煤焦油加工车间设计(design of coal tar processing plant)

将焦炉煤气净化车间回收的煤焦油，通过蒸馏、洗涤萃取、结晶分离等物理和化学方法加工成酚类、吡啶类、萘类、蒽类、沥青类、油类等化工产品的车间设计。煤焦油加工产品主要用作有机化工原料，制造染料中间体、颜料、医药、合成树脂、塑料增塑剂、炭黑、防腐剂、杀虫剂、消毒剂、溶剂、建筑材料和炭素纤维等。设计内容主要包括产品及产率、基本流程及车间组成、设备选型和特殊要求。

产品及产率 煤焦油是一种组成十分复杂的物质，目前已鉴定的组分约有500种。煤焦油初步加工可获得轻油、脱酚酚油、粗酚、粗重吡啶、工业萘、粗蒽、洗油、防腐油、二蒽油和中温沥青等产品。其产率见表1。

基本流程及车间组成 煤焦油加工的基本工艺流程见示意图。

煤焦油加工车间一般包括：煤焦油脱水及蒸馏、馏分洗涤、萘油馏分加工、一蒽油馏分加工、沥青冷却成型等初步加工工段和油品贮存装卸工段及公用设施。当煤焦油年加工量不小于10万t时，可配备粗酚精制、粗吡啶精制(包括煤气净化车间回收的粗轻吡啶)、萘精制、粗蒽精制和沥青加工等深度加工工段。

煤焦油脱水及蒸馏 选用不同装备水平的蒸馏工艺取决于设计规模大小。在中国，当煤焦油年加工量不小于3．0万t时，一般采用管式炉加热的连续蒸馏系统。煤焦油连续蒸馏有常压蒸馏、常压一减压蒸馏和全减压蒸馏之分：对于3．0～7．5万t／a的加工规模设计多采用常压蒸馏；对于不低于10万t／a的加工规模设计常采用常压一减压蒸馏或全减压蒸馏。

煤焦油蒸馏按不同的馏程范围一般分馏成以下几段馏分，即轻油馏分、酚油馏分、萘油馏分、洗油馏分(或酚油、萘油、洗油的混合馏分)、一蒽油馏分、二葸油馏分和沥青。各分馏馏分的馏程范围及馏分对煤焦油的产率见表2。

馏分洗涤 洗涤采用苛性钠和硫酸分别萃取脱除馏分中的酚和吡啶。洗涤工艺有间歇和连续两种：间歇洗涤适用于处理含酚量较高的酚油馏分；连续洗涤适用于处理萘油馏分和洗油馏分(或酚油、萘油、洗油混合馏分)。酚与苛性钠洗涤生成的酚钠，再用硫酸或二氧化碳进行分解得到粗酚。吡啶与硫酸洗涤反应生成的硫酸吡啶，再用氨或碳酸钠进行分解得到粗重吡啶。

萘油馏分加工 萘油馏分含萘约75％～78%．提取馏分中的萘，通常采用压榨法和蒸馏法。压榨法系将萘油馏分经结晶、离心、压榨等分离工序生产含萘量为98％的压榨萘饼。由于此法设备笨重、维修工作量大、劳动条件差，已逐步被蒸馏法所取代。蒸馏法是把经洗涤脱酚后的萘油馏分再经蒸馏制取含萘量在95％以上的工业萘。

一葸油馏分加工 一蒽油馏分中的主要组分为蒽、菲和咔唑。采用冷却结晶、离心分离方法制得粗蒽和防腐油。粗蒽为蒽、菲和咔唑的}昆合物。当不提取粗蒽时，一蒽油馏分可用作烧制炭黑的原料。

沥青冷却成型 煤焦油蒸馏最后得到热沥青。热沥青经自然冷却(或换热和自然冷却)到180～200℃后放入浸没在水中的链板机上，制得固体沥青。根据规模大小和用户需要可设计生产中温沥青和筑路沥青。

油品储存装卸 煤焦油加工得到的液体产品贮存在油库贮槽中，定期用泵装车外运。生产所需要的液体试剂(如苛性钠或硫酸等)也在油库卸车和贮槽中贮存。

煤焦油初步加工得到的产品如粗酚、粗吡啶、工业萘、粗蒽和沥青，可根据需求进行深度加工，提取更多的不同品级的纯产品或工业级产品。煤焦油蒸馏和洗涤后所得到的某些馏分和油品可不经深度加工直接作为产品加以利用：如轻油馏分(即轻油)可混入粗苯中一并精制；脱酚酚油可用于木材防腐和提取古马隆一茚树脂的原料；洗油用作煤气净化车间脱苯的吸收剂；防腐油用于木材防腐；二蒽油用作燃料油。

粗酚精制 在中国，当煤焦油年加工的规模小于10万t时，粗酚精制一般采用釜式减压间歇蒸馏系统获得苯酚或工业酚、工业邻位甲酚、间位和对位二混甲酚及工业二甲酚产品。当煤焦油年加工的规模不小于20万t时，粗酚精制常采用减压连续蒸馏系统；当欲制取高纯度酚产品时，可再进行一次间歇蒸馏，最终得到特号苯酚(结晶点40℃以上)、邻位甲酚、间位甲酚、甲酚2号和工业二甲酚产品。

粗吡啶精制 包括粗重吡啶的精制和焦炉煤气净化车间回收的粗轻吡啶的精制。一般设计为间歇蒸馏系统，粗轻吡啶采用常压蒸馏，粗重吡啶采用减压蒸馏。得到的产品有纯吡啶、a甲基吡啶、高沸点甲基吡啶、工业三甲基吡啶和工业喹啉等。

萘精制 以95％工业萘为原料进一步加工为结晶点在79．3℃以上的精萘。萘精制工艺有酸洗蒸馏法、分步结晶法和连续加氢精制法等。(1)酸洗蒸馏法应用较早，但由于酸洗带来严重腐蚀，萘损失率高，且废酸难以处理，所以正趋于淘汰。(2)分步结晶法开发较晚，但设备和操作均较简单，产品含硫在0．25％～0．30％，规模可大可小，其中有间歇式区域熔融法，国内外均有采用；还有连续式区域熔融法，更适于大规模生产，产品质量好，但操作要求严格，精萘收率较低，所以应用不够广泛，中国上海宝山钢铁总厂建有该法的生产装置。(3)连续式加氢精制法，产品质量优良，含硫量一般小于100×10^一6，萘的收率(包括四氢萘)大于99．5％，但基建投资和操作费用均较高。

粗葸精制 有溶剂法和蒸馏溶剂法两种。(1)溶剂法最初以重苯和吡啶作溶剂，但由于吡啶毒性大，许多国家已相继停止采用。中国仍以溶剂法为主，但其中吡啶溶剂已被糠醛或丁醇取代。(2)蒸馏溶剂法是在溶剂法的基础上发展起来的，先经减压蒸馏切取蒽菲馏分，使其与咔唑馏分分离，然后再用重苯洗涤蒽菲混合结晶以溶去菲，获得纯度大于90％的精蒽；同时滤液经蒸馏脱除重苯溶剂，可得工业菲。此法可免去使用有毒的糠醛溶剂。联邦德国吕特格公司建有规模为0．6万t／a的减压蒸馏一苯乙酮洗涤结晶装置，是当今世界最大的精蒽生产装置。

沥青加工 中温沥青经热聚合制取改质沥青(多用作电极粘结剂)，有釜式连续处理和管式炉连续处理两种流程。炼制沥青焦有沥青焦炉和延迟焦化两种方法。中国最早采用沥青焦炉炼制沥青焦，因劳动条件差、环境污染严重，已相继停产；1985年上海宝山钢铁总厂采用延迟焦化法生产沥青焦。中温沥青还可生产针状焦和沥青纤维等新产品。

设备选型 适应上述基本流程最常用的主要设备有加热炉、蒸馏塔、冷凝器、冷却器、结晶器和洗涤器。

加热炉 煤焦油蒸馏最先采用水平炉管方箱形加热炉，后来多选用立管圆筒形加热炉。工业萘和粗酚蒸馏选用圆筒形加热炉，炉管有直立和水平两种排列。间歇蒸馏系统采用釜式加热炉。

蒸馏塔 煤焦油初步加工分馏由于腐蚀原因过去采用铸铁泡罩塔，以后发展为不锈钢制板式塔。工业萘蒸馏采用碳素钢浮阀塔。粗酚、粗吡啶精制处理量小，塔径多小于500mm，采用填料塔。

冷凝器、冷却器 煤焦油馏分蒸汽的冷凝采用固定管板式列管冷凝器；各馏分的冷却采用沉浸式冷却器；工业萘蒸汽的冷凝和沥青的冷却采用水汽化冷凝冷却器；粗酚、粗吡啶精制采用列管式冷凝器。

结晶器 一蒽油馏分加工的冷却结晶采用转筒喷水型结晶机；萘油馏分加工和萘精制采用转鼓结晶机，在转鼓表面形成萘的结晶层。

洗涤器 馏分间歇洗涤脱酚、脱吡啶采用带锥形底的圆筒洗涤器，内设搅拌器和防腐内衬。连续洗涤采用立式圆筒形设备。

特殊要求 煤焦油加工车间按物料性质多为可燃、易燃物，设计要满足防火防爆间距要求并有接地等措施；同时，多数物料粘度大、沸点高、易结晶而堵塞管道，设计要选用蒸汽套管或蒸汽伴随管。接触酸、碱介质的设备、管道要有妥善的防腐蚀措施。厂房按所在地区自然条件，可设计为敞开式或封闭式。为节约能耗，扩大产品品种，提高经济效益，提高产品质量，煤焦油原料要集中加工，采用大型高效机组，加强换热措施，生产过程实现微机控制。