦油渣，焦油渣内含有煤尘、焦粉、炭化室顶部热解产 生的游离碳及清扫上升管和集气管所带入的多孔物质，其含量约为焦油渣 的30%，其余约70%为焦油。
2、煤气输送管道
煤气管道管径的选用和设备是否合理及操作是否正常，对焦 化厂生产具有重大意义。为了确定煤气管道的管径，可按表13所列数据选用适宜流速。
管道直径， mm
≧800
流 速，m/s 12~18
管道直径， mm
200
流 速，m/s 7
400~700
10~12
100
6
300
8
80
4
二、鼓风机及其操作性能
由于煤气的冷却主要是靠氨水的蒸发，所以， 氨水喷洒的雾化程度好，循环氨水的温度较高（氨 水液面上水汽分压较大），氨水蒸发量大，煤气即 冷却得较好；反之则差。
进入集气管前的煤气露点的温度也同装入煤 料的水分含量有关，当装入煤料总水分为8～11% 时，相应的露点度为65～70℃ 为保证氨水蒸发的 推动力，进口水温应高于煤气露点温度5～10℃ 所 以采用72～78℃ 的循环氨水喷洒煤气。
初冷器后煤气中绝大部分焦油是以焦油 雾的状态存在的，所以在电捕焦油器正常 操作的情况下，煤气中焦油雾可被除去 99%左右。
二、电捕焦油器的构造
焦油的脱水直接受温度和循环氨水中固定氨盐含盐量的影响，在80～ 90℃和固定铵盐浓度较低情况下，焦油与氨水较易分离，因此，在采用混 合氨水分离流程时，混合焦油的脱水程度较好，但只进行一步澄清分离仍 不能达到要求的脱水程度，还需要在焦油贮槽内于80～90℃下进一步澄清 分离程度，可达到要求的质量标准。目前我国焦化厂生产的煤焦油质量标 准如表1-1。