横管初冷器除萘工艺的优化

2022-09-10

1 概述

焦炉煤气中的萘是炼焦煤高温炭化时的热分解产物, 在荒煤气中的含量一般为8-12g/m3, 其产率主要取决于炭化温度, 特别是取决于炭化室顶部空间温度。由于煤气中的萘会在煤气管道中和某些设备中沉积下来, 不仅增加煤气流动阻力, 且常引致破坏正常操作, 故须按要求清除煤气中的萘。焦炉煤气脱萘既可以避免因萘沉积于设备和管道里导致管道堵塞的发生, 减少萘对后续工序的影响, 又可以通过多回收萘有利于增加经济效益。

根据萘的性质和焦化生产特点, 现在运用最广的是横管初冷器除萘法。荒煤气中绝大部分萘在初冷器内与焦油一起析出, 但萘的挥发性很大, 故初冷器后煤气中萘含量仍较高, 煤气初冷器出口的煤气含萘量一般在1-2g/m3, 相当于温度30-40℃时煤气中萘的露点含量[1]。经过初冷器后的煤气中, 一部分萘呈极细的鳞状, 这些萘被煤气带走流向后续工序的煤气净化设备。当煤气流速减缓或温度下降时, 煤气中的萘就会析出, 不仅会沉积在煤气管道和净化设备中而造成堵塞还会对后续工序造成恶劣影响。

2 初冷器除萘系统的机理

初冷器除萘主要是利用初冷器冷凝液对煤气中的萘进行吸收, 关键是煤焦油对萘的吸收, 属于物理吸收过程[2]。影响初冷器除萘效果的因素主要有:

2.1 操作温度, 其受冷凝液自身温度、煤气温度和环境温度影响, 当冷凝液含萘浓度一定时, 温度越低则与其平衡的煤气含萘量越低, 而当煤气中含萘量一定时, 温度越低, 则允许的循环液含萘浓度越高。因此, 适当降低冷凝液温度有利于洗萘。现在许多焦化厂多采用横管初冷器低温除萘, 即将煤气冷却到21-22℃, 可使煤气中的含萘量降低至400mg/m3左右。

2.2 循环液中的萘含量, 循环液中的萘含量是影响洗萘效率的关键因素。初冷器洗萘主要利用循环液中所含的焦油对萘有一定的吸收效果这一特性来实现的, 煤气与冷凝液经长时间接触, 煤气中析出的萘可被焦油吸收, 但是在横管初冷器内, 煤气在冷却的同时, 会不断析出萘。焦油洗萘效果的好坏很大程度上取决于萘在焦油里的饱和度, 经过焦化前辈的不断研究摸索, 发现轻质焦油不仅粘度小、含萘量小, 而且还可从煤气净化系统获得, 是一种理想的洗萘洗涤剂[3]。

3 山东钢铁集团莱钢焦化厂的改造经验

很多焦化厂都对初冷器除萘进行了自己的探索, 现在就介绍一下山东钢铁集团莱钢焦化厂关于横管初冷器除萘的改造经验。

3.1 工艺流程:

莱钢焦化厂冷鼓工段的工艺流程为焦炉煤气经气液分离器进入三段横管初冷器进行冷却后进入蜂窝式电捕焦油器除去焦油雾, 经离心式鼓风机加压后送入脱硫工段。机械化焦油氨水澄清槽接收气液分离器来的焦油氨水混合物、初冷器来的冷凝液、鼓风机及电捕等来的冷凝液, 焦油氨水混合物在机械化焦油氨水澄清槽内静置分离后, 氨水自流入循环氨水槽经循环氨水泵抽出送焦炉进行循环喷洒, 由循环氨水泵出口引出部分氨水经高压氨水泵加压后送去焦炉用于无烟装煤, 根据循环氨水槽液位高低控制由循环氨水泵出口引出的剩余氨水量, 剩余氨水去气浮除焦油器进行气浮除焦油, 除焦油后的氨水自流入剩余氨水槽进行静止除油后, 再由剩余氨水泵抽送至蒸氨工段进行蒸氨。由机械化焦油氨水澄清槽中部出来的焦油进入机械化焦油槽进一步除水除焦油渣后, 经焦油中间泵抽送至超级离心机进一步脱水脱渣后自流入焦油贮槽。

3.2 横管初冷器除萘改造:

莱钢焦化厂根据冬季莱钢的环境温度较低, 循环水温度为10-20℃之间, 在停用低温水的情况下, 仍能将上段出口煤气冷却到30℃左右, 这样大量的焦油和萘都在初冷器上段冷凝下来自流到上段冷凝液槽, 虽然上段冷凝液喷洒泵会根据槽内液位高度调节送去焦油氨水分离的冷凝液量, 但是随着喷洒液的不断循环, 上段冷凝液槽中的萘积累越来越多, 喷洒液中的萘含量也会增高, 势必会影响横管初冷器除萘的效果。

因含萘焦油上段冷凝液下液总管内流速较慢, 根据密度和相似相溶原理, 判断含萘焦油多在水平管道的底部流动, 为此焦化厂在上段冷凝液下液总管水平段的底部引出支管, 将含萘焦油引致吸煤气管道的冷凝液总管上, 直接去机械化焦油氨水澄清槽, 这样就会不断的转移走上段冷凝液槽中萘的含量, 循环喷洒除萘的效果就好。同时在萘引出管上设置调节阀组, 控制上段冷凝液槽的液位。采取这个措施后到上下段冷凝液槽中的冷凝液量会减少, 现在仅用上段冷凝液喷洒泵对整个初冷器的上下段进行循环喷洒, 节省了下段冷凝液泵的电耗, 而且初冷器后煤气含萘低于300mg/m3 (煤气) , 除萘效果大大改善。

4 横管初冷器除萘工艺的优化

借鉴莱钢焦化厂对横管初冷器除萘的改造经验和其它焦化厂关于初冷器除萘的经验, 提出关于横管初冷器除萘工艺的优化思路, 有待实际生产验证。横管初冷器除萘的关键是控制洗萘溶剂对萘的吸收能力和洗萘溶剂的循环量, 以及煤气冷却温度, 经验数值显示将煤气冷却到21-22℃时, 煤气中含萘能降到400mg/m3 (煤气) 以下。

根据多数焦化厂的实际生产经验和改造效果来看, 要保证好的洗萘效果, 必须保证洗萘溶剂的循环量, 理论数值显示初冷器横断面的喷洒量为4m3/m2左右时煤气洗萘效果较好。横管初冷器除萘最关键的是洗萘溶剂对萘的吸收能力, 轻质焦油是目前普遍认同且洗萘效果较好的一种溶剂, 那么在焦化企业轻质焦油的来源就显得尤为重要。分析可知对焦化厂来说, 轻质焦油的来源主要有以下几部分:焦油氨水分离界面处的乳浊液、电捕焦油器捕集下来的轻质焦油、剩余氨水除油来的轻质焦油和夏季初冷器的上段冷凝液 (因煤气被冷却到45℃左右, 这个温度下萘还在煤气中, 故上段冷凝液中含萘量很少) 。

夏季煤气在初冷器上段被冷却到45℃左右, 将上段冷凝液槽下部的含水焦油引出到下段冷凝液槽中, 连同电捕焦油器来的冷凝液、气浮除焦油器来的冷凝液、剩余氨水槽来的轻质焦油和机械化澄清槽来的轻质焦油一同作为初冷器下段的喷洒液去洗萘, 吸收了萘的下段冷凝液进入地下槽, 由液下泵送去焦油氨水分离, 这样做可以将萘转移走, 避免萘的积累影响洗萘效果。上段冷凝液槽中的上部氨水溢流到焦油氨水分离装置, 以保持整个冷凝液的平衡。

冬季如果环境温度较低, 循环水水温较低, 煤气在初冷器上段就能把煤气冷却到30℃以下, 如莱钢这种情况, 这时就借鉴莱钢的改造经验。其流程图如下所示:

摘要：影响横管初冷器除萘的因素主要有控制煤气冷却温度、保证洗萘溶剂的循环量并控制洗萘溶剂对萘的吸收能力。最关键的是控制洗萘溶剂对萘的吸收能力, 轻质焦油是目前普遍认同且洗萘效果较好的一种溶剂, 那么在焦化企业轻质焦油的来源就显得尤为重要。本文通过对焦化厂轻质焦油的充分利用, 并对工艺进行优化、合理利用环境温度、及时转移走冷凝液中的萘来保证轻质焦油对萘的良好吸收, 以期达到理想的除萘效果。

关键词：轻质焦油,环境温度,萘转移