焦炉煤气中粗苯的回收工艺设计

河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计说明设计说明本次毕业实习的地点是在中平能化集团河南京宝焦化有限公司，具体工作岗位是工艺技术部粗苯蒸馏工段。经过近两个月的岗位工作，作者对焦化厂粗苯回收工艺流程有了一定程度的了解和掌握，所以将毕业设计题目定为：15000 m3/h 焦炉煤气中粗苯的回收工艺设计。粗苯回收工艺主要分终冷洗苯和粗苯蒸馏两个过程，根据河南京宝焦化有限公司的粗苯回收工艺流程以及自己对粗苯回收相关内容的一些了解，本设计采用的是常压填料吸收塔进行焦炉煤气中粗苯的吸收，用管式炉加热富油生产一种苯的方法进行粗苯的蒸馏。主要流程为焦炉煤气首先自上而下经过横管式终冷塔，在此依次用32C的循环水和18C的低温水除去煤气中的萘，然后煤气自下而上进入洗苯塔，塔顶向下喷洒27C左右的吸油，气、液逆向接触，使洗油充分吸收煤气中的粗苯而成为富油。富油送往管式加热炉预热到135C，之后从第15层塔板处进入脱苯塔，在此富油被加热到180C，粗苯蒸汽由塔顶采出，塔底则为贫油。然后粗苯蒸汽依次经过油气换热器和冷凝冷却器后成为液体进入粗苯储槽。洗苯塔操作压力0.1 ，填料塔高度 13 ，塔径为 ，入塔煤气中粗苯含量25 g/m3 40 g/m3，出塔含量为4 g/m3以下。本设计中的计算内容主要有吸收塔中气液相的物料衡算和管式炉加热脱苯工序的热量衡算，以及吸收塔设备的相关工艺计算。完成的图纸有带控制点的粗苯回收工艺流程图、物料衡算图和主设备洗苯塔和脱苯塔的剖面图。关键词：焦炉煤气、粗苯回收、粗苯蒸馏、常压、洗苯塔、管式炉、I河南城建学院本科毕业设计（论文） Design NotesDesign NotesThThT is is the place of graduation practice of the Group in Henan to Beijing Zhongping Bao Coking Co., Ltd., is a technology specific jobs distillation section in the Ministry of benzene. After nearly two months of post work, I have a coke plant crude benzene recovery process a degree of understanding and knowledge, so I put my graduate design topics as: 15000 m3 / h of coke oven gas in the crude benzene recovery process design. Crude benzene recovery process mainly consists of the final cold wash both benzene and benzene distillation process, according to King Po Coking Co, Ltd. Henan, crude benzene recovery of crude benzol recovery process and their relevant content on some idea, this design uses the atmospheric pressure packed absorption tower for absorption of benzene in coke oven gas with a tube furnace heated to produce a rich oil method of benzene benzene distillation. Operating pressure of 0.1, height of packed tower 13, tower diameter, the benzene content of the gas into the tower 25g/m3 40g/m3, the tower content 4g/m3 below.Calculation of the design content of the main absorber in the gas phase of the material balance and the tube furnace heating process from benzene heat balance, and the calculation of the absorber device related technology. The drawings are done with the control point flow chart of crude benzene recovery, material balance chart and the main equipment wash benzene tower profile. Key words: coke oven gas, crude benzene recovery, clumsy distillation, atmospheric pressure, benzene washing tower, tube furnace朗读显示对应的拉丁字符的拼音II河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录目 录设计说明IDesign NotesII主要符号说明iii引 言11设计总论21.1粗苯的组成和性质21.1.1 粗苯的组成21.1.2 粗苯的性质31.2 回收苯族烃的方法31.3 影响粗苯回收的因素41.3.1 吸收温度41.3.2 洗油的吸收能力及循环油量41.3.3 贫油含苯量51.3.4 吸收表面积61.3.5 煤气压力和流速61.4 粗苯回收过程存在问题与改进措施71.4.1 存在问题71.4.2 改进措施72 设计方案的确定92.1生产条件及参数92.2 工艺流程及工艺流程图92.2.1 工艺流程92.2.2 工艺流程图113 物料衡算与热量衡算133.1 物料衡算133.1.1 进塔焦炉煤气中各组分的含量133.1.2 进塔焦炉煤气中粗苯的摩尔组成133.1.3 气、液量计算143.1.4 粗苯蒸馏工段物料横算143.2 热量衡算183.2.1管式炉供给富油的热量Qm183.2.2 管式炉供给蒸气的热量QV193.2.3 管式炉加热面积194 主要设备的工艺计算204.1 吸收塔塔径计算204.2 吸收塔高度计算214.2.1 传质单元高度214.2.2 传质单元数224.2.3 填料层高度234.2.4 塔附属高度234.3 填料塔的压力降234.3.1 气体进出口压力降234.3.2 填料层压力降244.3.3 填料塔的总压力降245 主要设备的强度校核255.1壁厚设计及校核255.2 封头设计265.3 圆筒的应力265.4 塔裙座高度266 辅助设备的选型276.1 洗苯塔附属设备276.1.1填料支撑装置276.1.2液体分布器286.1.3液体再分布器296.1.4气体的进口与出口装置306.2 管式加热炉316.3 洗油再生器326.4 脱苯塔356.5 泵356.6 工艺管道366.7 换热器367 设计结果378 参考文献389 附 录3910 致 谢40ii河南城建学院本科毕业设计（论文） 主要符号说明主要符号说明符号单位备注液体喷淋密度kJ/h单位时间内炉管吸收的热量1水密度和液体密度之比填料因子液泛条件下气体质量流速气膜传质系数液膜传质系数单位体积填料润湿表面积填料比表面积气相质量流率液相质量流率气体温度气体常数溶质在气相中的扩散系数溶质在液相中的扩散系数液体粘度液体密度iv符号单位备注气体密度液体表面张力填料材质的临界表面张力1填料结构特性的形状系数，无因次1关联系数，这里取C为5.23河南城建学院本科毕业设计（论文） 引言引 言粗苯是炼焦化学产品回收中最重要的两类产品之一。在石油工业中曾被称为基础化工原料的八种烃类有四类（苯、甲苯、二甲苯和萘）是从粗苯和煤焦油产品中制取的，目前，中国年产焦炭达到两亿多吨，可回收的粗苯资源达200多万吨。虽然从石油化工中可生产这些产品，但焦化工业仍然是苯类产品的重要来源，因此，从焦炉煤气中回收苯族烃具有重要的意义。粗苯是宝贵的化工原料，焦炉煤气中一般含有粗苯25 g/m3 40 g/m3，出塔焦炉煤气中粗苯的含量一般为2 g/m34 g/m3。粗苯是各焦化企业回收的主要对象。粗苯主要含有苯，甲苯，二甲苯，三甲苯等芳香烃。随着原油价格不断上涨，粗苯的价格也在不断增长，而焦炭的价格稳中有降。因此各焦化企业对焦炉煤气中的苯回收更加重视，粗苯的销售已成为一些企业的主要经济来源。用洗油吸收或活性炭吸附等物理方法从焦炉煤气中回收粗苯，其中洗油吸收粗苯法应用广泛。洗油吸收粗苯法是德国人卡罗(H.Caro)在1869 年发明的，第一次世界大战期间得到发展，已被各国普遍采用。洗油吸收粗苯工艺由洗油吸苯和富油脱苯工序组成。洗油吸苯是用洗油洗涤煤气吸收苯族烃，吸收了苯族烃的洗油称为富油。富油脱苯是用蒸汽蒸馏出溶解在富油中的苯族烃，因装置不同可以得到轻苯一种产品或轻苯和重苯两种产品，也可以得到轻苯、精重苯和萘溶剂油三种产品。富油脱苯后的洗油称为贫油，贫油送吸苯工序循环使用。活性炭吸附粗苯法是德国人恩格尔哈特( Engel- hardt)在1916年开发的，1918年应用于城市煤气厂，20年代后在英国、法国、荷兰和日本等国的一些小型煤气厂相继采用。与洗油吸收法相比，活性炭吸附法设备投资少，动力消耗低，粗苯回收率高;但在运行过程中活性炭微孔容易被煤气中的焦油雾、萘、树脂化合物和元素硫等杂质堵塞，使吸附能力下降。活性炭价格昂贵，50年代后工业上已很少采用。当前,在各化工企业逐渐走向深加工渠道的同时,众多焦化厂对粗苯产量的追求也日趋提升。而粗苯产量的高低,关键取决于工艺设备的效率。 1河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论1设计总论1.1粗苯的组成和性质1.1.1 粗苯的组成粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物，粗苯中主要含有苯、甲苯、二甲苯和等芳香烃。此外，还含有不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶碱类。当用洗油回收煤气中的苯族烃时，粗苯中尚含有少量的洗油轻质馏分。粗苯各组分的平均含量见下表表1.1粗苯主要组成含量（%）组分含量组分含量苯5580古马隆0.61.0甲苯1222茚1.52.5二甲苯26硫化氢0.10.2三甲苯26二硫化碳0.31.5乙基苯0.51噻吩0.21.0丙基苯0.030.05甲基噻吩0.10.2乙基甲苯0.080.10吡啶及其同系物0.10.5戊烯0.50.8苯酚及其同系物0.10.6环戊二烯0.51.0萘0.52.0C6C8直链烯烃0.50.6脂肪烃C6C80.51.0苯乙烯0.51.0 粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解的温度。在炼焦配煤质量稳定的条件下，在不同的炼焦温度下所得粗苯中苯、甲苯、二甲苯和不饱和化合物在180C前馏分中含量见下表表1.2不同炼焦温度下粗苯中主要组分的含量炼焦温度/C 粗苯中主要组分的含量质量分数/%苯甲苯二甲苯不饱和化合物9505060182267101210506575131634710此外，粗苯中酚类的含量通常为0.1%1.0%，吡啶碱类的含量一般不超过0.5%。当硫酸铵工段从煤气中回收吡啶碱时，则粗苯中吡啶碱类含量不超过0.01%。粗苯中的各主要组分均在180C前馏出，180C后的流出物称为溶剂油。在测3河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论定粗苯中各组分的含量和计算产量时，通常将180C前的馏出量当作100%来计算，故以其180C前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在180C前的馏出量取决于粗苯工段的工艺流程和操作制度。180C前馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯的180 C前馏出量为93%95%。1.1.2 粗苯的性质粗苯是黄色透明液体，比水轻，微溶于水。在贮存时，由于低沸点不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶解于粗苯中，使其着色变暗。粗苯易燃，闪点为12C。粗苯蒸气在空气中的体积浓度为1.4%7.5%时，能形成爆炸性混合物。 粗苯的热性质依其组成而定，一般可用下列近似计算式确定。 粗苯比热容 式（1-1） 粗苯蒸汽比热容 式（1-2）式中 t -温度，C Mr-粗苯相对分子质量，依粗苯组成而定。工程计算中可取Mr=83粗苯蒸汽比焓 式（1-3）式中 t -温度，C C-粗苯蒸汽比焓，kJ/(kgC)1.2 回收苯族烃的方法从焦炉煤气中回收苯族烃采用的方法有洗油吸收法、固体吸附法和深冷凝结法。其中洗油吸收法工艺简单经济，得到广泛应用。洗油吸收法所用的溶剂是煤焦油洗油，也可用石蜡洗油（轻柴油）。依据操作压力分为加压吸收法、常压吸收法和负压吸收法。加压吸收法的操作压力为8001200 kPa，此法可强化吸收过程，适于煤气远距离输送或作为合成氨厂得原料气。常压吸收法的操作压力稍高于大气压，是各国普遍采用的方法。负压吸收法应用于全负压煤气净化系统。固体吸附法是采用具有大量微孔组织和很大吸附表面积的活性炭或硅胶作为吸附剂，活性炭的表面积为1000 m2/g，硅胶的表面积为450 m2/g。用活性炭等吸附剂吸收煤气中的粗苯，该法在中国曾用于实验室分析测定，例如煤气中苯含量的测定就是利用这种方法。深冷凝结法是把煤气冷却到-40C-50C，从而使苯族烃冷凝冷冻成固体，将其从煤气中分离出来，该法中国尚未采用。吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油，富油脱苯按其操作压力分为常压水蒸气蒸馏法和减压蒸馏法，按富油加热方式分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉4河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论加热富油的脱苯法。前者是利用列管式换热器用蒸汽间接加热富油，使其温度达到135C145C后进入脱苯塔；后者是利用管式炉用煤气间接加热富油，使其温度达到180C190C后进入脱苯塔。该法由于富油预热温度高，与前者相比具有以下优点：脱苯程度高，贫油中苯质量含量可达0.1%左右，粗苯回收率高；蒸汽耗量低，每生产1 t 180C前粗苯为11.5 t，仅为预热器加热富油脱苯蒸汽耗量的1/3；产生的污水量少；蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸小。因此，目前广泛采用管式炉加热富油的脱苯工艺。1.3 影响粗苯回收的因素1.3.1 吸收温度吸收温度系指洗苯塔内气液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。提高吸收温度，可使吸收系数略有增加，但不显著，而吸收推动力却显著减小。总的来说，吸收温度不宜过高，但液不宜过低。在低于15C时，洗油的黏度将显著增加，使洗油输送及其在塔内均匀分布和自由流动都发生困难。当洗油温度低于10C时，还可以从油中析出固体沉淀物。因此适宜的吸收温度为25C左右，实际操作温度波动于2030C之间。操作中洗油温度应略高于煤气温度，以防止煤气中的水汽冷凝而进入洗油中。一般规定洗油温度在夏季比煤气温度高2C左右，冬季高4C左右。为保证适 宜的吸收温度，自硫酸铵工序来的煤气进洗苯塔前，应在最终冷却器内冷却至1828C，贫油应冷却至低于30C。1.3.2 洗油的吸收能力及循环油量由式可见，当其他条件一定时，洗油的相对分子质量减小将使洗油中粗苯含量C增大，即吸收能力提高。同类液体吸收剂的吸收能力与其相对分子质量成反比，吸收剂与溶质的相对分子质量愈接近，则愈易相互溶解，吸收得愈完全。在回收等量粗苯的情况下，如洗油的吸收能力强，使富油的含苯量高，则循环洗油量也可相应减少。但洗油的相对分子质量也不宜过小，否则洗油在吸收过程中挥发损失较大，并在脱苯蒸馏时不易与粗苯分离。送往洗苯塔的循环洗油量可根据下式求得：5河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论 式（1-4）式中 V煤气量，/; ,洗苯塔进、出口煤气中苯族烃含量，/； L洗油量，/; ,贫油和富油中粗苯的含量，%。由上式可见，增加循环洗油量，可降低洗油中粗苯的含量，增加吸收推动力，从而可提高粗苯回收率。但循环洗油量也不宜过大，以免过多地增加电、蒸汽的耗量和冷却水用量。在塔后煤气含苯量一定的情况下，随着吸收温度的升高，所需要的循环洗油量也随之增加。1.3.3 贫油含苯量贫油含苯量是决定塔后煤气含苯族烃量的主要因素之一。由式可见，当其他条件一定时，入塔贫油中粗苯含量愈高，则塔后损失愈大。如果塔后煤气中苯族烃含量为2/，设洗苯塔出口煤气压力p=107.19kPa,洗油相对分子质量M=170,30C时粗苯的饱和蒸气压=13.466kPa，将有关数据代入上式，即可求出与此相平衡的洗油中粗苯含量： 计算结果表明，为使塔后损失不大于2/，贫油中的最大粗苯含量为0.22%.为了维持一定的吸收推动力，值应除以平衡偏移系数n,一般n=1.11.2。入取n=1.14，则允许的贫油含苯量。实际上，由于贫油中粗苯的组成里，苯和甲苯含量少，绝大部分为二甲苯和溶剂油，其蒸气压仅相当于同一温度下煤气中所含苯族烃蒸气压的20%30%，故实际贫油含粗苯量可允许达到0.4%0.6%，此时仍能保证塔后煤气含苯族烃在4/以下。如进一步降低贫油中的粗苯含量，虽然有助于降低塔后损失，但将增加脱苯塔蒸馏时的水蒸气耗量，使粗苯产品的180C前馏出率减少，并使洗油的耗量增加。近年来，国外有些焦化厂，塔后煤气含苯量控制在4/左右，甚至更高。这一指标对大型焦化厂的粗苯回收是经济合理的。另外一般粗苯和从回炉煤气中分离出的苯族烃的性质可以看出，由回炉煤气中得到的苯族烃，硫含量比一般粗苯高3.5倍，不饱和化合物含量高1.1倍。由于这些物质很容易聚合，会增加粗苯6河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论回收和精制操作的困难，故塔后煤气含苯量控制高一些也是合理的。1.3.4 吸收表面积为了洗油充分吸收煤气中的苯族烃，必须使气液两相之间有足够的接触表面积（即吸收面积）。填料塔的吸收表面积即为塔内填料表面积。填料表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收过程进行得也愈完全。根据生产实践，当塔后煤气含苯量要求达到2/时，对于木格填料洗苯塔，每小时1煤气所需的吸收面积一般为1.01.1；对于钢板网填料塔，则为0.60.7。当减少吸收面积时，粗苯的回收率将显著降低。1.3.5 煤气压力和流速当增大煤气压力时，扩散系数将随之减少，因而时吸收系数有所降低。但随着压力的增加，煤气中的苯族烃分压将成比例地增加，使吸收推动力显著增加，因而吸收速率也将增大。由式/s可见，增加煤气速度可提高气膜吸收系数，从而提高吸收速率，强化吸收过程。但煤气速度也不宜过大，以免使洗苯塔阻力和雾膜夹带量过大。对木格填料塔，空塔气速以不高于载点气速的0.8倍为宜。回收率和上述诸因素之间的关系，可用下列无因次式表示： 式（1-5）式中 回收率； 指数，； P煤气的平均压力，kPa; F填料的表面积， V煤气量，/h K总吸收系数，/（）； b指数，； 油气比，/； n系数，； 贫油中粗苯质量含量，%； 入洗苯塔煤气中苯族烃含量，/。7河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论1.4 粗苯回收过程存在问题与改进措施1.4.1 存在问题（1）油油换热器窜漏造成的换热效果差 油油换热器是三维板式换热器，投产后，换热效果一直不好，换热后富油温度在80C以下，并且投用不久，换热器本体就多处出现外漏，经常停运焊补，降低了粗苯工段的开工率，从而影响了粗苯产量。贫富油流量相差悬殊，两者流量相差达15 m3/h。说明压力较高的富油已窜入压力较低的贫油中，影响了贫油的吸收能力，同时由于进入脱苯塔的富油量减少，导致粗苯产量降低。 ly!3（2）终冷塔冲洗频繁 随着环境温度的升高，终冷塔的阻力上升较快，冲洗间隔时间越来越短，一般2.53天就必须冲洗一次，每次冲洗耗时3.54h, 影响了设备的开工率，使粗苯产量降低。 c5f57Z （3）再生器液位计经常出现异常 再生器原设计的是玻璃板液位计，洗油易粘在玻璃板上，无法看清液位，经常出现失真的情况，导致贫油在再生过程中产生的聚合物不能及时有效地从粗苯蒸馏系统中分离出去，进而降低循环洗油在洗苯塔内的吸苯能力，直接影响洗苯效果，也使粗苯产量降低。 dG3?(p+ （4）再生器的操作不稳定 再生器的处理量、液位、温度、排渣量等变化较大，影响再生效果，从而影响洗油质量，进而影响洗油吸苯能力。 &VjPdu57 （5）贫油换热器沉渣和积垢 原设计从脱苯塔上部将萘油引出送至萘扬液槽的管道系统因一直未投用，大部分的萘 在温度较低的贫油冷却段中沉积下来并粘附在换热板上。另外，由于冷却用水的水质较差，水侧结垢也较严重，这些都影响了换热器的换热效率，不能保证二段换热器出口的贫油温度在32C以下，直接影响洗油的吸苯效果。 :11 n（6）蒸汽压力波动频繁 蒸汽压力随电厂负荷变动（或随焦化厂蒸汽耗量大小）而波动，波动范围较大，使粗苯生产受到极大影响，脱苯塔塔内压力大幅度波动，粗苯的产出量时大时小。 9q5 1.4.2 改进措施（1）更换油油换热器 将原换热器拆除，改装2台螺旋板式换热器，更换后彻底消除了贫富油窜漏，出口富油温度也提高到100C左右。 #Khep （2）延长终冷塔冲洗周期，缩短冲塔时间 将初冷器后煤气温度严格控制在23C以下，一般控制在1921C，让大部分萘在初冷器中冷凝析出，保证进入终冷塔的煤气含萘量低于600 mg/m3。将硫铵工段的煤气预热器后煤气温度控制在35C以下，让部分萘在饱和器中析出。采取上述措施后，终冷塔的冲洗周期延长到67天。 %,N-MJf （3）改进再生器液位计 原设计再生器的液位计为玻璃板液位计，由于经常8河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计总论出现失真的状态，经过调研，将液位计改为浮球液位变送器，既能现场观测到再生器内的实际液位，又能将再生产器内的液位信号远传至中心控制室，从而及时有效地保证了操作人员对再生器的调整操作。 mV7_O/ （4）稳定再生器的操作 再生器的温度控制在180185C范围内，液位控制在18002100 mm（液位显示为300 mm600 mm), 每班定时排渣一次（排渣量根据残油粘度决定），严禁排干渣，以防结炭造成堵塞，影响排渣工作。通过以上操作，可保证贫油再生后产生的聚合物能及时有效地分离出去，轻组分进入油系统优化循环洗油油质，保证贫油的吸苯能力。 $ ga,$G （5）清除贫油换热器的沉渣和积垢 贫油换热器一段温度较高，水侧结垢的机会多；二段油温较低，油侧萘渣沉积机会多。针对这种情况，在一段换热器水侧回水管上加装排污阀，换热器进行定期排污、反冲洗（每周一次），在二段换热器油侧进、出口加装蒸汽吹扫阀，然后根据出口贫油温度轮换冲洗（放尽油侧贫油，用蒸汽由贫油出口向进口冲洗，冲出的萘渣送冷鼓工段废液槽）。 I=.c （6）稳定脱苯塔塔压 减少蒸汽压力波动带来的影响。当蒸汽压力波动较大、时间较长时，由于脱苯塔塔顶温度和塔压随着蒸汽量变化而变化，直接影响到粗苯的质量和产量，为稳定粗苯质量和产量，除了调节脱苯塔的粗苯回流比外，将进入脱苯塔的直接蒸汽关闭，只用过热蒸汽，以降低蒸汽量变化对脱苯的影响。同时，当蒸汽压力过大引起脱苯塔塔内压力增大时，为避免苯蒸汽来不及冷凝而进入控制分离器，通过放散管放散引起粗苯的流失，必须控制粗苯冷凝冷却器的进口水温在19C以下，以保证苯蒸汽能最大限度在粗苯冷凝冷却器中被冷凝下来。 +|uv7|+v （7）优化工艺制度 严格控制各项工艺参数，终冷后煤气温度控制在25C，洗苯塔的操作温度控制在2530C，洗油循环量4560 t/h，使洗苯塔塔内油气比为1.82.0 L/m3，富油温度160165 C，脱苯塔塔顶温度9294C。保证制冷水温低于19C，保证制冷水供给量，让粗苯蒸汽能最大限度地在粗苯冷凝冷却器中冷凝下来，保证粗苯不流失。再生器采用连续加油，间隙定量排稀渣，以稳定循环洗油质量，加大进入再生器的过热蒸汽量，将再生器的器底温度控制在180185C。保证粗苯回流量在规定范围内。 kYSTMt,C N:4On 9河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计方案的确定2 设计方案的确定2.1生产条件及参数(1) 焦炉煤气处理量(2) 采用常压填料塔，以洗油为吸收剂，粗苯为吸收质。洗油密度 粘度(3) 进塔煤气中含粗苯体积分数为2%，相对湿度为65%，温度为25C(4) 进塔洗油温度为28C，洗油含苯质量分数为0.3%，富油含苯质量分数为2.5%。(5) 进塔煤气平均密度 粘度 (6) 操作压力(7)粗苯组成的质量含量和摩尔质量表2.1组 成质量含量%摩尔质量g/mol苯7078.11甲苯1592二甲苯5106.17溶剂油8120水 2 18(8)进塔焦炉煤气中粗苯的含量一般为2540，出塔焦炉煤气中粗苯的含量一般为24。2.2 工艺流程及工艺流程图2.2.1 工艺流程 粗苯回收工艺流程分为终冷洗苯工段和粗苯蒸馏工段。（1） 终冷洗苯 从硫胺工段来的55C煤气经过横管式终冷器温度降至25C 27C，进入洗苯塔与塔顶喷淋的由粗苯蒸馏工段来的贫油逆流接触，将煤气中的苯洗至4以下，然后将煤气送往焦炉、粗苯蒸馏管式炉、锅炉等作燃料气使用，其余外供。横管式煤气终冷器底的冷凝液由泵打至终冷器顶部循环喷洒，防止焦油及萘的积存。富余的冷凝液送酚氰污水处理站。10河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计方案的确定洗苯塔底富油，送粗苯蒸馏工段的富油槽中。主要技术操作指标如下：终冷器后煤气温度： 25C 27C终冷器上段循环水入口温度： 32C终冷器上段循环水出口温度： 45C终冷器下段低温水入口温度： 16C终冷器下段低温水出口温度： 23C洗苯塔出口煤气温度： 25C进洗苯塔贫油稳定度： 27C30C（2） 粗苯蒸馏 由终冷洗苯工段送入富油槽中的富油经富油泵送入油气换热器，与脱苯塔顶部来的93C油气换热后，富油再依次进入贫富油一段和二段换热器，使富油温度升至135C，然后依次进入管式炉对流段、辐射段，加热至180C，进入脱苯塔内进行蒸馏。从脱苯塔顶部出来的油汽进入油气换热器及冷凝冷却器，所得粗苯流入油水分离器。分离出水后的粗苯进入回流槽，经粗苯回流泵送到脱苯塔顶部作为回流用，其余流入粗苯中间槽，用粗苯产品泵送往油库装车外运。在脱苯塔上部设有断塔板，将塔板积存的油和水引出，流到脱苯塔油水分离器，将水分离后，油引入下层塔板。从脱苯塔侧线引出的萘溶剂油，自流到残渣、萘溶剂油槽，用泵压送到油库工段的焦油槽中。脱苯塔底部出来的热贫油，经贫富油一段换热器换热后进入脱苯塔下部的热贫油槽。用热贫油泵将热贫油送至贫富油二段换热器与富油二次换热后的贫油依次经过贫油一段冷却器、贫油二段冷却器，冷却至2730C后，送至洗苯工段的洗苯塔循环使用。为保持稳定的洗油质量，由管式炉加热后的富油管线上引出11.5%的富油进入再生器，用管式炉来的400C过热蒸汽直接蒸吹再生。再生器顶部出来的气体进入脱苯塔下部，再生器底部排出的残渣定期排放至残渣槽，用泵送到油库工段的焦油槽中。系统消耗的洗油定期从洗油槽经富油泵入口补入系统。粗苯油水分离器、脱苯塔油水分离器分离出来的水，进入控制分离器，进一步将油、水分离。分离出来的油流入油放空槽，用液下泵送到富油槽，分离出来的水流入水放空槽，用液下泵送到酚氰污水处理站。主要技术操作指标如下：二段贫富油换热器后富油温度： 105C11河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计方案的确定一段贫富油换热器后富油温度： 135C管式加热炉后富油温度： 180C 190C脱苯塔顶部温度： 90C 93C脱苯塔底部贫油温度： 175C 180C脱苯塔萘油侧线温度： 125C 135C入再生器过热蒸汽温度： 400C一段贫油冷却器后贫油温度： 45C二段贫油冷却器后贫油温度： 27C 29C再生器顶部压力： 50kPa再生器顶部温度： 200C再生器底部温度： 200C 210C管式炉炉膛温度： 600C 800C管式炉废气温度： 300C 400C粗苯冷凝冷却器油出口温度： 25C 30C管式炉烟囱吸力： 100Pa管式炉辐射段压力： -5050Pa脱苯塔塔顶压力： 10kPa脱苯塔塔底压力： 50kPa2.2.2 工艺流程图（1）河南京宝焦化有限公司粗苯回收工艺流程图图2.112河南城建学院本科毕业设计（论文） 设计方案的确定（2）洗苯工艺流程图 图4.21洗苯塔；2新洗油塔；3贫油槽；4贫油泵；5半富油泵；6富油泵（3） 生产一种苯的工艺流程图图4.31脱水塔；2管式炉；3再生器；4脱苯塔；5热贫油槽；6换热器；7冷凝冷却器；8冷却器；9分离器；10回流槽13河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算3 物料衡算与热量衡算3.1 物料衡算3.1.1 进塔焦炉煤气中各组分的含量煤气处理量 煤气中粗苯含量 查表得，27C水蒸气压力为3540.79kPa，则相对湿度为65%的焦炉煤气中水蒸气的含量 空气的含量空气的平均摩尔质量3.1.2 进塔焦炉煤气中粗苯的摩尔组成由，则由，则进塔吸收液中粗苯的含量出塔吸收液中粗苯的含量其中，粗苯的平均摩尔质量为，洗油的平均摩尔质量为。14河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算3.1.3 气、液量计算由全塔物料横算式 式（3-1） 最小液气比为1.12.0，这里取1.5计算，得， 循环洗油量按公式计算，其中，经计算，得循环洗油量3.1.4 粗苯蒸馏工段物料横算粗苯产量洗油量贫油中粗苯组成质量含量如下：表3.1组成质量含量%苯（B）2.7甲苯（T）20二甲苯（X）30溶剂油（S）47.3富油中萘（N）质量含量5%，水（W）1%，粗苯含量2.5%进入脱苯塔的富油量洗油量 富油中萘（N）含量富油中水（W）含量查得各物质Mi(kg/kmol)如下：表3.2组分苯（B）甲苯（T）二甲苯（X）溶剂油（S）奈（N）洗油（m）水（w）Mi(kg/kmol)789210612012817018富油组成（GFi） GFi(kg/h) GFi/Mi(kmol/h)苯 9.25甲苯 2.08二甲苯 1.01溶剂油 1.42萘 3183.9011 24.87洗油 62324.6908 366.62水 636.7802 35.38合计 67335.3321 440.72进入脱苯工序的富油被预热到125C后进入脱水塔，在脱水塔顶压力P=120Kpa。水的汽化率为90%，在此条件下计算脱水后各组分留在液相中的分率i查图125C各组分的饱和蒸汽压如下：表3.3组分苯（B）甲苯（T）二甲苯(X)溶剂油(S)奈(N)洗油（m）Pi0(kPa)333.43162.6874.1436.866.862.04以分别代表苯，甲苯，二甲苯，溶剂油，萘，洗油和水留在液相中的质量含量（%）先设B=0.80,代入公式计算余下各组分i值：由式验算16河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算其中苯 8.27甲苯 2.23二甲苯 1.32溶剂油 1.92萘 23.87洗油 334.2水 3.42合计 66446.32 375.23故=则=B=0.806与假设B=0.8接近，证明上述计算正确。管式炉出口富油温度180C,压力122.66 KPa,180C时各组分的饱和蒸汽压查图得表3.4组分苯（B）甲苯(T)二甲苯(X)溶剂油(S)奈(N)洗油(m)P0B（kPa）1016.58477.29270.11106.6639.3314.67富油进入脱苯塔闪蒸后与闪蒸前液相中各组分的比率（I/）计算如下:先设B/=0.90,代入公式计算余下各组分值：17河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算闪蒸后留在液相中各组分的数量（包括进入再生器的油量）如下： 苯 6.657甲苯 1.757二甲苯 0.931溶剂油 1.366萘 23.77洗油 365.151合计 66174.427 400.513验算/与假设/=0.90接近，证明上述计算正确。在脱苯塔进出口各组分的蒸发量（包括进入再生器的蒸发量）如下： 苯 甲苯 二甲苯 溶剂油 奈 洗油 水 63.67818河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算合计 271.893.2 热量衡算3.2.1管式炉供给富油的热量Qm从脱水塔来的富油带入的热量Q1 洗油（包括萘）=粗苯 水 式中 2.056，2.148，4.258依次为125C时，洗油、粗苯和水的比热容，KJ/()。粗苯的比热容得出，吸油和水的比热容查表得出。 出管式炉180C的富油带出的热量Q2洗油（包括萘）粗苯 式中 2.236，2.391分别为180C时，洗油和粗苯的比热容，KJ/()粗苯的比热容得出，吸油和水的比热容查表得出。 出管式炉粗苯蒸气和油气带出的热量Q3 洗油蒸气（包括萘 蒸气） 粗苯蒸气 水蒸气 式中 565.2，665.7分别为洗油蒸气和粗苯蒸气的焓，KJ/kg; 2834.50.12Mpa, 180C时水蒸气质量焓，KJ/kg。粗苯蒸气焓 19河南城建学院本科毕业设计（论文） 物料衡算与热量衡算3.2.2 管式炉供给蒸气的热量QV入管式炉对流段低压蒸汽带入热量Q4蒸馏用直接蒸汽消耗量 式中2747.8-0.4Mpa(表压)饱和蒸汽质量焓，KJ/kg。400C过热蒸气带出热量Q5式中 3272- 0.4Mpa(表压) 400C过热蒸汽质量焓，KJ/kg。 3.2.3 管式炉加热面积在进行一般工艺计算时，可采用已知的热强度数据按下式确定所需要的加热面积： 式（3-2）式中 Q单位时间内炉管吸收的热量，KJ/h; 炉管的表面热强度，辐射段单排管可取为84000105000 KJ/(m2.h);对流段可取为2100050000 KJ/(m2.h)。取Qm的95%由辐射段供给，5%由对流段供给，取辐射段热强度为105000KJ/(m2.h),则辐射段炉管加热面积为： 取对流段热强度为21000 KJ/(m2.h),则对流段炉管加热面积为： 设管式炉热效率为75%，煤气热值为17800 KJ/m3,则煤气消耗量为：20河南城建学院本科毕业设计（论文） 主要设备的工艺计算4 主要设备的工艺计算4.1 吸收塔塔径计算本次设计采用金属阶梯环填料塔，考虑到填料塔的压力降，可以取塔的压力为0.1015MPa，根据设计条件中的参数：进塔煤气平均密度粘度洗油密度 粘度不同填料材质的临界表面张力的数值见下表4.1，几种填料的形状系数见下表4.2。表4.1 不同填料材质的临界表面张力材质材质材质表面涂石蜡20石墨56钢75聚四氯乙烯18.5陶瓷61聚乙烯75聚苯乙烯31玻璃73聚丙烯54表4.2 几种填料的形状系数填料圆球圆棒拉西环贝尔鞍陶瓷鲍尔环3.13.51.75.65.9选用38mm金属阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积 孔隙率 影响因子 采用贝恩-霍根的泛点关联式 式（4-1）可得， 故泛点气速在设计中，可取泛点气速的0.50.8倍作为填料塔的操作气速，这里取0.6代入计算，操作气速 故填料塔塔径 式（4-2）