[能源化工]5万m3h焦炉煤气车间工艺设计

[能源化工]5万m3h焦炉煤气车间工艺设计内容摘要：

顶排出，经冷凝、冷却成为浓氨水。 氨汽提塔下部排出的贫液经换热、冷却进入弗萨姆吸氨塔循环使用。 含氨的浓氨水用泵送入无水氨精馏塔中部，被从下部供入的压力为 的蒸汽精馏成为裸气，裸气经过压缩冷凝成为液氨。 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 15 页 共 59 页 磷酸槽 吸收塔 贫液冷却器 贫液换热器 蒸脱气 解吸塔 冷凝器给料槽 给料槽 精馏塔 冷凝器 1氢氧化 钠槽 1除焦油器 1焦油槽 1溶液槽 11 1 1 1离心泵 图 24 弗萨姆脱氨工艺流程图 终冷脱萘工段 煤气在终冷塔内自下而上流动，与经隔板喷淋下来的冷却水流接触被冷却。 煤气被冷至 25～ 30℃ ，部分水汽被冷凝下来，相当数量的萘从煤气析出并悬浮于水中，煤气中萘含量由 2g/m3～ 3g/m3 降至 ～。 含萘冷却水由塔底流出，经液封管导入焦油洗萘器底部，并向上流动。 热焦油在筛板上均匀分布，通过筛孔向下流动，在油水逆流接触中萃取萘。 含萘焦油由洗萘 器下部排出 ，经液位调节器流入焦油储槽。 每个焦油储槽循环使用 24h 后，加热静置脱水再送去焦油车间。 洗萘器上部的水流入澄清槽，与焦油分离后去凉水架。 焦油萘混合物去焦油储槽。 煤焦油洗油脱苯工段 终冷后的煤气含粗苯含量 25g/m3～ 40g/m3， 由吸收塔的下部 进入粗苯吸收塔，塔 顶 喷淋洗油，煤气自上而下流动， 在波纹丝网填料层中 煤气与洗油逆流接触，洗油吸收粗苯成为富苯洗油。 富苯洗油在吸收塔底流出来，外有一液位调节器调节塔内洗油持液量。 富油在再生塔中用水蒸气吹脱出其中的粗苯，再生为贫油，用循环泵返回吸收塔 循环利用。 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 16 页 共 59 页 终冷塔 液位调节器 冷却器 焦油槽 洗油槽 离心泵 洗苯塔 图 25 终冷洗萘洗苯工艺流程图 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 17 页 共 59 页 3 物料衡算与热量衡算 为了进行设计的工艺衡算，焦炉煤气生产，按年工作日 300天，停产检修两个月为计算基准，根据生产规模，生产车间每日三班工作制，每天生产 5万立方米，在工艺衡算衡算主要参考资料为 [1218]。 设计规模： 50000m3/h焦炉煤气车间 初冷工段 衡算 集气管衡算 每吨干煤产荒煤气 480m3，其中煤气占 75%，水煤气占 %，焦油与苯蒸汽占 %。 (以上均为标况下 )焦炉煤气由碳化室经上升管进入集气管，在集气管里用75℃ 循环氨水喷洒，温度由 650℃ ～ 800℃ 降至 85℃ 以下。 本次设计采用上升管水套管冷却设计，控制煤气温度不超过 700℃ ，设计氨水喷洒量为。 每小时干馏焦煤质量为： m(干煤 )= 50000/480 = 104 (吨 ) 设计理论喷洒氨水量为： qv(氨 水 )=104 = 573（ m3/h） 设计中氨水蒸发量 为 3%， 则需补加的循环氨水量为： Qv = qv ψ = 573 3% = m179。 /h ≈ (m179。 /h) Qv——需要补加氨水的流量， m179。 /h； qv ——循环氨水的流量， m179。 /h； ψ——氨水的蒸发率， %。 700℃ 85℃ 50000m3/h 50000m3/h 蒸发量 3% 氨水 /吨干煤 氨水 /吨干煤 （含焦油） 粗煤气 初冷煤气 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 18 页 共 59 页 初冷器衡算 设计采用横管间接冷却方法 ，设置二段冷却管，一段将焦炉煤气冷却至 45℃，接下来的二段冷却中用 18℃的低温水冷却至 25℃。 表 31 横管间冷器技术参数表 项目 横管型冷凝冷却器 工作 温度 管外粗煤气 85℃ ～ 25℃ 管内 冷却水 18℃ ～ 40℃ 允许压力 /MPa 管外 ，管内 气流流动方式 垂直错流 流体流动速度 /(ms1 ) 传热系数 /(KJm 2h 1℃ ) 一段冷却 837，二段冷却 418 查得 20℃， 的典型焦炉煤气中各组分的比热 如表 32，用来估算工业设计中焦炉煤气的比热，以确定横管冷却水用量。 表 32 焦炉煤气中各组分的比热 组分 定压热容 /(kJkg1K 1) H2 CO CO2 N2 CH4 CnHm 典型焦炉煤气的热熔衡算： cp(煤气 )=cp(H2) φ (H2)+cp(CO) φ (CO)+cp(CO2) φ (CO2)+cp(N2) φ(N2)+cp(CH4) φ (CH4)+cp(CnHm)φ (CnHm) =59%+8%+2%+25%+% = (kJkg1K 1) 其中甲烷以外的烃类，含量较低，热容又低于甲烷，为保证工程计算上的最大值，选用 CH4 热容为基准。 满足工程实际中关于混合物物性的工程计算， 考虑到了工程中极限数值，保证设计的安全。 采用了经过大量实践经验检验过的安全系数 ，中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 19 页 共 59 页 更加合理地保证设计、施工和日常生产中的问题。 查手册得， 20℃ ， ，水的比热为 kJkg1K 1，密度为。 在本设计中冷却水以此状态下为依据。 20℃ m3/h 18℃ 85℃ 45℃ 25℃ 40℃ m3/h 25℃ m3/h 一段冷却的热负荷为： Q1 = qm,1cp,1(T1T2) = qv,1ρ1 cp,1(T1T2) = 50000 = 106 (kJ/h) 上式中 Q1—一段冷却的热负荷， kJ/h； qm,1—标准状态下焦炉煤气的质量流量， kg/h； qv,1—标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； ρ1—标准状态下焦炉煤气的密度， kg/m3。 T T2—一段 煤气入、出口温度， ℃ ； 一段冷却水用量 ： Q1 = qm,2c p,2(t1t2)=qv,2ρ2 cp,2(t1t2) qv,2= Q1/[ρ2 cp,2(t1t2)] =106/[(4020) = (m3/h)≈106 (m3/h) 上式中 qm,1—标准状态下焦炉煤气的 质量流量， kg/h； qv,1—标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； ρ1—标准状态下焦炉煤气的密度， kg/m3。 t t2—焦炉煤气入、出口温度， ℃ ； 二段冷却热负荷 ： Q2 = qm,1c p,1(T3T4) = qv,1ρ1 cp,1(T3T4) =50000（ 4525） 初冷煤气 水冷煤气 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 20 页 共 59 页 =106（ kJ/h） 上式中 T T4— 二段煤气入、出口温度， ℃ ； 二段冷却水用量： Q2 = qm,3c p,2(t3t4)=qv,3ρ2 cp,2(t3t4) qv,3= Q2/[ρ2 cp,2(t3t4)] =106/[(2518) = (m3/h)≈106 (m3/h) 上式中 qm,3—标准状态下 冷却水 的质量流量， kg/h； qv,3—标准状态下 冷却水 的体积流量， m3/h； ρ2—标准状态下冷却水的密度， kg/m3。 t t4—焦 冷却水出 、 入 口温度， ℃ ； 改良 ADA 法脱硫工段衡 入塔气体中 H2S 含量不超过 20g/m3,HCN 含量不超 过 g/m3；净化后气体中H2S 含量不超过 g/m3， HCN 含量不超过 g/m3。 ADA 吸收液 2020 m3/h ω2= g/m3 ω4= g/m3 ω1=20 g/m3 ω3= g/m3 吸收富液 2020 m3/h 吸收塔中脱出 H2S 的量： qm,1=qv(ω1ω2) =50000() =975000 (g/h) n (H2S)= qm,1/M(H2S) =975000/34 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 21 页 共 59 页 =104(mol) 吸收塔中脱出 HCN 的量： qm,2=qv(ω3ω4) =50000() =105 (g/h) 以上各式中 qv— 标准状态下焦炉煤气的体积流量， m3/h； qm, qm,2— 吸收塔脱除 H2S、 HCN 的质量， g/h； ω ω2— 吸收塔入口、出口 H2S 的浓度， g/m3； ω ω4— 吸收塔入口、出口 HCN 的浓度， g/m3； 改良 ADA 的脱出 H2S 的反应机理： Na2CO3 + H2S = NaHS + Na2CO3 106 34 吸收塔脱除 H2S 需要的 Na2CO3 的量，可用下式计算： m1(Na2CO3)= qm,1M(Na2CO3)/ M(H2S) =975000106/34 =3039716 (g/h) 吸收塔脱除 H2S 需要的 NaVO3的量： 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = NaV4O9 + 4NaOH + S m(NaVO3)=2n (H2S) M(NaVO3) =2104122 =106(g/h) NaV4O9+2ADA(O) + 2NaOH+H2O = 4NaVO3 + 2ADA(H) 吸收塔脱除 H2S 需要的 ADA(O)的量 ： m(ADA(O))= n (H2S) M(ADA(O)) =104414 =107 (g/h) 以上各式中 m1(Na2CO3)、 m(NaVO3)、 m( ADA(O))— 吸收塔中脱出 H2S 需要的Na2CO NaVO ADA(O)的质量， g/h； 中北大学 2020 届毕业 设计说明书 第 22 页 共 59 页 M (Na2CO3)、 M (NaVO3)、 M (ADA(O))— Na2CO NaVO ADA(O)的摩尔质量， g/mol； n (H2S)— H2S 的物质的量 ， mol； 改良 ADA 的脱出 H2S 的反应机理 ： NaCO3+HCN+S = NaCNS+NaHCO3 106 27 m2(Na2CO3)= qm,2M (Na2CO3)/ M（ HCN） =100000106/27 =392593 (g/h) 整个反应阶段需要 Na2CO3 的量为： m(Na2CO3)总质量 = m1(Na2CO。