CN101857810B - 一种新型全负压焦炉煤气净化组合流程 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型全负压焦炉煤气净化组合流程，属于焦化领域。除氨硫循环洗涤工艺外，其它的多种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺也在负压条件下组合应用。本发明新型全负压焦炉煤气净化组合流程包括：初冷工序、电捕工序、脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序和鼓风工序。本发明的脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的多种工艺中的煤气净化设备，其工作压力为-15～-1KPa。并且，本发明初冷工序煤气出口温度提高，降低煤气净化装置能耗、简化了工艺流程、也降低装置建设投资。
Description
技术领域
本发明属于焦化领域，特别涉及在全负压条件下多种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺流程的组合应用。
背景技术
[0002] 焦化行业中焦炉煤气的净化通过以下步骤实现：煤气冷却、煤气脱萘、煤气除焦油、煤气脱硫、煤气脱氨、煤气脱苯以及煤气增压输送。
各步骤对应的工序或应用工艺如下：
煤气冷却：初冷工序、中冷工序、终冷工序。在煤气冷却过程中，煤气通过与冷却介质直接接触后得以冷却的，为直接冷却工艺；煤气通过换热管壁与冷却介质间接换热后得以冷却的，为间接冷却工艺。
煤气脱萘：初冷工序的焦油—氨水洗萘、中冷工序的焦油洗油洗萘、终冷工序的水洗萘或焦油洗油洗萘、以及独立脱萘工序的轻柴油洗萘。
煤气除焦油：电捕工序，通过电捕焦油器捕集煤气中的焦油雾。
煤气脱硫：脱硫工序有多种工艺实际应用，工艺分为三类，即湿式氧化法脱硫工艺、湿式吸收——解吸法脱硫工艺以及干法脱硫工艺；其中，湿式吸收——解吸法脱硫工艺因使用的吸收剂不同，又分为氨法（吸收剂为氨水，即氨水脱硫工艺）和碱法（吸收剂为Na2CO3或K2CO3，即真空碳酸盐工艺）。
煤气脱氨：脱氨工序有多种工艺实际应用，工艺分为三类，即水洗氨工艺、硫酸吸收工艺和磷酸吸收工艺。
煤气脱苯：洗苯工序，通过焦油洗油吸收煤气中的苯族烃（苯、甲苯、二甲苯等）。
煤气增压输送：鼓风工序，通过煤气鼓风机将煤气增压输送。所以，在煤气鼓风机前煤气系统的工作压力为负压；在煤气鼓风机后煤气系统的工作压力为正压。
现有技术中，焦炉煤气净化的组合流程按工作压力分为：部分负压流程和全负压流程。
所述煤气净化的部分负压流程的工序配置为：初冷工序和电捕工序置于鼓风工序之前；中冷工序、终冷工序、脱硫工序、脱氨工序和洗苯工序置于鼓风工序之后。
所述煤气净化的全负压流程的工序配置则为：初冷工序（煤气冷却和脱萘）→电捕工序（煤气除焦油）→脱硫及脱氨工序（水洗氨—氨水脱硫工艺，称为氨硫循环洗涤工艺。去除煤气中的氨和H2S、HCN等）→洗苯工序（煤气脱苯）→鼓风工序（煤气增压输送）。这种全负压流程没有终冷工序。除氨硫循环洗涤工艺外，其它的各种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺没有在负压条件下的组合应用，没有完全意义上的全负压流程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供多种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺在负压条件下的组合应用，以降低煤气净化装置能耗、减少煤气净化装置设备重量。
本发明解决技术问题的技术方案为：将其它的多种（不包括采用湿式氧化法脱硫工艺的煤气脱硫工序）焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺按以下顺序组合配置为焦炉煤气净化的新型全负压流程，初冷工序（煤气冷却）→电捕工序（煤气除焦油）→脱氨工序（硫酸吸收工艺、磷酸吸收工艺）→终冷工序（煤气冷却和脱萘）→洗苯工序（煤气脱苯）→脱硫工序（湿式吸收——解吸法脱硫工艺中的碱法，即真空碳酸盐工艺）→鼓风工序（煤气增压输送）。
约80℃的粗焦炉煤气经初冷工序冷却到35～50℃；再经电捕工序除去其中的焦油；然后通过脱氨工序经硫酸或磷酸吸收其中的氨，温度升高到42～60℃；再经终冷工序将煤气冷却到18～28℃并除去其中的萘；再通过洗苯工序由焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，温度升高到20～30℃；再经脱硫工序由Na2CO3或K2CO3吸收剂吸收煤气中的H2S、HCN；最后经鼓风工序通过煤气鼓风机将净煤气增压输送至用户。
将多种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺中的煤气净化设备即：硫酸吸收工艺中的饱和器或空喷酸洗塔以及磷酸吸收工艺中的吸（洗）氨塔；终冷工序的终冷器或终冷塔；洗苯工序的洗苯塔和真空碳酸盐工艺的脱硫塔，在负压工作条件下的组合应用。
所述的脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的多种工艺中的煤气净化设备，其工作压力为-15～-1KPa。
为保持脱氨工序的水平衡和热量平衡，所述的初冷工序出口煤气温度即粗焦炉煤气经初冷工序冷却后的温度在35～50℃之间。
为保证后续工序煤气净化设备所需的操作温度，所述的终冷工序出口煤气温度即焦炉煤气经终冷工序冷却后的温度在18～28℃之间。
由于吸收放热及避免煤气中水汽冷凝进入焦油洗油中，出洗苯塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃。
所述各工序的煤气净化设备可以是一座或者是串联或并联的多座。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明除氨硫循环洗涤工艺外，其它的多种焦炉煤气净化脱氨及脱硫工艺也在负压条件下组合应用。初冷工序出口煤气温度控制在35～50℃之间，高于现有技术所控制的温度（20～25℃之间），减少了煤气初冷工序冷却所需的循环冷却水（23～35℃）及低温冷却水（7～18℃）的用量,也减少煤气冷却设备的重量；初冷工序出口煤气温度在35～50℃之间，同时减少了脱氨工序为保持生产中的水平衡而需加入净化水的消耗，相应减少了焦炉煤气净化单元附属的污水处理工序的污水处理量；初冷工序出口煤气温度在35～50℃之间，就可以通过调节该温度来保持脱氨工序的热量平衡，脱氨工序不再设置煤气预热器，也就不需消耗加热煤气所用蒸汽或其它热量。
2.将焦炉煤气各净化工序设在鼓风工序前，也不需通过终冷工序移出煤气鼓风机所产生的煤气温升；由于煤气在终冷工序前依次通过各煤气净化设备时，温度依次升高，压力依次降低，在终冷工序前的煤气净化设备不会发生萘的堵塞；同样，煤气在终冷工序后依次通过各煤气净化设备时，温度也依次升高，压力也依次降低，在终冷工序后的煤气净化设备也不会发生萘的堵塞。脱氨工序的水平衡和热量平衡易于控制，整个煤气净化单元运行稳定，降低操作工人的劳动强度。
附图说明
图1为本发明的新型焦炉煤气净化全负压组合流程示意图1。
图中，1-初冷器；2-电捕焦油器；3-饱和器；4-终冷器；5-洗苯塔；6-脱硫塔；7-煤气鼓风机。
图2为本发明的新型焦炉煤气净化全负压组合流程示意图2。
图中，1-初冷器；2-电捕焦油器；3-吸（洗）氨塔；4-终冷塔；5-洗苯塔；6-脱硫塔；7-煤气鼓风机。
图3为对比例1现有技术焦炉煤气净化部分负压流程示意图。
图中，1-初冷器；2-电捕焦油器；3-煤气鼓风机；4-煤气预热器；5-饱和器；6-终冷器；7-洗苯塔；8-脱硫塔。
图4为对比例2现有技术焦炉煤气净化全负压流程示意图。
图中，1-初冷器；2-电捕焦油器；3-脱硫塔； 4-洗氨塔；5-洗苯塔；6-煤气鼓风机。
其中，图1为摘要附图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细说明，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
在图1、2中，对应不同的焦炉煤气净化脱氨、终冷及脱硫工艺，本发明的全负压组合流程中，各工序的煤气净化设备和各工序的煤气进出口温度见表1。
表1：图1、2中各编号的说明
实施例1：对应图1
以配合200×104吨焦碳/年的焦炉组的焦炉煤气净化装置、正常煤气处理量为10×104m3/h、粗焦炉煤气温度为80℃、为例：
为水汽所饱和的80℃粗焦炉煤气，1标米3煤气中含有712.5g水汽、8～12g萘、20～40g焦油、4～9g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃，首先进入初冷器1，初冷器1是横管式煤气冷却器，焦炉煤气由上而下流经换热管外与换热管内的冷却介质间接换热得以冷却，焦炉煤气冷却到35～47℃；煤气冷却过程中，冷凝的水汽吸收了部分氨、和溶解部分萘的焦油一同以焦油氨水冷凝液的形式从初冷器1排出；出初冷器1的煤气为水汽所饱和，35～47℃，1标米3煤气中含有47.5～111.8g水汽、2.3～9.2g萘、3～12g焦油、4～8g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。
焦炉煤气然后进入电捕焦油器2捕集煤气中的焦油雾，使得出电捕焦油器2的煤气中焦油雾含量＜200 mg /m3。
出电捕焦油器2的煤气与蒸氨工序来的85～98℃的氨汽一起进入饱和器3，通过稀硫酸溶液吸收煤气中的氨，使出饱和器3的煤气含氨＜30mg/m3，由于浓硫酸的稀释热和硫酸溶液与氨的反应热，使得出饱和器3的煤气温度升高到50～60℃。
所述蒸氨工序是指：将剩余氨水经蒸馏除去其中的氨，塔顶出氨汽，塔底出蒸氨废水，蒸氨废水送污水生化处理工序处理后外排。剩余氨水来源于：焦油氨水冷凝液以及其它的生产过程多余水经过焦油氨水分离，分离得到的焦油即为煤焦油产品；分离得到的水称为氨水，除循环使用的部分外，多余的称为剩余氨水。
煤气随后进入终冷器4，终冷器4是横管式煤气冷却器，按冷却介质的不同分为上下两段，自上而下分别是循环水段和低温水段，各冷却介质的流程见图1，来源及去向如下：循环冷却水出水（送往公辅工序的冷却塔，38～45℃）；循环冷却水进水（由公辅工序送来的循环水，23～35℃）；低温冷却水出水（送往公辅工序的制冷机或冷却塔，14～23℃）；低温冷却水进水（由公辅工序送来的低温水，7～18℃）。经循环水段冷却后，煤气温度降到35～38℃且为水汽所饱和；经低温水段冷却后，煤气温度降到18～28℃且为水汽所饱和；出终冷器4的煤气每标米3中含有16.8～31.3g水汽、＜800mg萘、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。
煤气随后进入洗苯塔5，在塔内通过焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，由于吸收放热及避免煤气中水汽冷凝进入焦油洗油中，出塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃；出洗苯塔5的煤气中含有苯族烃＜10g/m3。
煤气随后进入脱硫塔6，在塔内通过K2CO3吸收剂吸收煤气中的H2S、HCN，使出脱硫塔6的煤气含H2S＜500mg/m3。
完成净化后的焦炉煤气最后通过煤气鼓风机将净煤气增压输送至用户。由于煤气鼓风机做功产生的煤气温升，可以减少煤气输送过程中冷凝液的产生。
所述各工序的煤气净化设备可以是一座或者是串联或并联的多座。
实施例2：对应图2
同样以配合200×104吨焦碳/年的焦炉组的焦炉煤气净化装置、正常煤气处理量为10×104m3/h、粗焦炉煤气温度为80℃、为例：
为水汽所饱和的80℃粗焦炉煤气，1标米3煤气中含有712.5g水汽、8～12g萘、20～40g焦油、4～9g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃，首先进入初冷器1，初冷器1是横管式煤气冷却器，焦炉煤气由上而下流经换热管外与换热管内的冷却介质间接换热得以冷却，焦炉煤气冷却到35～45℃；煤气冷却过程中，冷凝的水汽吸收了部分氨、和溶解部分萘的焦油一同以焦油氨水冷凝液的形式从初冷器1排出；出初冷器1的煤气为水汽所饱和，35～40℃，1标米3煤气中含有47.5～84.1g水汽、2.3～3.8g萘、3～8g焦油、4～8g氨、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。
焦炉煤气然后进入电捕焦油器2捕集煤气中的焦油雾，使得出电捕焦油器2的煤气中焦油雾含量＜200mg /m3。
出电捕焦油器2的煤气与蒸氨工序来的85～98℃的氨汽一起进入吸（洗）氨塔3，通过磷酸溶液吸收煤气中的氨，使出吸（洗）氨塔3的煤气含氨＜100mg/m3，由于磷酸溶液与氨的反应热，使得出吸（洗）氨塔3的煤气温度升高到42～57℃。
煤气随后进入终冷塔4，终冷塔4内装有填料或塔板，按与煤气接触介质的不同分为上下三段，自下而上分别是循环水冷却段、油洗萘段和低温水冷却段。经循环水冷却段冷却后，煤气温度降到35～38℃且为水汽所饱和；经油洗萘段除萘后，煤气中的萘＜800mg/m3；经低温水冷却段冷却后，煤气温度降到18～28℃且为水汽所饱和；出终冷器4的煤气每标米3中含有16.8～31.3g水汽、＜800mg萘、4～8g硫化氢以及15～30g苯族烃。
煤气随后进入洗苯塔5，在塔内通过焦油洗油吸收煤气中的苯族烃，由于吸收放热及避免煤气中水汽冷凝进入焦油洗油中，出塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃；出洗苯塔5的煤气中含有苯族烃＜10g/m3。
煤气随后进入脱硫塔6，在塔内通过Na2CO3吸收剂吸收煤气中的H2S、HCN，使出脱硫塔6的煤气含H2S＜500mg/m3。
完成净化后的焦炉煤气最后通过煤气鼓风机将净煤气增压输送至用户。由于煤气鼓风机做功产生的煤气温升，可以减少煤气输送过程中冷凝液的产生。
对比例1
按照图3所示，采用现有技术焦炉煤气净化部分负压流程操作，其流程为部分负压流程，图中各编号说明见表2.
表2：对比例1图3中各编号的说明
对比例2
按照图4所示，采用现有技术焦炉煤气净化全负压流程操作，其流程为全负压流程，图中各编号说明见表3.
表3：对比例2图4中各编号的说明
由于本发明的新型全负压组合流程中脱氨工序设在鼓风工序前，同时脱氨工序不再设置煤气预热器，与既有流程控制方法不同的是：当生产中脱氨工序不能保持水平衡时，不再通过调整煤气预热器出口煤气温度，而通过调整初冷工序出口煤气温度，控制脱氨工序煤气进出口之间的温度差来维持水平衡和热量平衡。
本发明实施例1、2的技术效果如下：
(1)工艺流程简化、降低投资：
初冷工序煤气出口温度提高，使得不必在初冷工序设置煤气脱萘设施。
减少初冷工序煤气冷却设备横管式煤气初冷器的换热面积6000m2，减少初冷器重量240吨。
脱氨工序不再设置煤气预热器，也就不需消耗加热煤气所用蒸汽或其它热量。
鼓风工序设在焦炉煤气所有净化工序之后，不需设置煤气冷却装置移出煤气鼓风机所产生的煤气温升。
减少了各工序低温冷却水消耗，（公辅工序）相应可少配置蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机组5230KW/h（450×104Kcal/h）一台；少配置12m×12m机械抽风冷却塔一座（用以冷却制冷循环水）；制冷循环水泵及低温冷却水泵则可各少配置一台或者选用较小型号。
(2)运行效果：
煤气在终冷工序前依次通过各煤气净化设备时，温度依次升高，压力依次降低，在终冷工序前的煤气净化设备不会发生萘的堵塞；同样，煤气在终冷工序后依次通过各煤气净化设备时，温度也依次升高，压力也依次降低，在终冷工序后的煤气净化设备也不会发生萘的堵塞。在终冷工序完成煤气的一步脱萘，使得工序运行稳定，不再出现因为初冷器、终冷器的阻力升高或堵塞而频繁使用蒸汽清扫和经常倒换初冷器和终冷器。大幅降低操作工人的劳动强度。
脱氨工序的水平衡和热量平衡通过调整脱氨工序煤气进出口之间的温度差来控制，易于工人操作。
鼓风工序设在焦炉煤气所有净化工序之后，煤气鼓风机所产生煤气温升可以减少煤气输送过程中冷凝液的产生，减缓煤气管道的腐蚀。
(3)工序能耗降低：
a) 降低初冷工序低温水消耗450m3/h；
b) 以煤气鼓风机做功产生的煤气温升10℃计，减少移出煤气温升所需的低温水消耗220m3/h；
a)、b)两项合计，相应节约输送初冷及终冷两工序低温冷却水所需的电力消耗约91KW；以及夏季通过制冷机制取初冷及终冷两工序低温冷却水所需的蒸汽消耗7.64t/h（0.6MPa）、新水消耗31.1m3/h 、电力消耗约289KW；冬季则通过冷却塔制取低温冷却水，所需的新水消耗7.9m3/h；
c)减少脱氨工序煤气预热器蒸汽消耗：2.1t/h；
d)减少脱氨工序生产用软水量：3.54t/h；相应减少了装置的剩余氨水量：7.08t/h；节约输送该部分水量的电力消耗约3KW；
e)减少蒸氨工序蒸汽消耗：1.77t/h；
f)节约污水生化处理工序的处理费用（以8元/吨污水计）：56.64元/ h。
每年节约电力消耗19.80×105KWh；新水消耗1.90×105 m3 ；蒸汽消耗7.85×104t；折合标准煤11420吨。同时，每年节约污水处理费用约49.6万元。
Claims (16)
1.一种新型全负压焦炉煤气净化组合流程，包括：初冷工序、电捕工序、脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序和鼓风工序；粗焦炉煤气经初冷工序冷却到35～50℃。
2.根据权利要求1所述组合流程，其特征在于：将焦炉煤气各净化工序设在鼓风工序前。
3.根据权利要求1所述组合流程，其特征在于：通过调整初冷工序出口煤气温度，控制脱氨工序煤气进出口之间的温度差来维持脱氨工序的水平衡和热量平衡。
4.根据权利要求1～3所述任意一种组合流程，其特征在于：脱氨工序经硫酸或磷酸吸收其中的氨。
5.根据权利要求1～3所述任意一种组合流程，其特征在于：终冷工序将煤气冷却到18～28℃并除去其中的萘。
6.根据权利要求4所述组合流程，其特征在于：终冷工序将煤气冷却到18～28℃并除去其中的萘。
7.根据权利要求1～3所述任意一种组合流程，其特征在于：出洗苯塔煤气温度高于入塔煤气温度2～5℃。
8.根据权利要求1～3所述任意一种组合流程，其特征在于：脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。
9.根据权利要求4所述组合流程，其特征在于：脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。
10.根据权利要求5所述组合流程，其特征在于：脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。
11.根据权利要求7所述组合流程，其特征在于：脱氨工序、终冷工序、洗苯工序、脱硫工序的煤气净化设备工作压力为-15～-1KPa。
12.根据权利要求1～3所述任意一种组合流程，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。
13.根据权利要求4所述组合流程，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。
14.根据权利要求5所述组合流程，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。
15.根据权利要求7所述组合流程，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。
16.根据权利要求8所述组合流程，其特征在于：所述各工序的煤气净化设备是一座或者是串联或并联的多座。
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