焦炉煤气净化车间设计(design of cokeoven gas puritication plant)

脱除焦炉粗煤气中的杂质，同时回收煤焦油、氨、硫、苯类产品的车间设计。净化后的焦炉煤气除焦化厂自用外，作为较高热值燃料气送往钢铁厂或供城使用。回收的煤焦油和粗苯(或轻苯)送本厂或外厂加工和精制；氨、硫类产品如硫酸铵、无水氨、硫磺、硫酸等作为化肥或化工原料外销。

粗煤气的杂质含量根据配煤的挥发分、含硫、含氮等分析及配煤炼焦试验的资料确定。一般粗煤气中的杂质含量及净化煤气中的杂质含量要求见表1。

设计内容主要包括焦炉煤气净化处理量的确定、产品及产率、基本流程及车间组成和特殊要求。

焦炉煤气净化处理量的确定 根据小时炼焦装炉干煤量及每吨干煤可发生的煤气量的乘积确定。设计时还要留有7％～10％的富余系数，以适应煤气量的变化。一般两座焦炉构成一个炉组，当炉组中两座焦炉分期建设时，焦炉煤气净化车间按处理两座焦炉的煤气量设计，必要时对其中并联的多台设备可分期安设。当多炉组焦炉分期建设时，焦炉煤气净化车间一般也分期设计。

产品及产率 装炉煤料的挥发分是决定焦炉煤气和化工产品产率的主要因素，含氮、含硫量决定氨、硫产品的产率。一般焦炉煤气和化工产品产率见表2。

基本流程及车间组成 焦炉煤气净化车间的基本流程见焦化厂设计。车间组成一般包括煤气初冷、除焦油雾、煤气压送、含焦油和氨水冷凝液的处理、煤气脱硫脱氰及硫回收、煤气脱氨及氨回收、煤气脱苯及苯回收等装置和公用设施。根据产品及环境保护等的需要，还可设计煤气终冷水脱氰生产黄血盐钠，从硫酸铵溶液中回收粗轻吡啶，剩余氨水脱酚生产粗酚钠等装置。

煤气初冷 将80～85℃(露点82～83℃)的粗煤气冷却至20～35℃，从中冷凝出绝大部分煤焦油、萘和氨水，萘溶解于煤焦油中。煤气初冷有直接初冷法、间接初冷法和间接一直接初冷法三种。其中直接初冷法因设备较多投资较大已不采用；间接一直接初冷法流程复杂，采用不多；普遍采用的是带冷凝液喷洒除萘的横管高效间接初冷法。煤气初冷后温度一般宜控制在20～25℃。横管初冷器顶段的循环热水可用作冬季采暖热源。

除焦油雾 普遍设计静电捕焦油器，可除去焦油雾，为后续煤气净化创造良好条件。电捕焦油器可设在煤气压送装置前或装置后，并必须配置含氧检测仪表，以保证安全操作。几种电捕焦油器的比较见表3。

煤气压送 为克服煤气净化设备阻力和满足用户对煤气压力的需要而设。压送同时可去除少量煤焦油。压送装置可设在电除焦油雾前或后以至整个煤气净化系统的后面。大、中型厂一般采用离心鼓风机，可按蒸汽透平机驱动或电动机驱动两种方式设计。在透平机所需蒸汽量和压力参数有保证的情况下，宜采用蒸汽透平机驱动，电动机为备用，透平机背压蒸汽用于焦化厂生产。小型厂一般采用电动回转式罗茨鼓风机。

含焦油、氨水冷凝液的处理 在常压或压力条件下，利用焦油渣和焦油、氨水的不同密度使三者沉淀分离，保证焦油中含氨水小于4％并减少其含渣量。剩余氨水通过砾石过滤脱除部分固体悬浮物。沉淀分离设备普遍采用带刮渣机的分离器或带锥形底放渣的分离槽。

煤气脱硫脱氰及硫回收 硫化氢和氰化氢是焦炉煤气中的主要有害杂质。为了减轻其对环境的污染和对设备、管道的腐蚀，必须将其从煤气中脱除。硫化氢和氰化氢都是酸性物质，故脱硫剂必须采用碱性物质才能将它们同时脱除。脱硫方法有多种，且可与硫回收组合成多种流程，是焦炉煤气净化系统设计中流程选择的关键。脱硫方法有湿式和干式两种，由于钢铁联合企业中焦化厂的煤气处理量较大，且主要用作工业燃料，其质量要求不如民用煤气严格，因而一般设计采用湿式脱硫。湿式脱硫可分吸收法和氧化法两类，每类又有若干种流程，其优缺点比较见表4。干式脱硫是一种老方法，以氢氧化铁为脱硫剂，生成硫化铁，是吸收反应，除脱硫净化度高、操作简单可靠外，还可脱除煤气中所含的氮氧化物、焦油和萘，但设备内脱硫剂需定期更换，占地面积大，至今小型焦化厂(或煤气厂)仍采用。

焦化厂氨回收生产硫酸铵产品时，除蒽醌二磺酸流程外，其余流程的硫回收均可选择用来生产硫酸(含硫酸铵母液)产品。当氨回收不生产硫酸铵产品时，脱硫和硫回收以选择氨水吸收流程生产元素硫比较经济合理。

煤气脱氨及氨回收 氨是煤气中的有害杂质。为了减轻氨对苯回收设备的腐蚀，在煤气进入脱苯装置前必须脱除煤气中的氨，同时也可回收氨的产品。氨产品有固体硫酸铵、液态氨和氨的分解气之分，各有不同焦的流程，其流程特点及比较见表5。硫酸铵生产流程，其母液腐蚀性强、维修工作量大、基建投资较高、生产成本高。氨催化分解流程，其工艺简单，基建投资和生产成本均较低。因此在中国，采用前者的逐渐减少而采用后者的逐渐增多。无水氨产品虽纯度高、用途广，但由于在压力下液体产品贮运较困难，因此宜在大型焦化厂且所在地区对该产品有需要时选用。当硫回收生产元素硫时，氨回收采用催化分解流程与其相配合，最为经济合理。

煤气脱苯及苯回收 苯是最基本的有机化工原料，故焦化厂均从煤气中脱除并回收生产粗苯(或轻苯)产品。脱苯的吸收剂一般均采用煤焦油洗油，也可用石油洗油。脱苯应采用低萘洗油，苯回收应采用高效的蒸馏设备、换热设备和煤气管式加热炉，以保证脱苯用贫油的低含苯和低含萘并进而保证煤气脱苯和同时脱萘的要求和节约能耗。

特殊要求 焦炉煤气净化装置内的物料多属易燃易爆物质，必须严格遵循有关规范、规定设计。在煤气流向合理的前提下集中布置煤气流通系统的设备，缩短大直径的煤气管线。车间内间接冷凝冷却设备多，在设计时必须保证满足低温冷却水量、水温(16～20℃)的要求和冷却新水的硬度要求以及其悬浮物含量低(20～50mg／L)的要求。设计时要充分利用循环冷却水并在其中投放防垢、阻蚀和防藻类物质生长的添加剂，以稳定水质。尽量将导致污染的过程物料返回各自的生产系统中去而不外排；将放散外泄的有害气体纳入压力平衡控制系统或经洗涤净化处理。脱硫脱氰及硫回收、脱氨及氨回收装置中的物料多具有较强的腐蚀性，在考虑设备、管道和管件材质时必须根据物料的组成、性质和温度等条件选择相适应的优良耐腐蚀性能的金属或非金属材料。当煤焦油和粗苯(或轻苯)产品外运加工精制时，车间应设计足够容量的贮槽和装卸设施。当车间内各类管线很多而且比较集中时应设计架空管廊，以减少占地并有利维修管理。