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      焦爐煤氣回收粗苯工藝的設(shè)計

      2019-09-25 08:53:42
      山西化工 2019年4期
      關(guān)鍵詞:富油洗油焦爐煤氣

      祁 軍

      (山西焦煤集團五麟煤焦開發(fā)有限責(zé)任公司,山西 汾陽 033000)

      引 言

      煤炭作為我國的主要能源之一,其也是我國經(jīng)濟發(fā)展的主要動力之一。不同形式的煤由于其獨特的性質(zhì)和優(yōu)勢,以多種形式應(yīng)用于各個行業(yè)。其中,煤炭主要應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)中;煤氣主要應(yīng)用于居民的日常生活中;焦炭在燃燒過程中能夠產(chǎn)生大量的熱量,主要應(yīng)用煉鋼企業(yè)中[1]。焦炭是煤在焦化廠中煉焦的產(chǎn)物,在煉焦的過程中有75%的煤炭轉(zhuǎn)化為焦炭,其余25%轉(zhuǎn)化為各種化學(xué)品和煤氣。據(jù)統(tǒng)計表明,從焦爐煤氣、粗苯、煤焦油中可提煉出上百種焦化產(chǎn)品。

      粗苯作為煤炭煉焦過程中的產(chǎn)物,具有不溶于水、易燃、易爆、易中毒的特點。粗苯是一種由多種有機物組成的混合物。在工業(yè)應(yīng)用中,粗苯不僅可以制成丙酮、苯酚等物質(zhì),還能夠加工成為橡膠、纖維等產(chǎn)品[2]。除此之外,粗苯還可通過精加工制得甲苯、二甲苯、純苯等產(chǎn)品。因此,不論從工業(yè)生產(chǎn)的安全性,還是從充分利用焦化產(chǎn)品、綜合利用煤炭資源等方面都需對焦爐氣中的粗苯進行回收。實現(xiàn)對焦爐煤氣中粗苯的回收不僅可以凈化焦爐煤氣,還能夠獲得更有經(jīng)濟價值的粗苯。

      1 粗苯回收理論研究

      1.1 回收粗苯方法研究

      目前,在工業(yè)生產(chǎn)中從焦爐煤氣中回收粗苯的方法主要包括洗油吸收法、活性炭吸附法以及深冷凝結(jié)法。其中,洗油吸收法采用不同的裝置可以得到不同的產(chǎn)品。具體可以生產(chǎn)粗泵,輕苯和重泵,萘溶劑油、輕苯和精重苯[3]。采用活性炭吸附法回收粗苯具有設(shè)備投資少、能耗低、回收率高的優(yōu)勢;但長期采用活性炭吸附法容易導(dǎo)致活性炭堵塞,從而影響其吸附能力。深冷凝結(jié)法是通過將焦爐煤氣的溫度降低至45℃左右,使苯族烴固化后分離出來。此方法所得到粗苯的質(zhì)量較高,但采用此方法設(shè)備投資較高,能耗較高。由于技術(shù)局限,目前深冷凝結(jié)法還未在我國推廣應(yīng)用。因此,目前性價比最高的回收粗苯的方法為洗油吸收法。

      1.2 粗苯回收率影響因素分析

      所謂粗苯回收率指的是在洗苯塔中被回收粗苯的含量。粗苯回收率的計算如式(1)所示:

      其中,a1為焦爐煤氣進入洗苯塔時苯的含量;a2為焦爐煤氣出洗苯塔時苯的含量。經(jīng)分析可知,影響焦爐煤氣粗苯回收率的主要因素包括有:吸收溫度、洗油的循環(huán)量、洗苯塔內(nèi)填料的表面積、焦爐煤氣的壓力和流速等。

      1.3 洗苯工藝對比分析

      目前,應(yīng)用于洗油吸收法回收粗苯的操作壓力可分為加壓吸收法、常壓吸收法以及負壓吸收法。其中,加壓吸收法的能耗較大適用于焦爐煤氣的遠距離輸送;常壓吸收法的壓力稍高于大氣壓,被廣泛應(yīng)用;負壓吸收法主要應(yīng)用于全負壓焦爐煤氣凈化系統(tǒng)[4]。

      因此,在綜合考慮各回收粗苯工藝優(yōu)缺點和焦化廠實際生產(chǎn)情況的基礎(chǔ)上,選用常壓吸收法實現(xiàn)對焦爐煤氣中粗苯的回收。

      2 工藝選擇

      2.1 洗苯工藝的確定

      洗苯工藝的確定:采用常壓吸收法對焦爐煤氣中的粗苯進行清洗操作。

      本文洗苯工藝采用洗油吸收法實現(xiàn)。實際生產(chǎn)中可采用焦油和石油來完成對焦爐煤氣中苯物質(zhì)的清洗。其中,采用石油洗油洗苯工藝能耗較低且操作簡單。但是,采用石油洗油洗苯工藝的效率較低,故循環(huán)洗油比焦油洗油時油的耗能大[5]。此外,石油洗油洗苯工藝需充分考慮在洗油操作中油渣對設(shè)備造成堵塞的情況。因此,在上述分析的基礎(chǔ)針對洗苯操作采用焦油洗油洗苯工藝實現(xiàn)。

      2.2 脫苯工藝的確定

      經(jīng)洗苯操作后的富油還需經(jīng)脫苯操作后才可得到粗泵。一般情況下,常采用蒸餾的方式將粗苯蒸出來。但是,在實際生產(chǎn)中將富油的溫度加熱至250℃以上才能達到脫苯的效果,而富油加熱至250℃以上在工業(yè)中是不可能實現(xiàn)的。因此,常將富油通過蒸汽加熱和管式爐加熱的方法達到上述目的。經(jīng)實踐表明,管式爐加熱蒸餾的方法具有粗苯回收率高、耗能少的特點。因此,本文脫苯工藝采用管式爐加熱蒸餾的方法實現(xiàn)。

      3 設(shè)備的選型設(shè)計

      焦爐煤氣回收粗苯的操作中以洗苯和脫苯操作為核心。因此,本節(jié)將對執(zhí)行洗苯操作的洗苯塔和執(zhí)行脫苯操作的管式爐進行選型設(shè)計。

      3.1 洗苯塔填料的選擇

      經(jīng)研究可知,適當(dāng)提高填料的比表面積能夠增加洗油與焦爐煤氣的接觸面積,從而提升系統(tǒng)傳質(zhì)效率,最終達到提升富油中苯的含量的目的。因此,在本文中焦爐煤氣回收粗苯操作中的洗苯工藝應(yīng)選用不銹鋼波紋或者瓷環(huán)作為填料。

      在實際洗苯工藝的操作中會產(chǎn)生油渣和黏性物質(zhì),故需定期對洗苯塔進行清洗。因此,在頻繁的清洗操作下對填料的強度及耐高溫性能提出了較高的要求。鑒于瓷環(huán)容易破碎,故選用不銹鋼波紋作為填料,從而降低作業(yè)人員的勞動強度。

      3.2 管式爐的選擇

      管式爐為脫苯操作的關(guān)鍵設(shè)備。因此,脫苯的效果在一定程度上由管式爐的性能所決定。為了保證管式爐充分發(fā)揮其性能,選用316L材質(zhì)作為高溫管道和管式爐爐管的材料,進而提升管式爐及耐高溫管的強度和耐腐蝕性,延長管式爐的使用壽命,提升了脫苯操作的效率。

      此外,在對富油進行加熱時,為了降低加熱過程中的能耗采用階梯式加熱方式。首先,在對流段對換熱器中的富油進行加熱,待富油進入輻射段后進一步提升其溫度,實現(xiàn)對富油溫度的調(diào)節(jié),在達到蒸餾效果的同時降低系統(tǒng)的能耗。

      4 結(jié)語

      焦爐煤氣作為煤炭所存在的一種形式,由于其獨特的性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。但是,在焦爐煤氣的生產(chǎn)過程中會含有一定量的苯類化合物,此類苯類化合物不僅影響焦爐煤氣的安全性,而且還造成了能源的浪費。因此,在焦爐煤氣的生產(chǎn)過程中應(yīng)對其中的粗苯進行回收。在回收操作中還應(yīng)尤其注意洗苯和脫苯工藝及相關(guān)設(shè)備的選型以提升粗苯回收率。

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