煤焦油的初步蒸馏.ppt

煤焦油的初步蒸馏,煤焦油的初步蒸馏,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途 第二节 煤焦油加工前的准备 第三节 煤焦油的连续蒸馏 第四节 煤焦油蒸馏主要设备 第五节 沥青的冷却和加工 第六节 焦油蒸馏主要生产操作和常见事故处理,一、 煤焦油的组成和性质 煤焦油的组成和物理性质波动范围大，这主要取决于炼焦煤组成和炼焦操作的工艺条件。所以，对于不同的焦化厂来说，各自生产的煤焦油质量和组成是有差别的。 （一）焦油的组成 组成煤焦油的主要元素中，碳占90%左右，氢占5%上下，此外还含有少量的氧、硫、氮及微量的金属元素等。 高温煤焦油主要是芳香烃所组成的复杂混合物，估计其组分总数有上万种，目前已查明的约500种，其中某些化合物含量甚微，含量在1%左右的组分只有10多种。表8-1列出了焦油中主要组分的含量及性质。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,表8-1 高温煤焦油的组成,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,表8-1所列化合物中碳氢化合物均呈中性。含氧化合物中，主要为酸性的酚类及少量的中性化合物（如氧芴 、古吗隆等）。含氮化合物中，含氮杂环的氮原子上有氢原子相连时呈中性（如咔唑、吲哚等）；而当无氢原子相连时呈碱性（如吡啶、喹啉）。含硫化合物皆呈中性 。焦油中不饱和化合物含量虽少，但在受热和某些介质作用下易聚合成焦油渣，给化学产品回收及精制过程带来许多麻烦，而被看作是有害成份。煤焦油质量标准见表2-1。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,（二）煤焦油的性质 焦油的闪点为96-105，自燃点为580-630，燃烧热为35700-39000kJ/kg。 焦油的蒸发潜热可用下式计算： =494.1-0.67t (8-1) 式中 t焦油的温度，。 焦油馏分相对分子质量可按下式计算： （8-2）,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,式中 M焦油馏分相对分子质量； TK蒸馏馏分馏出50%时的温度，K； B系数，对于洗油、酚油馏分为3.74，对于其余 馏分为3.80。 焦油的相对分子质量可按各馏分相对分子质量进行加 和计算确定 焦油、焦油馏分和焦油组分的理化性质参数也可查阅 有关图表。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,二、煤焦油中各种馏分的产率 焦油的产率主要受炼焦煤的性质、炼焦操作制度的影响。若原料煤的挥发分增加，焦油产率也随之增加；若采用高气煤配比，可使焦油产率达4%4.2%；当炼焦温度升高时，焦油产率下降，而密度、游离碳增加，酚类产品减少，萘和蒽类芳香族产品增加。 一般在焦油连续蒸馏时，切取的馏分如表8-2所示。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,表8-2 煤焦油馏分表,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,三、煤焦油主要产品及用途 焦油各馏分进一步加工时，可分离和制取多种产品，其中提取的主要产品有以下几种： 萘：萘为无色单斜晶体，易升华，不溶于水，能溶于醇、醚、三氯甲烷和二硫化碳，是焦油加工的重要产品之一。 萘是非常宝贵的化工原料，是焦油产品中数量最多的产品。中国所生产的工业萘多用于制取邻苯二甲酸酐，以供生产涤纶、工程塑料、染料、油漆及医药之用。同时还可用来制取炸药、植物生长刺激素、橡胶及塑料的抗老化剂等。 酚及其同系物：酚为无色结晶，可溶于水、乙醇、冰醋酸及甘油等，呈酸性。酚广泛用于生产合成纤维、工程塑料、农,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,药、医药、染料中间体及炸药等。甲酚的用途也很大，可用于生产合成塑料（电木）、增塑剂、防腐剂、炸药、杀菌剂、医药及人造香料等。二甲酚和高沸点酚可用于制造消毒剂。苯二酚可用作显影剂。 蒽：蒽为无色片状结晶，不溶于水，能溶于醇、醚、四氯化碳和二硫化碳。目前蒽的主要用途是制取蒽醌系染料及各种油漆。 菲：菲为白色带荧光的片状结晶，能升华，不溶于水，微溶于乙醇、乙醚，可溶于醋酸、苯、二硫化碳等。可用于制造人造树脂、植物生长激素、鞣料，还原染料及炭黑等。菲经氢化制得全氢菲，可用于生产喷气飞机燃料。菲氧化成菲醌可作农药。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,沥青：沥青是焦油蒸馏时的残液，为多种高分子多环芳烃所组成的混合物。根据生产条件不同，沥青软化点可波动在70150之间。中国生产的电极沥青和中温沥青的软化点为7590。沥青可用于制造建筑用的屋顶涂料，防湿剂、耐火材料黏结剂及用于筑路。目前，用沥青生产沥青焦，改质沥青，以制造炼铝工业所用的电极。 各种油类：焦油蒸馏所得的各种馏分在提取出有关单组分产品后，即得到各种油类产品。其中洗油馏分脱除酚类和吡啶碱类后，用作吸收煤气中苯类的吸收剂。脱除了粗蒽的一蒽油是配制防腐油的主要组成部分。,第一节 煤焦油的组成、性质及主要产品的用途,第二节 煤焦油加工前的准备,一 、 焦油的储存和运输 焦化厂回收车间所生产的粗焦油，可贮存在钢筋混凝土的地下贮槽或钢板焊制成的直立圆柱形贮槽中，多数工厂用后者，其容量按储备10-15昼夜的焦油量计算。通常设置贮槽数目至少为三个，一个槽送油入炉，一个槽用作加温静置脱水，另一个接受焦油，三槽轮换使用，以保证焦油质量的稳定和蒸馏操作的连续。 焦油贮槽结构如图8-1所示。贮槽内设有加热用蛇形管，管内通以蒸汽，在贮槽外壳包有绝热层以减少散热，使焦油保持85-95，在此温度下焦油容易和水分分离。,第二节 煤焦油加工前的准备,分离出来的水可沿槽高方向安设的带有阀门的溢流管流放出，收集到收集罐中，并使之与氨水混合，以备加工。贮槽外设有浮标式液面指示器和温度计，槽顶设有放散管。 对于回收车间生产的焦油，含水往往在10%左右，可经管道用泵送入焦油贮槽。经静置脱水后含水约3%5%。外购的商品焦油，则需用铁路槽车输送进厂。槽车有下卸口的，可从槽车自流入敞口溜槽，然后用泵泵入焦油贮槽中。如槽车没有下卸口，则用泵直接泵入焦油贮槽。 外销焦油需脱水至4%以下才能输送到外厂加工。为了适于长途输送，槽车上应装置蒸汽加热管，以防焦油在冬天因气温低而难于卸出。,第二节 煤焦油加工前的准备,图8-1焦油贮槽 1-焦油入口；2焦油出口；3放水旋塞；4放水竖管；5放散管；6人孔；7液面计；8蛇管蒸汽加热剂；9温度计,第二节 煤焦油加工前的准备,二、 焦油质量的均合 焦油加工车间或大型加工厂，常常精制几个炼焦化学厂的焦油，这些焦油在馏分的含量、密度、游离碳含量和灰分方面都有很大的差别。为保证连续焦油精馏装置正常工作，杂油和外来焦油要按一定比例混合。均匀程度一般按含萘量检查，波动不应超过1%。,第二节 煤焦油加工前的准备,三、 焦油的脱水 煤焦油是从荒煤气中分离出来的，采用的方法是在集气管用循环氨水喷洒使其冷却冷凝，又在初冷器中进一步冷凝冷却后加以回收的，因此含有大量的水。经回收车间澄清和加热静置脱水后送往焦油精制车间的焦油含水量仍保持在4%左右。 焦油含水多，会使焦油蒸馏系统的压力显著提高、流动阻力加大，甚至打乱蒸馏操作制度。此外，伴随水分带入的腐蚀性介质，还会引起设备和管道的腐蚀。 焦油脱水可分为初步脱水和最终脱水。,第二节 煤焦油加工前的准备,焦油的初步脱水，是在焦油贮槽内用加热静置法实现的脱水条件是：焦油温度维持在80-95，静置时间36h以上。水和焦油因密度不同而分离。静置脱水后使焦油中水分降至2-3%。 在连续式管式炉焦油蒸馏系统中，焦油的最终脱水是先在管式炉的对流段加热，而后在一段蒸发器内闪蒸而完成的。如焦油含水2-3%，当管式炉对流段焦油出口温度达120-130时，可使焦油水分脱至0.5%以下。此外，也可在专设的脱水装置中，使焦油在加压（490-980kPa）及加热（130-135）条件下进行脱水。加压脱水法的优点是水不汽化，分离水以液态排出，节省了汽化所需的潜热，耗热少。,第二节 煤焦油加工前的准备,四、 焦油的脱盐 焦油中所含的水实属氨水，其中所含少量的挥发性氨盐在最终脱水阶段可被除去，而占绝大部分的固定氨盐仍留在脱水焦油中，当加热到220-250时，固定氨盐会分解成游离酸和氨。例如： 220-250 NH4Cl=HClNH3 产生的酸存在于焦油中 ，会引起管道和设备的腐蚀。此外，氨盐的存在还会使焦油馏分起乳化作用，给含萘馏分的脱酚操作造成困难。因此必须采取脱盐措施，尽量减少焦油馏分中的固定氨盐。通常采用三个办法：,第二节 煤焦油加工前的准备,1.回收车间操作好焦油氨水澄清槽，尽量降低焦油中游离碳和煤粉含量，以降低乳化液的稳定性；焦油车间（或加工厂）要定期清除原料贮槽中的残渣，既利于静止脱水，也可以降低沥青中灰分含量。 2.将初冷器的冷凝液送机械化氨水澄清槽，降低循环氨水中固定氨盐的含量（可降至1.25g/l）。 3.在焦油入管式炉一段焦油泵前连续加入碳酸钠溶液，使之与固定氨盐发生复分解反应，生成稳定的钠盐。固定氨盐与碳酸钠的反应如下：,第二节 煤焦油加工前的准备,2NH4ClNa2CO32NH3CO22NaClH2O 2NH4CNSNa2CO32NH3CO22NaCNSH2O (NH4)2SO4Na2CO32NH3CO2+Na2SO4H2O 以上反应中所生成的钠盐在焦油加热蒸馏温度下不会分解。 由高位槽来的8%-12%的碳酸钠溶液经转子流量计加入一段泵的吸入管中，使焦油和碳酸钠溶液充分混合。碳酸钠的加入量取决于焦油中固定氨盐的含量，可按下列反应计算： 2NH4ClNa2CO3(NH4)2CO32NaCl 2×17 106 1 X,第二节 煤焦油加工前的准备,则焦油中每克固定氨（固定铵盐分解得到的氨称为固定氨）的碳酸钠耗量为： 式中 17氨的相对分子质量；106Na2CO3的相对分子质量。 考虑到碳酸钠和焦油的混合程度不够，或焦油中固定铵盐含量可能发生变化，所以实际加入量要比理论量过剩25%。其计算式如下：,X=,=3.1（g）,第二节 煤焦油加工前的准备,式中： A碳酸钠溶液的消耗量， l/h； B碳酸钠溶液的质量浓度，%； C固定铵盐含量，换算为每kg焦油中含氨克 数，g/kg（一般为0.03-0.04g/kg）； D碳酸钠溶液的密度，kg/m3； Q 进入管式炉一段的焦油量，kg/h。,第二节 煤焦油加工前的准备,碳酸钠溶液浓度,控制在用8%-12%为宜原因是，若碳酸钠溶液浓度太高时，则加入的量就少，不易和焦油混合均匀，使得固定氨盐不能完全除去；若碳酸钠溶液浓度太低时，则加入量要多，给焦油带来大量水分。另外，加碱量不宜过多。生产实践表明，脱盐后焦油中，固定铵盐小于0.1g/kg焦油，能保证管式炉正常操作。否则，白白消耗了碱，还导致沥青的灰分约增加。,第二节 煤焦油加工前的准备,通常以二段泵出口焦油PH值在7.5-8作为控制指标。应当指出，铵盐极易溶于水而不易溶于焦油，故欲脱盐，必须先脱水。 焦油经脱水脱盐后应达到如下质量指标： 送入管式炉对流段的焦油： 水分4%； 灰分0.1% 游离碳含量5% 送入管式炉辐射段的焦油： 水分0.5%；PH值7.38.0,第三节 煤焦油的连续蒸馏,焦油加工的主要任务是获得萘、酚、蒽等工业纯产品和洗油、沥青等粗产品。由于焦油中各组分含量都不太多，且组成复杂，不可能通过一次蒸馏加工而获得所需的纯产品。所以，焦油加工都是先在蒸馏中，切取富集某些组分的窄馏分，再进一步从窄馏分中提取所需的纯产品。 焦油蒸馏时，每个组分应富集于相应的馏分中，即每个组分在相应馏分中集中度较高，如萘油中萘的集中度用下式计算：,第三节 煤焦油的连续蒸馏,焦油蒸馏按生产规模不同可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。后者分离效果好，各种馏分产率高，酚和萘可高度集中在一定的馏分中。因此，生产规模较大的焦油车间均采用管式炉连续蒸馏装置。,萘在萘油中的集中度=,第三节 煤焦油的连续蒸馏,一、一次汽化过程和一次汽化温度 在实际生产中，液体混合物的蒸发，一般可通过两种方法来实现：微分蒸馏法和一次汽化法。微分蒸馏法也称简单蒸馏法，是将液体混合物置于蒸馏釜中加热，并连续地将蒸汽从蒸馏釜中排出，在冷凝器中冷凝，蒸馏的结果是得到两种液体混合物。一次汽化法或称平衡蒸馏法，是将液体混合物加热，并使其部分汽化，一直达到指定温度，才将处于平衡状态的汽液两相一次分开。这种分离过程叫做一次汽化过程或一次汽化法。显然将一次汽化得到的汽体冷凝，将得到具有较低沸点的液体混合物。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,1. 焦油的一次汽化过程 在管式炉加热的焦油连续蒸馏装置中，煤焦油的蒸馏（粗分离）就是用一次汽化（或称一次蒸发）的方法来完成的。完成此过程所采用的设备包括焦油泵、管式炉、二段蒸发器。完成分离过程的条件与特点是：（1）无水焦油被焦油二段泵压送，进入管式炉辐射段的炉管内加热，在湍流状态下，通过炉管进入二段蒸发器；（2）管式炉炉堂内布置的炉管具有足够大的受热面积，借助煤气燃烧产生高温火焰和烟气，主要以辐射传热方式快速向炉管和管内物料传热。（3）焦油沿炉管流动过程中，一边升温一边汽化，出口达到规定的温度时，也达到了规定的汽化率；（4）焦油的升温和气化过程是：开始主要是低沸点组分汽,第三节 煤焦油的连续蒸馏,化；随着温度升高，高沸点组分汽化量不断增加；在汽化过程中汽液两相始终密切接触，可以认为在炉管内任何截面处汽液两相处于平衡状态；在汽化和升温过程中，先期汽化的组分在其后的高温区段内，因管路管间的限制被处于压缩状态；（5）被处于压缩状态的汽液两相，一旦进入二段蒸发器所提供的大空间内，压强突然降低，一方面在炉管内生成的汽液两相瞬间完成分离；另外还有一部分在炉管内未汽化的组分也会因压强降低而汽化（汽化需要的热量只有靠液相降低温度的显热来提供）。由这两个过程完成的汽化叫一次汽化过程。由于在蒸发器内完成此过程非常快，又称之为闪蒸分离过程。简称为闪蒸。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,2. 一次汽化温度（一次蒸发温度） 焦油管式炉连续蒸馏工艺要求，二蒽油以前的全部馏分在二段蒸发器内一次蒸出，为了使各种馏分及沥青的产率及质量都符合工艺要求，需根据原料焦油的组成和分离产品的不同，以及过热蒸汽的温度和用量，合理地确定一次汽化温度。 一次汽化温度是指经管式炉加热后的焦油进入二段蒸发器闪蒸时，汽液两相达到平衡状态时的温度。如前所述，这个温度比管式炉二段出口温度低，比沥青从二段蒸发器排出的温度高。因此，焦油在管式炉出口的温度，应综合考虑上述各种因素的影响，以保证产品的质量和数量,第三节 煤焦油的连续蒸馏,为目标来确定。不过在实际生产中还要向二段蒸发器内通过热蒸汽，显然，过热蒸汽的温度和用量，对于各馏分和沥青的产量、质量以及馏出温度都有影响。 一般最适宜的一次汽化温度应保证从焦油中蒸出的酚和萘最多，并能得到软化点为8090的沥青。显然，即使焦油的组成相同，当对沥青的软化点要求不一样时，最适宜的一次气化温度也有差异。由表8-3中可以看出，随着一次汽化温度的提高，焦油馏分产率增加，沥青的产率相应下降，沥青的软化点和游离碳含量相应增加。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,表8-3 一次气化温度对产率的影响,第三节 煤焦油的连续蒸馏,在正常操作范围内，根据实际生产经验积累，一次汽化温度可近似地按下述经验公式计算： t=683tan(174.5-gx) 式中 t 一次气化温度， gx 馏分物的质量产率。% tan 在一定压力下按下式求出一次蒸发直 线的斜率 tan=3.248.026×103 Pm Pm 二段蒸发器内油气的分压(绝对压力),kPa.,第三节 煤焦油的连续蒸馏,例8-1 已知脱水焦油处理量为9500kg/t,馏出物产率为45%；二段蒸发器操作压力为44.13 kpa（表压），当地大气压强Pa=98.07kPa。通入器内的直接过热水蒸汽量是脱水焦油量的1.5%。求一次汽化温度。 解：二段蒸发器内绝对压力为 P=98.07+44.13=142.2 kPa 因通入直接过热水蒸汽，油气的分压应为： Pm=PX 式中 X气相中油气的摩尔分数 馏出物产量：Gm=9500×45%=4275kg/t 通入水汽量：Gw=9500×1.5=143 kg/t,第三节 煤焦油的连续蒸馏,油汽平均相对分子质量取Mm=155 则,X=,Pm=142.2×0.776=110.35 kPa tan=3.248.026×103×110.35=2.354 因此，一次汽化温度即为 t=6832.354（174.545）=378,=0.776,=,第三节 煤焦油的连续蒸馏,一次蒸发温度同通入的直接过热蒸汽量有关，通入蒸汽量越多，则一次蒸发温度就越低。实际上，通入的直接蒸汽量每增加1%，可使一次蒸发温度降低约15。生产上一般控制一次蒸发温度为370380。 由一次汽化过程可知，管式炉二段出口温度及一次汽化温度，对焦油和沥青的产率及沥青质量（软化点、游离碳的含量等）都有决定性的影响。当直接过热蒸汽的通入量一定时，提高一次蒸发温度（即提高管式炉二,第三节 煤焦油的连续蒸馏,段出口温度）时，馏分的产率即随之相应地增加，而沥青产率则减少，同时沥青的软化点和游离碳含量也随之增加。 焦油馏分产率与一次汽化温度之间的关系如图8-5所示呈直线关系。 沥青软化点与焦油加热温度（管式炉二段出口温度）之间的关系如图8-6所示。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,第三节 煤焦油的连续蒸馏,二、焦油连续蒸馏工艺流程 近年来，焦油加工的主要目的大致有两类：一是对焦油分馏，将沸点接近的化合物集中到相应的馏分中，以便分离出单体产品；二是以获得电极生产所需原料（电极焦、电极黏结剂）为目的。所以，焦油连续蒸馏工艺也有多种流程。下面介绍几种典型的工艺流程。 （一）常压两塔式焦油连续蒸馏流程 煤焦油常压两塔式焦油连续蒸馏工艺流程如图8-7所示,第三节 煤焦油的连续蒸馏,图8-7 常压两塔式焦油连续蒸馏流程,第三节 煤焦油的连续蒸馏,原料焦油在贮槽中加热静置初步脱水后，用一段焦油柱塞泵26送入管式炉1的对流段，在一段泵入口处加入浓度8%12%的Na2CO3溶液进行脱盐。焦油在对流段被加热到120130后进入一段蒸发器2，在此，粗焦油中的大部分水分和轻油蒸发出来，混合蒸汽自蒸发器顶逸出，经冷凝冷却器6得到3040的冷凝液，再经一段轻油油水分离器分离后得到一段轻油和氨水。氨水流入氨水槽，一段轻油可配入回流洗油中。一段蒸发器排出的无水焦油进入器底的无水焦油槽，以其中满流的无水焦油进入满流槽16。由此引入二段焦油泵前管路中。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,无水焦油用二段焦油柱塞泵27送入管式炉辐射段加热至400410后，进入二段蒸发器3一次蒸发，使馏分与煤焦油沥青分离。沥青自底部排出，馏分蒸汽自顶部逸出进入蒽塔4下数第三层塔板，塔顶用洗油馏分打回流，塔底排出二蒽油。自11、13、15层塔板的侧线切取蒽油。一蒽油和二蒽油分别经埋入式冷却器冷却后，放入各自贮槽，以备送去处理。 自蒽塔4顶逸出的油气进入馏分塔5（又称洗塔）下数第五层塔板。洗油馏分自塔底排出，萘油馏分从第18、20、22、24层塔板侧线采出；酚油馏分从第36、38、40层塔板采出。这些馏分经冷却后进入各自贮槽。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,自馏分塔顶出来的轻油和水的混合蒸汽冷凝冷却和油水分离后，水导入酚水槽，用来配制洗涤脱酚时所需的碱液；轻油入回流槽，部分用作回流液，剩余部分送粗苯工段处理。 蒸馏用直接蒸汽经管式炉辐射段加热至450，分别送入各塔底部。 中国有些焦化厂，在馏分塔中将萘油馏分和洗油馏分合并一起切取，叫做两混馏分。此时塔底油称为苊油馏分，含苊量大于25%。这种切取两混馏分的操作可使萘较多地集中在两混馏分中，萘的集中度达93%96%，从而可提高工业萘的产率。同时，洗油馏分中的重组分已在切取苊油馏分时除去，也提高了洗油质量。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,两塔式连续蒸馏的主要操作指标如下：,第三节 煤焦油的连续蒸馏,两塔式连续蒸馏所得各馏分的产率（对无水焦油）和质量如表8-4所示。,表8-4 两塔式焦油蒸馏馏分产率和质量指标,1.0281.032,第三节 煤焦油的连续蒸馏,（二）常压一塔式焦油连续蒸馏工艺流程 常压一塔式焦油连续蒸馏工艺流程如图88所示。该流程是从两塔式连续蒸馏改进发展而来的，两种流程的最大不同之处是，一塔式流程取消了蒽塔，二段蒸发器改由两部分组成，上部为精馏段，下部为蒸发段。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,1焦油管式炉；2一段蒸发器及无水焦油槽；3二段蒸发器；4馏分塔；5一段轻油冷凝冷却器；6馏分塔轻油冷凝冷却器；7馏分塔轻油冷凝冷却器；8馏分塔轻油冷凝冷却器；9轻油回流槽；10萘油埋入式冷却器；11洗油埋入式冷却器；12一蒽油冷却器；13二蒽油冷却器；14一蒽油回流槽；15无水焦油满流槽；16焦油循环槽；17轻油接受槽；18酚油接受槽；19萘油接受槽；20洗油接受槽；21一蒽油接受槽；22二蒽油接受槽；23酚水接受槽；24碳酸钠溶液高位槽；25一段焦油泵；26二段焦油泵；27一蒽油回流泵；28轻油回流泵；29二蒽油泵；30轻油泵,图8-8常压一塔式焦油连续蒸馏工艺流程,第三节 煤焦油的连续蒸馏,经静置脱水后的原料焦油用一段泵25打入管式炉1的对流段，在泵前加浓度为8%12%的Na2CO3溶液脱盐，在管式炉一段焦油被加热到120130后进入一段蒸发器2进行脱水。分离出的无水焦油通过二段泵26送入管式炉辐射段加热至300400后进入二段蒸发器3进行蒸发分馏，沥青由塔底排出，油气升入上部精馏段。二蒽油从上数第四层塔板侧线引出，经冷却器13冷却后送入二蒽油接受槽22。其余馏分混合蒸汽自顶部逸出进入馏分塔4的下数第三层塔板。自馏分塔5底部排出,第三节 煤焦油的连续蒸馏,的一蒽油，经一蒽油冷却器12冷却后，一部分回流入二段蒸发器（回流量为每吨无水焦油0.150.2吨，以保持二段蒸发器顶部温度），其余送去处理。由第15，17，19层塔板侧线采出洗油馏分；由第33，35，37层切取萘油馏分；由第51，53，55层切取酚油馏分。各种馏分分别经各自的冷却器冷却后引入各自的中间槽，再送去处理。由塔顶出来的轻油和水的混合蒸汽经冷凝冷却器6和馏分塔轻油油水分离器8分离后，部分轻油回流入塔（回流量为每吨焦油0.350.4吨），其余送入粗苯工段处理。,国内有些化工厂对一塔式流程做了如下改进：将酚油馏分，萘油馏分和洗油馏分合并一起作为三混馏分，这种工艺可使煤焦油中的萘最大限度地集中到三混馏分中，萘的集中度达95%98%，从而可提高萘的产率。馏分塔的塔板数可从63层减到41层（提馏段3层，精馏段38层），三混馏分自下数25，27，29，31或33层塔板采出。 煤焦油一塔式连续蒸馏的主要操作指标如下：,第三节 煤焦油的连续蒸馏,第三节 煤焦油的连续蒸馏,第三节 煤焦油的连续蒸馏,一塔式连续蒸馏所得各馏分产率（对无水焦油）和质量见表8-5,表8-5 一塔式焦油蒸馏分产率和质量指标,第三节 煤焦油的连续蒸馏,1脱水塔；2脱水塔管式炉；3常压馏分塔；4常压馏分塔管式炉；5减压馏分塔；6轻油冷凝冷却器；7油水分离器；8蒸汽发生器；9甲基萘油换热器；10气液分离器；11一蒽油换热器；12沥青换热器；13酚油回流槽 ；14甲基萘油回流槽；15一蒽油中间槽；16馏分冷却器；17油泵,图8-9 煤焦油常-减压连续蒸馏流程,第三节 煤焦油的连续蒸馏,（三）煤焦油常-减压连续蒸馏流程 煤焦油常-减压连续蒸馏工艺流程如图8-9所示。煤焦油依次与甲基萘油馏分、一蒽油馏分和煤焦油沥青多次换热到120130进入脱水塔。煤焦油中的水分和轻焦油馏分从塔顶逸出，经冷凝冷却和油水分离后得到氨水和轻油馏分。脱水塔顶部送入轻油回流，塔底的无水焦油送入管式炉加热到250左右，部分返回脱水塔底循环供热，其余送入常压馏分塔。酚油蒸汽从常压馏分塔逸出，进入蒸汽发生器，利用其热量产生0.3MPa的蒸汽供本装置加热用。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,冷凝的酚油馏分部分送回塔顶作回流，从塔侧线切取萘油馏分。塔底重质煤焦油送入常压馏分塔管式炉加热到360左右，部分返回常压馏分塔底循环供热，其余送入减压馏分塔。减压馏分塔顶逸出的甲基萘油馏分蒸汽在换热器中与煤焦油换热后冷凝，经气液分离器分离得到甲基萘油馏分，部分作为回流送入减压馏分塔顶部，从塔侧线分别切取洗油馏分、一蒽油馏分和二蒽油馏分。各馏分流入相应的接受槽，分别经冷却后送出，塔底沥青经沥青换热器与煤焦油换热后送出。气液分离器顶部与真空泵连接，以造成减压蒸馏系统的负压。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,常减压蒸馏的主要操作指标如下：,第三节 煤焦油的连续蒸馏,各种馏分对无水焦油的产率（质量），%,第三节 煤焦油的连续蒸馏,图8-10煤焦油连续减压蒸馏流程,第三节 煤焦油的连续蒸馏,（四） 煤焦油连续减压蒸馏流程 因为液体的沸点随着压力的降低而降低，所以煤焦油在负压下蒸馏可降低各组分的沸点，避免或减少高沸点物质的分解和结焦现象，提高轻重组分间的相对挥发度，有利于蒸馏分离。煤焦油连续减压蒸馏工艺流程如图8-10所示。 原料焦油用泵27送入焦油预热器12（用784kPa蒸汽加热）后进入软沥青热交换器13与软沥青换热，再进入预脱水塔10。进塔焦油温度由焦油含水量和轻油质量来确定，,第三节 煤焦油的连续蒸馏,用预热蒸汽量来调节。焦油中大部分水分和部分轻油汽化后从塔顶逸出，经冷凝冷却和油水分离后，轻油回流入脱水塔3顶部。预脱水塔10底部出来的焦油靠液柱压力自流入脱水塔3。 脱水塔塔底焦油用循环泵26压送入重沸器9加热后返回塔内，供给脱水塔所需热量。重沸器用3920kPa的蒸汽加热。脱水塔顶温度用回流量来调节。塔顶流出的水和轻油蒸汽经冷凝冷却和油水分离后，轻油部分打回流，其余送入轻油槽。全部分离水经再次油水分离后，送入氨水槽。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,脱水塔底的焦油用泵28送入软沥青热交换器14换热后进入管式加热炉5。焦油出管式炉的温度由原料性质、处理量及分馏塔操作压力等因素而确定。管式加热炉用焦炉煤气作燃料，其流量根据分馏塔4入口焦油温度调节。 经管式炉加热后的焦油进入分馏塔4被分馏成各种馏分，塔顶馏出酚油，从侧线依次采出萘油、洗油和蒽油馏分，塔底得到软沥青。分馏塔顶操作压力为13.3kPa，由减压系统通入真空槽的氮气来调节。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,自馏分塔4顶部蒸出的酚油气被空气冷却器8冷凝冷却后，又在水冷却器16中冷却到大约40，进入回流槽19，水冷却器内的未凝酚油气被引入减压系统。回流槽内的酚油大部分回流入塔，其余部分送入酚油槽。馏分塔顶温度由酚油质量而定，并根据塔顶温度来调节回流量。 萘油馏分经用6065的温水在萘油冷却器15冷却至80进入萘油液封槽23。 洗油馏分和蒽油馏分，先通过蒸汽发生器24降温至106，再分别用泵33，34送入冷却器17，18冷却后，送入各自的贮槽。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,馏分塔底设有液面调节器以控制软沥青的送出量。塔底排出的软沥青先通过软沥青热交换器14与脱水塔来的焦油换热，被冷却到200，再经软沥青热交换器13与原料焦油换热，又被冷却到140150。为了保持软沥青热交换器内沥青的流速一定，防止管内壁沉积污垢，从与原料焦油换热后的软沥青中引出一小部分循环到升压泵吸入侧，其余部分在管道内配油，调整软化点后送入软沥青贮槽。 馏分塔底排出的软沥青的软化点为6065。为了制取生产延迟焦、型煤的黏结剂以及高炉炮泥的原料，要加入脱晶蒽油、焦化轻油进行调配得到软化点为3540的软沥青。所以，脱晶蒽油及焦化轻油先经加热器加热至90，再进入温度保持为130的软沥青输送管道中，调整沥青的软化点。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,减压焦油蒸馏各种馏分对无水焦油的产率（质量）% 轻油馏分 0.5 酚油馏分 1.8 萘油馏分 13.2 洗油馏分 6.4 蒽油馏分 16.9 软沥青 61（软化点6065环球法）,第三节 煤焦油的连续蒸馏,其主要操作指标如下： 1号软沥青换热器焦油出口温度 130135 预脱水塔顶部温度 110120 脱水塔顶部温度 100 脱水塔底部温度 185 管式炉焦油出口温度 330335 分馏塔顶部温度 118120 萘油馏分侧线温度 152 洗油馏分侧线温度 215 蒽油馏分侧线温度 264 分馏塔底部温度 325330 分馏塔顶部压力 13.3kPa 分馏塔底部压力 3341kpa,第三节 煤焦油的连续蒸馏,图8-11 焦油分馏和电极焦生产工艺流程 1焦油槽；2预热器；3冷凝器；4萃取器；5、6溶剂蒸出器；7焦化塔； 8管式炉；9分馏塔；10脱水塔,第三节 煤焦油的连续蒸馏,（五）焦油分馏和电极焦生产工艺流程 生产用于制造电极焦和电极黏结剂的沥青的焦油分馏工艺流程如图8-11所示。 煤焦油经预热器2预热至140进入脱水塔10脱水，塔顶采出的水和轻油混合蒸汽经冷凝冷却和油水分离后，部分轻油回流至脱水塔顶板，其余去轻油槽。塔底排出的脱水焦油在萃取器4内用脂肪族烃（正己烷、石脑油等）和芳香族烃（萘油、洗油等）的混合溶剂进行萃取，可使喹啉不溶物分离，并在重力作用下沉淀下来。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,脱水焦油与溶剂混合后分为两相，上部为净焦油，下部为含喹啉不溶物的焦油。含杂质的焦油在溶剂蒸发器5的器顶蒸出的溶剂和轻馏分经冷凝器3后返回萃取器，器底排除软化点为35含有杂质的沥青，这种沥青可用于制取筑路焦油和高炉用燃料焦油。 萃取器上部的净焦油送入溶剂蒸出器6，蒸出溶剂的净焦油用泵送入馏分塔9底部，分馏成各种馏分和沥青。沥青从馏分塔9的底部排出并泵入管式炉，加热至500再进入并联的延迟焦化塔7中的一个塔，焦化所产生的挥发性产品和油气从塔顶返回馏分塔内，并供给所需的热源。,第三节 煤焦油的连续蒸馏,焦化塔内得到的主要产品是延迟焦，它对软沥青的产率约为64%。所得延迟焦再经煅烧后即得成品沥青焦。沥青焦对延迟焦的产率约为86%，其质量规格为：硫含量（质量）0.3%0.4%，灰分含量（质量）0.1%0.2%；挥发分0.5%，重金属（主要是钒）5mg/kg；真密度19602040kg/m3 馏分塔顶引出的煤气（占焦油4%），经冷凝后所得冷凝液返回塔顶板；自二段塔板引出的是含酚、萘的油；从塔中段采出的是含苊的重油。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,一 、管式加热炉 圆筒管式加热炉的规格依生产能力的不同而不同，炉管均为单程，辐射段炉管和对流段光管的材质均为1Cr5Mo合金钢。辐射段炉管沿炉壁圆周等距直立排列，无死角，加热均匀。对流段光管在燃烧室顶水平排列，兼受对流及辐射两种传热方式作用。蒸汽过热管设置在对流段和辐射段，其加热面积应满足将所需蒸汽加热至450。辐射段炉管加热强度取为7540092100kJ/（h），对流管采用光管时，加热强度取为2520041900kJ/（·h）。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,（一）物料衡算 原始数据：原料焦油水分含量（质量）：4% 分离得到如下馏分及其产量 各馏分产率（对无水焦油）% 轻油 酚油 萘油 洗油 一蒽油 二蒽油 沥青 0.6 2.0 11.5 5.5 20 6 54.4,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,为实现该分离任务，选用常压两塔式焦油连续蒸馏流程（图8-7）。由图8-7可知，整个流程中所需要的热能全是由管式炉烧煤气提供，提供热能包括以下三部分：管式炉在对流段为焦油脱水提供热能，在辐射段对无水焦油加热提供热能，以及使饱和蒸汽成为过程蒸汽提供热能。以下先做物料衡算，再做热量衡算，最后求出煤气用量。 为简化计算，假设：焦油水分全部在一段蒸发器中脱除，占无水焦油0.25%的轻油在一段蒸发时蒸发，脱盐用碱液不计入，物料损失忽略不计，不考虑无水焦油满流。 以1000kg/h焦油为计算基准的物料衡算结果见表8-6。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,表8-6 管式炉含一段、二段蒸发器的物料衡算,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,（二）热量衡算 原始数据： 温度：原料焦油80，对流段出口焦油130，辐射段出口焦油400，一段蒸发器底部焦油110，顶部蒸汽105，二段蒸发器底部沥青360，顶部油气350，进入管式炉水蒸汽143，过热后蒸汽400 过热的水蒸汽量按无水焦油量的4%计算，其他数据与物料衡算相同。 1.对流段焦油吸收的有效热量 热量衡算基准：温度：0 物料量：1000kg/h焦油,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,表8-7 对流段一段蒸发器焦油的热量衡算,对流段焦油吸收的有效热量为 Q对= q3+ q4+ q5- q1- q2=285509142038=143471kJ/h,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,2.辐射段焦油吸收热量,表 8-8 辐射段二段蒸发器焦油的热量衡算,辐射段焦油吸收的有效热量为 Q辐= q2+ q3- q2=781635176438=605197kJ/h,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,3.蒸汽过热段水汽吸收的有效热量,表8-9 管式炉蒸汽过热段热量衡算,蒸汽过热及水汽吸收的有效热量为 Q过=125948105293=20655 kJ/h 这样，管式炉每小时加热每1000kg 焦油吸收的总有效热量为 =143471+605197+20665=769323 kJ/h,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,管式炉用焦炉煤气做燃料，炉热工效率取=70%，则供给管式炉热量为：,=,=,=1099033 kJ/h,焦炉煤气热值=17585kJ/m3,则每1000kg焦油的焦炉煤气耗用量为：,V=,=,=62.5 m3,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,二、蒸发器 （一）一段蒸发器 一段蒸发器为塔式圆筒型设备，作用是快速蒸出煤焦油中所含水分和部分轻油。如图8-12所示。塔体由碳素钢或灰铸铁制成。煤焦油从塔中部沿切线方向进入。为了保护设备内壁不受冲激磨损腐蚀，在焦油入口处装有可拆卸的保护板。入口的下部有23层分配锥。焦油入口至捕雾层有高为2.4m以上的蒸发分离空间，顶部设钢质拉西环捕雾层，塔底为无水焦油槽。气相空塔速度一般取0.2m/s。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,图8-12 一段蒸发器,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,（二）二段蒸发器 二段蒸发器的作用是将400410的过热无水焦油闪蒸并使馏分与沥青分离。在两塔式流程中所用二段蒸发器不带精馏段，构造较简单。而一塔式流程中所用的蒸发器带有精馏段，其构造如图8-13所示。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,图8-13 二段蒸发器（一塔）,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,二段蒸发器的塔体是由若干灰铸铁或不锈钢塔段组成的圆筒形设备。加热后的无水焦油汽液混合油由蒸发段上部沿切线方向进入塔内闪蒸。为了减缓焦油冲击力和热腐蚀作用，在焦油入口部位设有缓冲板。焦油沿缓冲板在进料塔板上形成环流，并由周边汇入中央大降液管，越过降液管齿形堰，沿降液管内壁形成环状油膜流至下层溢流板。在此板上沿径向向四周外缘流动。再越过齿形边堰及环形降液管外壁形成环状油膜流至器底。这两层塔板的大降液管也是上升汽体的通道，因此这两个降液管就形成汽液两相间进行传热与传质的表面积。所蒸发的油气和进入的直接蒸汽一起进入精馏段。沥青聚于器底。,第四节 煤焦油蒸馏主要设备,二