富油脱苯工艺系统设计(毕业设计含CAD图纸).pdf
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1、- 1 - 绪论绪论 煤焦化学是研究以煤为原料,经高温干馏获得焦炭和粗煤气,并经合理的 方法将粗煤气分离和精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。其中,煤焦化 学产品的回收和加工占主要地位。目前有些国家生产的炼焦化学产品品种已达 500 多种。中国目前经过生产试制,包括小批量生产的大约为 150 余种,正式 生产的有 70 多个品种。这 70 多个品种的含量占煤中所含化学产品的 95%,搞 好这些炼焦化学产品的回收与精制,对经济建设将起到重大的作用。 粗苯和煤焦油是炼焦化学产品回收中最重要的两类产品,在石油工业中曾 被称为基础化工原料的八种烃类有苯、甲苯、二甲苯、萘四类从粗苯和煤焦油 产品中提取
2、。目前。中国年产焦炭达到两亿多吨,可回收的粗苯资源达 200 多 万吨。 虽然从石油化工可生产这类产品, 但焦化工业仍是苯类产品的重要来源 , 因此从焦炉煤气中苯族烃具有重要的意义。 粗苯是黄色透明的油状液体,比水轻,微溶于水。在储存时,由于低沸点 不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物能溶解于粗苯中,使其着色变 暗。粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物。粗苯中主要含有苯、 甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃,易燃易挥发闪点为 12,初馏点 4060. 粗苯蒸气在空气中的体积分数达到 1.4%7.5%范围时,能形成爆炸性的混合 物。通过洗油吸收法,固体吸附法和深冷凝结法从焦炉煤气中回收。
3、富油脱苯就是将通过洗油吸收法在焦炉煤气中回收的粗苯解析出来的过 程,20 世纪 80 年代以前,我国绝大部分焦化厂均是沿用原苏联的蒸汽加热富 油脱苯工艺,这种工艺陈旧,蒸汽消耗量大,设备庞大,产品质量差。1976 1979 年间,我国自行设计的脱苯装置相继在新(新余)钢焦化厂和济钢焦化 厂建成,分别采用管式炉加热富油,脱苯塔打回流的 30 层单塔脱苯生产粗苯 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 2 - 和 45 层单塔脱苯生产两种苯(轻苯、
4、重苯)的装置,经过攻关、调试投入正 常生产,并取得了“单塔脱苯工艺及新型脱苯塔发明专利”。目前国内各焦化 厂均普遍采用了管式炉加热富油脱苯工艺。这种工艺可以有双塔生产轻苯、重 质苯以及单塔生产粗苯和单塔生产轻苯、重苯和单塔生产轻苯、重苯和萘溶剂 油的方法。 本设计富油脱苯工艺系统设计,主要包括工艺流程方案的选型,主要设备的设 计和选型。 第一章富油脱苯的工艺流程方案比较与选定第一章富油脱苯的工艺流程方案比较与选定 1.11.11.11.1 生产一种产品的工艺流程生产一种产品的工艺流程 如图 1.1 所示,来自洗苯工序的富油依次与脱苯塔顶的油气和水汽的混合 物、脱苯塔低排除的热贫油换热后温度达
5、110130进入脱水塔。脱水后的富 油经管式炉加热至 180190进入脱苯塔。脱苯塔顶逸出的 9092的粗苯 蒸汽与富油换热后温度降到 75左右进入冷凝冷却器,冷凝液进入油水分离 器。分离出水后的粗苯流入回流槽,部分粗苯送至塔顶做回流,其余的作为产 品采出。脱苯塔底部排出的热贫油经贫富油换热器进入热贫油槽,再用泵送贫 油冷却器冷却至 2530后去洗苯工序循环使用。脱水塔顶逸出的含有萘和 洗油的蒸汽进入脱苯塔的精馏段下部。在脱苯塔精馏段切取萘油。从脱苯塔上 部断塔板引出液体至油水分离器分离出水后返回塔内。脱苯塔用的直接蒸汽是 经管式炉加热至 400450后,经由再生器进入的,以保持再生器顶部温度
6、 高于脱苯塔底部温度。 为了保持循环洗油质量,将循环油量的 1%5%的富油入塔前的管路引入 再生器进行再生。在此用蒸汽间接将洗油加热至 160180,并用过热蒸汽 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 3 - 直接蒸吹,其中大部分洗油被蒸发并随直接蒸汽进入脱苯塔底部。残留于再生 器底部的残渣油,靠设备内部的压力间歇或连续地排至残渣油槽。残渣油中 300前的溜出量要求低于 40%。 洗油再生器的操作对洗油耗量有较大的影响。 在洗苯塔捕雾,油水分
7、离及再生器操作正常时,每生产 1t 180前粗苯的煤焦 油洗油耗量可在 100kg 以下。 上述流程是一种十分稳定可靠的工艺流程。一些操作经验丰富的工人,经 过精心操作表明:该流程中的脱水塔可以省略;脱苯塔精馏段可以不切取萘油 也不会造成萘的积累;脱苯塔上部不会出现冷凝水,因此断塔板和油水分离器 可以省略;从而使脱苯装置、管线、阀门大大简化,操作简捷方便,并进一步 降低了洗油消耗。实际上使用计算机对脱苯塔装置作模拟计算从理论上为此提 供了支撑。实现萘在贫油中不积累的关键是:脱苯塔装置操作稳定;脱苯塔顶 温度、直接蒸汽温度和用量及富油如脱苯塔温度等指标适宜等;煤气在初冷器 和电捕焦油器将萘和煤焦
8、油脱出较好。 图 1.1 生产一种产品的流程 1 一脱水塔;2 一管式炉;3 一再生器;4 一脱苯塔;5 一热贫油槽; 6 一换热器;7 一冷凝冷却器;8 一冷却器;9 一分离器; 10 一回流槽。 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 4 - 1.21.21.21.2 生产两种产品的工艺流程生产两种产品的工艺流程 如图 1.2 所示,与生产一种苯流程不同是脱苯塔逸出的粗苯蒸汽经分凝器 与富油和冷却水换热,温度控制为 8892后进入两苯塔。两
9、苯塔顶逸出的 7378的轻苯蒸汽经冷凝冷却并充分离出水后进入轻苯回流槽,部分送至塔 顶作回流,其余产品采出。塔底引出重苯。 脱苯塔顶逸出粗苯蒸汽是粗苯、洗油和水的混合蒸汽。在分凝器冷却过程 中生产的冷凝液称之为分缩油,分缩油的主要成分是洗油和水。密度比水小的 称为轻分缩油,密度比水大的称为重分缩油。轻、重分缩油进入分离器,利用 密度不同与水分离后兑入富油中。通过调节分凝器轻、重分缩油的采出量或交 通管(轻、重分缩油引出管道间的连管)的阀门开度可调节分离器的油水分离 情况。从分离器排出的分离水进入控制分离器进一步分离水中夹带的油。 图 1.2 生产两种产品的流程 1脱水塔;2管式炉;3再生器;4
10、脱苯塔;5热贫油槽;6两苯塔; 7分缩器;8换热器;9冷凝冷却器;10冷却器;11分离器; 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 5 - 12回流柱;13加热器。 1.31.31.31.3 生产三种产品的工艺流程生产三种产品的工艺流程 生产三种产品的工艺流程有一塔式和两塔式流程。 (1) 一塔式流程即轻苯、精重苯和萘油溶剂均从一个脱苯塔采出。自 洗苯工序来的富油经油气换热器及二段贫富换热器、一段贫富换热器与脱苯塔 低出来的 170175热贫油
11、换热到 135150,进入管式炉加热到 180进 入脱苯塔,在此用再生器来的直接蒸汽进行气提和蒸馏。脱苯塔顶部温度控制 在 7378,逸出的轻苯蒸汽在油气换热器、轻苯冷凝冷却器经分别与富油、 16低温水换热冷凝冷却至 3035,进入油水分离器,在与水分离后进入 回流槽,部分轻苯送至脱苯塔顶做回流,其余作为产品采出。脱苯塔底部排排 出的热贫油经一段贫富油换热器后进入脱苯塔底部热贫油槽,再用泵送经二段 贫富油交换器、一段贫油冷却器、二段贫油冷却器冷却到 2730至洗苯塔 循环使用。 精重苯和萘溶剂油分别从脱苯塔侧线引出至各自的回流槽。从脱苯塔上部 断塔板上将塔内液体引至分离器与水分离后返回塔内。从
12、管式炉后引出 1% 1.5%的热富油,送入再生塔内,用经管式炉加热到 400的蒸汽蒸吹再生。再 生残渣排入残液槽,用泵送油库工段。系统消耗的洗油定期从洗油槽经富油泵 入口补入系统。各油水分离器排出的分离水,经控制分离器排入分离水槽送鼓 风工段。各储槽的不凝气集中引至鼓风冷凝工段初冷前吸煤气管道。 (2) 两塔式流程即轻苯、精重苯和萘溶剂油从两个塔采出。与一塔式 流程不同之处是脱苯塔顶逸出的粗苯蒸汽经冷凝冷却与水分离后流入粗苯中 间槽。部分粗苯送至塔顶做回流,其余粗苯用作两苯塔的原料。脱苯塔侧线引 出萘溶剂油,塔底排出热贫油,热贫油经换热器、贫油冷却器冷却后至洗苯工 请下载后获得CAD图纸及wo
13、rd说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 6 - 序循环使用。粗苯经两苯塔分馏,塔顶逸出的轻苯蒸气经冷凝冷却及油水分离 后进入轻苯回流槽,部分轻苯送至塔顶作回流,其余作为产品采出。重质苯、 萘油溶剂分别从两苯塔侧线和塔底采出。在脱苯的同时进行脱萘的工艺,可以 解决煤气用洗油脱萘的萘平衡,省掉了单独脱萘装置。同时因洗油含萘低,又 可进一步降低洗苯塔后煤气含量。 1.41.41.41.4 方案的选定方案的选定 我的设计题目是富油脱苯工艺系统设计,选用生产三种产品的一塔式工艺 系
14、统,即轻苯、精重苯和萘油溶剂均从一个脱苯塔采出。管式炉加热富油双塔 脱苯工艺由于存在设备多、能耗大等缺点,目前采用较少。而单塔脱苯工艺由 于设备简单,操作方便,技术经济指标先进,不但达到了降低循环洗油含萘量 的目的,而且进一步改善和稳定了循环洗油质量而被广泛采用,是对旧有粗苯 蒸馏工艺的一项重大改进。生产三种产品的一塔式流程,尤其具有代表性。设 备简单,操作方便,技术经济指标都很先进,且效率高,产品多。 此流程即轻苯、精重苯和萘油溶剂均从一个脱苯塔采出。自洗苯工序来的 富油经油气换热器及二段贫富换热器、一段贫富换热器与脱苯塔低出来的 170175热贫油换热到 135150,进入管式炉加热到 1
15、80进入脱苯塔, 在此用再生器来的直接蒸汽进行气提和蒸馏。脱苯塔顶部温度控制在 7378 ,逸出的轻苯蒸汽在油气换热器、轻苯冷凝冷却器经分别与富油、16低温 水换热冷凝冷却至 3035,进入油水分离器,在与水分离后进入回流槽, 部分轻苯送至脱苯塔顶做回流,其余作为产品采出。 脱苯塔底部排排出的热 贫油经一段贫富油换热器后进入脱苯塔底部热贫油槽,再用泵送经二段贫富油 交换器、一段贫油冷却器、二段贫油冷却器冷却到 2730至洗苯塔循环使 用。精重苯和萘溶剂油分别从脱苯塔侧线引出至各自的回流槽。从脱苯塔上部 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档
16、, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 7 - 断塔板上将塔内液体引至分离器与水分离后返回塔内。从管式炉后引出 1% 1.5%的热富油,送入再生塔内,用经管式炉加热到 400的蒸汽蒸吹再生。再 生残渣排入残液槽,用泵送油库工段。 第二章 富油脱苯的方法和原理第二章 富油脱苯的方法和原理 2.12.12.12.1 富油脱苯的方法富油脱苯的方法 富油脱苯是典型的解析过程,实现粗苯从富油中解析出的基本方法:提高 富油的温度,使粗苯的饱和蒸气压大于其分压,使粗苯由液相转入气相,为提 高富油的温度,有两种加热的方法,即采用预热器蒸汽加热富油的脱
17、苯法和采 用管式炉煤气加热富油的脱苯法,前者是利用列管式换热器用蒸汽间接加热富 油,使其温度达到 135145后进入脱苯塔。后者是利用管式炉用煤气间接 加热富油,使其温度达到 180190后进入脱苯塔。后者由于富油预热温度 高,与前者比有以下优点:脱苯程度高,贫油含苯量可达到 0.1%左右,粗苯 回收率高,蒸汽耗量低,每产生 1t180 度的前粗苯蒸汽耗量为 11.5t,仅为预 热器加热富油脱苯的 1/3,产生的污水量少,蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸小等。 因此,各国广泛采用管式炉加热富油的脱苯工艺。 富油脱苯按其采用的塔设备分有只设脱苯塔的一塔法,设脱苯塔和两苯塔 的二塔法和再增设脱水塔和脱萘塔
18、的多塔法。 富油脱苯按原理不同可采用水蒸气蒸馏和真空蒸馏两种方法。由于水蒸气 蒸馏具有操作简便, 经济可靠等优点, 因此中国的焦化厂均采用水蒸气蒸馏法 。 富油脱苯按得到的产品不同分有生产粗苯的一种苯的流程,生产轻苯和重 苯的二种苯的流程,生产轻苯、重质苯及萘溶剂油三种产品的流程。 2.22.22.22.2 富油脱苯的原理富油脱苯的原理 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 8 - 富油是洗油和粗苯完全互溶的混合物,通常将其看作理想溶液,气相
19、平衡 关系服从拉乌尔定律,即,因富油中苯族烃的各组成的摩尔分数 iiLi xpp 0 = i x 很小(粗苯的质量分数在 2%左右)在较低的温度下很难将苯族烃的各种组分 从液相中较充分的分离出来。用一般的蒸馏方法,从富油中把粗苯较充分的分 离出来,且达到所需要的脱苯程度,需要将富油加热到 250300 摄氏度,在这 样高的温度下,粗苯的损失增加,洗油的相对分子质量增大,质量变坏,对粗 苯吸收能力下降,这实际上是不可行的,为了降低富油的脱苯温度采用水蒸气 蒸馏。 所谓水蒸气蒸馏就是将水蒸气直接加热置于蒸馏塔中的被蒸馏液(与水蒸 气完全几乎不相溶)中,而使被蒸馏物中的组分得以分离操作。 当加热互补
20、相溶的液体混合物时,若各组分的蒸气分压之和达到塔内的总 压时,液体就开始沸腾,故在脱苯塔蒸馏过程中通入大量直接水蒸气,可以使 蒸馏温度降低。当塔内总压一定时,气相中水蒸气所占的分压愈高,则粗苯和 洗油的蒸汽分压愈低,即在较低的脱苯蒸馏温度下,可将粗苯较完全的从洗油 中蒸出来。因此,直接蒸汽用量对于脱苯蒸馏操作有极为重要的影响。 若只有一个液相由挥发度不同的油类组分构成,用过热水蒸气通过该油类溶 液,即可降低油类各组分的气相分压,从而促进不同挥发度的油分的分离。这 种使用过热蒸汽分离油类溶液的操作,叫做气提操作。实际上富油脱苯操作中 使用的正是过热水蒸气,在气提操作中又称夹带剂。 2.32.32
21、.32.3 水蒸气蒸馏富油脱苯说蒸汽的用量分析水蒸气蒸馏富油脱苯说蒸汽的用量分析 为了分析操作因素对脱苯过程的影响,假定在具有 n 块塔板的脱苯塔内, 每块塔板上均有 1/n 的粗苯被蒸出,并沿脱苯塔全高蒸汽压力是均匀变化的。 当进入脱苯塔的直接蒸汽温度和洗油温度相等时,每蒸出 1t 180前的粗苯, 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意一定用Adobe Acrobat软件打开! - 9 - 每块塔板上的蒸汽耗量为 Gn。 () 18 bm n bb ppp G p M n + = 式中
22、、分别为指定塔板上的气相混合物总压、粗苯蒸气和洗油蒸气p b p m p 的分压;为粗苯平均相对分子量; b M n为塔板层数。 整个脱苯塔的蒸汽耗量 G 为 ()18 bm bb ppp G M nP + = 脱苯蒸馏过程中通入的直接蒸汽为过热蒸汽,是为了防止水蒸气冷凝而进 入塔底的贫油中使循环洗油质量变坏。当入脱苯塔的直接蒸汽温度高于洗油温 度时直接蒸汽用量将随其过热程度提高而成比例的减少,则上式可变为 18() mbm bsb Tppp G M nTp + = 式中、分别为洗油及过热蒸汽的热力学温度,K。 m T s T 分析上式可以确定直接蒸汽耗量与脱苯蒸馏诸因素的关系。 (1)富油预
23、热温度与直接蒸汽耗量的关系当贫油含苯量及其他条件 一定时,直接蒸汽耗量随富油预热温度的升高而减少,当富油预热温度由 140 提高到 180时,直接蒸汽耗量可降低一半以上。 (2)直接蒸汽温度与蒸汽耗量的关系提高直接蒸汽过热温度,可直 接降低直接蒸汽耗量。因此,将低压蒸汽(0.4Mpa)在管式炉对流段过热到 400 ,不但可减少直接蒸汽耗量,而且能改善再生器的操作,保证再生器残渣油 合格。 (3)富油含苯量与直接蒸汽耗量的关系当富油中粗苯含量高时,在一 请下载后获得CAD图纸及word说明书, 请用Adobe Acrobat打开下载的pdf文档, 可在附件框中找到cad格式的图纸及说明书, 注意
24、一定用Adobe Acrobat软件打开! - 10 - 定的预热温度下,由于粗苯的蒸汽分压较大,则可减少直接蒸汽耗量。 b p (4)贫油含苯量与直接蒸汽耗量的关系在同一富油预热温度下,欲使 贫油含苯量降低,粗苯蒸气分压降低,直接蒸汽耗量将显著增加。 (5)脱苯塔内总压与直接蒸汽耗量的关系当其他条件不变时,蒸汽耗 量将随着蒸汽塔内总压的提高而增加。要达到要求的脱苯程度,必须通入更多 的过热蒸汽,降低塔内气相中粗苯蒸汽的分压,以增大粗苯解吸的推动力。在 正常操作情况下,富油中粗苯含量及脱苯塔内的总压基本是稳定的。所以富油 预热温度及直接蒸汽温度是影响直接蒸汽耗量的主要因素。 第三章富油脱苯的主
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