【能源与动力】第六章 粗苯的回收与制取.ppt

粗苯的回收与制取,第六章,粗苯的回收与制取,第一节粗苯的组成、性质和回收方法第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃第三节煤气的终冷和除萘第四节富油脱苯第五节富油脱苯主要设备第六节洗脱苯工段的主要操作及事故处理,粗苯的回收与制取,粗苯和煤焦油是炼焦化学产品回收中最重要的两类产品。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、萘）从这两类产品中提取。目前，中国年产焦炭达到1.61.8亿吨,可回收的粗苯资源达200万吨。虽然从石油化工可生产这些产品，但焦化工业仍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。焦炉煤气一般含苯族烃3045g/m3，经回收苯族烃后焦炉煤气中苯族烃降到24g/m3。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,一、粗苯的组成和性质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，粗苯中尚含有少量的洗油轻质馏分。粗苯各组分的平均含量见表6-1。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在碳化室内热解的程度。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180前馏分中含量见表6-2。,表6-2 不同炼焦温度下粗苯（180前馏分）中主要组分的含量,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,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%。当硫铵工段从煤气中回收吡啶碱类时，则粗苯中吡啶碱类含量不超过0.01%。粗苯中各主要组分均在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前馏出量当作100%来计算，故以其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前的馏出量愈多，粗苯质量就愈好。一般要求粗苯180前馏出量在93%95%,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,粗苯是黄色透明的油状液体，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。粗苯易挥发易燃，闪点为12，初馏点4060。粗苯蒸气在空气中的浓度达到1.47.5(体积)范围时，能形成爆炸性混合物。粗苯的热性质依其组成而定。一般可采用下列近似计算式确定。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,粗苯比热容：kJ/(kg)(6-1)粗苯蒸气比热容：kJ/(kg)(6-2)式中 t温度，M粗苯相对分子质量，依粗苯组成而定。工程计算中可取M=83。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,粗苯蒸气比焓：i=431.24+ct KJkg(6-3)式中 t温度，c粗苯蒸气比热容，kJkg。粗苯主要组分的其他物理性质见第七章。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,二、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（表压）为8001200kPa，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的原料气。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。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,固体吸附法是采用具有大量微孔组织和很大 吸收表面积的活性炭或硅胶作吸附剂，活性炭的吸附表面积为1000m2/g，硅胶的吸附表面积为450m2/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4050，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。,第一节 粗苯的组成、性质和回收方法,吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油。富油的脱苯按操作压力分为常压水蒸汽蒸馏法和减压蒸馏法。按富油加热方式又分为预热器加热富油的脱苯法和管式炉加热富油的脱苯法。各国多采用管式炉加热富油的常压水蒸汽蒸馏法。本章重点介绍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水蒸汽蒸馏法脱苯工艺。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,一、吸收苯族烃的基本原理洗油的成分中含有甲基萘、联苯、苊、芴、氧芴等组分，用洗油吸收煤气中的苯族烃是典型的多组分吸收，为了叙述问题方便，视其为单组分吸收，同时洗油吸收煤气中苯族烃又是物理吸收过程，服从拉乌尔定律和道尔顿定律。煤气中苯族烃得分压pg可根据道尔顿定律计算：,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,pg=Py（64）式中 P煤气的总压力，kPay煤气中苯族烃的体积分数(或摩尔分数)。通常苯族烃在煤气中的浓度以g/m3表示。若已知苯族烃在煤气中的浓度为 g/m3，则换算为体积分数得：式中Mb粗苯的平均相对分子质量。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,将此式代入式（6-4），则得；用洗油吸收苯族烃所得的稀溶液可视为理想溶液，其液面上粗苯的平衡蒸气压PL可按拉乌尔定律确定:pL=P0 x式中P0在回收温度下苯族烃的饱和蒸气压，kPa；x洗油中粗苯的摩尔分数。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,通常洗油中粗苯的含量以C%(质量百分数)表示，换算为摩尔分数得：式中 Mm洗油的相对分子质量。将此式代入式（6-6），则得：,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,当煤气中苯族烃的分压pg大于洗油液面上苯族烃的平衡蒸汽压pL时，煤气中的苯族烃即被洗油吸收。pg和pL之间的差值越大，则吸收过程的推动力越大，吸收速率也越快。洗油吸收苯族烃过程的极限为气液两相达成平衡，此时pg=pL，即：(6-8),第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,洗油中粗苯的浓度很小，式(6-8)可简化为：因此，在平衡状态下 与C之间的关系式为：g/m3或,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,洗苯塔常用填料塔，对于填料吸收塔，传质速率与传质推动力成正比而与其阻力成反比将其用于洗油吸收苯族烃的速率即：写成等式为：或 W=KFPm,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,式中 W吸收的苯族烃量，kg/h；F总吸收面积，m2；K总吸收系数，kg/(m2hkPa)；Pmpg与pL之间的对数平均分压差(吸收推动力)，kPa。上式表明所需吸收表面积F与单位时间内所吸收的苯族烃量W成正比，与吸收推动力 Pm及吸收系数K成反比，即,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,目前吸收过程的机理一般仍建立在被吸收组分经稳定的界面薄膜扩散传递的概念上，即液相与气相之间有相界面,假定在相界面的两侧，分别存在着不呈湍流的薄膜：在气相侧的称为气膜，在液相侧的称为液膜。扩散过程的全部阻力就等于气膜和液膜的阻力之和。根据双膜理论，总吸收系数值可按下列步骤进行计算：,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,气膜吸收系数Kg：m/s(6-13)或 kg/（m2hkPa）(6-14)液膜吸收系数KL：m/h(6-15),第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,或 kg/（m2hkPa）(6-16)式中 Reg，ReL煤气和洗油的雷诺准数；Prg，PrL煤气和洗油的普朗特准数；Dg，DL苯族烃在煤气和洗油中的扩散系数，m2/s；de填料的当量直径，m；,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,A、A、m、m、n、n常数，针对具体填料和物系，由实验确定。H亨利系数，kPam3/kg。总吸收系数K即可按下式求得：kg/(m2hkPa)(6-17),第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,二、吸收苯族烃的工艺流程用洗油吸收煤气中的苯族烃所采用的洗苯塔虽有多种型式，但工艺流程基本相同。填料塔吸收苯族烃的工艺流程见图6-1。,1-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,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,来自饱和器后的煤气经最终冷却器冷却到2527后（或从洗氨塔后来的2528煤气），依次通过两个洗苯塔，塔后煤气中苯族烃含量一般为24g/m3。温度为2730循环洗油（贫油）用泵送至顺煤气流向最后一个洗苯塔的顶部，与煤气逆向沿着填料向下喷洒，然后经过油封管流入塔底接受槽，由此用泵送至下一个洗苯塔。按煤气流向第一个洗苯塔底流出的含苯量约2%的富油送至脱苯装置。脱苯后的贫油经冷却后再回到贫油槽循环使用。在最后一个洗苯塔喷头上部设有捕雾层，以捕集煤气夹带的油滴，减少洗油损失。洗苯塔下部设置的油封管（也叫U型管）起防止煤气随洗油窜出作用。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,三、影响苯族烃吸收的因素煤气中的苯族烃在洗苯塔内被吸收的程度称为回收率。可用下式表示：(6-18)式中 一粗苯回收率，；、洗苯塔入口煤气和出口煤气中苯族烃的含量，g/m3。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,回收率是一项重要技术经济指标，当 一定，煤气量一定时，愈小，回收率愈大，粗苯产量愈高，销售收入也愈多；但相对而言基建投资和运行费用也愈高，最佳的2值（或最佳的粗苯回收率），应是纯效益最高。确定最佳塔后煤气含苯（即2值）时，需要建立投入产出数学模型，采用最优化的方法解决。对于已投产的焦化厂粗苯回收率，则是评价洗苯操作好坏的重要指标，一般为93%95%。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，吸收温度，洗油循环量及其相对分子质量，洗苯塔类型和构造，煤气流速及压力等。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,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。式(6-10)中洗油的相对分子质量Mm及煤气总压P波动很小，可视为常数。而粗苯的饱和蒸气压P0 是随温度而变的。将式（6-10）在不同温度时所求得的与c的数值用图表示，即得图6-2、图6-3所示的苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度关系曲线。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,图6-2 苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度 图6-3 苯族烃在煤气和洗油中的平衡浓度 焦油洗油-石油洗油 焦油洗油-石油洗油,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,由图可见，当煤气中苯族烃的含量一定时，温度愈低。洗油中与其平衡的粗苯含量愈高；温度愈高，洗油中与其平衡的粗苯含量则显著降低。当入塔贫油含苯量一定时，洗油液面上苯族烃的蒸气压随吸收温度升高而增高，吸收推动力则随之减小，致使洗苯塔后煤气中的苯族烃含量（塔后损失）增加，粗苯的回收率降低。图6-4表明了及 与吸收温度间的关系。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,由图可见，当吸收温度超过30时，随温度的升高，显著增加，显著下降。因此，吸收温度不宜过高，但也不宜过低。当低于15，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10时，还可能从油中析出固体沉淀物。因此适宜的吸收温度为25左右，实际操作温度波动于2030之间。为了防止煤气中的水汽冷凝而进入洗油中，操作中洗油温度应略高于煤气温度。一般规定洗油温度在夏季比煤气温度高2左右，冬季高4左右。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,为保证适宜的吸收温度，自硫铵工段来的煤气进洗苯塔前，应在最终冷却器内冷却至1828，贫油应冷却至低于30。2洗油的吸收能力及循环油量由式(6-11)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的平衡含量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，吸收的愈完全。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。图6-5表明了洗油相对分子质量与其吸收能力的关系。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,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：（6-19）式中 V煤气量,m3/h；，洗苯塔进、出口煤气中苯族烃含量，g/m3；L洗油量，kg/h；Cl，C2贫油和富油中粗苯的质量含量，%。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,由上式可见，增加循环洗油量，则可降低洗油中粗苯的C2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、蒸气的耗量和冷却水用量。在塔后煤气含量一定的情况下，随着吸收温度的升高，所需要的循环洗油量也随之增加。其关系如图6-6所示。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,图6-5 洗油相对分子质量与其吸收能力的关系（20时）,图6-6 循环洗油量与吸收温度的关系,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,实际的循环洗油量可按下述方法确定：（1）按理论最小量计算确定 kg/h（6-20）式中 Lmin理论最小循环洗油量，kg/h；Pb纯苯的饱和蒸气压，kPa；Mm洗油相对分子质量；V不包括苯族烃的入塔煤气体积，m3h；,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,P1入塔煤气压力(绝对压力)，kPa；要求达到的苯族烃的实际回收率；无限大吸收面积时苯族烃的回收率；（6-21）实际的循环洗油量可取为Lmin的1.51.6倍,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,（2）按定额数据计算确定 当装入煤挥发分不超过28%时，则循环洗油量可取为每吨干装入煤0.50.55m3；当装入煤挥发分不超过28%时，则循环洗油量宜按每立方米煤气1.61.8L确定，此值称为油气比。由于石油洗油的相对分子质量比焦油洗油大，因此当用石油洗油从煤气中吸收同一数量的苯族烃时，所需循环洗油量要比焦油洗油约大30。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,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(6-11)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2g/m3，设洗苯塔出口煤气压力P=107.19kPa，洗油相对分子质量M=160，30时粗苯的饱和蒸气压P0=13.466kPa，将有关数据代入式(6-11)，即可求出与此相平衡的洗油中粗苯含量C1,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,计算结果表明，为使塔后损失不大于2g/m3，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，C1值应除以平衡偏移系数n，一般n=1.11.2。若取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2030，故实际贫油含粗苯量可允许达到0.40.6，此时仍能保证塔后煤气含苯族烃在2g/m3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，但将增加脱苯蒸馏时的水蒸汽耗量，使粗苯产品的180前馏出率减少，即相应增加了粗苯中溶剂油的生成量，并使洗油的耗量增加。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,4吸收表面积为使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)和接触时间。对于填料塔，吸收面积是塔内被洗油润湿的填料表面积。接触时间是上升煤气在塔内与洗油淋湿的填料表面接触的时间。被洗油润湿的填料表面积愈大，则煤气与洗油接触的时间愈长，回收过程进行得也愈完全。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,根据生产实践，当塔后煤气含苯量要求达到2g/m3时，每小时1m3煤气所需的吸收面积一般是木格填料洗苯塔为1.01.1m2，钢板网填料塔为0.60.7 m2，塑料花环填料塔为0.20.3 m2；当减少吸收面积时，粗苯的回收率将显著降低。如图6-7所示，在吸收面积F=Fo（实际吸收面积=设计吸收面积）时，粗苯回收率为93.56，随着F/F0值的降低，值也随之下降。当F/F0在0.5以下时，值则随吸收面积减少而急剧下降。而当吸收面积大于F。时，值提高得有限。因此适宜的吸收面积应既能保证一定的粗苯回收率，又使设备费和操作费经济合理。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,图6-7吸收面积对粗苯回收率的影响,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,5煤气压力和流速当增大煤气压力时，扩散系数Dg将随之减小，因而使吸收系数有所降低。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。在加压下进行粗苯的回收时，可以减少塔后苯族烃的损失、洗油耗用量、洗苯塔的面积等，所以加压回收粗苯是强化洗苯过程的有效途径之一。但加压煤气要耗用较多的电能和设备费用。而苯族烃的回收率提高的实际收效却不大。因此，通常在常压下操作。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,由式(6-13)可见，增加煤气速度可提高气膜吸收系数，增强两相的湍动接触程度，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沫夹带量过大。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 中的可联立求解物料衡算、传质速率方程和气液相平衡推算出来，从而可将上式改写为下列无因次式：,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,式中一回收率；m无因次数群，；煤气的平均压力，kPa；F填料的表面积，m2；V煤气量，m3/h；K总吸收系数,kg/(m2hkPa)；b指数，；l油气比，kg/m3；,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,n系数，；C贫油中粗苯质量含量，；入洗苯塔煤气中苯族烃含量，g/m3。例如，已知下列数据：C1=0.2%，=40g/m3，p=106.7kPa（表压），V=35000m3/h，L=50000kg/h，K=2.07110-1kg/(m2hkPa),F0=38600m2。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,计算粗苯回收率：先求得则,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,四、洗油量要求为满足从煤气中回收和制取粗苯的要求，洗油应具有如下性能：(a)常温下对苯族烃有良好的吸收能力，在加热时又能使苯族烃很好地分离出来;(b)具有化学稳定性，即在长期使用中其吸收能力基本稳定;(c)在吸收操作温度下不应析出固体沉淀物;(d)易与水分离，且不生成乳化物;(e)有较好的流动性，易于用泵抽送并能在填料上均匀分布。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,焦油洗油是高温煤焦油中230300的馏分,容易得到，为大多数焦化厂所采用。其质量指标见表6-4。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,要求洗油的的含萘量小于15%，苊不大于5%，以保证在1015时无固体沉淀物析出。因为萘熔点80，苊熔点95.3，在常温下易析出固体结晶，因此，应控制其含量。但萘与苊、芴，氧芴及洗油中其他高沸点组分混合共存时，能生成熔点低于有关各组分的低共熔点混合物。因此，在洗油中存在一定数量的萘，有助于降低从洗油中析出沉淀物的温度。洗油中甲基萘含量高，洗油黏度小，平均相对分子质量小，吸苯能力较大。所以，在采用洗油脱萘工艺时，应防止甲基萘成分随之切出而造成损失。同理，在脱苯蒸馏操作中要严格控制脱苯塔顶部温度和过热蒸汽用量及温度。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,洗油含酚高易与水形成乳化物，破坏洗苯操作。另外，酚的存在还易使洗油变稠。因此，应严格控制洗油中的含酚量。石油洗油系指轻柴油，是石油精馏时，在馏出汽油和煤油后所切取的馏分。生产实践表明：用石油洗油洗苯，具有洗油耗量低，油水分离容易及操作简便等优点。现国内某些焦油洗油来源不便的焦化厂采用石油洗油。石油洗油的质量指标见表6-5。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,石油洗油脱萘能力强，一般在洗苯塔后，可将煤气中萘脱至0.15g/m3以下。但吸苯能力弱，故循环油量比用焦油洗油时大，因而脱苯蒸馏时的蒸汽耗量也大。石油洗油在循环使用过程中会形成不溶性物质油渣，并堵塞换热设备，因而破坏正常的加热制度。另外，含有油渣的洗油与水还会形成稳定的乳浊液，影响正常操作。故在洗苯流程中增设沉淀槽，控制含渣量不大于20mg/l。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,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，如苯乙烯、环戊二烯、古马隆、茚、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，或在加热脱苯条件下，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，冷却时析出沉淀物。此外，在循环使用过程中，洗油的部分轻质馏分被出塔煤气、粗苯和分离水带走，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。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,五、洗苯塔焦化厂采用的洗苯塔类型主要有填料塔、板式塔和空喷塔。1填料塔填料洗苯塔是应用较早，较广的一种塔。塔内填料常用整砌填料如木格、钢板网等，也可用乱堆填料如金属螺旋、泰勒花环、鲍尔环及鞍型填料等。相对来说，在相同条件下，乱堆填料阻力较大，且易堵塞。因此，普遍采用的是整砌填料。木格填料洗苯塔阻力小，一般每米高填料的阻力为2040Pa，操作弹性大，不易堵塞，稳定可靠，曾广为应用。但木格填填塔处理能力小，设备庞大笨重、基建投资和操作费用高、木材耗量大等缺点。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,因此，木格填料塔已被新型高效填料塔如钢板网、泰勒花环、金属螺旋及等取代。在进行木格填料计算时，可取空塔气速0.81.0m/s。钢板网填料是用0.5mm厚的薄钢板，在剪拉机上剪出一排排交错排列的切口，再将口拉开，板上即形成整齐排列的菱形孔。将钢板网立着一片片平行迭合起来，相邻板间用厚为20mm长短不一，交错排列的木条隔开，再用长螺栓固定起来，就形成了图6-8所示的钢板网填料。钢板网填料比木格填料孔隙率（或自由截面积）大，在同样操作条件下，阻力更小，更不易堵塞，可允许较大的空塔气速，传质速率也比木格填料塔大，达到同样的塔后煤气含苯2g/m3需要的吸收面积可比木格填料洗苯塔减少36%40%,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,由图6-8可见，从顶部喷淋下来的洗油，被两片钢板网间的木条分配到板网侧面上形成液膜向下流动。煤气在网间向上流动，当被网片间的长木条挡住时，便穿过网孔进入网片的另一侧的空间。这样网上的液膜就不断地被鼓破，随即又形成新的液膜。所以，在钢板网填料中，气液两相的接触面积远大于填料表面积，并由于较激烈的湍动和吸收表面不断更新而强化了操作。钢板网填料塔的构造如图6-9所示。由图可见，钢板网填料分段堆砌在塔内，每段高约1.5m。填料板面垂直于塔的横截面，在板网之间即形成了煤气的曲折通路。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,为了保证洗油在塔的横截面上均匀分布，在塔内每隔一定距离安装一块如图6-10所示的带有煤气涡流罩的液体再分布板。煤气涡流罩按同心圆排列在液体再分布板上，弯管出口方向与圆周相切，在同一圆周上的出口方向一致，相邻两圆周上的方向相反。由于弯管的导向作用，煤气流出涡流罩时，形成多股上升的旋风气流，因而使煤气得到混合，以均一的浓度进入上段填料汇聚。在液体再分布板上的洗油，经升气管内的弯管流到设于升气管中心的圆棒表面，再流到下端的齿形圆板上，借重力喷溅成液滴而淋洒到下段填料上。从而可消除洗油沿塔壁下流及分布不均的现象。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,在进行钢板网填料塔计算时，可采用下列数据：填料比表面积44m2/m3；油汽比1.62.0L/m3，空塔气速0.91.1m/s煤气所需填料面积0.60.7m2/(m3h)。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,金属螺旋填料系用钢带或钢丝绕成，其比表面积大，且较轻，由于形状复杂、填料层的持液量大，因此吸收剂与煤气接触时间较长，又由于煤气通过填料时搅动激烈，因此，收效率较高。泰勒花环填料是由聚丙烯塑料制成的，它由许多圆环绕结而成，其形状如图6-11。该填料无死角，有效面积大，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、重量轻、制造安装容易。其特性参数见表6-6。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,在进行泰勒花环填料计算时，可采用下列数据：空塔气速1.01.2m/s，油汽比1.51.8L/m3；煤气所需填料面积0.20.25m2/(m3h)。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,2穿流式筛板塔穿流式筛板塔是一种孔板塔，容易改善塔内的流体力学条件，增加两相接触面积，提高两相的湍流程度，迅速更新两相界面以减小扩散阻力。洗苯塔也可采用穿流式筛板塔，其工作情况如图6-12所示。这种塔板结构简单、容易制造、安装检修简便、生产能力大，投资省、金属材料耗量小，但塔板效率受气液相负荷变动的影响较大。,第二节用洗油吸收煤气中的苯族烃,影响穿流式筛板塔塔板效率的因素有小孔速度、液气比和塔板结构。筛板可根据实践经验选用下列结构参数：筛板厚度46mm；筛孔直径7mm；塔板开孔率2730；板间距300400mm。对上述结构的穿流式筛板塔，为保证正常操作和达到较高的塔板效率，可采用下列操作参数：小孔气速68m/s，液气比1.62.0L/m3，空塔气速1.22.5m/s。3空喷塔空喷塔与填料塔相比具有投资省、处理能力较大、阻力小、不堵塞及制造安装方便等优点。但是单段空喷效率低，多段空喷动力消耗大。多段空喷洗苯塔的空塔气速可取为1.0-1.5m/s。,第三节 煤气的终冷和除萘,在生产硫铵的回收工艺中，饱和器后的煤气温度通常为55 左右，而回收苯族烃的适宜温度为25左右，因此，在回收苯族烃之前煤气要再次进行冷却，称为最终冷却。在终冷前煤气含萘约12g/m3，大大超过终冷温度下的饱和含萘量。因此，煤气最终冷却同时还有除萘作用。早些年，煤气净化流程中普遍采用直接式最终冷却兼水洗萘工艺，即用水直接喷洒进入终冷塔的煤气，在煤气冷却的同时，萘析出并被水冲洗下来。混有萘的冷却水通过机械化萘沉淀槽将萘分离出去，或用热焦油将萘萃取出来。这种方法洗萘效率低，终冷塔出口煤气含萘高达0.60.8/m。；循环水所夹带的萘或焦油容易沉积于凉水架上，凉水架的排污气和排污水严重污染环境，因此水洗萘法已被淘汰。比较有前途的方法是油洗萘法和横管式煤气终冷除萘流程。,第三节 煤气的终冷和除萘,一、横管式煤气终冷除萘横管式煤气终冷除萘工艺流程见图6-13。来自硫铵工段55左右的煤气，进入横管式煤气终冷器进行最终冷却，煤气和轻质焦油走管间，冷却水走管内。终冷器分上、下两段。煤气自上而下流动，终冷器上段用32循环水间接冷却煤气，下段用18低温水间接冷却煤气，经终冷后煤气被冷却至25，然后到洗苯塔脱除其中的苯族烃。,第三节 煤气的终冷和除萘,第三节 煤气的终冷和除萘,轻质焦油与煤气并流直接接触，自上而下分两段喷洒，轻质焦油含水量控制在10以下，喷淋密度控制在4.55m3/(m2h)。含萘的轻质焦油用泵送冷凝鼓风工段与初冷器冷凝液混合，混合分离出的轻质焦油循环使用。为降低终冷器煤气系统阻力，终冷上段设氨水喷洒管，定期喷洒以清除横管外壁的油垢。该流程的特点是：(1)轻质焦油为工厂自产，(2)轻质焦油吸萘能力强，(3)与鼓风冷凝装置紧密结合，流程简单投资省。(4)煤气不与低温水、循环水直接接触，不会造成大气污染和废水处理。,第三节 煤气的终冷和除萘,二、油洗萘和煤气终冷油洗萘和煤气终冷的工艺流程见图6-14。从饱和器来的5560的煤气进入洗萘塔底部，经由塔顶喷淋下来的5557的洗苯富油洗涤后，可使煤气含萘由25g/m降到0.5g/m3左右。除萘后的煤气于终冷塔内冷却后送往洗苯塔。洗萘塔常用木格填料塔，洗萘所需填料面积为每m3煤气0.20.3m2。塔内煤气的空塔速度为0.81.0m/s。,第三节 煤气的终冷和除萘,图6-14 油洗萘和煤气终冷工艺流程1-洗萘塔；2-加热器；3-富油泵；4-含萘富油泵；5-煤气终冷塔；6-循环水冷却器7-热水泵；8，9-循环水泵；10-热水池；11-冷水池,第三节 煤气的终冷和除萘,洗萘用的洗油为洗苯富油，其喷洒量为洗苯富油量的3035，入塔富油含萘要求小于8。吸收了萘的富油与另一部分洗苯富油一起送去蒸馏脱苯脱萘。为了防止在终冷塔内从煤气中析出萘，以保证终冷塔的正常操作，洗萘塔后煤气含萘要求0.5gm3。影响洗萘塔后煤气含萘量的主要因素是富油含萘量和吸收温度。终冷塔为隔板式塔，共19层隔板，分两段。下段11层隔板用从凉水架来的循环水喷淋，将煤气冷却至40左右。上段8层隔板，用温度为2023的低温循环水喷淋，将煤气再冷却至25左右。热水从终冷塔底部经水封管流入热水池，然后用泵送至凉水架，经冷却后自流入冷水池，再用泵送到终冷塔的下段，送往上段的水尚须于间冷器中用低温水冷却。由于终冷器只是为了冷却煤气而无须冲洗萘，故终冷循环水量可减少至2.53t/1000m3(煤气)。,第三节 煤气的终冷和除萘,三、煤气预冷油洗萘和终冷 煤气预冷油洗萘和终冷工艺流程见图6-15。煤气先进入预冷塔，被冷却水冷却到4045(萘露点为3035)。由于煤气温度高于萘露点温度，故在塔中无萘析出。预冷后的煤气进入油洗萘塔，靠调节洗苯富油温度使塔内煤气温度保持在4045。洗萘后的煤气再经最终冷却塔冷却至25左右。此流程由于洗萘温度低，故经洗萘后的煤气含萘量可降至0.40.5g/m3。若采用含萘5的洗苯贫油洗萘，可使煤气含萘降至0.2 g/m3以下。此流程操作的关键是保证预冷塔煤气出口温度比煤气的萘露点高510，以保证萘不在预冷塔析出。,第三节 煤气的终冷和除萘,第三节 煤气的终冷和除萘,油洗萘和煤气终冷流程与水洗萘相比，除了洗萘效果好之外，突出的优点是所需终冷水量仅为水洗萘用水量的一半，故可以减少污水排放量，并有可能采用终冷水闭路循环系统，取消凉水架，避免对大气的污染。通过以上几种煤气洗萘和终冷流程的讨论可以看到：（1）煤气终冷是为了降低硫铵工艺装置排出煤气的温度和湿度，以有利于粗苯的回收而必须设立的一道工序；（2）洗萘则是因为煤气在初冷器中冷却温度不够低而留下的缺陷。为了弥补这些缺陷，上述横管终冷除萘工艺中，几乎完全重复了煤气横管初冷的设备和操作。因此，焦化界人士的共上识是：煤气初冷（含除焦油、除萘）是化学产品回收与煤气净化的基础，在初冷工序多投入一些是值得的。使初冷器后煤气温度低一些，再在电捕焦油器中除去焦油雾，即可打好基础。,一、富油脱苯的方法和原理 1.富油脱苯的方法 富油脱苯是典型的解吸过程，实现粗苯从富油中解吸出的基本方法：是提高富油的温度，使粗苯的饱和蒸汽压大于其汽相分压，使粗苯由液相转入汽相。为提高富油的温度，有两种加热方法，即采用预热器蒸汽加热富油的脱苯法和采用管式炉煤气加热富油的脱苯法。,第四节 富油脱苯,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135 145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180190后进入脱苯塔。后者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，贫油含苯量可达0.1%左右，粗苯回收率高，蒸汽耗量低，每生产1t180前粗苯为11.5t，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等。因此，各国广泛采用管式炉加热富油的脱苯工艺。,第四节 富油脱苯,富油脱苯按其采用的塔设备分有只设脱苯塔的一塔法、设脱苯塔和两苯塔的二塔法和再增设脱水塔和脱萘塔的多塔法。富油脱苯按原理不同可采用水蒸汽蒸馏和真空蒸馏两种方法。由于水蒸汽蒸馏具有操作简便，经济可靠等优点，因此中国焦化厂均采用水蒸汽蒸馏法。富油脱苯按得到的产品不同分有生产粗苯一种苯的流程，生产轻苯和重苯二种苯的流程,生产轻苯、重质苯及萘熔剂油三种产品的流程。,第四节 富油脱苯,2.富油脱苯的原理 富油是洗油和粗苯完全互溶的混合物,通常将其看作理想溶液，汽液平衡关系服从拉乌尔定律，即，因富油中苯族烃各成分的浓度 很小（粗苯的质量百分浓度在2%左右）,在较低的温度下很难将苯族烃的各种组分从液相中较充分的分离出来。用一般的蒸馏方法，从富油中把粗苯较充分的蒸出来，且达到所需要的脱苯程度，需将富油加热到250300，在这样高的温度下，粗苯损失增加，洗油相对分子质量增大，质量变坏，对粗苯吸收能力下降，这在实际上是不可行的，为了降低富油的脱苯温度采用水蒸汽蒸馏。,第四节 富油脱苯,所谓水蒸汽蒸馏就是将水蒸汽直接加热置于蒸馏塔中的被蒸馏液(与水蒸汽完全或几乎不互溶)中，而使被蒸馏物中的组分得以分离的操作。当加热互不相溶的液体温合物时，若各组分的蒸汽分压之和达到塔内总压时，液体就开始沸腾，故在脱苯塔蒸馏过程中通人大量直接水蒸汽，可使蒸馏温度降低。当塔内总压一定时，气相中水蒸汽所占的分压愈高，则粗苯和洗油的蒸汽分压愈低，即在较低的脱苯蒸馏温度下，可将粗苯较完全地从洗油中蒸出来。因此，直接蒸汽用量对于脱苯蒸馏操作有极为重要的影响。,第四节 富油脱苯,3.水蒸汽蒸馏富油脱苯水蒸气用量分析 为了分析操作因素对脱苯过程的影响，假定在具有n块塔板的脱苯塔内，每块塔板上均有的粗苯被蒸出，并沿脱苯塔全高蒸汽压力是均匀变化的。当进入脱苯塔的直接蒸汽温度和洗油温度相等时，每蒸出1t180前的粗苯，每块塔板上的蒸汽耗量为Gnt,t/t（6-22）,式中 P、Pb、Pm一分别为在指定塔板上的气相混合物总压、粗苯蒸气和洗油蒸气的分压。Mb粗苯平均相对分子质量。,第四节 富油脱苯,则整个脱苯塔的蒸汽耗量G为：,t/t（6-23）,脱苯蒸馏过程中通入的直接蒸汽为过热蒸汽，是为了防止水蒸汽冷凝而进入塔底的贫油中使循环洗油质量变坏。当入脱苯塔的直接蒸汽温度高于洗油温度时，直接蒸汽用量将随其过热程度提高而成比例地减少，则上式可变为：,t/t（6-24）,式中 Tm、Ts 分别为洗油及过热蒸汽的热力学温度，K。分析上式可以确定直接蒸汽耗量与脱苯蒸馏诸因素间的关系。,第四节 富油脱苯,(1)富油预热温度与直接蒸汽耗量的关系 此关系可按式(6-24)绘制的图6-16说明。由图可见，当贫油含苯量及其他条件一定时，直接蒸汽耗量随富油预热温度的升高而减少，当富油预热温度由140提高到180C时，直接蒸汽耗量可降低一半以上。(2)直接蒸汽温度与蒸汽耗量的关系 由式(6-24)可见，提高直接蒸汽过热温度，可降低直接蒸汽耗量。因此，将低压蒸汽(0.4MPa)在管式炉对流段过热到400，不但可减少直接蒸汽耗量，而且能改善再生器的操作，保证再生器残渣油合格。,第四节 富油脱苯,(3)富油含苯量与直接蒸汽耗量的关系 由图6-17可见，当富油中粗苯含量高时,在一定的预热温度下，由于粗苯的蒸气分压Pb较大，则可减少直接蒸汽耗量。(4)贫油含苯量与直接蒸汽耗量的关系 由图6-16可见，在同一富油预热温度下，欲使贫油含苯量降低，式6-24中的Pb降低，直接蒸汽耗量将显著增加。,第四节 富油脱苯,图6-16 富油预热温度与直接蒸汽耗量间的关系 贫油含苯量：1-0.2%；2-0.3%；3-0.4%；4-0.5%各曲线对应的富油含苯量：2.0%,图6-17 富油中苯族烃含量与脱苯蒸汽耗量间的关系,第四节 富油脱苯,(5)脱苯塔内总压与直接蒸汽耗量的关系 由式(6-24)可见，当其他条件不变时，蒸汽耗量将随着塔内总压的提高而增加。要达到要求的脱苯程度，必须通入更多的过热蒸汽，降低塔内汽相中粗苯蒸汽的分压，以增大粗苯解吸的推动力。在正常操作情况下，富油中粗苯含量及脱苯塔内的总压基本是稳定的。所以，富油预热温度及直接蒸汽温度是影响直接蒸汽耗量的主要因素。,第四节 富油脱苯,二、富油脱苯工艺流程 1生产一种苯的流程见图6-18。,图6-18 生产一种苯的流程1一脱水塔；2一管式炉；3一再生器；4一脱苯塔；5一热贫油槽；6一换热器；7一冷凝冷却器；8一冷却器；9一分离器；10一回流槽。,第四节 富油脱苯,来自洗苯工序的富油依次与脱苯塔顶的油气和水汽混合物、脱苯塔底排出的热贫油换热后温度达110130进入脱水塔。脱水后的富油经管式炉加热至180190进入脱苯塔。脱苯塔顶逸出的9092的粗苯蒸气与富油换热后温度降到75左右进入冷凝冷却器，冷凝液进入油水分