[工程科技]100万t每a焦化厂粗苯工段的工艺设计

[工程科技]100万t每a焦化厂粗苯工段的工艺设计内容摘要：

含苯量增至 %，此含苯富油从塔底经 U 型管排入接受槽。 由此，再用泵送往脱苯工序，脱苯后的贫油经冷却后再回贫油槽供循环使用。 在最后一 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 7 页 个洗苯塔的喷头上部射捕雾层，以捕集被煤气带走的油滴，减少洗油的损失，也避免洗油进入煤气。 煤气洗苯塔 2新 洗油槽 3贫 油槽 4贫 油泵5半富 油泵 6富 油泵 7接 受槽图 2 5 从 煤气中吸取苯族烃的工艺流程新洗油贫油煤气富油 近年来，为解决木材短缺 问题，采用筛板塔，钢板网填料，不锈钢填料以及塑料花环填料洗苯塔，取得了较好的效果，洗苯塔台数可减少为一至两台。 我国焦化厂洗涤用的洗油主要有焦油洗油和石油洗油。 吸收放又分为焦油洗油吸收法和石油洗油法。 焦油洗油吸收法 焦油洗油是高温焦油加工时 230300℃的馏分 ,由于大多数焦化厂都能自得 ,所以应用广泛 ,其质量指标已在第一章中列出如表 13. 焦油洗油的含萘量除规定要小于 13%外 ,还要求其含苊量不大于 5%,是为了保证在 1015℃时无固体沉淀物。 萘苊因熔点较高 ,在常温下易析出固体结晶 ,因此应控制其 含量。 但是萘苊同芴 ,氧及洗油中其他高沸点组分混合时 ,能生成低熔点的有关各组分的共熔点混合物 ,所以洗油中存在一定数量的萘 ,则有助于降低洗油析出沉淀物的温度。 洗油 酚 含量高时 ,会与水形成乳化物 ,从而破坏吸苯的操作 ,且酚的存在使洗油变稠 ,黏度大 ,因此必须严格控制洗油中的含酚量。 由于石油洗油洗苯工艺存在很多问题尚未解决，设备选型上存在难题， 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 8 页 所以一般不采用石油洗油工艺，而多采用焦油洗油洗苯工艺。 脱苯工艺 由洗苯工序过来的含苯富油需进行脱苯。 用一般蒸馏的方法可以把富油中的粗 苯 蒸出来。 但为 达到需要的脱苯程度，则需将富油加热到 250300℃，这在实际上是不可行的，但为了降低脱苯蒸馏的温度，可采用水蒸汽蒸馏法或真空蒸馏法。 我国焦化厂均采用水蒸汽蒸馏法脱苯，或称气提法脱苯。 按照富油的加热方式的不同，可分为蒸汽加热法和管式炉加热法两种。 按照粗 苯 产品又可分为生产一种苯的方法和生产两种苯的方法。 本设计任务是生产一种苯，下面将蒸汽加热和管式炉加热生产一种苯的方法分别加以介绍。 蒸汽加热法生产一种苯 蒸汽加热法生产一种苯的工艺如图 26： 贫油冷却器 贫富体油换热器 再生器 富油预热器脱苯塔 残渣池 粗笨储槽 产品泵 分缩器冷凝冷却器 重油水分离器 轻油水分离器粗笨油水分离器 控制分离器残渣蒸汽直接蒸汽水贫油去洗苯冷却水水富油水轻、重分器至富油 由洗涤工序来的富油在分离器下面的三格中，被脱苯塔来的蒸汽加热至7080℃，然后进入贫富油换热器，被来自脱苯塔的温度为 130140℃的热贫油加热到 90100℃，最后在富油预热器中用低 温 间接蒸汽加热到 135145℃，进入脱苯塔顶部进行脱苯。 从脱苯塔顶部溢出的粗 苯 ，洗油蒸汽和水蒸气的油汽和水汽混合物进入分缩器下面三格中与富油换热，并在分缩器顶上的一格用冷水冷却，从而之大部分洗油汽和水汽冷凝下来，从分缩器顶部溢出的即是粗 苯 蒸汽。 为得到 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 9 页 合格的粗 苯 产品，可用冷却水水量控制分缩器顶部蒸汽温 度，之其在 8689℃的范围内。 由分缩器顶部溢出的粗 苯 蒸汽进入冷凝冷却器，在此用冷水冷凝冷却到2530℃，做经粗 苯 分离器将水分出后计量槽进入粗 苯 储槽。 进入分离器的油气和水汽混合物，在分离器底部两格所形成的冷凝液为重分缩油，在分缩器顶部两格所形成的冷凝液为轻分缩油。 轻、重分缩油分别进入油水跟力气，与水分离后兑入富油送往脱苯塔。 从粗 苯 、轻分缩油、重分缩油油水分离器排出的分离水均进入控制分离器进一步分离，以减少洗油损失。 从脱苯塔底部排出的贫油温度比富油温度低 35℃，自流入贫富 .油换热器，与富油换热并冷 却至 110120℃后，再回到脱苯塔底热贫油槽，在此用贫油泵送到贫油冷却器冷却至 2530℃后，送往洗被呢塔循环喷洒。 由于洗油在循环使用中质量变坏。 为保持循环洗油量的 %由富油入塔的管路引入洗油再生器，在此，洗油被间接蒸汽加热至 160180℃，并用过热蒸汽直接蒸吹，从再生器顶部蒸吹出来的温度为 135175℃ 的油气和水汽的混合蒸汽进入脱苯塔的底部。 再生器底部的残渣油可靠设备内的蒸汽压力间歇地回连续地排至残渣油槽。 、管式炉加热法生产一种苯的工艺 图 管式炉加热法生产一种苯工艺流程管式炉 2再 生器 3 残 渣池 4 脱苯塔 5 贫油冷却器6贫 富油换热器 7 重分缩器水分离器 8 轻分 缩器油水分离器9粗 笨油水分离器 1 0控 制分离器 1 1粗 笨储槽1 2 产品泵 13 分缩器 14 冷凝冷却器 15 贫油泵 管式炉加热法生产一种苯的工艺流程如图 27 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 10 页 从洗涤工序来的富油先进入分缩器，被从脱苯塔来的气体加热到7080℃，然后入贫富油换热器，被热贫油加热后进入管式炉。 加热到180190℃的富油，从第 14 层板进入脱苯塔。 热贫油从脱苯塔底部经贫富油换热器自流入脱苯塔下部的热贫油槽，温度 120℃左右，然后用泵送到贫油冷却器到 2530℃送回洗苯塔循环使用。 从脱苯塔顶出来的粗 苯 蒸汽，进入分缩器，温度从 170180℃，降到 93℃左右，部分水蒸汽被冷凝下来，然后进入冷凝冷却器，粗 苯 和水从冷凝冷 却器下部流入油水分离器进行分离。 从油水分离器出来的粗 苯 进入粗 苯 储槽。 轻、重分缩器分别进入油水分离器分离。 为保证洗油质量，从管式炉加热后的富油管线引出 12%的富油进再生器，于此用管式炉过热至 400450℃的蒸汽进行蒸吹。 器顶排出温度为190200℃的水汽，油汽与粗 苯 汽一起进入脱苯塔，再生器底部残渣定期排放。 管式炉加热法生产一种苯与蒸汽加热法生产一种苯相比具有以下优点： 粗 苯 回收率高； 蒸汽耗量低； 酚水量少等优点。 3 粗 苯 回收原理 粗 苯 回收原理及影响因素 洗油回收粗 苯 的原理 用 洗油回收炼焦煤气中的粗 苯 是一种吸收过程。 其吸收机理 是建立在双膜理论基础上。 双膜理论的基本观点如下： 相互接触的气液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一很薄的有效滞留膜层。 由于两流体的主体充分揣动，浓度的均匀的，全部的浓度变化集中在两个有效膜层内，且吸收过程在界面处达平衡。 因此扩散过程的全部阻力也就等于气膜和液膜的阻力之和，这个阻力的大小也就决定了吸收速率的大小。 影响粗 苯 吸收的因素 在吸收过程中，如果吸收系数比较大，那么进入液相的量也较大，也就是说吸收进行的完全。 为此，我们通过气相进入液相 的量的多少来讨论回收进行的程度。 煤气中的苯族烃在洗苯塔乃被回收的程度称为回收率。 回收率是评价洗 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 11 页 苯操作的重要指标，可按下式表示： η =1a2/a1 式中：η 粗 苯 回收率， % a1， a2—— 洗苯塔入口，出口煤气中苯含量，克 /标米179。 回收率的大小取决于下列因素：煤气和洗油中苯族烃的含量；煤气流速几其压力；洗油循环量及其分子量；吸收温度；洗苯塔的构造，对填料塔则为填料表面积及其特性等。 现分述如下： 吸收温度的影响 吸收温度指洗苯塔内气体液体两相接触面的平均温度，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粗 苯 回收率的。 吸收温度增高，吸收系数有些增大，但不显著。 当煤气中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；因而当提高温度时，洗油中与其呈平衡的粗 苯 含量愈低，因此温度升高，吸收推动力随之减小。 吸收温度不宜过高，也不宜过低。 适宜为 25℃左右，操作中洗油温度应略高于煤气温度以防煤气中的水汽冷凝进入洗油中。 洗油的分子量及循环油两的影响 当其它条件一定时，洗油的分子量变小将使洗油中粗 苯 含量变大，即吸收得愈好。 但洗油的分子量也不宜过小，否则洗油在吸收过程中损失较大，并在脱苯蒸馏时不易与粗 苯 分离。 增加循环洗油量可降低洗油中粗 苯 的含量，增加气液间的吸收推动力，从而提高粗 苯 回收率。 但循环洗油量也不易过大，以免过多增加电、蒸汽耗量和冷却用水量。 贫油含苯量的影响 其它条件一定时，入塔贫油中粗 苯 含量愈高，则塔后损失愈大。 现行规定塔后煤气中粗 苯 含量低于 2 克 /标米179。 如果一步降低贫油中的粗 苯 含量，虽有助于降低塔后损失，但将增加脱苯蒸汽时的水蒸汽耗量，使粗 苯 180℃前馏出率减少，即相应增加粗 苯 中溶剂油的生成量，并使洗油的耗量 增加。 吸收表面积的影响 填料的表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收过程进行得也愈完全。 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 12 页 煤气压力和流速的影响 煤气压力增大时，其扩散系数随压力的增加而减小，因而使吸收 系数降低。 但随煤气压力的增加，煤气中苯族烃的分压将成比例地增加，从而使吸收推动力迅速增加，吸收速率也将增大。 煤气速度的增大师吸收系数增大，可提高气液相接触的旋流程度和提高洗苯塔的生产能力。 所以加大煤气速度可强化吸苯过程，但太大，会使洗苯塔阻力和雾沫夹带量急剧增加。 脱苯原理及影响因素 脱苯原理（蒸汽法 ） 脱苯原理实 际是精馏原理，又挥发度不同的组分组成的混合液 精馏塔内大多次进行部分汽化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态的过程。 在精馏过程中，当加热互不相溶的液体混合物时，如果此混合物的蒸汽分压之和达到塔内的总压时，液体即行沸腾。 所以。 在脱苯蒸馏过程中通入大量直接水蒸汽，当塔内的总压力一定时，若气相中水蒸汽所占的分压愈高，则粗 苯 和洗油的蒸汽分压就愈低，这样就可以在较低的脱苯蒸馏温度（远比250300℃的温度低）下，便可将粗 苯 完全地从洗油中蒸出来。 影响脱苯的因素 在塔底温度下各组分在蒸汽压。 提高富油预热温度 ，则塔底贫油温度也相应提高。 贫油中各组分的蒸汽压增大，从而使粗 苯 的蒸出率也增加。 脱苯塔内操作压力 提高塔内操作压力时，各组分的蒸出率相应减少。 反之，则响应增加。 脱苯塔的塔板层数 增多加料板以下的塔板数 n，可使各组分的蒸出率增大，特别是 对甲苯，二甲苯的蒸出率影响较大。 直接蒸汽量、温度 提高直接蒸汽量，可使各组分的蒸出率增加。 反之则各组分的蒸出率减小。 此外还有富油的预热温度和含苯量。 4 主要设备论证及选型 前面我们介绍了四种终冷洗萘工艺，它们各自使用的终冷塔也不同。 煤气终冷和机械化除萘工 艺用金属隔板塔。 此塔局有传热，传质好的优点，但在终冷塔后出口煤气的含萘量较高，萘的脱除率低，终冷水和萘不能 中国矿业大学 2020 届本科生毕业设计 第 13 页 很好地分离。 煤气终冷和热焦油洗萘工艺使用带焦油洗萘器的煤气终冷塔（筛板塔）。 此塔虽然具有扩散推动力大的优点，但操作不稳定，对水质的要求高。 油洗萘和煤气终冷工艺中使用的是横管式终冷塔。 此工艺洗萘与终冷分开，投资高，不易小厂借鉴。 横管终冷喷洒轻质焦油洗萘工艺使用横管终冷洗萘塔。 它的优点：不仅终冷效果好，除萘效果也好；系统阻力小，操作维修简便，节约点耗；不需含酚污水处理。 根据本设计在第二章所确定选用的 终冷除萘工艺、流程，可确定选用与该工艺相配套的终冷塔 —— 横管终冷洗萘塔。 洗苯塔 目前，我国焦化厂采用的洗苯塔主要有空喷塔，板式塔和填料塔，下面分别加以介绍。 空喷塔 空喷塔一般为多段喷洒，没段下部均设有煤气分布器，相邻两段设有煤气通过的锥性散罩，底部设有许多个喷嘴组成的洗油喷洒装置，其上设有备用的中央喷嘴，从顶部洒下来的洗油经降液管引到下段。 洗油从第二段起来采用循环喷洒。 用空喷塔洗苯具有以下优点：投资省，处理能力大，阻力小，不堵塞等。 缺点：洗苯效率低，塔后煤气含苯量高，洗油循环量大，动力 消耗大。 板式塔（孔板塔） 板式塔主要有穿流式筛板塔。 该塔容易实现最佳流体力学条件，即增加气液两相的接触面积，提高两相的湍流程度，迅速更改两相界面以减小其扩散阻力。 这种塔结构简单，容易制造，生产能力大，投资省，节约金属材料，且安装和维修简便。 其缺点是塔板的效率受负荷变动的影。