焦爐煤氣回收粗苯工藝的設(shè)計

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。