年产150万吨焦化厂粗苯工段设计.doc

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贵州大学毕业设计IV

目录

目录 I

摘要 III

Abstract IV

第一章总论 1

1.1炼焦煤气中回收苯族烃的意义 1

1.2粗苯的性质 1

1.3影响粗苯回收率的因素 2

1.4设计任务书 3

1.4.1设计题目 3

1.4.2计算条件 4

1.4.3设计条件 4

1.4.4设计要求 4

1.5粗苯回收原理 6

1.5.1洗油吸收苯族烃的基本原理 6

1.5.2影响苯族烃吸收的因素 6

1.5.3脱苯原理 8

第二章工艺论证及确定 10

2.1煤气的终冷及除萘的方法及工艺选择 10

2.1.1煤气终冷和除萘工艺 10

2.1.3油洗萘和煤气终冷工艺 12

2.1.4横管终冷洗萘工艺 13

2.2洗苯工艺 14

2.2.1用焦油洗油回收粗苯 15

2.3粗苯脱苯方法及工艺选择 17

2.3.1蒸汽加热法生产一种苯工艺 17

2.3.2管式炉加热富油脱苯 19

2.4粗苯工段工艺的详述 20

2.4.1工艺流程详述 20

2.4.2操作规程及技术指标 22

第三章主要设备的工艺计算和选型 26

3.1终冷洗苯部分的工艺计算及设备选型 26

3.1.1计算依据 26

3.1.2计算过程 26

3.1.3横管终冷洗萘塔的计算 28

3.2洗苯塔的计算 34

3.3蒸馏脱苯部分设备计算和选型 38

3.3.1计算依据 38

3.3.2管式炉 39

3.3.4脱苯塔计算 47

3.3.5分缩器的计算 51

3.4贫富油换热器的计算和选型 52

3.4.1基础数据 52

3.4.2热量衡算 52

3.4.3换热器面积的确定 54

3.5贫油冷却器的计算 54

3.6冷凝冷却器的计算 55

3.7管道计算 56

3.7.1煤气管径计算 56

3.7.2贫油管路计算 56

3.7.3富油管路计算 56

3.7.4蒸汽管径的计算 57

3.8贫油泵的计算和选型 57

3.8.1泵的压头计算 57

3.8.2泵的轴功率 58

3.9粗苯工段岗位定员及操作规程 59

3.9.1操作岗位的确定及定员 59

3.9.2岗位操作规程 60

第四章非工艺部分 63

4.1自动化仪表的要求 63

4.2防火防爆和采暖通风 65

4.2.1防火防爆 65

4.3供汽和给排水 66

4.3.1供汽 66

4.4检化验项目 67

4.5电力土建 67

第五章经济概算 69

5.1编制说明 69

5.2经济概算 69

第六章设备及管道材料汇总 75

6.1设备一览表 75

阅读的主要参考文献及资料名称 77

致谢 78

附录 79

年产150万吨焦化厂粗苯工段设计

摘要

近年来，由于石油和天然气的化学加工和合成技术的发展，炼焦化学产品受到竞争。

由于经济效益下降，有些国家的焦化厂减少停止了焦化产品的回收。

例如将焦炉煤气中的苯族烃类留在焦炉煤气内当作燃料。

但随着能源危机的发展，世界各国多已重视回收炼焦化学产品以从中取得化学工业的原料。

同时，为了进行经济上的竞争和加强环境保护，在改进生产工艺、生产优质多品种的焦化产品及降低生产成本和减少单位投资等发面取得了很大的进展。

在七十年代，法国、西德、苏联等国家都是生产多种焦化产品的国家，其中生产品种最多的达500种以上。

我国也已从焦炉煤气、煤焦油和粗苯中提制出百余种产品。

今后随着四个现代化进程的发展，在我们丰富的煤炭资源的物质基础上，煤的综合利用将合理和高效益地实现，不断扩大产品品种，为我国社会主义建设作出贡献。

综上说述可知对粗苯进行回收具有重大意义的，但是回收其所遇到的问题是多的，根据本设计给出了以下几点可能遇到的问题及解决关键问题的思路：

（1）：

煤气的终冷；需要解决的关键问题如何降低煤气温度，回收苯族烃的适宜温度为25℃左右；思路就是在回收苯族烃之前煤气要进行冷却。

（2）：

吸收煤气中的苯族烃（洗苯工艺）；需要解决的关键问题就是怎样吸收煤气中的苯族烃；思路就是选择恰当物质进行吸收煤气中的苯族烃或者合理的吸收方法。

（3）：

从富油中脱苯（脱苯工艺）；需要解决的关键问题就是怎样将粗苯脱出来；思路就是选择合理原理将富油中蒸出粗苯

关键词：

苯族烃类、焦化、回收、富油、脱苯

Abstract

Inrecentyears,asoilandgas,chemicalprocessingandsynthesistechnology,chemicalproducts,cokebythecompetition.Aseconomicdecline,reducedcokingplantinsomecountriestostoptherecyclingofcokingproducts.Forexample,benzene,cokeovengasinthehydrocarbonfamilytoremaininthecokeovengasasfuel.Butwiththedevelopmentoftheenergycrisis,manycountriesintheworldhasgreatimportancetothechemicalrecoverycokemadefromthechemicalindustryrawmaterials.Meanwhile,inordertoenhanceeconomiccompetitivenessandenvironmentalprotection,inimprovingtheproductionprocess,productionofhighqualityandvarietyofcokingproductsandreduceproductioncostsandreduceinvestmentbakingunithasmadegreatprogress.Intheseventies,France,WestGermany,theSovietUnionandothercountriesareproducingavarietyofcokingproductsofcountries,includingproductionofmostvarietiesofmorethan500.Chinaisalsofromthecokeovengas,coaltarandcrudebenzeneinthedistilthehundredsofproducts.Thefuturedevelopmentoftheprocesswiththefourmodernizations,wehaveabundantcoalresourcesinthematerial,basedonthecomprehensiveutilizationofcoaltoachieveareasonableandcost-effective,expandingproductvariety,inordertocontributetothebuildingofsocialisminChina.

Tosumuptheabovewecanseethattherecoveryofcrudebenzolsignificant,buttherecoveryismorethanitsproblems,accordingtothisdesigngivesthefollowingpossibleproblemsandideastoaddresskeyissues:

（1）:

gasfinalcooling;thekeyissuestoberesolvedhowtoreducethegastemperature,therecoveryofbenzenegrouphydrocarbonssuitabletemperatureforabout25℃;ideaistoraceintherecoveryofbenzenehydrocarbongastobecooledbefore.

（ 2）:

Theabsorptionofgasinthebenzenegrouphydrocarbons（benzenewashingprocess）;needtoaddressthekeyquestionishowtoabsorbthegasinthebenzenegrouphydrocarbons;ideaistochoosetheappropriatematerialtoabsorbthegasinthebenzenegrouphydrocarbonsorreasonableabsorptionmethod.

（3）:

offfromthebenzene-richoil（frombenzeneprocess）;needtoaddressthekeyquestionishowtocomeoffbenzene;ideaistochoosetherightprinciplestothebenzene-richoilinthesteam朗读

Keywords：

Benzenehydrocarbonsfamily、Coking、Recycling、Oil-rich、Frombenzen

贵州大学毕业设计第79页共79页

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第一章总论

1.1炼焦煤气中回收苯族烃的意义

炼焦化学工业是煤炭综合利用的专业。

煤在炼焦时除了有75%左右变成焦炭外，还有25%左右生成各种化学品及煤气，为了便于说明将煤炭炼焦时的产品如下：

（单位：

）

由此看来，从荒煤气中粗苯的含量来看，回收粗苯是十分必要的。

焦炉煤气经脱苯出氨后进入粗苯工段，语词进行苯族烃回收并制取粗苯，目前我国焦化工业生产的苯类产品仍占很重要的地位。

1.2粗苯的性质

粗苯是多种芳烃族和和其它多种碳氢化合物组成的复杂混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等。

此外，还含有一些不饱和化合物，硫化物及少量的酚类和吡啶碱类。

在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚有少量轻质馏分掺杂在其中。

粗苯是谈黄色的透明液体，比水轻，不溶于水。

在贮存时，由于轻质不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶于粗苯使其着色并很快地变暗。

在常温下，粗苯的比重是0.82～0.92kg/L。

粗苯是易燃易爆物质，闪点12℃.粗苯蒸汽在空中的浓度达到1.4～7.5%（体积）范围内时，及形成爆炸性的混合物。

粗苯质量的好坏以实验室蒸馏时180℃前蒸馏出量的百分数来确定，粗苯的沸点范围是75～200℃，若180℃前溜出量越多，粗苯质量越好；若在180℃后的溜出物则为溶剂油。

粗苯易燃易爆，要求工段必须严禁烟火，并对电动机加以防爆。

粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解程度。

表1.1粗苯各组分的平均含量

组分

分子式

含量

备注

苯

55～75

甲苯

11～22

二甲苯

2.5～6

同分异构体及乙基苯

三甲苯和乙基甲苯

1～2

同分异构体总和

不饱和化合物，其中：

7～12

环戊二烯

0.6～1.0

苯乙烯

0.5～1.0

苯并呋喃

1.0～2.0

包括同系物

茚

1.5～2.5

硫化物，其中：

0.3～1.8

按硫计

二硫化碳

0.3～1.4

噻吩

0.2～1.6

饱合物

0.6～1.5

为了满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油为了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，在加热时又能使粗苯很好的分离出来；

（2）有足够的化学稳定性，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。

1.3影响粗苯回收率的因素

随着炼焦工艺的发展，化学产品的产率取决于炼焦过程的技术操作条件。

影响粗苯的回收率的因素主要有三点：

（一）、配煤性质和组成的影响

焦油的产率取决于配煤的挥发分高低和煤的变质程度。

在一定范围内，苯族烃的产率随着煤料中的碳氢比（C/H）及挥发分的增加而增加。

当配煤的挥发分V=20～30%时，可由下式求得产率Y（%）：

=-1.6+0.14V-0.0016V2

（二）、温度对焦炉化学产品的影响

焦炉化学产品的组成会受到焦炉操作温度，压力和挥发物在反映空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨，焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化剂作用的影响，而最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室空间温度。

增高炉墙温度将使焦油中苯族烃含量减少，而高温产物——萘、蔥沥青和游离碳的含量增加，比重变大，酚类及中性油类含量降低。

炭化室顶部空间温度在整个炼焦过程中是有变化的，但其值不宜超过800℃，炭化室顶部空间温度过高，则由于热解作用，焦油和粗苯的产率均将降低，高温化合水的产率增加，氨脂高温下由于进行逆反反应而部分分解，并和此热的焦炭作用生成氰化氢，氨氮产率也降低。

（三）、焦炉内操作压力大影响

炭化室内压力的升高或降低都会造成化学产品的部分损失，故规定焦气管必须报一定的压力。

在实际生产中，粗苯工段的主要任务是完成煤气的终冷除萘、吸收苯族烃以及粗苯的脱出三项任务。

1.4设计任务书

1.4.1设计题目

150万t/a焦化厂粗苯工段的工艺设计

内容和要求：

（1）主要内容包括总论、工艺部分和非工艺等三部分；

（2）工艺部分包括物料衡算、热量衡算和设备计算；（3）主要要求包括设计说明书不少于15000字，带控制点的流程图一张、主要设备装配图一张；（4）按2×60孔TJL5550D焦炉配套规模进行计算。

TJL5550D型焦炉由化工部第二设计院设计，系双联火道、废气循环、下喷、复热式侧装捣固煤饼焦炉。

焦炉主要结构尺寸：

炭化室全长:

15980mm

炭化室全高:

5500mm

炭化室平均宽:

500mm

炭化室中心距:

1350mm

炭化室锥度:

10立火道中心距:

480

立火道个数:

32个燃烧室墙厚:

100

煤饼尺寸（长×宽×高）:

15100/14900×450×5200

煤饼密度（干煤）:

0.95~1.0t/m3

炭化室一次装入干煤量:

35.1t

焦炉周转时间:

22.5h

1.4.2计算条件

苯回收率：

0.90%

硫铵工段来煤气温度/饱和温度℃：

58/53

终冷温度：

22℃

1.4.3设计条件

本设计在设计过程中，参考了柏果天能焦化厂的粗苯工段工艺。

柏果的气象条件如下：

本地区属海洋性气候，具有大陆性气候的特点，常年主导风向为东风、东北风。

最大风速：

23.4m/s

最大平均风速：

19.3m/s

年平均气温：

14℃

海拔高度：

43m

冬季采暖：

-6℃

冬季通风：

-1℃

夏季通风：

31℃

大气压力：

冬季767mmHg夏季751mmHg

最高地下水位：

1.25~1.75m

地下水质对硅酸盐水泥混凝土无侵蚀作用。

1.4.4设计要求

本工段用焦油洗油吸收粗苯，富油经脱苯塔蒸馏，得到粗苯，粗苯产品的质量指标。

表1.2粗苯的质量指标（YB291-64）

名称

指标

加工用粗苯

溶剂用粗苯

外观

黄色透明液体

黄色透明液体

比重（d204）

0.871～0.900

不大于0.900

馏程

75℃前馏出量（容）%

不大于3%

180℃前馏出量（容）%

不小于93%

不小于91

水分

室温（18～25℃）下目测无可见的溶解水

表1.3焦油洗油质量指标（YB297-64）

名称

指标

比重（d204）

1.04～1.07

馏程

230℃前馏出量（容）%

不大于3%

300℃前馏出量（容）%

不大于90%

酚含量（容）%

0.5

奈含量（容）%

不大于13

粘度（。

E25）

不大于2

水分%

不大于1.0

15℃结晶物

无

综上合述：

本设计为毕业设计，是集四年学习专业知识理论和实际中运用在生产过程中的的体现，目的在于通过这次设计学会综合运用所学的各种知识和技能，是一次比较全面的分析和解决工程问题的能力训练。

是我们初步了解有关技术政策，学会查阅和综合运用各种文献资料，掌握使用有关工程技术的规定和准则，以及设计的方案的论证和确定，设计的计算能力，绘图和撰写说明书的能力，于此同时培养自己一个严肃的工作态度和掌握严密的工艺流程，为今后打下良好的工作基础。

1.5粗苯回收原理

1.5.1洗油吸收苯族烃的基本原理

用洗油吸收煤气中的粗苯烃是物理吸收过程，服从亨利定律和道尔顿定律，当煤气中苯族烃的分呀大于洗油液面上苯族烃的平衡蒸汽压时，煤气中苯族烃即被洗油吸收，二者差值越大，则洗收过程进行的越容易，吸收速率也越快。

目前，吸收过程的机理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，分别存着不呈湍流的薄膜，在气相侧的称为气膜，在液相侧的成为液膜，扩散过程的阻力及等于气膜和液膜的阻力之和。

吸收系数大小取决于所采用的吸收剂的形式，填料內型与规格及吸收段过程进行条件（温度，气相和液相流速等）显然，这些因素吸收速率均匀影响。

1.5.2影响苯族烃吸收的因素

煤气中毒苯族烃在洗苯塔内被吸收的程度称为吸收率，吸收率的大小取决于以下因素，煤气和洗油中的苯族烃的含量;煤气流速及压力；洗油循环量及其分子量，吸收温度，洗苯塔结构，对填料塔则为填料表面积及特性等。

分述如下：

（1）、吸收温度：

吸收温度是指洗苯塔内气液两相接触面积的平均温度，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吸收率的，提高的吸收温度，可使吸收系数与一定增加，但不显著，而吸收推动力却显著减小。

对于洗油吸收煤气中毒苯族烃来说，洗油分子量及煤气总压的破洞很小，可视为常数，而粗苯的蒸汽压是随温度的变化而变化，温度升高，粗苯的蒸汽压力也升高，当煤气中的苯族烃的含量一定时，温度愈低，洗油中与其呈平衡的粗苯含量愈高；而当提高温度时，洗油中与其呈平衡的粗苯含量则有较大的降低。

当入塔贫油含量一定时，洗油液面上苯族烃的蒸汽压随吸收温度升高而增大，吸收推动力则随之减小，致使洗苯后煤气中的苯族烃含量（塔后损失）增粗苯的回收率降低。

因此，吸收温度不宜过高，但也并非越低越好，在低于15℃时洗苯油粘度将显著增加，使洗油输送及其他内均匀分布和自由流动均发生困难，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约25℃，实际操作波动于25～30℃之间。

另外，操作中洗油温度应略高于煤气温度，以防止煤气中毒水汽冷凝进入洗油中，一般规定，洗油温度在夏季比煤气温度高2℃左右，冬季搞4℃左右。

为了保证吸收温度，煤气进洗苯塔前，应在终冷期内冷却至20～28℃，循环油冷却至小于30℃.

（2）、洗油的分子量及循环量的影响

当其他条件一定时，洗油的分子量变小，将使洗油中粗苯含量变大，及吸收得愈好，同类油剂的吸收能力与其分子量成反比。

吸收剂与溶质的分子量愈接近，则吸收得愈完全。

在回收等量粗苯的情况下，如洗油循环量也可以相应地减少。

但洗油的分子量不宜过小，否则洗油中吸收过程中损失较大，并且脱苯蒸馏时不易与粗苯分离。

增加循环油量可降低洗油中粗苯的含量，增加气液间的吸收推动力，从而可以提高粗苯的回收推动力。

提高回收率，但循环洗油量不宜过大，以免过多增大电、蒸汽的耗量和冷却水用量。

在塔后煤气含苯量一定的情况下，随着吸收温度的升高，则需要的循环洗油量随之增加。

（3）、贫油含苯量的影响：

贫油含苯量是决定塔后煤气汗苯族烃量的主要因素之一，当其它条件一定时，入塔贫油中的含苯量越高，则塔后损失愈大，按现行规定，塔后煤气中粗苯含量不大于2g/Nm3.为是塔后损失不大于2g/Nm3,设贫油中的粗苯含量为2.2%，为了维持一定的吸收推动力，2.2%应除以平衡偏移系数n，一般n=1.1～1.2.若取n=1.15,则允许贫油含苯量为c1=（2.2/1.5）%=1.92%<2%.实际上，由于贫油中粗苯的组成中苯和甲苯的含量少，绝大部分分为二甲苯和溶剂油，其蒸汽压仅相当于统一温度下煤气中汗苯族烃蒸汽压的20～30%，故实际贫油含苯量可达到0.4～0.6%，此时仍能保证塔后煤气含粗苯量子2g/Nm3以下。

如何一步降低贫油中的粗苯含量，虽然有助于降低塔后损失，但将增加脱苯蒸馏时代蒸汽耗量，使粗苯产品的180℃前馏出率减少，并且是洗油含量增加。

近年来，国外一些焦化厂，塔后煤气含粗苯量控制在4g/Nm3左右，甚至更好，这一指标对大型焦化厂的粗苯回收是经济合理的。

另外，从一般粗苯粗苯和回炉煤气中分离出来的苯族烃的性质可以看出，由回炉煤气中得到的苯族烃，硫含量比粗苯高3.5倍，不饱和化合物的含量高1.1倍，由于这些物质很容易聚合，故会增加粗苯的回收和精致难度，因此，塔后煤气含苯量控制高一些也合理。

（4）、吸收表面积的影响

为使洗油充分吸收煤气中毒苯族烃，必须使气液两相之间有足够的接粗面积（即吸收面积）。

填料塔的吸收面积即为塔内填料表面积，调料表面积愈大，则煤气与洗油接触时间愈长，回收过程进行的愈完全。

适当的吸收面积即能保证一定的粗苯回收率，又使设备费和操作费经济合理。

（5）、煤气压力与流速的影响：

当增大煤气诶压力时，扩散系数Dg将随之减少，因而是吸收系数与所降低。

但随着压力的增加，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力显著增加，因而，吸收速率也将增加。

煤气速度的增大也可提高吸收系数，并且可以提高气液相接触的涡流程度和提高洗苯塔的生产能力，所以，加大煤气速度可以强化吸收过程，但煤气速度太大时，容易使洗苯塔阻力和雾沫夹带量急剧增加。

1.5.3脱苯原理

脱苯原理实际上是精馏原理，由挥发度不同的组分的混合液中精馏塔内多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离几乎纯态的组分的过程，在精馏过程中，当加热互不相容的液体混合物时，如果塔内的总压力等于个混合组分的饱和蒸汽分压之和时，液体开始沸腾，但从富油中蒸出粗苯