橫管初冷器除萘工藝的優(yōu)化

陳中亮 潘忠洲（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 概述

焦?fàn)t煤氣中的萘是煉焦煤高溫炭化時(shí)的熱分解產(chǎn)物，在荒煤氣中的含量一般為8-12g/m3，其產(chǎn)率主要取決于炭化溫度，特別是取決于炭化室頂部空間溫度。由于煤氣中的萘?xí)诿簹夤艿乐泻湍承┰O(shè)備中沉積下來，不僅增加煤氣流動(dòng)阻力，且常引致破壞正常操作，故須按要求清除煤氣中的萘。焦?fàn)t煤氣脫萘既可以避免因萘沉積于設(shè)備和管道里導(dǎo)致管道堵塞的發(fā)生，減少萘對(duì)后續(xù)工序的影響，又可以通過多回收萘有利于增加經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)萘的性質(zhì)和焦化生產(chǎn)特點(diǎn)，現(xiàn)在運(yùn)用最廣的是橫管初冷器除萘法?；拿簹庵薪^大部分萘在初冷器內(nèi)與焦油一起析出，但萘的揮發(fā)性很大，故初冷器后煤氣中萘含量仍較高，煤氣初冷器出口的煤氣含萘量一般在1-2g/m3，相當(dāng)于溫度30-40℃時(shí)煤氣中萘的露點(diǎn)含量[1]。經(jīng)過初冷器后的煤氣中，一部分萘呈極細(xì)的鱗狀，這些萘被煤氣帶走流向后續(xù)工序的煤氣凈化設(shè)備。當(dāng)煤氣流速減緩或溫度下降時(shí)，煤氣中的萘就會(huì)析出，不僅會(huì)沉積在煤氣管道和凈化設(shè)備中而造成堵塞還會(huì)對(duì)后續(xù)工序造成惡劣影響。

2 初冷器除萘系統(tǒng)的機(jī)理

初冷器除萘主要是利用初冷器冷凝液對(duì)煤氣中的萘進(jìn)行吸收，關(guān)鍵是煤焦油對(duì)萘的吸收，屬于物理吸收過程[2]。影響初冷器除萘效果的因素主要有：

2.1 操作溫度，其受冷凝液自身溫度、煤氣溫度和環(huán)境溫度影響，當(dāng)冷凝液含萘濃度一定時(shí)，溫度越低則與其平衡的煤氣含萘量越低，而當(dāng)煤氣中含萘量一定時(shí)，溫度越低，則允許的循環(huán)液含萘濃度越高。因此，適當(dāng)降低冷凝液溫度有利于洗萘。現(xiàn)在許多焦化廠多采用橫管初冷器低溫除萘，即將煤氣冷卻到21-22℃，可使煤氣中的含萘量降低至400mg/m3左右。

2.2 循環(huán)液中的萘含量，循環(huán)液中的萘含量是影響洗萘效率的關(guān)鍵因素。初冷器洗萘主要利用循環(huán)液中所含的焦油對(duì)萘有一定的吸收效果這一特性來實(shí)現(xiàn)的，煤氣與冷凝液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間接觸，煤氣中析出的萘可被焦油吸收，但是在橫管初冷器內(nèi)，煤氣在冷卻的同時(shí)，會(huì)不斷析出萘。焦油洗萘效果的好壞很大程度上取決于萘在焦油里的飽和度，經(jīng)過焦化前輩的不斷研究摸索，發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)焦油不僅粘度小、含萘量小，而且還可從煤氣凈化系統(tǒng)獲得，是一種理想的洗萘洗滌劑[3]。

3 山東鋼鐵集團(tuán)萊鋼焦化廠的改造經(jīng)驗(yàn)

很多焦化廠都對(duì)初冷器除萘進(jìn)行了自己的探索，現(xiàn)在就介紹一下山東鋼鐵集團(tuán)萊鋼焦化廠關(guān)于橫管初冷器除萘的改造經(jīng)驗(yàn)。

3.1 工藝流程：萊鋼焦化廠冷鼓工段的工藝流程為焦?fàn)t煤氣經(jīng)氣液分離器進(jìn)入三段橫管初冷器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入蜂窩式電捕焦油器除去焦油霧，經(jīng)離心式鼓風(fēng)機(jī)加壓后送入脫硫工段。機(jī)械化焦油氨水澄清槽接收氣液分離器來的焦油氨水混合物、初冷器來的冷凝液、鼓風(fēng)機(jī)及電捕等來的冷凝液，焦油氨水混合物在機(jī)械化焦油氨水澄清槽內(nèi)靜置分離后，氨水自流入循環(huán)氨水槽經(jīng)循環(huán)氨水泵抽出送焦?fàn)t進(jìn)行循環(huán)噴灑，由循環(huán)氨水泵出口引出部分氨水經(jīng)高壓氨水泵加壓后送去焦?fàn)t用于無煙裝煤，根據(jù)循環(huán)氨水槽液位高低控制由循環(huán)氨水泵出口引出的剩余氨水量，剩余氨水去氣浮除焦油器進(jìn)行氣浮除焦油，除焦油后的氨水自流入剩余氨水槽進(jìn)行靜止除油后，再由剩余氨水泵抽送至蒸氨工段進(jìn)行蒸氨。由機(jī)械化焦油氨水澄清槽中部出來的焦油進(jìn)入機(jī)械化焦油槽進(jìn)一步除水除焦油渣后，經(jīng)焦油中間泵抽送至超級(jí)離心機(jī)進(jìn)一步脫水脫渣后自流入焦油貯槽。

3.2 橫管初冷器除萘改造：萊鋼焦化廠根據(jù)冬季萊鋼的環(huán)境溫度較低，循環(huán)水溫度為10-20℃之間，在停用低溫水的情況下，仍能將上段出口煤氣冷卻到30℃左右，這樣大量的焦油和萘都在初冷器上段冷凝下來自流到上段冷凝液槽，雖然上段冷凝液噴灑泵會(huì)根據(jù)槽內(nèi)液位高度調(diào)節(jié)送去焦油氨水分離的冷凝液量，但是隨著噴灑液的不斷循環(huán)，上段冷凝液槽中的萘積累越來越多，噴灑液中的萘含量也會(huì)增高，勢(shì)必會(huì)影響橫管初冷器除萘的效果。

因含萘焦油上段冷凝液下液總管內(nèi)流速較慢，根據(jù)密度和相似相溶原理，判斷含萘焦油多在水平管道的底部流動(dòng)，為此焦化廠在上段冷凝液下液總管水平段的底部引出支管，將含萘焦油引致吸煤氣管道的冷凝液總管上，直接去機(jī)械化焦油氨水澄清槽，這樣就會(huì)不斷的轉(zhuǎn)移走上段冷凝液槽中萘的含量，循環(huán)噴灑除萘的效果就好。同時(shí)在萘引出管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥組，控制上段冷凝液槽的液位。采取這個(gè)措施后到上下段冷凝液槽中的冷凝液量會(huì)減少，現(xiàn)在僅用上段冷凝液噴灑泵對(duì)整個(gè)初冷器的上下段進(jìn)行循環(huán)噴灑，節(jié)省了下段冷凝液泵的電耗，而且初冷器后煤氣含萘低于300mg/m3（煤氣），除萘效果大大改善。

4 橫管初冷器除萘工藝的優(yōu)化

借鑒萊鋼焦化廠對(duì)橫管初冷器除萘的改造經(jīng)驗(yàn)和其它焦化廠關(guān)于初冷器除萘的經(jīng)驗(yàn)，提出關(guān)于橫管初冷器除萘工藝的優(yōu)化思路，有待實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。橫管初冷器除萘的關(guān)鍵是控制洗萘溶劑對(duì)萘的吸收能力和洗萘溶劑的循環(huán)量，以及煤氣冷卻溫度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)值顯示將煤氣冷卻到21-22℃時(shí)，煤氣中含萘能降到400mg/m3（煤氣）以下。

根據(jù)多數(shù)焦化廠的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和改造效果來看，要保證好的洗萘效果，必須保證洗萘溶劑的循環(huán)量，理論數(shù)值顯示初冷器橫斷面的噴灑量為4m3/m2左右時(shí)煤氣洗萘效果較好。橫管初冷器除萘最關(guān)鍵的是洗萘溶劑對(duì)萘的吸收能力，輕質(zhì)焦油是目前普遍認(rèn)同且洗萘效果較好的一種溶劑，那么在焦化企業(yè)輕質(zhì)焦油的來源就顯得尤為重要。分析可知對(duì)焦化廠來說，輕質(zhì)焦油的來源主要有以下幾部分：焦油氨水分離界面處的乳濁液、電捕焦油器捕集下來的輕質(zhì)焦油、剩余氨水除油來的輕質(zhì)焦油和夏季初冷器的上段冷凝液（因煤氣被冷卻到45℃左右，這個(gè)溫度下萘還在煤氣中，故上段冷凝液中含萘量很少）。

夏季煤氣在初冷器上段被冷卻到45℃左右，將上段冷凝液槽下部的含水焦油引出到下段冷凝液槽中，連同電捕焦油器來的冷凝液、氣浮除焦油器來的冷凝液、剩余氨水槽來的輕質(zhì)焦油和機(jī)械化澄清槽來的輕質(zhì)焦油一同作為初冷器下段的噴灑液去洗萘，吸收了萘的下段冷凝液進(jìn)入地下槽，由液下泵送去焦油氨水分離，這樣做可以將萘轉(zhuǎn)移走，避免萘的積累影響洗萘效果。上段冷凝液槽中的上部氨水溢流到焦油氨水分離裝置，以保持整個(gè)冷凝液的平衡。

冬季如果環(huán)境溫度較低，循環(huán)水水溫較低，煤氣在初冷器上段就能把煤氣冷卻到30℃以下，如萊鋼這種情況，這時(shí)就借鑒萊鋼的改造經(jīng)驗(yàn)。其流程圖如下所示：

[1]范守謙.焦?fàn)t煤氣凈化生產(chǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，2012.07.

[2]咸庫煕.化產(chǎn)工藝學(xué)[M].冶金工業(yè)出版社，1995.5.

[3]李少源.用輕質(zhì)焦油進(jìn)行洗萘的探討[J].江蘇冶金，第33卷第6期2005.12.