第二章 煤气初冷和煤焦油氨水的分离.doc

第二章 煤气初冷和煤焦油氨水的分离焦炉煤气从炭化室经上升管逸出时的温度为 650～750℃、此时煤气中含有煤焦油气、苯族烃、水汽、氨、硫化氢、氰化氢、萘及其他化合物，为回收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，原因如下：①从煤气中回收化学产品和净化煤气时，多采用比较简单易行的冷凝法、冷却法和吸收法，在较低的温度下（25～35℃）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 1 查得 0℃时 1m3 干煤气，在 80℃经水蒸气饱和后的体积为 2.429m3，而在 25℃经水汽饱和的体积为 1.126m3 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，巨大部分煤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煤气的初步冷却分两步进行：第一步是在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到 80～90℃;第二步再在煤气初冷器中冷却在初冷器中将煤气冷却到何种程度防化学产品回收与煤气净化所选用的工艺方法而异，经技术经济比较后确定例如若以硫酸或磷酸作为吸收剂，用化学吸收法除去煤气中的氨，初冷器后煤气温度可以高一些，一般为 25～35℃；若以水作吸收剂 用物理吸收法除去煤气中的氨初冷后煤气温度要低些一般为 25℃以下。

第一节 煤气在集气管内的冷却一、煤气在这气管内的冷劫机理l.冷却的机理煤气在桥管和集气管内的冷却 是用表压为 150～200kPa（表压〕的循环发水通过喷头强烈喷洒进行的（如图 2－1 所示） 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推动力是煤气与氨水的温度差，所传递的热量为显热，是高温的煤气将热量传给低温的循环氨水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 l0％的热量由集气管表面散失通过上述冷却过程，煤气温度由 650～750℃降至 80～85℃，同时有 60％左右的煤焦油气冷凝下来，含在煤气中的粉尘也被冲洗下来，有煤焦油渣产生在集气管冷却煤气主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热、使煤气显热减少温度降低，所以煤气温度可冷却至高于其最终达到的露点温度 1～3℃煤气的露点温度就是煤气被水汽饱和的温度，也是煤气在集气管中冷却的极限2.煤气露点与煤气中水汽含量的关系煤气的冷却及所达到的露点温度同下列因素有关；煤料的水分、进集气管前煤气的温度、循环氨水量、进出口温度以及集气管压强、氨水喷洒效果等。

其中以煤料水分影响最大，在一般生产条件下，煤料水分每降低 l％，露点温度可降低 0.6～0.7℃显然，降低煤料水分，对煤气的冷却很重要煤气露点与煤气中水汽含量之间的关系如图 2—2 所示 图 2－1 上升管﹑桥管和集气管 图 2－2 煤气露点与煤气中水1－集气管；2－氨水喷洒；3－无烟装煤用蒸汽入口 汽含量的关系 4－桥管；5－上升管盖；6－水封阀翻板；7－上升管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，反之则差二、煤气在集气管内冷却得技术要求1.集气管技术操作指标集气管技术操作的主要数据（中国沿海地区数据）如下：集气管前煤气温度/℃ 650～750 煤气露点/ ℃ 79～83离开集气管得煤气温度/℃ 80～85 循环氨水量/ ℃ 5～6 循环氨水温度/℃ 72～78 蒸发得氨水量（占循环氨水量）/ 2～3离开集气管得氨水温度/℃ 74～80 冷凝煤焦油量（占煤气中煤焦油量） 约 60由于上述数据可见，煤气虽然已显著冷却，但集气管内不仅不发生水蒸汽的冷凝，相反由于氨水蒸发，使煤气中水分增加、但煤气仍未被水汽所饱和，经冷却后煤气温度仍高于煤气的露点温度。

2.技术要求①集气管在正常操作过程中用氨水而不用冷水喷洒，因冷水温度低不易蒸发 ，使煤气冷却效果不好，所带人的矿物杂质会增加沥青的灰分此外 由于水温很低，使集气管底部剧烈冷却、冷凝的煤焦油黏度增大，易使集气管堵塞由于氨水是碱性，能中和煤油酸，保护了煤气管道氨水又有润滑性，便于煤焦油流动，可以防止煤气冷却过程中煤粉、焦粒、煤焦油混合形成的煤焦油渣因积聚而堵塞煤气管道②进入集气管前的煤气露点温度主要与装入煤的水分含量有关，煤料中水分（化合水及配煤水分，约占干煤质量的 10％）形成的水汽在冷却时放出的显热约占总放出热量的 23％，所以降低煤料水分，会显著影响煤气在集气管冷却的程度，当装入煤全部水分为 8％～11％时，相应的露点温度为 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③对不同形式的焦炉所需的循环氟水量也有所不同，生产实践经验确定的定额数据为：对单集气管的焦炉，每 1t 于煤田需 5m3 循环红水，对双集气管焦炉需 6m3 的循环氨水近年来，国内外焦化厂已普遍在焦炉集气管上采用了高压氨水代替蒸汽喷射进行无烟装煤，个别厂还采用了预热煤炼焦 设置了独立的氨水循环系统，用于专设的焦炉集气管的喷洒，则它们的循环氨水量又各不同。

④集气管冷却操作中，应经常对设备进行清扫，保持循环氨水喷洒系统畅通，氨水压力、温度、循环量力求稳定三、集气管的物料平衡与热乎街通过集气管的物料平衡和热平衡的计算 可以了解集气管内物料转移的 q情况以及求得冷却后的煤气温度若冷却后的煤气温度已确定，就可以求得必需的循环氨水用量及其蒸发量也可用以评定集气管操作好坏下面以中国某焦化厂实际生产数据为例计算煤气被冷却至一定温度时循环氨水的蒸发水量和集气管出口煤气的露点温度1.某厂实际生产数据（1）产品产率（占干煤质量）焦炉煤气/％ 15.80 氨/％ 0.3化合水/％ 2 硫化氢/％ 0.3煤焦油/％ 4.0 焦炭/％ 76.5粗苯/％ 1.l 总计 100.0配合煤水分按每 100kg 湿煤含水 8kg 计算．（2）操作指标冷凝煤焦油量占总煤焦袖量/％ 60 离开集气管的循环氟水温度/℃ 78进人集气管的煤气温度/℃ 650 标准状态下的煤气密度/(㎏／m 3) 0.465离开集气管的煤气温度/℃ 82 集气管内压力（绝压）/Pa 1.013X105进人集气管的循环红水温度/℃ 75(3)热量分配情况(占总放出热量)氨水蒸发所吸收的热量 Q1/％ 75 集气管的散热损失 Q3/％ 10氨水升愠所吸收的热量 Q2/％ 15(4)各种组分在 82～650℃ 之间的平均比热容(由有关图表查到)焦炉煤气/[kJ/(m 3·℃)] 1.591 硫化氢/[kJ/(kg·℃] 1.147水汽 /[kJ/(kg·℃] 2.010 煤焦油气/ [kJ/(kg· ℃ ] 2.094苯族烃/[kJ/(kg·℃] 1.842 82Y 时煤焦油平均汽化潜热/(kJ/kg) 330.8氨/[kJ/(kg·℃] 2.613 水在 82℃时的汽化潜热/(kJ/kg) 2303.32．循环氨水量的计算以 1t 干煤做计算基准，煤气在集气管内进行冷却时放出的总热量，可按如下计算：煤气放出的显热1000 0.158 1.591/0.465 （650-82）＝307060(kJ)煤焦油气放出的显热1000 0.04 2.094 (650-82)＝47564(kJ)煤焦油气放出的冷凝热1000 0.04 0.6 330.8＝7939(kJ)水汽放出的显热1000 0.107 2.010 (650-82)＝122160(kJ)式中，0.107 为 1t 干煤产生的总水分。

苯族烃放出的显热1000 0.011 1.842 (650-82)＝11509(kJ)氨放出的显热1000 0.003 2.613 (650-82)＝4453(kJ)硫化氢放出的显热1000 0.003 1.147 (650-82)＝1954(kJ)放出的总热量为Q＝307060+47564+7939+122160+11509+4453+1954＝502639(kJ)根据热平衡，则得： Q＝Q 1+Q2+Q3＝502639(kJ) 因循环氨水蒸发所吸收的热量 Q1＝0.75Q，所以蒸发水量为m1=Q1/2303.9=0.75 502639/2303.9=164(kJ)因氨水升温所吸收的热量 Q2＝0.15Q，则循环氨水量为m2= =6002(kJ))857(.4式中，4.187 为水的比热容，kJ/(kg·℃) 所以，以 1t 干煤计的循环氨水总量为 164+6002＝6166(kJ)氨水蒸发量占循环氨水总量 164/6166 100％＝2．66％3．煤气露点温度的确定根据已知数据及计算结果，可求得离开集气管的煤气露点温度进入集气管的气态炼焦化学产品按体积计数量为1000 ( ) 22.4=487[m3/t(干煤)]465.018 340.17.830.24.1807. 式中 18、200、83、17、34 分别为水、煤焦油、苯族烃、氨及硫化氢的相对分子质量。

在集气管内冷凝的煤焦油体积为1000 0.6 22.4＝2.69[m 3/t(干煤)]204.在集气管内蒸发的氨水体积为164 ＝204[m 3/t(干煤) ]18.在无烟装煤时喷射的蒸汽量对干煤的质量分数为：单集气管 1.5％；双集气管 3％，现按双集气管的喷射蒸汽量求得体积为1000 0.03 37.33[m3/t(干煤)]4.2离开集气管的水汽总体积为1000 +204+37.33＝374.49[m 3/t(干煤)]184.207.离开集气管的煤气总体积为487+204+37.33-2.69-725.64[m3/t(干煤)]集气管出口煤气中水汽分压力P＝1.0131 105 ＝51608（Pa）64.7293由附表 1 查得相应的煤气饱和温度（露点）为 82.15℃第二节 煤气在初冷器的冷却出炭化室的荒煤气在桥管、集气管用循环红水喷洒冷却后的温度仍高达80～85℃,且包含有大量煤焦油气和水蒸气及其他物质由于煤焦油气和水蒸气很容易用冷却法使其冷凝下来 而且将它们先从煤气中除去，对回收其他儿学产品 减少煤气体积 节省 输送煤气所需动力，都是有利的 所以让煤气由集气管沿吸煤气主管流向煤气初冷器进一步冷却，煤气在沿吸煤气主管流向初冷器过程中 吸煤气主管还起着空气冷却器的作用，煤气可降温 l～3℃。