焦炉煤气苯族烃的回收并制取粗苯设备计算与选型

内蒙古科技大学毕业设计说明书I摘 要焦炉煤气中一般含苯族烃 2540g/m3，因苯族烃是宝贵的化工原料，故经过脱氨后的焦炉煤气需要进行苯族烃的回收并制取粗苯。本设计采用洗油常压吸收法回收煤气中的苯族烃和管式炉加热富油的脱苯工艺。该法具有脱苯程度高，产生污水少和冷却设备尺寸小等优点，已被国内外广泛使用。大体工艺流程为：进入洗苯塔的煤气与洗油逆流接触形成富油，富油通过换热器换热以及管式炉加热升温后进入脱苯塔。进入再生器的富油经水蒸气吹蒸再生后进入脱苯塔。粗苯蒸汽从脱苯塔塔顶流出，经冷凝冷却后分离成成品。热贫油经换热冷却后进入洗苯塔循环使用。本设计主要是设备计算与选型。设备计算包括物料衡算和热量衡算，设备选型包括设备材料和尺寸的选择，还简要说明了车间布置设计。关键词：粗苯；富油；脱苯；换热内蒙古科技大学毕业设计说明书IIAbstractGeneral benzene aromatic hydrocarbon coke oven gas 25 to 40g/m3, due to the the benzene aromatic hydrocarbon is a valuable chemical raw materials, so after deamination of coke oven gas need to be the benzene aromatic hydrocarbon recovery and preparation of crude benzene.The design uses a wash oil atmospheric absorption method for recovery of the benzene aromatic hydrocarbon in the gas and the tube furnace heating oil-rich benzene removal process. The method has a high degree of benzene removal, produce less wastewater and cooling equipment, small size, etc., have been widely used at home and abroad.General process: the oil-rich, oil-rich gas into the washing benzene tower wash oil countercurrent contact form through the heat exchanger tube furnace heated up after entering from benzene tower. Entering the regenerator rich oil by steam blowing steam regeneration into benzene removal tower. The crude benzene vapor outflow from the top off the benzene Tata separated into finished products, condensed and cooled. Hot lean into the washing benzene tower circulating after the heat exchanger to cool.This design is a calculation and selection of equipment. The device calculates the material balance and heat balance, equipment selection, including the choice of equipment and materials and sizes, and a brief description of the plant layout design.Keywords: crude benzene; rich oil; debenzolization; heat exchange内蒙古科技大学毕业设计说明书I目 录摘 要 .IAbstract II第一章 文献综述 .11.1 煤气中粗苯的组成、性质和来源 .11.2 焦炉煤气的性质 .11.3 焦炉煤气中粗苯回收的原因和目的 .21.4 粗苯的回收 .31.4.1 煤气的最终冷却 .31.4.2 洗苯工艺 .31.4.3 富油脱苯生产工艺 .61.4.4 富油脱苯脱萘工艺 .91.4.5 脱苯工艺的要点 .91.5 选定工艺流程描述 .101.6 设备选型 .101.6.1 煤气终冷器 .101.6.2 洗苯塔 .111.6.3 管式加热炉 .121.6.4 洗油再生器 .121.6.5 脱苯塔 .131.6.6 泵 .131.6.7 换热器 .14第二章 主要设备计算及选型 .192.1 洗苯塔 .192.1.1 物料衡算 .192.1.2 洗苯塔塔径及填料的计算 .232.2 管式炉 .272.2.1 管式炉的物料衡算 .27内蒙古科技大学毕业设计说明书II2.2.2 管式炉的能量衡算 .302.2.3 管式炉的设备选型 .342.3 再生器 .342.3.1 再生器的物料衡算 .342.3.2 再生器塔径的计算及选型 .362.4 脱苯塔 .362.4.1 脱苯塔的物料衡算 .362.4.2 脱苯塔塔径的计算 .392.4.3 侧线采出 .412.5 油气换热器 .412.5.1 物料衡算 .412.5.2 热量横算 .432.5.3 设备选型 .442.6 贫富油换热器 452.6.1 物料衡算 452.6.2 热量衡算 .462.6.3 设备选型 .472.7 贫油冷却器 482.7.1 一段贫油冷却器 .482.7.2 二段贫油冷却器 .502.8 粗苯冷凝冷却器 512.8.1 基本数据 512.8.2 热量衡算 .512.8.3 设备选型 52第三章 泵的选型 .54第四章 车间布置 .55参考文献 .56致 谢 .57内蒙古科技大学毕业设计说明书1第一章 文献综述1.1 煤气中粗苯的组成、性质和来源粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一,经脱氨后的焦炉煤气中含有苯系化合物，其中以苯含量为主，称之为粗苯。粗苯主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃。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，粗苯中还含有少量的洗油轻质馏分 1。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程度。此外，粗苯中酚类的质量含量通常为 0.1%1.0%，吡啶碱类的质量含量一般不超过 0.5%。当硫酸铵工段从煤气中回收吡啶碱类时，则粗苯中吡啶碱类质量含量不超过0.01%1。粗苯的各主要组分均在 180前馏出，180后的馏出物称为溶剂油。在测定粗苯中各组分的含量和计算产量时，通常将 180前的馏出量当作 100%来计算，故以180前的馏出量作为鉴别粗苯质量的指标之一。粗苯在 180前的馏出量取决于粗苯工段的工艺流程和操作制度。180前馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯的180前馏出量为 93%95%1。粗苯为淡黄色透明液体，易燃易爆，易挥发，比水轻，微溶于水,具有麻醉性和毒性，长时间吸入会使人中毒，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于粗苯中，使其着色变暗成为棕黄色。粗苯易燃，闪点为 12，着火时使用泡沫灭火。粗苯蒸气在空气中的体积浓度 1.4%7.5%时，能形成爆炸性混合物 2。粗苯在管道中流动时极易产生静电，为防止引起放电危险，全部苯装置应装有接地导电装置。煤气中粗苯的来源是煤热解产生的粗煤气。1.2 焦炉煤气的性质焦炉煤气是焦炉中煤干馏逸出的可燃气体，经化产回收、洗涤后成为净煤气。焦炉煤气中主要含有可燃成分是占 48%左右的氢气。焦炉煤气的特性主要是发热量高，内蒙古科技大学毕业设计说明书2着火点低 640，含可燃成分高，易发生爆炸，毒性比高炉煤气、发生炉煤气都小，比重比其他两种煤气小，通常称为富煤气。主要成分是一氧化碳，无色无臭，有毒，被人和动物吸入后与血液中的血红蛋白结合（比氧与血红蛋白的结合能力强，造成一定程度的缺氧）能引起中毒。也叫煤毒。煤气中的一氧化碳和氢气是重要的化工原料。1.3 焦炉煤气中粗苯回收的原因和目的煤炭在炼焦时，约有 75%变为焦炭，还有 25%转变成多种化学产品和荒煤气，荒煤气需要净化成为净煤气，才能够通过煤气输送管道外送及供用户使用。而苯族烃是宝贵的化工原料，焦炉煤气一般含苯族烃 2540g/ m3，因此，经过脱氨后的煤气需进行苯族烃的回收并制取粗苯 3。随着原油价格的不断上涨, 粗苯作为一种宝贵的化工原料, 它的价格随之上涨。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。粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一，是多种有机化合物的混合物，主要由纯苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等苯族烃所组成，粗苯是有机合成工业的基础原料，也是合成橡胶、合成纤维、合成染料的原材料。粗苯是一种复杂的半成品，通过精制工艺可生产纯苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，这些产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。回收这些化学产品，既能综合利用煤炭资源，又能促进国民经济的发展。有的国家生产的焦化产品品种已达 500 多种，中国也从焦炉煤气、粗苯和煤焦油中提炼出上百种产品。由此可见，焦炉煤气必须要进行粗苯回收工序。经过这一工序，既可以净化煤气，又可以得到有经济效益的粗苯。对于工厂来说，这也是有利可图的。另外，如果不进行粗苯回收，那么这种有用的化工原料将成为一种危害性极大的毒物，他会严重的污染环境，污染空气、土壤、水源等等人类赖以生存的生活条件，危害人类和其他生物的健康甚至生命。例如苯族烃泄漏于空气中很容易扩散。人和动物吸入或皮肤接触大量苯进入体内，会引起急性和慢性苯中毒。长期接触苯会对血液造成极大伤害，引起慢性中毒。引起神经衰弱综合症。苯可以损害骨髓，使红血球、白细胞、血小板数量减少，并使染色体畸变，从而导致白血病，甚至出现再生障碍性贫血。苯可以导致大量出血，从而抑制免疫系统的功用，使疾病有机可乘。有研究报告指出，苯在体内的潜伏期可长达 1215 年。吸入 20000ppm 的苯蒸气 510 分钟便会有致命危险。内蒙古科技大学毕业设计说明书31.4 粗苯的回收1.4.1 煤气的最终冷却粗苯回收主要影响因素之一就是回收温度。煤气中苯属烃的含量一定时，如果洗油吸收苯的吸收温度较低，吸收推动力增大，苯回收率增加。实践证明，最适宜的温度是 2028 。但煤气经过饱和器后的温度 5065。为了有效利用洗油吸收煤气中的粗苯，必须进行煤气的最终冷却 4。在煤气流量，温度基本稳定的情况下，只须调节冷却进水量或水温（用补充新水进行调节）就可以将终冷煤气出口温度调节到所要求的范围 4。1.4.2 洗苯工艺1.4.2.1 从焦炉煤气中回收粗苯的方法及其特点根据粗苯的特性，从煤气中回收粗苯的方法主要有以下三种 4：(1) 洗油吸收法。吸收剂包括焦油洗油和石油洗油。洗油吸收又可分为煤气加压后吸收、低温吸收、常温常压吸收。低温吸收经济上最为合理，而常温常压下吸收成本最高。但常温常压吸收设备简单。我国目前均采用常温常压法吸收煤气中的苯。(2) 深冷凝结法。在低温（-40-50 ）的条件下，使苯族烃从煤气中凝结出来而得到回收。该法操作复杂，成本高，故没有得到推广运用。(3) 吸附法。用活性炭等吸附剂吸收煤气中的粗苯，该法在我国用于研究工作和实验室分析工作方面较多。 例如煤气中苯含量的测定就是利用这种方法。1.4.2.2 回收粗苯方法的确定为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油的质量应具有如下性能 4：(1) 常温下对苯烃族有良好的吸收能力，在加热时又能使苯烃族很好地分离出来；(2) 具有化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定；(3) 在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物；(4) 易与水分离，且不生成乳化物；(5) 有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。内蒙古科技大学毕业设计说明书4焦炉煤气中回收粗苯的方法中，洗油吸收法工艺简单、经济可靠，且得到广泛应用，故本设计采用洗油吸收法。洗油分为焦油洗油和石油洗油。焦油洗油和石油洗油与粗苯属同类物质，分子结构相似。根据物质特性，同类物质互溶性较好。且分子量不一样，而沸点就不同，这样就能利用沸点不同这个特点进行蒸馏分离 4。目前国内使用的石油洗油为轻柴油，与焦油洗油比较，耗量低，油水分离容易，具有较高的稳定性，长期使用后其物理化学性质几乎不变。此外，石油洗油吸收萘的能力强，一般塔后煤气含萘量可达到 150mgm3 以下。石油洗油的缺点是吸苯能力较低，富油含苯量为 1.21.5%，贫油含苯量0.20.3%，故循环洗油量和脱苯的耗气量较多，比焦油洗油量大 30%左右 4。此外在洗苯过程中生成难溶的油渣，容易堵塞换热设备；含有油渣的洗油容易形成乳浊液，影响正常操作。所以洗油含渣量不宜大于 20mgdm3。焦化厂中焦油洗油是高温煤焦油中 230300的馏分，容易得到，相对石油洗油比较经济，故本设计采用的洗油为焦油洗油。洗油吸收法依据操作压力分为加压吸收法、常压吸收法和负压吸收法。常压吸收法的操作压力略高于大气压，生产方法安全、对设备要求不高，是各国普遍采用的方法，故本设计采用常压吸收法。1.4.2.3 洗油洗苯工艺用洗油回收煤气中粗苯的方法，所用的洗苯塔有多种型式，但工艺流程基本一样。本设计采用泰勒花环填料塔。煤气经最终冷却到 2527后，依次进入串联操作的 2 台洗苯塔。煤气自塔底与自上而下的洗油逆流接触。自 2 号洗苯塔出来的煤气中，苯族烃含量一般要求低于2gm32。自脱苯后的洗油称为贫油，含粗苯 0.2%0.4%，用泵送往洗苯塔的塔顶喷淋。洗苯塔串联操作，吸收粗苯后的洗油称为富油，含苯量约为 2.5%，排入富油接受槽，用泵送往脱苯工序，脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。在 2 号洗苯塔喷头上设有捕雾层，以捕集被煤气带走的油滴，减少洗油损失。1.4.2.4 影响粗苯回收的因素内蒙古科技大学毕业设计说明书5煤气中粗苯在洗苯塔内被回收的程度称之为回收率。回收率是评价苯操作的重要指标。影响回收率的因素有煤气和洗油中粗苯含量、煤气流速及压力、洗油的循环量及分子量、吸收操作温度、洗苯塔构造（对填料塔则为填料的表面积及特性层等） 4。(1) 吸收温度 吸收温度是指洗苯塔内煤气与洗油接触面的平均温度。它取决于煤气和洗油的温度，也受大气温度影响。当煤气中粗苯含量一定时，温度越低，洗油中与其呈平衡的粗苯含量越高。温度提高，洗油中粗苯含量则明显降低。吸收温度不宜过高，但也不宜过低，低于 1015时洗油粘度将显著增加，这将使洗油用泵抽送困难，在塔内流动困难、塔内煤气阻力增大等。因此，最适宜的温度是25，实际操作在 2530范围内。另外，洗油温度比煤气温度应略高一些，以防止煤气中的水蒸汽冷凝下来而进入洗油中，使洗油质量恶化。一般夏季洗油比煤气的温度应高 02，冬季应高 510。为保证适宜的吸收温度，煤气进入洗苯塔前，应在终冷塔内冷却至 1828，贫油温度低于 30。(2) 洗油的分子量、吸收能力和循环油量当其他条件一定时，洗油分子量越小，将使洗油中粗苯浓度增大，即吸收越好。在其他条件不变的情况下，增加循环洗油量，可降低洗油中粗苯浓度，增加了气液间吸收推动力，从而提高了粗苯回收率。但循环洗油量不宜过大，以免增加不必要的能源消耗。根据操作经验，一般洗油用量为最小理论量的 1.5 倍。洗油的质量在循环使用过程中将逐渐变坏，其密度、黏度和相对分子质量均会增大，300前馏出量降低。这是因为洗油在洗苯塔中吸收苯族烃的同时还吸收了一些不饱和化合物，如环戊二烯、古马隆、茚和丁二烯等，这些不饱和化合物在煤气中硫醇等硫化物的作用下，会聚合成高分子聚合物并溶解在洗油中，因而使洗油质量变坏并析出沉淀物。此外，在循环使用过程中，洗油的部分轻质馏分被出塔煤气和粗苯带走，也会使洗油中高沸点组分含量增多，黏度、密度及平均相对分子质量增大。循环洗油的吸收能力比新洗油约下降 10%，为了保证循环洗油的质量，在生产过程中，必须对洗油进行再生处理。内蒙古科技大学毕业设计说明书6(3) 贫油中粗苯含量贫油含苯量是决定洗苯塔后煤气含苯量的主要因素之一。当其他条件一定时，贫油中粗苯含量越高，则洗苯塔后煤气含苯越高，损失也越大。一般要求塔后煤气中粗苯含量低于 2g/m3。(4) 吸收面积为使洗油充分吸收煤气中的苯族烃，气液两相之间必须有足够的接触表面和接触时间。对填料塔而言，吸收面积即为洗苯塔内填料表面积。接触时间就是在塔内洗油与煤气逆流接触，通过被淋湿的填料表面来实现的。填料表面积越大，则煤气与洗油接触时间越长，回收过程也就进行得越完全。(5) 煤气压力和流速增大煤气压力，扩散系数将随压力的增加而减少，因而使吸收系数降低。但随煤气压力的增加，煤气中粗苯分压将成正比增加，使吸收推动力增加的很快，因而吸收速率也将增大。煤气流速增加，可提高吸收系数，增加了气液两相涡流接触程度，增大了洗苯塔的生产能力，可强化吸收过程。但流速过大也是不行的，那样将会增加洗苯塔阻力和雾沫夹带量。对木格填料塔，空塔气速不高于载点气速的 0.8 倍为宜 1。1.4.3 富油脱苯生产工艺1.4.3.1 从富油中蒸出粗苯的方法和原理由洗苯工序送来的含苯富油进行富油脱苯，一般均采用水蒸气蒸馏法。水蒸气蒸馏含苯富油的原理是：降低粗苯的沸点，从而使粗苯从富油中脱除出来。通入的水蒸气量越多，气相中水蒸气分压越高，粗苯蒸气分压越低，蒸出的粗苯越多；但水蒸气通入量太大时，则塔底部压力过高，蒸气上升时挟带液量增加过多，从而造成液泛现象。因此，脱苯蒸馏的设计应注意直接蒸气用量的选择 5。由道尔顿定律可知，在气体混合物中各组分中各组分的千克摩尔数之比等于他们分压之比，据此可求出理论蒸汽耗量 4。从富油中脱苯有蒸汽法和管式炉法加热两种方式。用蒸气加热富油制取粗苯时，脱苯塔后贫油中含苯量为 0.5%，洗苯塔后粗气中的含苯量为 2gm3，粗苯回收率为 94%左右。蒸气法的蒸气耗量大，生产一吨 180前粗内蒙古科技大学毕业设计说明书7苯耗量为 57 吨，且常因受蒸汽压力波动而影响操作稳定。此外，由于脱苯塔后贫油中贫油中粗苯含量往往偏高，故苯的塔后损失也增加。为此发展了管式炉加热富油的脱苯工艺。此法与蒸气法脱苯工艺相比，具有以下优点：(1) 提高了粗苯回收率。由于管式炉加热后的富油温度提高到 180左右，故脱苯程度提高，贫油的含粗苯含量可降低到 0.1%，从而使苯的塔后损失降低。因此，粗苯回收率可提高到 95%97%。(2) 降低了蒸气耗量。每生产一吨 180前粗苯的蒸汽耗量降低为 11.5 吨。(3) 减少了酚水量。蒸汽法脱苯，每生产一吨 180前粗苯产生 34 吨酚水，(4) 不受蒸汽压力波动的影响，操作稳定。(5) 当设有脱萘装置时，循环洗油量中的含萘量降低，提高了洗油吸收粗气中的萘的能力，从而使塔后粗气中含萘量降低。而用管式炉法则一般降低到 1.5 吨以下。(6) 由于使用的蒸汽体积减小，故可缩小蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸，减少钢材用量和降低设备费用。故本设计采用管式炉法加热富油脱苯工艺1.4.3.2 管式炉加热蒸馏法富油脱苯工艺流程脱苯工艺按蒸馏产品的不同可分为生产一种苯、两种苯（轻苯和重苯）的工艺 5。(1) 生产一种苯的流程从洗涤工序来的富油先进入油汽换热器，被从脱苯塔来的气体加热到 7080，然后入贫富油换热器，被热贫油加热后再进脱水塔脱水后，用油泵从脱水塔底部抽送到管式炉。加热到 180190的富油，从第 14 层塔板进脱苯塔。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，冷却到 2530送回洗苯塔循环使用。从脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽，进入油汽换热器，温度从 9093降到 73左右，部分水蒸气被冷凝下来，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入回流槽，部分粗苯用回流泵送到脱苯塔顶部作为回流，其余粗苯从回流槽顶部流入粗苯中间槽。从脱水塔顶部出来的汽体，其中含有 40%左右的萘和洗油，进入脱苯塔第 16 层塔板上。内蒙古科技大学毕业设计说明书8由于脱苯塔顶油气温度较低，蒸馏用的一部分直接蒸汽会在塔内冷凝下来，造成在塔板上积水，破坏正常操作。为了从塔内引出冷凝水，须在塔的上部设断塔板，一般选上数第二层塔板做断塔板，将该塔板上液体引至油水分离器，分出水分以后，油类返回下一层塔板。再生器底部温度应保持 190200，脱苯用的直接水蒸气应过热到 400以上，这样才能保持再生器出口气体温度高于脱苯塔底部温度。脱苯塔为铸铁泡罩式的，提镏段设 14 层塔板，精馏段设 16 层塔板。在精馏段第2025 层塔板切取萘油，切出的萘油含萘 50%以上，可兑入焦油中或送往焦油车间工业萘部分作原料。再生器设有 5 层筛板，进料口以上为 3 层，以下为 2 层，液面应保持在筛板以下。脱苯用的过热蒸汽全部经再生器进入脱苯塔。(2) 生产两种苯的工艺流程之一由洗涤工序来的富油于分凝器下面三格与脱苯塔来的粗苯蒸气进行热交换升温至5060，然后进入贫富油热交换器升温至 120130，再经管式炉对流段及辐射段升温到 180左右后送入脱苯塔。由脱苯塔顶逸出的温度为 170175的粗苯蒸气， 经分凝器温度降为 8892后引入两苯塔。两苯塔为 30 层浮阀塔，塔顶用约 30的轻苯打回流，由塔顶逸出的温度为 7378的轻苯蒸气经冷凝冷却器和油水分离器，冷却并脱水后即得轻苯。从提镏段侧线切取液体产品为重质苯，塔底残液为萘溶剂油。轻苯和重质苯由贮槽送往油库，萘溶剂油由苯塔底的贮槽送至焦油中。两苯塔上部设有轻苯油水分离器，分离由于塔顶冷回流的作用而产生的冷凝水，也再在塔中段增设重质馏分的油水分离器，以进一步分离出塔内的冷凝水。两苯塔底设有外部加热器，使塔底温度保持 140150。由脱苯塔底部排出的热贫油温度在 175左右，经富油换热后，温度降至 90100，在进入浮头式换热器冷却至 2530后，送往粗苯工段洗涤工序循环使用。为了保证循环洗油质量，约有 2%的富油由管式炉去脱苯塔的富油管路上引出去蒸汽洗油再生器进行再生。有的工厂在管式炉脱苯蒸馏系统中设有脱水塔。富油经贫富油热交换器加热至130，先进入脱水塔使富油中水分蒸发而与由分离。脱水后富油的水分降至 0.5%以内蒙古科技大学毕业设计说明书9下，经油封管进入脱水塔下部的富油中间槽，用泵送入管式炉加热。由脱水塔顶逸出的油蒸气和水蒸气可引入脱苯塔顶部。富油经脱水后进入管式炉，可防止因富油中水分的波动而影响正常操作，有利于在管式炉内加热时油温的稳定，同时还可以减轻腐蚀介质对脱苯塔的腐蚀。设计中应根据情况，或从侧线切取重苯，或从塔底生产重苯。(3) 生产两种苯的工艺流程二脱苯塔设有 1418 块塔板，其中提镏段 1214 层，无回流，靠调节分凝器油气出口温度控制产品质量。分凝器后的粗苯气体入两苯塔得到轻苯和重苯。国内也有某些厂采用脱苯后得粗苯，脱苯塔顶用粗苯回流，而两苯塔为冷进料，塔底设重沸器进行加热。热贫油从脱苯塔底自流经过贫富油换热器和一段贫油冷却器，然后入贫油槽，再用泵经二段贫油冷却器送到洗苯塔。为了减少洗油损失，设有两级控制分离器，分别回收被水夹带的轻重质油类。1.4.4 富油脱苯脱萘工艺一般情况下，无论是蒸汽法还是管式炉法的富油脱苯工艺流程，贫油和富油含萘量为 1315%，因此导致洗苯塔出口粗气含萘量高达 600800mgm3，含萘高的贫或富油用于终冷前的油洗萘时，都会降低洗萘效果，故必须在脱苯的同时，提高从富油脱苯的效率，降低贫油含萘量。其办法有以下几种 5：(1) 用含萘量较低的新鲜洗油。(2) 提高粗苯分凝器出口油汽温度，即当洗萘油连续送入富油系统再生时，提高分凝器出口油汽温度至 9295，以使洗油中的萘进到两苯塔的重苯中，做到萘的出入平衡。(3) 从脱苯塔侧线提取萘馏分或从轻分缩油中提取萘的馏分。1.4.5 脱苯工艺的要点影响脱苯操作的主要因素为直接蒸汽的消耗量和温度、富油的预热温度和含苯量等。由于洗苯在富油中的蒸汽分压不符合拉乌尔定律，用该公式计算得到是近似的估值，但对于计算蒸汽消耗量来说，可以作为确定值。（1）富油的预热温度与直接蒸汽的消耗量的关系内蒙古科技大学毕业设计说明书10当其他条件不变时，富油预热温度从135提高到180，则蒸馏用的直接蒸汽消耗量可减少一半以上。在同一富油温度下，欲使贫油含苯量从0.5%降到0.2%，直接蒸汽消耗量需多用50%左右。（2）直接蒸汽的温度与消耗量的关系提高直接蒸汽过热温度，也可以降低直接蒸汽消耗量。因此，将低压蒸汽在管式炉对流段过热到350400后使用，不但可以减少直接蒸汽消耗量，而且能改善再生器的操作，保证再生器残渣合格。（3）富油含苯量与直接蒸汽消耗量的关系提高富油含苯量也是降低直接蒸汽消耗量的有力措施。 1.5 选定工艺流程描述选定的工艺流程图见图 1.1。煤气经终冷塔冷却到 25，从洗苯塔的底部进入，与由贫油泵抽送到洗苯塔塔顶的 27洗油逆流接触。煤气中的粗苯物质就被洗油吸收，这样的煤气叫做净煤气，煤气从塔的顶部出来。吸收了粗苯的洗油叫做富油。富油经富油泵进入油气换热器，被从脱苯塔来的气体加热到 7080，然后进入贫富油换热器，被热贫油加热到 110130，再用富油泵抽送到管式炉，在管式炉中富油从 110130 加热到 180190，再进入脱苯塔。热贫油从脱苯塔底部进入贫富油换热器，其温度自 170180 降到 120，自流进入脱苯塔下的热贫油槽，然后用热贫油泵抽送到贫油冷却器，经一段贫油冷却器冷却到 50，然后进入二段贫油冷却器冷却到27后送回洗苯塔顶部循环使用。从脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽，进入油气换热器，其温度由 9093降到 73左右，然后进入粗苯冷凝冷却器，将其冷却到 2030后，粗苯和水从粗苯冷凝冷却器下部流入粗苯油水分离器。从粗苯油水分离器分离出来的粗苯流入回流槽，部分粗苯用回流泵送到脱苯塔顶部作为回流，其余粗苯从回流槽顶部流入粗苯槽。由于脱苯塔顶油气温度较低，蒸馏用的一部分直接蒸汽会在塔内冷凝下来，造成在塔板上积水，破坏正常操作。为了从塔内引出冷凝水，须在塔的上部设断塔板，一般选上数第二层塔板做断塔板，将该塔板上液体引至油水分离器，分出水分以后，油类返回下一层塔板。为保证洗油质量，在富油入塔前抽出 1%1.5%循环油导入再生器内，用经管式炉内蒙古科技大学毕业设计说明书11加热的过热蒸汽蒸吹再生，再生残渣排入残渣槽。系统消耗的洗油定期从洗油槽补入富油循环系统。1.6 设备选型1.6.1 煤气终冷器煤气终冷器主要有木格填料式、隔板式和横管式三种。(1) 木格填料式 木格填料式终冷器煤气与冷却水接触面积较大，但若煤气含萘量大易发生堵塞，阻力较大。(2) 隔板式隔板终冷器阻力小，不易被萘堵塞，易清扫。填料式和隔板式终冷器是直接式冷却器，冷却水与煤气直接接触，用后到凉水架冷却循环使用，凉水架的排污气和排污水严重污染环境。(3) 横管式该终冷器是煤气与冷却水间接换热的设备。采用循环水和低温水进行两端冷却，冷却效果好。因煤气不与冷却水直接接触，所以污水含量显著降低。终冷器顶部和中部设有喷淋管，定期喷洒初冷冷凝液，以清除管外壁沉积的焦油和萘。故煤气终冷器选择横管式终冷器 6。但本次设计用到的粗煤气温度仅 25，故实际设计时不用考虑煤气的冷却，也用不着煤气终冷器。 1.6.2 洗苯塔洗苯塔有孔板塔、空喷塔、填料塔三种 6。(1) 孔板塔应用于洗苯的主要是穿流式筛板塔。该塔结构简单、容易制造、安装检修简便、生产能力大、投资省。但塔板效率受气液相负荷变动的影响较大。(2) 空喷塔空喷塔处理能力较大，制造安装方便，阻力小，投资省。但单段空喷塔的回收效率低，多段空喷动力消耗大。(3) 填料塔内蒙古科技大学毕业设计说明书12填料塔是应用较早的较广的一种塔。塔内填料可用木格、钢板网、塑料花环、陶瓷和金属螺旋等。填料是用来提供气、液两相接触的塔内填充物,填料塔操作的好坏,与填料选择的正确与否有很大关系。在洗苯塔,焦炉煤气中的焦油、萘等有害杂质容易被洗油吸收而沉积在填料上,使其洗苯效率逐渐下降,因此在生产工艺控制中,必须严格控制煤气净化整个系统的工艺条件, 重点做好煤气净化中的初冷工作,使其杂质尽量少地进入吸收洗油中。但生产操作中难免会有不到之处,因此对洗苯塔填料的要求也越来越高,既要实现吸收高效,又要具有堵塞时清理方便的优势 7。塑料花环填料是近年来国外引进的高效填料，经过实践检验证明，花环填料是一种具有比面积大，空隙率高，阻力小，处理能力大，液体分布好，湿润率高，投资省，占地少，节省能耗，制造安装容易，造作方便等突出优点的填料。国家有关部门鉴于该填料具有以上优点，已要求推广使用高效花环填料洗苯塔。泰勒花环填料由聚丙烯塑料制成的，它由许多圆环绕结而成。该填料无死角，有效截面积大；线性结构空隙率大，阻力小；填料层中接触点多，结构呈曲线形状，液体分布好；填料的间隙处滞液量较高，气液两相的接触时间长，传质效率高；结构简单、质量轻、制造安装容易等特点 1。故本设计洗苯塔填料选用泰勒花环填料。1.6.3 管式加热炉管式加热炉的炉型有几十种，按其结构形式可分箱式炉、立式炉和圆筒炉。按燃料燃烧的方式可分有焰炉和无焰炉。本设计采用有焰燃烧的圆筒炉。圆筒炉由圆筒体的辐射段、长方体的对流段 和烟囱三大部分组成。外壳由钢板制成，内衬耐火砖。辐射管是耐热钢管沿圆筒体的炉墙内壁周围竖向排列(立管)，分为两程。火嘴设在炉底中央，火焰向上喷射，与炉管平行，且与沿圆周排列的各炉管等距离，因此沿圆周方向各炉管的热强度是均匀的。1.6.4 洗油再生器洗油再生器为钢板制的直立圆筒，带有锥形底。中部设有带分布装置的进料管，下部设有残渣排出管。蒸汽法加热富油脱苯的再生器下部设有加热器，管式炉法加热内蒙古科技大学毕业设计说明书13富油脱苯的再生器不设集热器。为了降低洗油的蒸出温度，再生器底部设有直接蒸汽管，通入脱苯蒸馏所需的绝大部分或全部蒸汽。在富油入口管下面设两块弓型隔板，以提高再生器内洗油的蒸出程度。在富油入口管的上面设三块弓型隔板，以捕集油滴。富油再生的油气和过热水蒸气从再生器顶部进入脱苯塔的底部，作为富油脱苯蒸汽。该蒸汽中粗苯蒸汽分压与脱苯塔热贫油夜面上粗苯蒸汽接近，很难使脱苯贫油含苯量再进一步降低，贫油含苯质量一般在 0.4%左右，故有人提出将富油再生改为热贫油再生，这样可使贫油含苯量降到 0.2%，甚至更低，使洗苯效率得以提高 1。1.6.5 脱苯塔脱苯塔从属于解吸塔，是让溶解于洗油溶剂中的苯族烃经过热载体的直接接触传热而蒸发释放出来的操作设备。作业原理为：选用通常的载热体过热蒸汽作为加热剂，使洗油液面上粗苯的平衡蒸汽压大于载体中粗苯的分压，汽液两相逆流接触，进行传质传热，从而使粗苯逐步从富油中释放出来，在塔顶得到苯蒸汽与蒸汽的混合物，在塔底得到比较纯净的贫油。我国煤气厂应用的脱苯塔有圆形泡罩、条形泡罩及浮阀塔几种。在制作材质上，有钢板焊制的和铸铁塔段用法兰连接的两种 4。（1）圆形泡罩脱苯塔塔板上设有若干圆形泡罩，泡罩上开有一定数量的齿缝，泡罩内有升气管，气体由升气管进入，经环形截面及回转通道由齿缝流出，与塔板上的液层经行气液接触，从而达到气液传质的目的。（2）条形泡罩脱苯塔条形泡罩脱苯塔是圆形泡罩脱苯塔的一种改型，操作性能与圆形泡罩脱苯塔相近，造价就低。条形泡罩的结构，这种结构，塔内的焊接工作量小，弓形盲台、塔盘板及支承件之间，均采用螺栓连接，连接处装有密封垫片，既有利于拆卸，又能防止漏液。（3）浮阀脱苯塔在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作，气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较少。与泡罩塔相比，处理能力较大，压降较低，而塔板效率较高。缺点是阀孔容易磨损，阀片容易脱落。内蒙古科技大学毕业设计说明书14碳钢圆形泡罩塔不耐腐蚀，半年需大修一次，费工费料，影响粗苯产量。铸铁条形泡罩塔耐高温、耐腐蚀、运行稳定。根据以上各脱苯塔的性能情况，比较其优缺点，在本次设计中选用条形泡罩脱苯塔，在制作材质上选用铸铁塔段用法兰连接。1.6.6 泵洗油和粗苯为易燃易爆的介质，粗苯还是高危害介质，一旦发生泄漏会造成很大危害，因此粗苯和洗油等介质输送的泵的选型很重要。一般选型对输送粗苯的泵，要求轴封可靠且无泄漏泵，多选用屏蔽泵，这样可有效避免介质的泄漏和设备漏电，且占地面积较小，节省了土建投资；贫富油泵要选用密封性能较好、质量可靠的化工泵，因此本设计的泵选用屏蔽泵 7。1.6.7 换热器粗苯工段应用的换热器有油气换热器、贫富油换热器、贫油冷凝器和粗苯冷凝冷却器。换热器用于物料的加热、冷却和换热。换热器类型主要是列管式换热器和螺旋板换热器两种。列管式换热器中主要分为浮头式和固定管板式。浮头式换热器与管板式换热器相比最大的特点是两端的管板有一块不与壳体相连，可以沿管长方向自由浮动。当浮头式换热器壳体和管束因温差较大热膨胀不同时，管束连同浮头就可以在壳体内自由伸缩，从而解决热补偿的问题。而另外一端的管板式以法兰与壳体相连的，因此整个管束就能从壳体中拆卸下来，便于清洗和维修，但其结构复杂，造价高。而固定管板式就没有这些缺点。螺旋板换热器结构简单，单位体积提供的传热面积较大，在器内允许流体流速较高，传热效率高，物料不易滞留。但焊接质量要求高，检修困难。故本设计采用固定管板式换热器。内蒙古科技大学毕业设计说明书15水 粗苯煤气富油 富油 富油贫油煤气水 水 脱水蒸气 苯 贫 萘油 油塔富油 残 渣 水蒸气 热洗 苯 塔管 式 炉再 生 器贫富油换热器粗苯冷凝冷却器 粗苯油水分离器 回流槽油气换热器油水分离器泵内蒙古科技大学毕业设计说明书16贫油煤气 槽新洗油 水 水图 1.1 工艺流程图毕业设计(论文)任务及指导书题 目 25000Nm3/h 焦炉煤气中苯族烃的回收工艺设计题 目 来 源 实际工程项目 科研课题 教学模拟题目 其它题 目 类 型 工程设计型 科学研究型 调研综述型 其它类型二段贫油冷却器 一段贫油冷却器 泵内蒙古科技大学毕业设计说明书17一、毕业设计（论文）任务（包括对工程图纸的具体要求）及设计参数1. 毕业设计参数：全年工作日： 330 日（1）物性数据煤气的分子量： 10.18煤气热值： 4250kcal/Nm3焦油洗油的分子量： 160焦油洗油密度（20）： 1.041.07g/ml180前粗苯馏出量： 93%粘度： 1.50E含酚： 0.5%富油含萘量： 5%富油含水量： 1%萘油含萘： 50%（2）洗苯塔粗煤气入洗苯塔温度： 25粗煤气出洗苯塔温度： 25入洗苯塔粗煤气粗苯含量： 3040g/Nm3出洗苯塔粗煤气粗苯含量： 2g/Nm3自脱苯塔来贫油温度： 2527自脱苯塔来贫油含苯量： 0.10.4%洗苯塔后富油含苯量： 2.5%粗煤气入洗苯塔压力（表压）： 1000mmH2O粗煤气出洗苯塔压力（表压）： 700mmH2O洗苯塔粗气空塔气速： 0.91.2m/s25时煤气中水汽含量： 26g/Nm3（3）管式炉进管式炉的富油温度： 110130管式炉出口富油温度： 180190 管式炉出口油气压力（表压）： 1.6kg/cm2煤气中的粗苯的成分：组成 重量分数（ %） 分子量苯 70 78甲苯 15 92二甲苯 5 106溶剂油 8 120水 2 18内蒙古科技大学毕业设计说明书18蒸馏用的直接蒸汽消耗量与产生量关系： 1.5 倍入管式炉对流的低压蒸汽压力： 4kg/cm2入管式炉直接蒸汽温度： 250出管式炉直接蒸汽温度： 400450出管式炉过热蒸汽主管压力（表压）： 2.5kg/cm2入管式炉粗煤气压力（表压）： 250mmH2O（4）再生器再生器底部温度： 200再生器顶部温度： 180再生器顶部压力（表压）： 0.5kg/cm2再生器处理油量占循环洗油量： 11.5%再生器空塔气速： 0.5m/s（5）脱苯塔脱苯塔塔板效率： 0.20.7入脱苯塔直接蒸汽量： 1.5 吨/吨 180前粗苯脱苯塔的回流比： 23脱苯塔的板间距： 400600mm富油泵出口压力： 0.9Mpa贫油泵出口压力： 0.6Mpa回流泵泵出口压力； 0.5Mpa脱苯塔底部压力（表压）： 0.4kg/cm2脱苯塔顶部油气温度： 9093脱苯塔底部油气温度： 170180萘油切取测线温度： 125135（6）换热器粗苯冷凝冷却器后粗苯温度： 2030粗苯冷凝冷却器传热系数： 250350 kcal/Nm3h低温上水温度： 18低温下水温度： 25贫油冷凝冷却器传热系数： 100200 kcal/Nm3h一段贫油冷凝冷却器后贫油温度： 4050二段贫油冷凝冷却器后贫油温度： 2527冷却循环上水温度： 32冷却循环下水温度： 45出油气换热器的富油温度： 6080油气换热器传热系数： 150200kcal/m2h贫富油换热器富油出口温度： 110130贫富油换热器贫油进口温度： 170180贫富油换热器贫油出口温度： 120贫富油换热器传热系数： 150kcal/Nm3h2. 设计任务（1）搜集粗苯回收的方法及其工艺流程方面的资料，进行方案设计；（2）进行粗苯回收工段物料衡算、热量衡算及各工艺设备的选型计算；（3）绘制粗苯回收工段设备一览表（图幅 A3，HG20519.892） ；（4）绘制粗苯回收工段物料流程图（图幅 A1，按化工设计教材中的有关内容 ） ；（5）绘制粗苯回收工段工艺管道及仪表流程图（图幅 A1，HG20519.5 92） ；（6）绘制粗苯回收工段设备平面布置图（图幅 A1，HG20519.792） ；（7）绘制脱苯塔或洗苯塔装配图；（8）撰写毕业设计说明书（按照内蒙古科技大学毕业设计（论文）撰写与装订规范）内蒙古科技大学毕业设计说明书19要求：至少有 1 张徒手绘制或用计算机（Auto CAD）绘制的图纸，具体分配另定。二、专题部分要求（无）三、本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系本题目的重点为：1.选择生产工艺；2.化工计算所需各种物性数据的收集、设备计算及选型；3.按照 HG20519-92 的有关规定，正确绘制任务书中规定的图纸。本题目的难点为：热量衡算、设备选型、回收工段 PID 图。与同组其它学生所做题目的关系：本次设计每个学生的焦炉煤气处理量不同，按照学校的规定保证学生每人一题，同组之间只能互相借鉴、合作，不会照抄，以保证每位学生都能得到较全面的工程设计训练。四、可行方案的筛选方法提要（无）五、指导方式和工作进度要求1.指导方式：每周至少指导 3 次，时间不限。根据毕业设计的进度，随时对本组学生进行督促指导；当一个新的设计内容开始前或任何一个新的设计内容进行到一定程度时，及时布置设计任务、提出具体要求、设计进行步骤、设计注意事项、传授设计技术，指出欲达到的目标及检查依据等；检查学生是否根据毕业设计任务书的具体要求和按照 HG20519-92 的有关规定进行规范化设计；是否按照毕业设计进度及日程按时完成每一项设计任务；在设计过程中学生普遍存在的问题和一些带特殊性的个别问题，针对性的进行指导；培养一些设计进度较快、设计质量较好的学生，在设计中能起到带动和示范作用。2.进度安排：周 次 项目 设 计 内 容第 4 周 布置任务 整理毕业实习收集到的相关资料，进行方案设计，即选择粗苯回收的方法，撰写文献综述第 5、6 周 工艺计算 粗苯回收工段物料衡算第 7、8 周 工艺计算 粗苯回收工段热量衡算第 9 周 工艺计算 主要工艺设备的选型计算；第 10-14 周 图纸绘制 设计任务中规定的所有图纸第 15 周 设计说明书 完成毕业设计说明书，准备毕业设计答辩第 16 周 预答辩 毕业设计预答辩第 17 周 答辩 毕业设计答辩六、与本设计题目相关的理论知识（包括新知识）提要化工原理 、 化工工艺学 、 化工设计等课程中与毕业设计有关的内容。 七、建议参考资料及使用方法参考资料：1.焦化设计参考资料 ，冶金工业出版社，1980；2.化工工艺设计手册 ，化学工业出版社，2003；3.煤气设计手册 ，中国建筑工业出版社，1983八、答辩之前学生应作的准备工作提要1.按照标准格式完成并打印设计说明书；2.完成设计任务书中规定的所有图纸；3.熟练掌握工艺计算的内容及工艺流程；内蒙古科技大学毕业设计说明书204.写出答辩提纲。指导教师签字：赫文秀 任务下达时间 2013 年 02 月 27 日 学生签字： 第二章 主要设备计算及选型2.1 洗苯塔本设计选用的是洗苯塔是填料塔。由于木格填料、钢板网填料传质效率较低，设内蒙古科技大学毕业设计说明书21备庞大笨重，而其金属材质的填料又不耐腐蚀，所以洗苯塔填料选用泰勒花环填料。2.1.1 物料衡算2.1.1.1 进、出洗苯塔的粗煤气量1. 进入洗苯塔的粗煤气量进入洗苯塔粗煤气量：25000 Nm 3/h煤气中的粗苯在洗苯塔内的回收率：（2-1）21a式中： ， 洗苯塔入口煤气和出口煤气中粗苯的含量，1a2其中： 取 35 g/Nm3， 取 1.8 g/Nm3；2a将数据代入式（2-1）得： = 94.86%58.1进入洗苯塔粗煤气中的粗苯量：25000 Nm3/h3510-3kgNm3=875 kg/h=11.25 kmol/h=252.00 Nm3/h进入洗苯塔粗煤气中水蒸汽含量：25000 Nm3/h2610-3kgNm3=650 kg/h=36.11 kmol/h=808.86 Nm3/h 以 100kg 粗苯为基准，由设计任务书的数据可得，粗苯的分子量：kmol/h80.7120865921780bM故粗煤气含粗苯的摩尔量： =11.25 kmol/h.粗煤气含粗苯的体积量： 11.2522.4 =252.00 Nm3/h粗煤气含煤气的量：25000-808.86-252.00=23939.14 Nm 3/h=1068.71 kmol/h煤气的分子量为 10.18，则煤气的质量流量为：1068.7110.18=10879.47 kg/h内蒙古科技大学毕业设计说明书22将进入洗苯塔的粗煤气的各物料量列入下表：表 2.1 进入洗苯塔的粗煤气量组分 kgh kmolh Nm3h煤气 10879.47 1068.71 23939.14粗苯 875 11.25 252.00水蒸气 650 36.11 808.86合计 12404.47 1116.07 25000.002. 出洗苯塔的粗煤气量出洗苯塔粗煤气中的煤气量和水蒸气量可以看作不发生变化，此时仅有粗煤气中的粗苯含量改变。粗煤气经洗苯塔被吸收的粗苯量： 87594.86%= 830.03 kg/h=10.67 kmol/h=239.01 Nm3/h 出洗苯塔煤气中的苯含量：875-830.03=44.97 kg/h=0.58 kmol/h=12.99 Nm3/h将出洗苯塔的各物料量列入下表：表 2.2 出洗苯塔的粗煤气量组分 kgh kmolh Nm3h煤气 10879.47 1068.71 23939.14粗苯 44.97 0.58 12.99水蒸气 650 36.11 808.86合计 11574.44 1105.40 24760.992.1.1.2 煤气的平均流量对于实际条件下的气体满足：(2-2)01=PVT式中：P 1，V 1，T 1气体任意状态下的压力，体积，温度；P0，V 0，T 0气体标准状态下的压力，体积，温度。内蒙古科技大学毕业设计说明书23由式(2-2 )可算出，煤气的实际流量：塔前： m3/h42.8127351030.2501 TPV塔后： m3/h6.9.47602煤气在塔内的平均流量： =25097.53 m3/h2.5314.821V2.1.1.3 贫富油含苯量1. 由设计任务书可知，富油含苯量为 2.5%。2. 煤气实际含苯量：塔前： g/m317.542.8071a塔后： g/m386392与 值相平衡的贫油含苯量 x 值按下式计算：2(2-3)b2bbm1.5()PMP0.40+xa式中： 贫油含苯量，%；x实际出塔煤气含苯量，1.78 g/m 3；2a粗苯分子量，77.80；bM洗油分子量，160；m出塔粗煤气压力，P 2 = 760+ =811.47 mmHg；2 7013.6Pb27时粗苯的饱和蒸汽压力，mmHg粗苯饱和蒸气压 Pb 按下式计算 5：logPb (2-4)t205.1649.6在 t=27代入式（ 2-4）中得粗苯的饱和蒸汽压力 Pb=104.32 mmHg。 将以上已知数据代入式（2-3）可得：x = 0.155%内蒙古科技大学毕业设计说明书24入塔贫油实际含苯量 5：(2-5)1xC=n式中：n偏