一种焦化荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置及方法

摘要

一种焦化荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置及方法，该装置包括集气管、机械化澄清槽A、机械化澄清槽B、油水分离器、焦油储罐、剩余氨水槽、蒸氨塔、蒸氨塔进料换热器、煤气预冷器、热水型溴化锂制冷机组、两段横管式初冷器。制取时，通过增设蒸氨废水循环、焦油循环，采用焦油-水混合物在集气中对荒煤气进行高温急冷操作，改变荒煤气直接急冷效果，提升集气管出口煤气温度，并配置煤气预冷器，在保证荒煤气冷却效果(传热效果)及除焦效果(传质效果)相同的前提下，回收荒煤气余热，制取82～85℃工艺热媒水，用于热水型溴化锂制冷机组发生器热源；此外，由于在初冷器前回收荒煤气余热，较现有流程，初冷器冷公用工程耗量大幅降低。

说明书

技术领域

本发明属于煤化工炼焦领域，涉及一种焦化荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置。具体就是在现有荒煤气急冷工艺基础上，通过增设蒸氨废水循环、焦油循环，采用焦油-水混合液于集气管中对荒煤气进行高温急冷操作，提升集气管出口煤气温度，并配置煤气预冷器，在保证荒煤气冷却效果(传热效果)及除焦效果(传质效果)不变的前提下，进一步回收荒煤气余热，制取85℃左右工艺热媒水，用于加热后续与之匹配的工艺热阱。此外，由于在初冷器前回收荒煤气余热，与现有流程相比，初冷器冷公用工程耗量大幅降低。 

背景技术

在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的荒煤气温度为650～750℃，此时煤气中含有焦油汽、苯族烃、水汽、氨、硫化氢、氰化氢、萘及其他化合物，并蕴含了焦化过程中大约三分之一的热量。荒煤气需冷却降温，并进行净化后才能得到合格的煤气。荒煤气初步冷却是煤气净化的基础，其操作运行效果不仅对煤气净化后续单元操作有影响，而且对化工产品加工及焦炉操作有影响。荒煤气的初步冷却分两步进行：第一步是在集气管中用大量循环氨水进行直接急冷；第二步是在煤气初冷器中用循环水及低温水进行间接冷却。 

目前煤焦化工业，荒煤气在桥管和集气管内被0.15～0.2MPa(表压)、质量浓度为5％的循环氨水以喷洒形式的直接急冷。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高且水蒸气饱和度很低，氨水温度较低，所以荒煤气被氨水瞬间冷却降温，重组分不断冷凝析出，放出大量热量，而氨水被荒煤气加热瞬间大量气化，吸收荒煤气中的热量，从而使整个体系温度降低，起到急冷效果。可见瞬间急冷过程进行着剧烈的传热和传质过程。通过上述急冷过程，煤气温度由650～700℃降至82～86℃，同时有60％左右的焦油汽冷凝下来。在实际生产上，煤气温度可冷却至高于其急冷后的组成所 对应的露点温度1～3℃。82℃荒煤气进入初冷器被循环水及低温水冷却至23℃左右后进入后续净化工段。 

现有荒煤气急冷工艺虽然能将煤气由650～700℃冷却至82～86℃，降低初冷器的冷却负荷，并将60％左右的焦油汽冷却下来，缓解初冷器结焦现象，但是由于喷洒氨水的质量浓度为5％，其泡点温度为82℃左右，导致集气管出口荒煤气温度在82～86℃，回收的余热温度太低，无法在后续回收工段进一步有效利用。此外，由于荒煤气热量无法在初冷器前回收，热量最终散失在循环水(55℃)、低温水(23℃)中，不仅造成热量的浪费，也增加了冷量的消耗。 

同时，化产回收工段存在大量中低温位热阱，如热水型溴化锂制冷机发生器热源(85℃)、真空碳酸钾脱硫工艺再生塔底再沸器热源(55℃)、负压蒸氨塔底再沸器热源(80℃)等，此外需要向系统中供给大量热量，以实现管路伴热、罐区维热等作用。现有工艺中，上述低温热阱普遍采用低压蒸汽(0.3MPa)供热，而0.3MPa蒸汽温位一般在130℃以上，这将导致高热低用，造成能量浪费。从能量回收方面分析，用能瓶颈在于荒煤气蕴含的大量余热无法在高温段进行回收，而回收的低温热量无法与低温热阱合理匹配。因此，应设法提高荒煤气余热的回收温度(≥85℃)。 

中冶焦耐工程技术有限公司申请开发了一种利用荒煤气余热，加热真空碳酸钾法脱硫工艺的脱硫富液的余热回收方法，荒煤气余热代替了脱硫富液解析所用蒸汽热源，降低了工艺能耗，但是使用的仍是荒煤气82℃以下的热量，回收热量品位较低。该专利号为：CN200710086480.8。 

东北大学开发了一种采用导热油回收荒煤气热量，并用于加热化产相关工序的余热回收技术，但需要增加一套封闭的导热油系统，且导热油的取热换热器易结焦。改专利号为：CN201110437813.3。 

上海宝钢节能技术有限公司申请开发了一种焦炉荒煤气余热发电装置，上升管内设置过热器，桥管内设置蒸发器，液态工质经取热子系统后形成过热蒸汽，过热蒸汽 将发电子系统内的工质加热并带动发电子系统内的动力发电机组发电。但是暴露在荒煤气中取热设备易结焦，导致传热效果下降，需频繁清焦。该专利号为：CN201210318033.1。 

发明内容

针对上述实际情况，本发明提供了一种焦化荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置，通过增设蒸氨废水循环、焦油循环，采用焦油-水混合物于集气管中对荒煤气进行高温急冷操作，提升集气管出口煤气温度，并配置煤气预冷器，在保证荒煤气冷却效果(传热效果)及除焦效果(传质效果)相同的前提下，回收荒煤气余热，制取85℃工艺热媒水，用于满足后续与之匹配的工艺热阱。此外，由于在初冷器前回收荒煤气余热，较现有流程，初冷器冷公用工程耗量大幅降低。 

在荒煤气余热回收过程中，集气管直接急冷工艺的荒煤气温度变化最大，系统的传热、传质现象最剧烈，因此，应设法提升集气管出口荒煤气的温度，从而提升荒煤气余热回收温度。集气管出口荒煤气温度由喷淋焦油-水混合物的泡点温度决定，故可通过调节焦油-水混合物组成，提高其泡点温度，从而提升回收余热的温位；同时，为保证荒煤气除焦效果相同，应考虑循环焦油-水混合物组成，对挥发焦油-水-荒煤气混合物系露点温度的影响，露点温度越高，相同温度区间内的除焦效果越好。 

采用焦油-水混合物喷洒，喷洒量需进一步优化。首先，喷洒量应满足传热需求，即由热量衡算，喷洒的焦油水足够将680～700℃荒煤气冷却至目标温度；再者，焦油水的喷洒量应满足传质需求，即由模拟计算，喷洒的焦油水足够将60％的焦油从气相中带出；最后，焦油～水的喷洒量应能维持机械化澄清槽的温度，使喷淋的焦油-水温度接近其泡点温度，其温差≤3℃为宜。 

在完成焦油～水组成、温度、流量优化的基础上，相关工艺也应做出适当调整。采用焦油～水直接急冷，则取消循环氨水的相关设备(循环氨水槽及其管路等)，并增设一台机械化澄清槽A，用于集气管凝液的油水分离及除渣操作，分离后的油相分为两 股，一股作为循环焦油，泵回集气管喷淋，另一股进入油水分离器进行处理；分离后的水相与机械化澄清槽B的水相一同送往剩余氨水槽，并在蒸氨塔中进行分离操作，塔顶气相经分缩器冷凝后送至硫氨工段补充氨源，塔底蒸氨废水根据体系水的物料平衡，一路回收热量后排出，另一路则直接泵回集气管，在顶部与循环焦油混合喷淋急冷，用以维持焦油～水混合物的喷淋组成、温度、流量。此外，煤气初冷工艺若采用两段间接初冷器，则应在集气管和两段初冷器之间设置煤气预冷器，将90℃左右的荒煤气冷却至85℃，同时制得85℃以上的工艺热媒水；若煤气初冷工艺采用三段间接初冷器，则可以通过调整热水段热水流量，使所制取的热水温度提高至85℃。85℃荒煤气的后续初冷工艺可维持原有工艺不变，由于挥发焦油-水-荒煤气混合物系的露点基本不变，初冷器的结焦程度基本不变，无需喷淋更多焦油氨水；现工艺，荒煤气热量由预冷器(两段初冷器工艺)或者热水段(三段初冷器工艺)取出，初冷器冷负荷将有所降低，循环水及低温水用量相应减少。 

本发明的技术方案如下： 

一种焦化荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置，包括集气管、机械化澄清槽A、机械化澄清槽B、油水分离器、焦油储罐、剩余氨水槽、蒸氨塔、蒸氨塔进料换热器、煤气预冷器、热水型溴化锂制冷机组、两段横管式初冷器。集气管凝液出料与机械化澄清槽A相连，机械化澄清槽A水相出料与剩余氨水槽相连，机械化澄清槽A油相出料分两路连接：(1)机械化澄清槽A油相出料一路与集气管相连；(2)机械化澄清槽A油相出料另一路与油水分离器进料口相连；剩余氨水槽出料口与蒸氨塔进料换热器壳程入口相连；蒸氨塔进料换热器壳程出口与蒸氨塔进料口相连；蒸氨塔顶气相经分缩器冷凝后去硫氨工段；蒸氨塔底蒸氨废水分两路连接：(1)蒸氨废水一路与集气管相连；(2)蒸氨废水另一路与蒸氨塔进料换热器管程入口相连；蒸氨塔进料换热器管程出口料送往生化处理；集气管气相出料与煤气预冷器壳程入口相连；煤气预冷器凝液出口与机械化澄清槽B进料口相连；煤气预冷器壳程出口与两段横管式初 冷器壳程入口相连；两段横管式初冷器壳程出料送往后续煤气净化工段；两段横管式初冷器凝液分两路连接：(1)两段横管式初冷器凝液一路打回低温水段循环喷淋；(2)两段横管式初冷器凝液另一路出料与机械化澄清槽B进料口相连；热水型溴化锂制冷机组热水出口与煤气预冷器管程进口相连；热水型溴化锂制冷机组热水进口与煤气预冷器管程出口相连；热水型溴化锂制冷机组冷水出口与两段横管式初冷器冷水入口相连；热水型溴化锂制冷机组冷水入口与两段横管式初冷器冷水出口相连；机械化澄清槽B油相出料与油水分离器进料口相连；油水分离器油相出口与焦油储罐进料口相连。 

其工艺过程如下： 

(1)来自焦炉的650～700℃荒煤气在集气管中由循环焦油、循环蒸氨废水混合喷淋急冷，其混合喷淋组成油水的质量比为1.2～2:1，混合喷淋温度为88～92℃，集气管凝液温度为88～92℃，凝液泵入机械化澄清槽A，机械化澄清槽A水相泵至剩余氨水槽，油相按比例35～40：1分为两路：前者送往集气管与蒸氨废水混合喷淋急冷；后者送往油水分离器，除水或送往焦油储罐。急冷后荒煤气温度为88～92℃，进入煤气预冷器进一步冷却。 

(2)由集气管来的88～92℃荒煤气，从煤气预冷器底部进入壳程，煤气预冷器顶部管程通入72～78℃循环热水，荒煤气与循环热水逆流换热，荒煤气换热至82～85℃，然后经煤气预冷器顶部管程出口进入两段横管式初冷器冷却；循环热水被加热至82～85℃，该温度已达到工艺热媒水要求，可送往工艺热阱供热，本工艺中将其送往热水型溴化锂制冷机组，作为热水型溴化锂制冷机组发生器热源，供热后的72～78℃热水泵回煤气预冷器循环取热，制取工艺热媒水；煤气预冷器凝液由底部凝液出口泵入机械化澄清槽B。 

(3)由荒煤气预冷器来的82～85℃荒煤气，从两段横管式初冷器顶部进入壳程，在两段横管式初冷器上、下段分别由35℃循环水和16℃低温水冷却，最终冷却至22～25℃送入后续煤气净化工段；下段冷却所用16℃低温水由热水型溴化锂制冷机组供给，换 热后23℃低温水回水至热水型溴化锂制冷机组；凝液由两段横管式初冷器底部凝液出口泵入机械化澄清槽B。 

(4)由煤气预冷器、两段横管式初冷器所汇集的凝液，在机械化澄清槽B澄清分为三层，上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。上层氨水泵至剩余氨水槽，进而在蒸氨塔进行蒸氨操作。蒸氨塔顶气相出料经分缩器冷却后，氨气送往硫铵工段饱和器补充氨量，蒸氨塔底蒸氨废水分为两股出料，分配比为1:6～8：前者与蒸氨塔进料换热后送往生化处理，该股蒸氨废水的流量应等于焦炉荒煤气自带水量，该水量由荒煤气带入系统的水量决定；后者泵送至集气管顶部，与循环焦油混合喷洒，保证焦油～水喷淋油水质量比为1.2～2:1，混合喷淋温度为88～92℃。机械化澄清槽B的部分油相进入油水分离器中，进行油水分离后，油相进入焦油储罐。 

与已有流程相比，本发明通过增设蒸氨废水循环、焦油循环，采用焦油～水混合物在集气中对荒煤气进行高温急冷操作，改变荒煤气直接急冷效果，提升集气管出口煤气温度，并配置煤气预冷器，在保证荒煤气冷却效果(传热效果)及除焦效果(传质效果)相同的前提下，回收荒煤气余热，制取82～85℃工艺热媒水，用于热水型溴化锂制冷机组发生器热源；此外，由于在初冷器前回收荒煤气余热，较现有流程，初冷器冷公用工程耗量大幅降低。 

附图说明

附图是荒煤气高温直接急冷制取工艺热媒水的装置设备结构示意图。 

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。 

如图所示，集气管凝液出料与机械化澄清槽A相连，机械化澄清槽水相出料与剩余氨水槽相连，机械化澄清槽油相出料分两路连接：(1)机械化澄清槽油相出料一路与集气管相连；(2)机械化澄清槽油相出料另一路与油水分离器进料口相连；剩余氨水槽出料口与蒸氨塔进料换热器壳程入口相连；蒸氨塔进料换热器壳程出口与蒸氨塔 进料口相连；蒸氨塔顶气相经分缩器冷凝后去硫氨工段；蒸氨塔底蒸氨废水分两路连接：(1)蒸氨废水一路与集气管相连；(2)蒸氨废水另一路与蒸氨塔进料换热器管程入口相连；蒸氨塔进料换热器管程出口料送往生化处理；集气管气相出料与煤气预冷器壳程入口相连；煤气预冷器凝液出口与机械化澄清槽B进料口相连；煤气预冷器壳程出口与两段横管式初冷器壳程入口相连；两段横管式初冷器壳程出料送往后续煤气净化工段；两段横管式初冷器凝液分两路连接：(1)两段横管式初冷器凝液一路打回低温水段循环喷淋；(2)两段横管式初冷器凝液另一路出料与机械化澄清槽进料口相连；热水型溴化锂制冷机组热水出口与煤气预冷器管程进口相连；热水型溴化锂制冷机组热水进口与煤气预冷器管程出口相连；热水型溴化锂制冷机组冷水出口与两段横管式初冷器冷水入口相连；热水型溴化锂制冷机组冷水入口与两段横管式初冷器冷水出口相连；机械化澄清槽油相出料与油水分离器进料口相连；油水分离器油相出口与焦油储罐进料口相连。 

具体过程为： 

(1)如图所示，处理量为320kg/h的荒煤气在集气管C101中由循环焦油、循环蒸氨废水混合喷淋急冷，喷淋量为1900kg/h，混合喷淋温度为90℃，集气管C101凝液泵入机械化澄清槽A，机械化澄清槽B水相泵至剩余氨水槽B101，油相分两路：一路流量为1100kg/h，送往集气管与蒸氨废水混合喷淋急冷；另一路送往油水分离器B105，除水或送往焦油储罐B106。急冷后荒煤气温度为90℃，并进入煤气预冷器C102进一步冷却。 

(2)由集气管C101来的90℃荒煤气，流量为530kg/h，从煤气预冷器C102底部进入壳程，C102顶部管程通入75℃循环热水，荒煤气与循环热水逆流换热，荒煤气换热至85℃，由C102顶部管程出口送往两段横管式初冷器C103冷却；循环热水被加热至85℃，该温度已达到工艺热媒水要求，可送往工艺热阱供热，本工艺中将其送往热水型溴化锂制冷机组，作为溴化锂制冷机组发生器热源，供热后的75℃热水泵回C102 循环取热，制取工艺热媒水；C102凝液由底部凝液出口泵入机械化澄清槽B104。 

(3)由荒煤气预冷器C102来的85℃荒煤气，从两段横管式初冷器C103顶部进入壳程，在C103上、下段分别由35℃循环水和16℃低温水冷却，最终冷却至22～25℃送入后续煤气净化工段；下段冷却所用16℃低温水由热水型溴化锂制冷机组供给，换热后23℃低温水回水至热水型溴化锂制冷机组；凝液由C103底部凝液出口泵入机械化澄清槽B104。 

(4)由煤气预冷器C102、两段横管式初冷器C103汇集来的凝液，在机械化澄清槽B104澄清分为三层，上层为氨水，中层为焦油，下层为焦油渣。上层氨水泵至剩余氨水槽B101，进而在蒸氨塔进行蒸氨操作。蒸氨塔顶气相出料经分缩器冷却后，氨气送往硫铵工段饱和器补充氨量，蒸氨塔底蒸氨废水分为两股出料，一股与蒸氨塔进料换热后送往生化处理，该股蒸氨废水的流量应等于配焦炉荒煤气自带水量，该水量由荒煤气带入系统的水量决定；另一股流量为700kg/h，泵送至集气管C101顶部，与循环焦油混合喷洒，保证焦油～水喷淋油水比(质量分数)为1.2～2:1，混合喷淋温度为90℃。机械化澄清槽B104的部分油相进入油水分离器B105中，进行油水分离后，油相进入焦油储罐B106。 

与已有流程相比，本发明通过增设蒸氨废水循环、焦油循环，采用焦油～水混合物在集气中对荒煤气进行高温急冷操作，改变荒煤气直接急冷效果，提升集气管出口煤气温度，并配置煤气预冷器，在保证荒煤气冷却效果(传热效果)及除焦效果(传质效果)相同的前提下，回收荒煤气余热，制取82～85℃工艺热媒水，用于热水型溴化锂制冷机组发生器热源；此外，由于在初冷器前回收荒煤气余热，较现有流程，初冷器冷公用工程耗量大幅降低。