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1、年处理12万吨焦油焦油车间蒸馏工段初步设计摘 要 本次设计的题目是年处理12万吨焦油焦油车间蒸馏工段工艺初步设计，焦油蒸馏采用两塔连续式馏分工艺流程。通过已知数据计算整个生产过程的主要设备的工艺尺寸，并进行非工艺部分的设计。详细论述了工艺流程。 本设计的主体设备是管式炉，主要进行管式炉的物料衡算、能量衡算及具体的工艺尺寸计算，并绘制成图。此外还进行蒽塔和馏分塔的物料衡算和热量衡算对蒽塔塔板数及工艺尺寸计算; 一次蒸发器和二次蒸发器的计算及选型。 本设计的专题是介绍煤焦油蒸馏工艺过程中存在的污染物及危害。综合论述国内外煤焦油蒸馏过程中对污染物采取的防护治理措施、工艺、特点、污染治理取得的效果及展
2、望。 最后根据相关数据及资料进行非工艺部分的简要论述。完成蒸馏工段的设备布置，绘制工艺流程图、平面图及立面图；完成该工艺三废处理与环境保护方面的设计和用水、用电等非工艺部分的设计任务。关键词：焦油蒸馏，管式炉，污染The preliminary design of distilling section of coal tar workshop with the scale dealing of 120,000 tons coal tar per year Abstract It is a preliminary design for an annual output of 120000 ton
3、s of coal tar in The process of distilled coal tar adops to two towers continuous distilling process. To calculate the size of the main equipment and design the non-technical part according to the date that has already been known. This design illustrates the technical process in details. The main eq
4、uipment of this design is a tube furnace. There is a measurement for materials, power. And last a picture about this design will be drawn. In addition, the calculation of thean thracene tower the distilled tower and heat will be done. There is also selection for the first distillatory and the second
5、 distillatory. The topic is designed for the introduction of the pollutant and the hazards in the producing process. The protective measurements will be taken by discussing the pollutants dealing result in home and abroad to create a new available way for controlling the polluted products. Finally,
6、to complete the equipment layout of distillation, the picture of producing process, the plane and three-dimensional picture as well as waste treatments, environmental protection by according to the related dates and materials.Key words: tar distillation, tube furnace, pollution目 录11绪论11.1煤焦油的论述11.1.
7、1煤焦油的应用及深加工意义11.1.2焦油主要危害及其特性11.2研究现状分析21.2.1国内发展现状21.2.2国外发现展状31.2.3产品方案31.2.4工艺流程41.2.5环保水平41.2.6节能水平41.3 煤焦油精制新技术51.4煤焦油加工展望51.4.1切忌盲目新建煤焦油加工设施51.4.2项目建设要求51.4.3慎重投资61.4.5注重煤焦油加技术的开发61.4.6加强环保工作61.5设计任务62生产工艺流程和设备的说明82.1原料及产品说明82.1.1煤焦油概述82.2煤焦油加工过程92.2.1 煤焦油加工过程92.3煤焦油加工工艺92.3.1一塔式流程102. 3.2 二塔式
8、流程102.4焦油分离主要设备112.4.2蒸发器152.4.3蒸馏塔153非工艺部分设计173.1车间布置173.2蒸馏工艺布置173.3厂址的选择183.4 土建193.5供电193.6供水排水203.7防火防爆213.8采暖通风223.9环保233.10设备维修234专题蒸馏工艺过程的环境污染与防治254.1概述254.2煤焦油化工厂废气发生源264.3煤焦油化工厂废气治理方法264.3.1比重大于1的油品污染气体治理264.3.2轻质油品污染气体的控制274.4沥青烟萘粉尘的净化处理274.6改进生产工艺减少污染284.6.1用氮气封闭液体化工物料储存设备294.6.2沥青和萘实行液态
9、运输294.6.3酚钠盐分解的先进工艺294.6.4连续硫酸法酚钠盐分解工艺304.6.5二氧化碳分解30焦油蒸馏工段计算说明311物料与热量衡算311.1计算条件及操作制度311.2燃烧过程的计算321.3耗热量和煤气用量的计算352管式炉的计算与选型412.1辐射段计算412.2对流段的计算482.3炉管压力降计算572.4烟囱计算622.4.1阻力计算622.4.2烟囱高度663其他设备的计算选型693.1蒽塔的选型693.2 沥青高置槽693.3 一次蒸发器693.4二段蒸发器703.5其他冷却器的选型703.5.1混合馏分冷却器703.5.2一蒽油冷却器703.5.3二蒽油冷却器71
10、3.6设备选型汇总71结论74致谢75参考文献76附录A英文文献77附录英文翻译86焦油蒸馏工段非计算设计说明书1绪论1.1煤焦油的论述煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中副产的具有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠状液体产品,1 产率大约占炼焦干煤的 3%4%, 几乎完全是由芳香族化合物组成的复杂混合物, 组分上万种, 已从中分离并认定的单种化合物约 500 余种, 约占煤焦油总量的55%。煤焦油中很多化合物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料及国防工业的贵重原料, 也有一部分多环芳烃化合物是石油加工业无法生产和替代的。1.1.1煤焦油的应用及深加工意义我国的煤焦油主要用来加工生
11、产轻油、酚油、萘油、甲基萘油、洗油、蒽油、蒽油及煤沥青, 各馏分再经深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多种芳烃类化工原料及中间体。少量煤焦油被用作筑路油、防腐剂及炭黑原料油、燃料油等。近年也有人利用合成树脂、合成橡胶对煤焦油进行改性, 制造高档次防水涂料。占煤焦油 50%的煤沥青用途十分广泛, 可用作电极黏结剂, 制造碳素纤维等。煤焦油混合物不经加工仅作为燃料油、炭黑原料油或防腐油以及直接或简单加工后的应用价值不是很大1。煤焦油蒸馏进行初步分离，一般可分离得到轻油、酚油、洗油、萘油、蒽油、沥青焦油六种馏份。萘是化学工业中很重要的原料，广泛用于制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料油漆及医药等用
12、；酚及其同系物用来生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等；蒽用来制蒽醌燃料、合成糅剂及油漆。沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物，用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。1.1.2焦油主要危害及其特性健康危害：作用于皮肤，引起皮炎、痤疮、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣赘及癌肿。可引起鼻中隔损伤。环境危害： 对环境有危害，对大气可造成污染。燃爆危险： 本品易燃，为致癌物。危险特性： 其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。1.2研究现状分析1.2.1国内发展现状我
13、国煤焦油加工工业是随着炼焦工业发展起来的，目前我国的煤焦油加工存在着加工工艺相对落后、装置规模小且加工企业过于分散、加工过程环境污染严重、分离新技术应用水平低、加工深度不够等问题。2 国内外普遍看好的是其深加工精制产品的应用。随着经济和技术的发展,不仅传统的煤焦油加工产品开发出了新的用途,而且应用新技术提取或进一步加工出的煤焦油馏分产品更具市场竞争力。因此,应用新技术、新工艺, 从煤焦油中提取市场急需的各类贵重化工产品, 不仅实现了资源综合利用, 提高了产品附加值, 而且经济效益、环境效益、社会效益明显, 对煤焦油的精制加工极为重要。蒸馏分离可以合理利用资源，节省不可再生资源，并减少分散加工带
14、来的环境污染,获取最佳经济效益和社会效益。同时对我国社会主义经济建设有着重要意义。我国煤焦油初馏装置规模较小，普遍在10万吨/年以下，但我国焦化量大，焦油产量增加，加工空间大，同时深层产品潜力更大。所以煤焦油的深加工前景广阔。我国现有焦油年加工能力为540万t，在建加工能力425万t，而拟建的加工能力达到377万t，投产后合计年加工能力达到1340万t。与世界先进水平相比，能力小、技术水平低、产品品种少、能耗高、环境污染严重。造成这一现象的主要原因是煤焦油分散加工。前仍未建成一座现代化的煤焦油集中加工厂。上海宝钢于20世纪80年代建成的煤焦油加工系统的主要设备技术从日本引进，但规模偏小，产品、
15、副产品只有26 种，中间产品种，与国内同行相比，技术上没有多大突破，我国煤焦油加工业的状况与德国进行比较，存在较大的差距，分离精制技术低，产品数量少，品级低，而且其市场还有待于进一步开拓，不少化工企业从国外进口焦化原料，而焦化行业却因产品找不到国内市场又不得不低价出口2。 近30年来，由于受到来自石油化工的激烈竞争，以及钢铁工业的制约，其发展比较缓慢且不均衡。进入20世纪90年代中期，由于对煤焦油产品的需求，人们对煤焦油加工工业的重要地位又有了新的认识，煤焦油加工工业作为区域经济发展的重要支柱产业已经形成，特别在当前原油价格大幅上涨的背景下，石油化工原料成本不断攀高、石化产品竞争力大大削弱，“
16、高油价时代”的到来，为长期处于竞争劣势的煤化工提供了一个千载难逢的发展机遇。1.2.2国外发现展状 近十几年来，德国和日本等许多发达国家已将煤焦油的分离和利用的重点由高含量组分转向低含量组分，以从中获取合成精细化学品所需的高附加值成分，并且成功地开发出一系列先进的煤焦油加工新工艺。德国是最早利用煤焦油的国家。世界闻名的一些工艺流程几乎都是德国斯蒂尔公司和考伯斯公司设计的，它们投入相当大的力量，积极开发与完善加工新技术，扩大产品品种，提高产品的质量等级。目前，吕特格公司（Rutgers Werke AG）的焦油加工能力为150万t/a，他们已能生产500多种芳烃产品，煤焦油的化工利用率接近1.2
17、，位居世界之首。日本的焦化工业发展较快，现有煤焦油加工能力已达180万t/a。煤焦油加工工艺大是考伯斯二次气化工艺的改进型。近十多年来，在住友金属化学、新日铁化学、神户制钢和川崎制铁等多家公司的共同努力下，日本的煤焦油加工业已形成了集中化、大型化和现代化的产业体系。日本十分重视煤焦油加工方面新技术的研究与开发，在煤焦油的精密分离和焦化产品的深度加工利用等方面取得了令人瞩目的成就。前苏联的煤焦油加工能力一直很强，单机年处理煤焦油的能力高达60万t，采用的多是一次汽化单或双塔流程，精制的焦油产品约有190种，其煤焦油分离效率仅次于德国。作为发展中国家，印度的煤焦油加工生产水平也较高，目前其生产量达
18、38万t / a 。印度在萘、苯、甲苯及二甲苯和酚的生产工艺方面取得了突出的成就，在甲苯、萘和蒽的催化氧化方面也做了大量的研究和开发工作3。 1.2.3产品方案国外煤焦油加工有3种模式生产：一是全方位多品种，提纯和配制各种规格和等级的产品；二是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染料、医药方面延伸的深加工产品；三是重点加工沥青类产品国内煤焦油加工产品主要是酚类、萘、洗油、粗蒽、沥青等。 1.2.4工艺流程国内外焦油蒸馏的工艺大同小异，都是脱水、分馏，但国外的工艺比国内要多样化。国内的焦油蒸馏工艺与国外工艺相比较，差距并不大，只是适用的场合不同。焦油蒸馏国内多采用常压、一塔式、两塔式、切取两
19、混或三混馏分的蒸馏工艺。引进的煤焦油蒸馏装置有如下特点：采用连续脱水脱轻油，馏分塔为减压操作，塔顶采出酚油、压力为 ，塔底为软化点的软沥青；采用方箱管式炉，出口焦油温度为 ；余热利用好，其中，软沥青与焦油换热、各馏分采用蒸汽发生器产生 的低压蒸汽；馏分塔塔顶的油汽采用空气冷凝冷却器，并为减压操作，可节能约；减压抽出的尾气与分离酚水，均送往管式炉焚烧；馏分塔材质选用抗腐蚀低碳合金钢。只要对国内工艺的设备、仪表控制、能量利用方面做一些改进工作，就能够变成先进和实用的工艺4。1.2.5环保水平锅炉房产生的锅炉烟气；生产中产生的各种工艺废气；生产工艺设备噪声；工艺中产生的固体废物。 在废水、废渣的处理
20、上国内外所采取的措施基本相同，所不同的是国内处理后的指标要差一点。废气处理主要是指焦油加工过程中的放散气和沥青烟气的处理。国外焦油厂收集这部分废气，并集中到洗涤塔，净化、降温后送管式炉焚烧。有些焦油加工厂的油槽顶部还进行氮封，其放散气排出的可能性就更小。而国内只有个别焦油加工装置对放散气进行集中收集处理，大部分装置都是自由放散。但只要严格管理，认真处理，达到国外处理水平是完全可以实现的。1.2.6节能水平节能降耗是装置的重要指标。焦油加工是高能耗过程，国外在水、蒸汽、煤气消耗方面控制较好，采用空冷、冷热流体换热、多级循环水、低温减压蒸馏、热量回收蒸汽等技术，但电的消耗反而比国内还高。随着国内能
21、源结构的调整，多使用电，减少水、蒸汽和煤气的消耗是一个必然趋势。热回收焦炉与现存发电设备的组合是个完美概念。这种配置节约了可观的总投资成本，另一个好的组合是与化工厂配合，消耗炼焦过程生产的蒸汽。如果采用干熄焦技术，可回收显热能进一步增加。以100万t热回收炼焦设备加80MW发电机为基础，采用干熄焦后，可增加发电量16MW。在蒸汽方面，将干熄焦引入热回收炼焦设备后蒸汽(500，100巴)的输出量可从每小时270t增加到325t4。1.3 煤焦油精制新技术现代焦油蒸馏模式现代焦油蒸馏的模式大致有以下类型：采用大型装置，如德国采用大焦油蒸馏装置；采用常、减压连续蒸馏操作方式，并全部设置余热利用，使每
22、吨焦油耗热量小于 ；提高塔的分离效率，使萘的回收率大于 、萘的集中度也达以上；通过“闪蒸”方式，获得不同软化点的沥青；有效抑制焦油过程中发生聚合反应，特别是避免结焦；采用微机控制，实现开停工切换与正常运行的全部工艺参数自控调节；寻求扩大焦油原料的资源。煤焦油加工发展方向集中加工与大型化煤焦油集中加工与大型化的优点是：成本低；能耗低、产率高；投资省；产品品种多、档次高，有利于深加工；环境保护好。而目前国内焦油加工装置普遍较分散、规模小（小于万），每吨焦油能耗高达 ，而且环境污染严重，产品品种少，质量较差，生产成本高，经济效益差。扩大加工原料的资源即掺混一部分“蒸汽裂解法制烯烃”过程中产生的“裂解
23、焦油”，与煤焦油一起进行加工。该工艺在吕特格公司已实现工业化。而国内仍有较多的煤焦油直接作为燃料油，未能实现资源的综合利用。1.4煤焦油加工展望对照国内煤焦油加工业现状和存在的问题，我国煤焦油产业发展从以下几方面进行。1.4.1切忌盲目新建煤焦油加工设施目前，我国现有的加工能力尚且开工不足加上新建、拟建的新设施，焦油加工能力已经产生过剩。如前所述，由于与焦油加工“唇齿相依”的焦炭业不景气，许多焦化工亏损关门，导致焦油产量减少。这样煤焦油加工企业产能更显过剩规模较大，产品较多的企业目前还不至于亏损，但利润空间已大大减少，而那些小的焦油加工企业支持不住，有的已经倒闭。能力过剩现象已经给焦油加工投资
24、和产业发展拉响了警报，投资者务必慎重决策，分析研究市场。政府及有关部门则应加强规划管理等方面的调控，避免焦油加工业重蹈焦炭产能过剩、身陷严冬的“覆辙”。1.4.2项目建设要求 由于焦油中许多含量较少的高附加值产品如果规模太小则无法提取，也不具备经济性，因此亟待扩大加工能力。这样才能大大增强企业竞争力。目前年产10万吨的准人门槛看来还是有点低，从建设周期和投资资金方面许多企业都很容易解决，甚至有些企业为了追求短期的利润打政策的擦边球。如报批10万吨每年的规模，却是先搞5万吨搞分期建设。这样会导致环保问题更加突出。1.4.3慎重投资投资前要对原料、产品、运输等的多方面市场情况进行详尽市场调研，做到
25、项目原料来源有保证，产品市场前景看好，运输成本经济，投资产出比合理。同时，煤焦油加工项目属于高污染行业、危化行业，必须建设相应的环保和安全设施。大工业化化工项目的上马必须要考虑三十到五十年的生存周期，不能搞三五年收回成本，赚一笔就走人。那种做法是弊大于利，因为化工企业的污染太大了，不像建房子一样不用了把它拆了铺上土还是一块地。一个煤焦油加工厂运行几年后它的地下周围都会有不同程度的污染物残留的。环保工作做得再好跑冒滴漏也是不可能完全杜绝的。1.4.5注重煤焦的开发加大深加工产品和精细化工产品的开发投入。目前国内外焦油加工工艺需要解决的主要难题是如何提高煤焦油各单组份的分离效率，如何提高所得产品的
26、纯度以及如何改善配套的生产工艺，尽可能多地提取更多有价值的组分，延伸加工产业链，提高资源利用率。使煤焦油加工的路走得更长,更远。1.4.6加强环保工作以人为本，不论生产哪种产品，其产品及原料大多是含芳烃类化合物或混合物，在开发、利用煤焦油的同时，也要从保护、防护、治疗等方面进行投人、研究，使煤焦油开发者、研究者、生产者有一个良好的环境，使我国煤焦油加工的技术更新及其应用能走的更快。1.5设计任务本设计的主体设备是管式炉，主要进行管式炉的物料衡算、能量衡算及具体的工艺尺寸计算，并绘制成图。此外还进行蒽塔和馏分塔的物料衡算和热量衡算对蒽塔塔板数及工艺尺寸计算; 一次蒸发器和二次蒸发器的计算及选型。
27、本设计的专题是介绍煤焦油蒸馏工艺过程中存在的污染物及危害。综合论述国内外煤焦油蒸馏过程中对污染物采取的防护治理措施、工艺、特点、污染治理取得的效果及展望。最后根据相关数据及资料进行非工艺部分的简要论述。完成蒸馏工段的设备布置，绘制工艺流程图、平面图及立面图；完成该工艺三废处理与环境保护方面的设计和用水、用电等非工艺部分的设计任务。 2生产工艺流程和主要设备的论述目前我国各焦化厂根据生产能力和规模大小的不同，所采取的生产形式有：间歇式焦油蒸馏和连续式焦油蒸馏，生产工艺有分为：单塔、双塔两种。通过设计题目和要求可知本设计属大型焦化厂精馏工段，所以采用管式炉连续蒸馏工艺对焦油进行蒸馏，在这套工艺中，
28、无水焦油经过汽化和精馏，能够较好地得到分离，从而得到沥青和其他副产品。2.1原料及产品说明2.1.1煤焦油概述煤焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一,其产量约占装炉煤的3%4%在常温常压下其产品呈黑色粘稠液状，密度通常在0.95-1.10g./cm3之间，闪点100具有特殊臭味，煤焦油又称焦油.根据干馏温度和方法的不同可得到以下几种焦油：低温（450650）干馏焦油；低温和中温（600800）发生炉焦油；中温（9001000）立式炉焦油；高温（1000）炼焦焦油。生产原料为炼焦回收的高温焦油，高温煤焦油 黑色粘稠液体，相对密度大于1.0,含大量沥青,其他成分是芳烃及杂环有机化合物。包含
29、的化合物已被鉴定的达 400余种。工业上将煤焦油集中加工，有利于分离提取含量很少的化合物。加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分，然后再进一步加工。各馏分的加工采用结晶方法可得到萘、蒽等产品；用酸或碱萃取方法可得到含氮碱性杂环化合物（称焦油碱），或酸性酚类化合物（称焦油酸）。焦油酸、焦油碱再进行蒸馏分离可分别得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。这些化合物是染料、医药、香料、农药的重要原料。煤焦油蒸馏所得的馏分油也可不经分离而直接利用，如沥青质可制电极焦、碳素纤维等各种重要产品，酚油可用于木材防腐，洗油用作从煤气中回收粗苯的吸收剂，轻油则并入粗苯一并处理。 低温煤焦油 也是黑色粘稠液体
30、，其不同于高温煤焦油是相对密度通常小于1.0，芳烃含量少,烷烃含量大，其组成与原料煤质有关 ，低温干馏焦油是人造石油的重要来源之一，经高压加氢制得汽油、柴油等产品。 2.1.2产品分类焦油的各组分性质有差别，但性质相近组分较多，需要先采用蒸馏方法切取各种馏分，使酚、萘、蒽等欲提取的单组分产品浓缩集中到相应馏分中去，再进一步利用物理和化学的方法进行分离。 一般在焦油连续蒸馏系统中所切取的馏分有以下几种：（1）170前的馏分为轻油；170210的馏分，主要为酚油产率0.40.8%(对无水焦油)，比重为0.880.90。主要含有苯族烃，酚含量小于5%并含有少量的古马龙和茚等不饱和化合物及微量的萘；（
31、2）210230的馏分主要为萘油，产率为1.02.5%，比重为0.981.01。含有酚和甲酚2030%；萘520%；吡啶碱类46%，其余为酚油；（3）230300的馏分主要为洗油，产率为4.56.5%，比重为1.041.06。含有甲酚、二甲酚及高沸点酚类35%；重质吡啶碱类45%；萘含量低于15%；其余为洗油及少量其他有机物质；（4）280360的馏分主要为一蒽油，产率为1622%，比重1.051.10。含蒽1620%；萘24%；高沸点酚类13%；重质吡啶碱类24%；其余为蒽油；（5）二蒽油馏分初馏点为310，产率46%，比重1.081.12，初馏点310，馏出50%时为400，含萘不大于3%
32、；沥青：为焦油蒸馏的残液，产率为5456%2。2.2煤焦油加工过程2.2.1 煤焦油加工过程煤焦油加工从过程上分为 4 个层次: 首先是原料煤焦油的预处理, 即煤焦油的净化脱水、脱渣、除盐过程; 其次是煤焦油蒸馏, 切取各种馏分; 第三是各馏分的分离, 即用各种分离技术从馏分中提取各种精制产品; 最后是精制产品的进一步深加工, 利用各种物理或化学方法开发下游精细化工产品。原料煤焦油的预处理, 目前各国基本采用静置分层、离心分离、加压过滤、铵盐反应转化等方法对煤焦油进行脱渣、脱水、脱盐。我国焦油加工企业采用离心分离技术和加压过滤技术的相对较少。脱盐技术主要是利用碳酸盐或二氧化碳反应除去煤焦油中的
33、固定铵盐。2.3煤焦油加工工艺煤焦油蒸馏是焦油加工的龙头，其技术水平影响着焦油馏份的质量，并对焦油馏份的后续加工工艺的选择有着较大影响。目前国内外成熟的煤焦油蒸馏工艺流程较多，就蒸馏塔的操作压力而言，可分为常压蒸馏、常减压蒸馏和减压蒸馏三大类；按蒸馏塔的数量可分为一塔式、二塔式和多塔式。目前国内焦化企业大都采用常压单塔流程，这种流程投资低，易操作，比较适合中小规模的焦油蒸馏装置，但馏份切割较粗。国外大型煤焦油加工企业，大都采用常减压流程，特点是：各馏份切取较精细，如萘油馏份中萘的集中度可达95%以上，洗油馏份中含萘量较低；由于馏份分割较细，有利于馏份的后续加工和提高产品的提取率。我国以前煤焦油
34、蒸馏装置多采用间歇蒸馏或常压连续蒸馏, 按温度切取轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油等馏分及沥青的流程, 该工艺加热温度高、时间长.分一塔式焦油蒸馏工艺和两塔式焦油蒸馏工艺。2.3.1一塔式流程一塔式焦油蒸馏工艺又被称为一塔半式, 就是在二段蒸发器上部加一段精馏塔以切取二蒽油馏分。原料焦油经预处理以后, 经由原料泵送往管式炉一段, 加热至120 130 进入一段蒸发器脱水, 塔底无水焦油于管式炉二段加热至405 左右送入二段蒸发器进行蒸发、分馏, 沥青由器底排出, 温度为320 335 的二蒽油自蒸发器上部精馏他侧线排出, 经冷却后送储槽。其余馏分的混合蒸汽自顶部逸出进入馏分塔, 自馏分塔底排出的2
35、70 290 的一蒽油, 经冷却后, 一部分用于二段蒸发器顶部打回流, 以保持二段蒸发器顶部温度为315 325 , 其余送去处理。由馏分塔下部侧线切取温度为225 245的洗油馏分, 中部侧线切取馏分温度为200 215 的萘油馏分, 上部侧线切取165 185的酚油馏分, 各种馏分均经冷却后导入相应的中间槽,然后送去处理。轻油及水的混合蒸汽以95 115自塔顶逸出, 经冷凝冷却油水分离后, 部分轻油打回流, 其余送粗苯工段处理。当一塔式流程在用于切取酚、萘、洗三混馏分时, 馏分塔总塔板层数可由切取窄馏分的65层塔板减至41层。而后再精制三混得到高纯度的萘、苊、芴、酚、吲哚、吡啶盐、甲基萘馏
36、分和甲基萘馏分。而以上过程主要采用还是普通精馏操作6。2. 3.2 二塔式流程二塔式蒸馏工艺是在一塔式的基础上做的改进工艺, 为了提高焦油初次蒸馏的效果, 在馏分塔之前加入了蒽塔, 用于切取一蒽油和二蒽油, 然后塔顶的产品进入馏分塔, 提取萘油、洗油和酚油。这样的流程使蒽油等重组分可以较早的从焦油中分离出来, 对后面其他组分分离的干扰小, 虽然在设备投入方面多一些, 但产品质量得到了改善。上面的流程主要是用于提取焦油中的一些馏分, 如轻油馏分和三混馏分。在焦油初步分离之后还有更复杂的分离操作, 以能够进一步经过一系列分离操作得到高纯度的工业用产品或原料。例如对于酚油的继续精制, 要进行先经过洗
37、涤, 在经由蒸馏操作得到精酚, 本次本设计采用两塔式蒸馏过程，蒸馏工艺如下：由原料贮槽来的初步脱水的焦油用1段焦油泵送入管式炉的对流段、加热至120130后进入1次蒸发器。于此，粗焦油中的大部分水份和部分轻油的混合蒸汽以100106的温度自1次蒸发器顶逸出，进入一段冷凝冷却器；及油水分离器；与水分离后的轻油送往粗苯工段处理。经脱水后含水量0.5%以下的无水焦油，经过油封流入无水焦油槽中。无水焦油槽应保持经常满流，满流的焦油流入无水焦油槽，此槽中的焦油可用泵倒回原料焦油贮槽，或将满流焦油引入一段焦油泵前的管路中。无水焦油用2段焦油泵送入管式炉辐射段，在此被加热到400左右送入2段蒸发器进行闪蒸，
38、分离成镏份的混合蒸汽和液体沥青。由2次蒸发器的底部排出的沥青，送沥青冷却浇注系统。从2次蒸发器顶逸出的馏份混合蒸汽进入蒽塔进料塔板，塔底排出温度为320330的二蒽油，侧线切取温度为290300的一蒽油。一、二蒽油分别经各自埋入式冷却器冷却后，流入各自贮槽，以备结晶工段加工处理。蒽塔顶用洗油打回流。自蒽塔顶来的油气进入馏分塔进料塔板。洗油馏份以230340的温度自塔底排出；温度为200210的萘油馏份从侧线采出；温度为150160的酚油馏份从对应的侧线层采出；这些馏份都分别经各自的埋入式冷却器，然后经窥镜流入各自的贮槽。馏份塔顶出来的轻油和水的混合蒸汽引入馏份塔轻油冷凝冷却器中，冷凝液经油水分
39、离后，水经窥镜导入酚水槽或下水道内。轻油经窥镜流入回流槽，用回流泵送到馏份塔顶作为回流油，剩余的轻油送往粗苯工段。2.4焦油分离主要设备焦油蒸馏过程主要是将焦油加热，利用组分间的沸点不同。从而得到分离开的轻、重组分，重组分为沥青，轻组分可通过进一步的精馏得到多种产品。此生产过程的主要设备为：管式炉、蒸发器、蒽塔、馏分塔、冷却器等6。2.4.1 管式加热炉1、管式炉工作原理中国焦化厂用于焦油蒸馏的管式加热炉有圆形和方形式两种，新建厂多为圆筒形或箱型立体式。箱型立体式或圆筒管式炉主要由燃烧室、对流室和烟囱构成。下图为一种焦油蒸箱型立体式管式炉。炉管分辐射段和对流段，水平安设。辐射管从入口至出口管径
40、是变化的，按顺序依次为四种规格，可使焦油在管内加热均匀，提高炉子热效应，避免炉管结焦，延长使用寿命。 炉底的油气联合燃烧器(火嘴)喷出高达几米的火焰，温度高达10001500、主要以辐射传热的方式，将大部分热量传给辐射室(又叫炉膛)炉管(也叫辐射管)内流动的油品。烟气沿着辐射室上升到对流室，温度降到700900。以对流传热的方式继续将部分热量传给对流室炉管内流动着的油品，最后温度降至200450的烟气从烟囱排人大气。油品则先进入对流管再进入辐射管，不断吸收高温烟气传给的热量，逐步升高到所需要的温度。辐射室是加热炉的核心部分，从火嘴喷出的燃料(油或气)在炉膛内燃烧，需要一定的空间才能燃烧完全，同
41、时还要保证火焰不直接扑到炉管上，以防将炉管烧坏，所以辐射室的体积较大。由于火焰温度很高(最高处可达15001800左右)，又不允许冲刷炉管，所以热量主要以辐射方式传送。在对流室内，烟气冲刷炉管，将热量传给管内油品，这种传热方式称为对流传热。烟气冲刷炉管的速度越快，传热的能力越大，所以对流室窄而高些，排满炉管，且间距要尽量小。有时为增加对流管的受热表面积，以提高传热效率，还常采用钉头管和翅片管。在对流室还可以加几排蒸汽管，以充分利用蒸汽余热，产生过热蒸汽供生产上使用。烟气离开对流室时还含有不少热量，有时可用空气预热器进行部分热量回收，使烟气温度降到200左右，再经烟囱排出，但这需要用鼓风机或引风
42、机强制通风。有时则利用烟囱的抽力直接将烟气排入大气。由于抽力受烟气温度、大气温度变化的影响，要在烟道内加挡板进行控制，以保证炉膛内最合适的负压，一般要求负压为23mm水柱，这样既控制了辐射室的进风量，又使火焰不向火门外扑，确保操作安全。焦油在管内流向是先从对流管的上部接口进入，流经全部对流管后，出对流段，经联络管进入斜顶处的辐射管入口，由下至上流经辐射段一侧的辐射管，再由底部与另一侧的辐射管相连，由下至上流动，最后由斜顶处最后一根辐射管出炉。本炉设有多个自然通风和垂直向上的燃烧器，煤气通入中心烧嘴进行燃烧，有一次、二次通风口，并有手柄调节风量。烧嘴中有的设有废气通入管，用以喷然有害气体。在两个
43、燃烧器旁设有喷烧酚水的喷嘴。风箱是一个侧面为L型、断面为长方形的管状物，内衬消声材料，端部入口设有百叶窗。燃烧器用风通过风箱时噪声被消除。炉子采用陶瓷纤维为耐火材料，以玻璃棉毡为绝热性能好，质量轻，易施工，使用寿命长。2、管式炉的分类炼油厂加热炉类型很多，按照管式加热炉的用途可分为纯加热炉和加热-反应炉，前者如常压炉、减压炉，原料在炉内只起到被加热的作用；后者如裂解炉、焦化炉，原料在炉内不仅被加热，同时还有足够的时间进行裂解和焦化反应。按照管式炉的结构又可分为立式炉、圆筒炉和无焰炉4。立式炉：立式炉炉膛为长方形箱体，炉管可水平放置或垂直放置。卧管立式炉其辐射炉管沿炉壁横排，火焰垂直于炉管上烧，
44、炉膛较窄。对流室置于辐射室之上，长度与辐射室相同，烟囱放在对流室顶部。这种炉的特点是炉管沿长度方向受热均匀，另外由于其辐射室高度低，故各辐射管间的受热也比较均匀。其主要优点是减少了炉管支架，便于布置多管程，缺点是炉管沿管长受热不均匀，清扫困难。立式炉在热负荷较低时，投资高于圆筒炉，一般在热负荷较大时使用。圆筒炉：圆简炉炉膛为直立圆筒形，辐射管在炉膛周围垂直地排列一周，方形对流室在圆筒体上部，对流管分水平与直立设置两种。圆筒炉的特点是结构紧凑，造价较低。从热负荷上看，圆筒炉通常用作中、小型加热护，这是因为辐射管不能太长，加大炉膛直径又会提高造价。圆筒炉的热效率偏低也使热负荷的提高受到限制。无焰炉
45、：无焰炉其外形和立式炉相似，主要特点是将无焰喷嘴沿炉膛测墙均匀分布。由于无焰燃烧，炉膛体积可缩小，传热较均匀。由于燃烧完全，过剩空气系数小，炉子热效率较高。但这种无焰燃烧喷嘴目前只能烧气体燃料，另外炉墙结构也比较复杂、造价较高，国内主要用作焦化炉、高温制氢的转化炉及裂解炉等。3、圆管式炉选择要点合理确定一段和二段加热面积比例，应满足正常条件下，（1）二段焦油出口温度400410时，一段焦油出口温度120130之间的要求。（2）蒸汽过热段可以设置一段或二段，要合理确定加热面积。当蒸汽量为焦油量的4%时，应满足加热至400450的要求。（3）辐射管热强度实际生产波动在18002600千卡/米2.时
46、。设计宜采用18002600千卡/米2.时,对小型加热炉，还可取低些。当选用光管时，对流段热强度一般采用600010000千卡/米2.时。（4）保护层厚度宜大于200毫米，使热损失控制在3%以内。（5）火嘴能力应大于管式炉能力的1.251.3倍火嘴与管净4宜大于900毫米，以免火嘴舔烧炉管。（6）辐射管和遮蔽管宜采用耐热钢.再结合生产实践和经济条件方面来选择管式炉。从设计要求和经济核算来考虑圆筒炉是本设计的最佳选择。 2.4.2蒸发器 一次蒸发器选择应满足以下条件：空塔速度宜采用0.2米/秒。闪蒸空间一般不小于2400毫米。结构形式有两种，一种是上部蒸发器与下部无水焦油槽相连，中间用隔板隔开。
47、另一种是中间无隔板，上下连通。两种形式均可，后者操作简便。无水槽宜以液面自动调节装置自控液面。材质采用铸铁或普通碳钢。二次一次蒸发器选择应满足以下条件：底部空塔速度宜采用0.20.3米/秒。一般情况下，二段蒸发器直径宜按馏分塔直径大一级考虑。闪蒸空间一般不小于4000毫米。采用液面自调装置控制沥青液面。材质采用铸铁或碳钢内衬不锈钢薄板，以耐高温和腐蚀。设置人孔以便清扫、检修。2.4.3蒸馏塔1馏分塔选择原则：根据塔径确定踏板间距。进料层的闪蒸空间宜采用板距的2倍。降液管截面宜按停留时间不低于5秒考虑。踏板层数应结合流程种类、产品方案、切取制度及其他经济技术指标综合考虑。2馏分塔的分类：板式塔：可根据气液操作状态分为鼓泡式塔板，如泡罩、浮阀、筛板等塔板及喷射式塔，如舌形、网孔等塔板。又可根据有没有降液管分为溢流式塔板（泡帽等）和穿流式塔板（穿流式筛板和穿流式栅板等）6。泡罩塔盘：泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一。在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子“，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，气体
