焦炉煤气的初冷

第四章焦炉煤气的净化

炼焦过程析出的挥发性产物，简称之为粗煤气。粗煤气的产率和组成与原料煤性质和炼焦热工条件有关。

粗煤气中含有许多化合物，包括常温下的气态物质，如氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等；烃类；含氧化合物，如酚类；含氮化合物，如氨、氰化氢、吡啶类和喹啉类等；含硫化合物，如硫化氢、二硫化碳和噻吩等。粗煤气中还含有水蒸气。

粗煤气组成复杂，影响其组成和产率的因素较多。主要影响因素为炼焦温度和二次热解作用。提高炼焦温度和增加在高温区停留时间，都会增加粗煤气中气态产物产率及氢的含量，也会增加芳烃的含量和杂环化合物的含量。低温(400~450℃)进行的煤热解，生成含氧化合物较多。氨、吡啶和喹啉等在高于600℃时，始于粗煤气中出现。

煤热解生成的粗煤气由煤气、焦油、粗苯和水构成。由于粗苯含量少，在粗煤气中分压低，故于20~40℃，常压下不凝出，一般条件下凝结的是焦油。

不同焦化厂焦炉生产的粗煤气组分没有什么差别。这是由于二次热解作用强烈，导致组分中主要为热稳定的化合物，故其中几乎无酮类、醇类、羟酸类和二元酚类。在低温干馏焦油中含有带长侧链的环烷烃和芳烃，高温炼焦的焦油则为多环芳烃和杂环化合物的混合物。低温焦油的酚馏分含有复杂的烷基酚混合物，而高温焦油的酚馏分中主要为酚、甲酚和二甲酚。低温干馏煤气中几乎没有氨，而炼焦煤气中氨含量为8~l2g/m3。

焦炉煤气净化的目的是将粗煤气进行各种工艺处理，除去杂质得到净煤气，同时回收各种化学产品。粗煤气中除净煤气之外的组成如下(g/m3)：

水蒸气250~450

焦油气80~120

粗苯30~45

氨8~16

硫化氢6~30

氰化物 1. 0~2. 8

轻吡啶盐基0﹒4~0﹒6

萘10

其他2~2﹒5

图4-1 焦炉煤气净化系

粗煤气含有许多杂质，不能直接使用，必须经过净化。焦炉煤气净化包括初冷、脱萘、脱硫脱氰、回收氨、终冷、回收粗苯等工序，如图4-1所示。

第一节焦炉煤气初冷

在炼焦过程中，从焦炉炭化室出来的粗煤气温度为650~800℃。此时煤气中含有水蒸气、焦油雾、苯族烃、硫化物、氰化物、氨、萘及其他化合物。为回收和处理这些化合物，并使煤气体积变小，便于输送，首先应将煤气进行冷却。煤气初冷一般分为集气管冷却和初冷器冷却两个步骤。

一、集气管冷却

来自焦炉炭化室的高温粗煤气（露点为65℃左右）在桥管和集气管内用压力为0﹒15~0﹒2MPa、温度为70~75℃的循环氨水通过喷头强烈喷洒，如图4-2所示。部分氨水吸收大量显热迅速蒸发，煤气温度由650~800℃降至80~85℃，并为水气所饱和。随着煤气的冷却，煤气中50%~60%的煤焦油被冷凝下来，其中一小部分与煤气中的煤、焦微粒混合成为焦油渣。冷却后的煤气与氨水和煤焦油等液体在气液分离器中分离，煤气流向焦炉煤气初冷器，氨水、焦油和焦油渣则进入焦油氨水分离器，按密度进行分离。大部分氨水用泵送回集气管喷洒，小部分剩余氨水经溶剂脱酚、蒸氨和生物脱酚等多级处理后外排。焦油送煤焦油加工装置处理。焦油渣回配入装炉煤。

图4-2上升管、桥管和集气管

1－集气管；2－氨水喷嘴，3－无烟装煤用蒸汽入口；

4－桥管；5－上升管盖；6－水封阀翻板；7－上升管

二、初冷器冷却

初冷器冷却的方法有间接初冷法、直接初冷法和间接-直接初冷法三种。间接初冷法的煤气冷却和净化效果好，为世界各国广泛采用；直接初冷法，冷却水和煤气直接接触，有较好的净化效果，但因设备较多，投资较大，应用不如间接初冷器普遍；间接-直接初冷法是70年代后发展的初冷方法，煤气初冷和净化效果

好，但设备多，投资大，未能广泛采用。

1．间接初冷法

间接初冷法的工艺流程如图4-3所示。

图4-3 间接初冷法工艺流程

1－气液分离器；2－间接初冷器；3－焦炉煤气鼓风机；4－电捕焦油器；

5－冷凝液槽；6－冷凝液液下泵；7、8－水封槽；9－焦油氨水分离器}

10－氨水中间槽；11－事故氨水槽；12－焦油贮槽；13－焦油

中间槽；14-冷凝液中间槽

该流程在我国得到广泛采用。粗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、焦油渣等在此处分离。分离下来的焦油、氨水和焦油渣一起进入焦油氨水澄清槽，经过澄清分成三层：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，由此用泵送至焦油贮槽，经初步脱水后，再用泵送往焦油车间。氨水由澄清槽的上部满流到氨水中间槽，再用循环氨水泵送回焦炉集气管喷洒以冷却粗煤气。这部分氨水称为循环氨水。

经气液分离后的煤气进入数台并联的立管式间接初冷器内用水间接冷却。煤气走管间，冷却水走管内。煤气与冷却介质不直接接触，气液两相只是间接传热而不发生传质过程。在初冷器内，煤气中焦油气、水气和萘大部分都冷凝下来，煤气中一部分氨、硫化氢和氰化氢等溶解于冷凝液中，煤气则被净化。粗煤气通过间接初冷器，温度从80~85℃降至25~35℃，经鼓风机送入电捕焦油器除去煤气中的焦油雾后，送往煤气净化的后续工艺装置。由初冷器、焦炉煤气鼓风机和电捕焦油器排出的冷凝液以及由气液分离器下来的焦油氨水和冷凝液，在焦油氨水分离器中沉降分层后所碍的氨水，作为循环氨水送回集气管，剩余氨水送溶剂脱酚装置；煤焦油送入焦油贮槽；焦油渣回配入装炉煤。冷却后的煤气中焦油含量降至1﹒5~2g/m3，经鼓风机和电捕焦油器进一步分离后，最终降至0﹒05g/m3。

间接初冷法的主要设备是间接式初冷器。间接初冷器是一种列管式固定管板换热器。在初冷器内，煤气走管外，冷却水走管内。两者逆流或错流通过管壁间接换热，使煤气冷却。间接初冷器有立管式和横管式两种。

立管式初冷器如图5-4所示。其换热器竖直放置，壳体截面有圆形、长圆形和方形。换热器管径有38mm、45mm、57mm和76mm几种。折流板与管子同向，折流板间距由热端至冷端逐渐减小，以使煤气流速基本不变。水箱隔板与折流板对应放置，构成图5-4立管式初冷器冷却水与煤气逆流间接换热。上水箱敞开，冷却水自流通过冷却器。这种初冷器结构简单，管内结的水垢便于清扫；但冷却水流速低，传热效果差，煤气中萘的净化不好。

图4-4 立管式初冷器

横管式初冷器如图4-5所示。其换热管与水平面成3°角横放，壳体截面为矩形。管板外侧管箱与冷却水管连通，构成冷却水通道，可分两段或三段供水。两段供水是供低温水和循环水，三段供水则供低温水、循环水和采暖水。煤气自上而下通过初冷器。冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差，低煤气出口温度。在冷却器壳程各段上部，设置喷洒装置，连续喷洒含煤焦油的氨水，以清洗管外壁集结的焦油和萘，同时可以从煤气中吸收一部分萘。横管式初冷器结构复杂，管内积结的水垢难于清扫；但冷却水流速高，传热效率好，冷却后的煤气含萘低，净化好。

2．直接初冷法

直接初冷法的工艺流程如图4-6所示。

我国一些小型焦化厂多采用直接初冷流程。在初冷器中，煤气与喷洒氨水直接接触，煤气中所含的焦油气、水气和萘被冷凝冲洗下来，而煤气中所含的一部氨、硫化氢和氰化氢等溶解于氨水中，产生了煤气的净化作用。在气液分离器中分离出煤焦油和氨水的粗煤气，进入直接初冷器。