橫管式煤氣初冷器工藝設計

煉焦過(guò)程產(chǎn)生的荒煤氣含有少量的各種雜質(zhì)，對煤氣的輸送利用及后續工序處理都會(huì )產(chǎn)生不利影響。如；萘能以固體結晶析出、沉積，造成管道及設備堵塞；焦油會(huì )給回收氯、苯等工藝操作帶來(lái)不利影響，并會(huì )因變質(zhì)硬化或與粉塵混合而產(chǎn)生堵塞物，水能溶解煤氣中的水溶性酸堿物質(zhì)而引起腐蝕：硫化物能腐蝕設備，生成硫化鐵引起堵塞，燃燒生成二氧化硫污染大氣；不飽和烴類(lèi)能形成聚合物，引起設備及管路發(fā)生故障。故自焦爐導出的荒煤氣需以一定順序進(jìn)行處理，以便回收其中的焦油、粗苯、氨、萘、硫等化學(xué)產(chǎn)品，并得到凈化的煤氣在荒煤氣的處理及化產(chǎn)回收過(guò)程中，選擇好的初冷工藝技術(shù)方案、確保正常操作是整個(gè)煤氣凈化工藝的基礎和關(guān)鍵。

1. 焦爐煤氣的初冷器簡(jiǎn)介

1．1 初冷流程簡(jiǎn)述來(lái)自焦爐集氣管的溫度為8O℃～85℃的荒煤氣通過(guò)煤氣初冷器進(jìn)行冷凝冷卻，將其中大部分焦油氣和水汽冷凝下來(lái)。根據不同的凈化回收工藝要求，將煤氣冷卻至21℃～23℃或25℃～30℃后送入下道工序。在冷卻的同時(shí)，還應盡可能地除去焦油、萘和其它腐蝕性介質(zhì)，以盡量地凈化煤氣。

1．2 煤氣初冷器工藝設計

煤氣初玲方式目前國內外廣泛采用的有：直接冷卻、直接冷卻和問(wèn)直混合冷卻三種。設計時(shí)可根據不同的生產(chǎn)規模 工藝要求以及其它條件選擇采用不同的冷卻方式。

1．2．1 煤氣的直接冷卻

煤氣的直接冷卻是在直冷塔內由煤氣和冷卻氨水直接接觸傳熱傳質(zhì)而完成的，在冷卻煤氣的同時(shí)，還有部分腐蝕性介質(zhì)和焦油霧、萘被噴淋氨水帶走直冷塔有空噴塔和填料塔兩種。目前較常用的是耐溫型聚丙烯花環(huán)填料塔。直接冷卻具有冷卻效率較高、煤氣壓力損失小、不易堵塞以及建設投資小等優(yōu)點(diǎn)，但也具有工藝流程較復雜、煤氣出口溫度高、動(dòng)力消耗較大、液氣比大、氨水冷卻器數量多、且易堵 占地面積大等缺點(diǎn)所以目前只在一些小型焦化廠(chǎng)的初期建設中采用。

1．2. 2 煤氣的間接初冷

煤氣的間接冷卻是荒煤氣與冷卻水間接換熱來(lái)達到冷凝冷卻之目的，將煤氣中的太部分焦袖、水和萘分離出來(lái)。煤氣問(wèn)冷器分立管式和橫管式兩種形式。在現在運行的大中型焦化廠(chǎng)多采用立管式冷卻器，但其具有傳熱系數小、熱效率低、煤氣出口含萘量高、冷卻器后段易形成萘堵塞造成阻力變大、清掃頻繁等缺點(diǎn)。特別是近幾年隨著(zhù)橫管冷卻器的不斷改進(jìn)與發(fā)展，已很少再采用立管式冷卻器。橫管式冷卻器由于增加了管間的氨水、輕焦油噴灑，不僅可在管外形成液膜，提高傳熱傳質(zhì)效果，而且可以從上而下沖洗傳熱管，防止萘和焦油的沉積，除萘效果也較立管式好，再加上橫管冷卻器提高了冷卻水的流速，一般可達1m／s～2m／s，煤氣流速也可達0．5 m／s 0．7 m／s，且煤氣與冷凝液的流向相同，因此總傳熱系數可高達836 k．r／(m ·h·℃)～1 627kJ／(m h·℃)，幾乎比立管式冷卻器(傳熱系數是418 kJ／(m ·h·℃)～627 kJ／(m ·h-℃)高出一倍多，從而可大幅度降低冷卻器的換熱面積。另外密集的冷卻管束還可起到分離焦油霧和水霧的擋板作用，并可使煤氣產(chǎn)生湍動(dòng)和撞擊，而得到均勻冷卻，提高傳熱傳質(zhì)效率。同時(shí)由于下段是與低溫水間接換熱，故出口煤氣溫度可降至21℃～22℃，比直冷式低5℃～7℃。

1．2．3 間直混合冷卻

間直混合冷卻工藝是間接冷卻與直接冷卻相結臺的方式，即用問(wèn)接冷卻器將煤氣從80℃～85℃冷卻至50℃～55℃后，再用直接冷卻器進(jìn)一步冷卻。在問(wèn)冷階段，由于溫差大，玲凝液量多和萘量相對較小，傳熱系數高，可大幅度減少所需的傳熱面積；而在直冷階段，可充分發(fā)揮煤氣凈化的效果，降低煤氣中含萘量和腐蝕性介質(zhì)，而不易堵塞。但也存在流程復雜、設備多、能耗高和占地面積大等缺點(diǎn)，因此國內很少采用此工藝。

2. 橫管式初冷器工藝設計

通過(guò)以上三種冷卻方式的比較，建議采用橫管式間接冷卻工藝。

2．1 工藝流程的確定

主要遵循以下原則：a)工藝上先進(jìn)合理，能冷卻煤氣，并盡量地去除煤氣中的焦油、萘及腐蝕性介質(zhì)。b)力求作到節能降耗。c)設備在運行過(guò)程中要達到好的效果、穩定、運行周期長(cháng)。由此確定的初冷工藝流程如圖1。

2．2 流程特點(diǎn)

a)臺理地利用了余熱，達到節能之目的。b)橫冷器三段采用冷凍水循環(huán)使用，從而大量減少了新鮮水的用量。c)將除萘與初冷相結合，從而省去了后續工序的脫萘裝置，縮短了煤氣流程，節省了投資。d)煤氣冷卻溫度低．對后續回收工序打下了良好的基礎。

2．3 設備布置

橫冷器的布置遵循下列原則：

a)一般正對鼓風(fēng)機室按單排排列，初冷器出口煤氣總管中線(xiàn)與相鄰鼓風(fēng)機室的行列線(xiàn)距離不小于i0 D1。

b)橫冷器中線(xiàn)與煤氣進(jìn)出口總管中線(xiàn)及相鄰兩臺的中點(diǎn)距均需考慮足夠的位置，以便于設備、管道的安裝及操作。

c)初冷器的基礎高度應滿(mǎn)足使初冷器排出的冷凝液在負壓為0．5 D1水柱的條件下，能順暢地自流入有關(guān)的冷凝液液封設備中。一般可放置在相對標高為2 m的單獨基礎上或相對標高不小于3．5 m且連成整體的操作平臺上。

d)初冷器操作平臺布置應滿(mǎn)足下列要求：使初冷器煤氣進(jìn)出口管、冷卻水進(jìn)出口管、冷凝液管、蒸汽清掃管、放散管及取樣管的閥門(mén)便于操作，方便各點(diǎn)溫度的觀(guān)測；初冷器頂部操作平臺的設計，應考慮用人工或機械清理水垢時(shí)的方便和safe。

2．4 預期效果

a)由于余熱回收用于采暖，就20 t／a焦化廠(chǎng)初冷工藝而言，每年可回收熱量24、3 GJ，折合成標準煤為829t／a。b)由于冷凍水的利用，每年可節約新鮮水525 600t

3. 結論

3．1 本工藝在傳統初冷工藝的基礎上，對橫管初冷器進(jìn)行了改造，將兩段式改為三段式，將塔體直通式改為分段式，將下段噴灑的焦油單獨循環(huán)，達到了設計預期的目的。

3．2 本工藝節能、節水，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。