自制冷型焦炉荒煤气初步冷却装置

摘要

本发明公开了自制冷型焦炉荒煤气初步冷却装置，包括煤气热量回收冷却器、煤气循环水冷却器、煤气制冷水冷却器，煤气热量回收冷却器顶部设有煤气进口，煤气制冷水冷却器下部设有煤气出口，煤气热量回收冷却器与发生蒸发器连接，发生蒸发器和发生冷凝器组合成整体，发生冷凝器与吸收蒸发器连接，发生蒸发器与溶液换热器连接，溶液换热器与吸收冷凝器连接；溶液换热器与溶液循环泵相连，溶液换热器与煤气热量回收冷却器连接；吸收蒸发器与吸收冷凝器组合成整体，吸收蒸发器与煤气制冷水冷却器连接，吸收冷凝器与溶液循环泵连接，溶液循环泵与溶液换热器连接；吸收蒸发器、吸收冷凝器、发生蒸发器、发生冷凝器与真空泵连接。本发明换热效率高。

说明书

技术领域

本发明属于炼焦化学工艺装备技术领域，尤其涉及一种自制冷型焦炉荒煤 气初步冷却装置。

背景技术

焦炉荒煤气的初步冷却器是焦炉煤气净化的重要工艺设备，其操作运行好 坏不仅对煤气净化的运行成本和环境质量及后序单元的稳定操作有着重要影 响，而且对化工产品加工及焦炉操作也有着重大影响。

在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的荒煤气(也称为粗煤气)温 度约为850℃左右，煤气的冷却分两步进行，首先经桥管进入集气管的过程中， 被喷洒着的循环氨水冷却到80－85℃，然后通过煤气管道经初冷器将煤气温度 降至22－25℃。在此，荒煤气中所含的大部分水蒸汽、焦油、萘及固体微尘(主 要是煤尘)被分离出来，部分H2S和HCN等腐蚀性介质也溶入冷凝液中，从而 可减轻煤气净化设备及管道的堵塞和腐蚀，并使煤气得到初步净化。

传统的焦炉煤气初冷器的结构和功能：上段采用循环水(32℃左右)把煤 气冷却到45℃左右，下段采用低温(制冷)水把煤气进一步冷却到22～23℃， 达到除萘等工艺指标要求。初冷器是管壳式长方体结构，在初冷器内，煤气走 管外(壳程)由上而下与循环水或低温水走管内(管程)逆流和错流流动进行 换热冷却，煤气在被冷却的同时，冷凝析出冷凝液：水、焦油和萘等。在低温 段为防止萘等对后续工序的堵塞及加工效率一般采用蒸汽制冷及燃气制冷技术 制备低温水，强化冷凝冷却效果。由于在换热管的冷却表面上结晶的萘，可被 冷凝的焦油不断溶解，从而使煤气得到初步净化。为进一步洗涤煤气夹带的固 体颗粒和提高溶萘效果，在各段管外空间喷洒焦油或焦油氨水混合物，经过煤 气初冷器冷却，煤气中水汽、焦油和萘大部分被冷凝下来，形成冷凝液并分离。 初冷后，煤气含萘一般为0.5-1g/m3,焦油雾2-5g/m3。

传统的煤气初冷器只是单纯的实现了煤气冷却的目的，而未考虑焦炉荒煤 气余热的回收利用。为了达到对煤气的低温净化消耗了大量蒸汽或煤气来制备 低温水，不仅消耗能源还增加了运行成本及环境负担。

对于焦炉荒煤气的余热量利用近几年引起行业关注。但系统高效利用停留 在以下几种方式。目前初冷器广泛采用带余热回收段的三段式煤气初冷器，煤 气的高温段(83～77℃)采用余热回收的方式冷却煤气同时回收热量，回收的 热量有以下几个用途：

1.将初冷器高温段吸收热量的循环水用于解决采暖问题，但只能在冬季使 用，使用效率低、应用范围较为狭窄。

2、将初冷器高温段吸收热量的循环水用于生产(16～23℃)低温水供给初 冷器低温段使用。但循环水温度(65℃)能质不高且再通过换热器间接加热溴 化锂溶液，增加了热交换次数，使总的传热效率更低，造成制冷机组及换热系 统设备庞大，投资大并不能全部解决全部低温水制备，还需蒸汽、燃气制冷补 充，综合效益不理想。

3.将初冷器高温段吸收热量回收用于加热脱硫液供给下道工序使用，但只 能用于真空碳酸钾型脱硫工艺，且到用量很小。由于真空碳酸钾脱硫工艺本身 的不足，国内少有采用该项脱硫工艺，因而此种热利用方式受到到约。

以上三种初冷器高温段余热回收技术，虽然在一定程度上实现了初冷器高 温段的余热回收，都存在着明显的不足，处在局部、间断、低效状态。尚不能 实现焦炉荒煤气余热的高效回收、匹配连续利用。一方面初冷器需要使用大量 循环水和低温水，动力消耗大、运行成本高，低温水需要另外的制冷设备，设 备投资大、能量消耗大、运行费用高，且占地面积大。另一面焦炉荒煤气余热 白白流失还要用凉水塔来降低循环水的温度把热量移走，进而造成能源及水资 源的巨大浪费。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种自制冷型焦 炉荒煤气初步冷却装置；本发明的制冷采用低温水部分直接蒸发降低温度获得 制冷水，与现有技术的冷剂水蒸发间接换热相比，设备结构紧凑，换热效率高， 而且减少了间接式冷却器，降低了设备造价，广泛应用于炼焦化工企业和煤气 化企业的煤气冷却及煤气余热回收利用。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种自制冷型焦炉荒煤气初步冷却装置，包括从上往下依次连接的煤气热 量回收冷却器、煤气循环水冷却器、煤气制冷水冷却器，所述煤气热量回收冷 却器顶部设有煤气进口，煤气循环水冷却器设有循环冷却水进口、循环冷却水 出口，煤气制冷水冷却器下部设有煤气出口，煤气热量回收冷却器的换热管内 通入吸收剂溶液，煤气循环水冷却器换热管内通入循环水，煤气制冷水冷却器 的换热管内通入制冷水，所述煤气热量回收冷却器的出液口通过管道与发生蒸 发器连接，发生蒸发器和发生冷凝器通过气相折流通道组合成一个整体，发生 冷凝器底部通过管道与吸收蒸发器连接，发生蒸发器底部的吸收剂溶液出口通 过U形管液封与溶液换热器的热侧介质进口连接，溶液换热器的热侧介质出口 接管与吸收冷凝器上部吸收剂浓溶液进口连接；溶液换热器冷侧介质进口与溶 液循环泵出口通过管线相连，溶液换热器冷侧介质出口与煤气热量回收冷却器 的换热管内的管程吸收剂溶液进口连接；吸收蒸发器与吸收冷凝器通过气相折 流通道组合成一个整体，所述吸收冷凝器上部设有循环水冷却换热管，循环水 冷却换热管内通入循环水，所述吸收蒸发器的上部低温冷却水进口与煤气制冷 水冷却器低温水出口连接，吸收冷凝器底部的出口通过管道与溶液循环泵进口 连接，溶液循环泵的出液口与溶液换热器连接；所述吸收蒸发器、吸收冷凝器、 发生蒸发器、发生冷凝器分别通过管道与真空泵连接，其中真空泵的抽气管与 吸收蒸发器顶部的抽真空接口连接，吸收蒸发器底部的16℃制冷水出水口与制 冷水循环泵的进水口连接，制冷水循环泵的出水口与煤气制冷水冷却器的换热 管的进水口连接。

所述吸收蒸发器中部的气相空间有中间接口，发生冷凝器顶部设有排气接 口，中间接口与排气接口通过中间管道连接，所述中间管道设有对吸收蒸发器 与吸收冷凝器之间的压力差、以及发生冷凝器与发生蒸发器之间的压力差进行 检测和调节的压力调节阀、控制仪表。

所述吸收冷凝器顶部的抽真空接口处设有W型汽液分离器。通过气相折流 通道配合，强化气液分离作用，防止雾沫夹带。

所述吸收蒸发器、吸收冷凝器、发生冷凝器、发生蒸发器的底部设有液位 自动调节装置。吸收蒸发器、吸收冷凝器、发生冷凝器、发生蒸发器底部的液 位通过液位自动调节装置控制。

所述煤气热量回收冷却器、吸收冷凝器采用缩放管高效换热管。既有利于 换热管外的吸收也能强化管内的冷却换热。

所述发生冷凝器的换热管采用传热效率高的双螺旋换热管。

所述溶液换热器可以是管壳式或板式等高效换热器结构。

本发明的有益效果：

1.本发明将回收煤气的热量转换成低温水的冷量把煤气冷却到22～23℃，用煤 气自身的能量降低自身的温度，具有能效高，投资小，运行费用低的优点，实 现焦炉荒煤气余热冬季取暖、夏季制冷的连续、高效、匹配利用；本发明的制 冷采用低温水部分直接蒸发降低温度获得制冷水，与现有技术的冷剂水蒸发间 接换热相比，设备结构紧凑，换热效率高，广泛应用于炼焦化工企业和煤气化 企业的煤气冷却及煤气余热回收利用。

2.煤气高温段余热直接用于加热制冷吸收介质，热效率比煤气余热加热热水， 热水再加热制冷吸收介质的间接换热方式热效率提高20％以上；

3.煤气与吸收介质换热采用高效缩放换热管，换热效率比普通换热管提高15％ 以上；

4.焦炉煤气的热量回收过程同时也是煤气的冷却过程，热量与冷量的转换和煤 气的冷却全部集成到一个装置中，结构紧凑，热效率高；

5.制冷采用低温水部分直接蒸发降低温度获得制冷水的方法，比现有冷剂水蒸 发间接换热的方法，效率更高而且减少了一个间接式冷却器，降低了设备造价。

6.吸收冷凝器顶部的抽真空接口处设有W型汽液分离器，通过气相折流通道配 合，强化气液分离效果，防止雾沫夹带。

7.煤气热量回收冷却器、吸收冷凝器采用缩放管高效换热管，既有利于换热管 外的吸收也能强化管内的冷却换热；双螺旋换热管提高了发生冷凝器的换热管 采用传热效率。

8.吸收蒸发器、吸收冷凝器、发生冷凝器、发生蒸发器的液位通过液位自动调 节装置控制，调控精准，可靠性及效率高。

附图说明

图1为发明的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如附图所示，图中：1.煤气进口，2.煤气热量回收冷却器，3.煤气循环水 冷却器，4.煤气制冷水冷却器，5.煤气出口，6.溶液循环泵，7.制冷水循环泵， 8.真空泵，9.吸收冷凝器，10.吸收蒸发器，11.溶液换热器，12.U形管液封， 13.液位自动调节装置，14.发生蒸发器，15.发生冷凝器，16.压力调节阀，17. 控制仪表，18.煤气循环水冷却器循环水进口,19.煤气循环水冷却器循环水出 口，20.发生冷凝器冷却水进口，21.发生冷凝器冷却水出口，22.吸收蒸发器冷 却水进口，23.吸收蒸发器冷却水出口，24.低温水补充口，25.中间管道。

一种自制冷型焦炉荒煤气初步冷却装置，包括从上往下依次连接的煤气热 量回收冷却器2，煤气循环水冷却器3，煤气制冷水冷却器4，所述煤气热量回 收冷却器2顶部设有煤气进口1，煤气循环水冷却器3设有循环冷却水进口18、 循环冷却水出口19，煤气制冷水冷却器4下部设有煤气出口5，煤气热量回收 冷却器2的换热管内通入吸收剂溶液，煤气循环水冷却器3换热管内通入循环 水，煤气制冷水冷却器4的换热管内通入制冷水，荒煤气从煤气进口1进入依 次经过煤气热量回收冷却器2、煤气循环水冷却器3、煤气制冷水冷却器4的换 热管外部的空腔被换热管内的介质冷却后从煤气出口5流出。本发明的热量回 收冷却器2，煤气循环水冷却器3，煤气制冷水冷却器4均为管壳式结构，管外 走煤气自上而下依次连接成一个整体，焦炉集气管的荒煤气经过氨水直接喷洒 后温度降低到83～82℃，荒煤气从煤气进口1进入依次经过所述三个设备的换 热管外被换热管内的介质冷却后从煤气出口5流出。

所述煤气热量回收冷却器2的出液口通过管道与发生蒸发器14连接，煤气 热量回收冷却器2吸收剂溶液在被煤气加热(同时也冷却了煤气)后通过管道 进入发生蒸发器14，发生蒸发器14和发生冷凝器15通过气相折流通道组合成 一个整体，发生冷凝器15底部通过管道与吸收蒸发器10连接。吸收剂溶液在 发生蒸发器14蒸发出的部分水蒸汽通过气相折流通道进入发生冷凝器15，发生 冷凝器15上部设有高效冷却换热管，循环冷却水通过发生冷凝器冷却水进口20 进入冷却管内，冷却发生蒸发器14产生的水蒸气后从发生冷凝器冷却水出口21 流出，水蒸气冷凝成水后进入发生冷凝器15底部、通过管道自流到吸收蒸发器 10的底部。发生蒸发器14中经过部分蒸发的吸收剂浓溶液进到发生蒸发器14 底部。气相折流通道作为吸收蒸发器和吸收冷凝器的连接通道，同时起到气液 分离作用。溶液换热器11的热侧介质进口通过U形管液封12与发生蒸发器14 底部的吸收剂溶液出口连接，溶液换热器11的热侧介质出口接管与吸收冷凝器 9上部吸收剂浓溶液进口连接；溶液换热器11冷侧介质进口与溶液循环泵6出 口通过管线相连，溶液换热器11冷侧介质出口与煤气热量回收冷却器2的换热 管内的管程吸收剂溶液进口连接。溶液换热器11可以是管壳式或板式等高效换 热器型式。

吸收蒸发器10与吸收冷凝器9通过气相折流通道组合成一个整体，所述吸 收冷凝器9上部设有循环水冷却换热管，循环水冷却换热管包括循环冷却水进 口22、循环冷却水出口23，循环水冷却换热管内通入循环水，所述吸收蒸发器 10的上部低温冷却水进口与煤气制冷水冷却器4低温水出口连接，吸收冷凝器 9底部的出口通过管道与溶液循环泵6进口连接，溶液循环泵的出液口与溶液换 热器11连接。煤气制冷水冷却器4的低温水进入到吸收蒸发器10上部后蒸发 出部分水蒸气后温度降低进入吸收蒸发器10底部，蒸发出的水蒸气通过气相折 流通道从吸收冷凝器9中部进入，向上被上部喷洒的吸收剂浓溶液吸收，吸收 放出的热量被吸收冷凝器9上部换热管内的循环水带走。吸收了水蒸气的吸收 剂稀溶液进入到吸收冷凝器9底部，经过底部出口通过管道与溶液循环泵6进 口连接，被溶液循环泵加压后从出口去溶液换热器11。

所述吸收蒸发器10、吸收冷凝器9、发生蒸发器14和发生冷凝器15分别 通过管道与真空泵8连接，真空泵8的抽气管与吸收蒸发器10顶部的抽真空接 口连接，制冷水循环泵7的进水口与吸收蒸发器10底部的16℃制冷水出水口连 接，出水口与煤气制冷水冷却器4的换热管的进水口连接。吸收蒸发器10、吸 收冷凝器9、发生蒸发器14和发生冷凝器15是高真空设备，通过真空泵8来实 现真空，真空泵8的抽气管与吸收蒸发器10顶部的抽真空接口连接，抽取装置 运行过程中的漏气，以及产生的不凝气，保证装置真空区域的高真空度。吸收 蒸发器10与低温水补充口24连接以补充制冷水。

所述吸收蒸发器10中部的气相空间有中间接口，发生冷凝器15顶部设有 排气接口，中间接口与排气接口通过中间管道25连接，所述中间管道25设有 对吸收蒸发器10与吸收冷凝器9之间的压力差、以及发生冷凝器14与发生蒸 发器15之间的压力差进行检测和调节的压力调节阀16、控制仪表17，以便对 吸收蒸发器10和吸收冷凝器9，以及发生冷凝器14和发生蒸发器15之间的压 力差进行实时检测和调节。所述吸收冷凝器9顶部的抽真空接口处设置了W型 汽液分离器，通过气相折流通道配合，强化气液分离作用，防止雾沫夹带。

所述吸收蒸发器10、吸收冷凝器9、发生冷凝器15、发生蒸发器14的底部 设有液位自动调节装置13，吸收蒸发器10、吸收冷凝器9、发生冷凝器15、发 生蒸发器14底部的液位通过液位自动调节装置13控制。

所述煤气热量回收冷却器2、吸收冷凝器9采用缩放管高效换热管。既有利 于换热管外的吸收也能强化管内的冷却换热。所述发生冷凝器15的换热管采用 双螺旋换热管，强化管外和管内的传热效率。

本发明的工作原理和工作过程：

来自焦炉集气管的经过氨水直接喷洒的荒煤气温度降低到83～82℃后，从 自制冷型煤气冷却装置顶部的煤气进口1进入煤气热量回收冷却器2，在换热管 外的空间自上而下流动，与换热管内吸收剂稀溶液换热，吸收剂稀溶液的温度 从60℃升高到75℃，煤气温度从83℃降低到76℃左右，煤气侧的压力是 -0.005MPa，吸收剂稀溶液压力0.2MPa，换热管采用材质S30408不锈钢的高效 缩放换热管，按三角形排列。

荒煤气经过煤气热量回收冷却器2换热后进入煤气循环水冷却器3，温度从 76℃降低到～45℃，最后进入煤气制冷水冷却器4，与换热管内的制冷水换热继 续冷却到～22℃，自煤气出口5去后续工段进行煤气净化及化学产品回收。

制冷水循环泵7抽取吸收蒸发器10底部的16℃制冷水、加压输送到煤气制 冷水冷却器4的换热管内，制冷水与换热管外的煤气换热后温度升高到23℃进 入吸收蒸发器10，在压力为-0.098MPa的高真空下部分蒸发释放出热量使温度 降低到16℃，流回吸收蒸发器底部，再次被制冷水循环泵抽取并加压送去冷却 煤气，如此往复循环。

吸收蒸发器10中蒸发的水蒸气通过气相折流通道分离出水蒸气中夹带的水 滴后进入吸收冷凝器9中部，被从顶部喷淋的浓吸收剂溶液在冷凝换热外膜状 吸收，吸收产生的热量被换热管内的循环水吸收。

吸收冷凝器的压力为-0.098MPa，浓吸收剂溶液进口温度为45℃，浓吸收剂 溶液吸收制冷水部分蒸发的水蒸气后变为稀溶液，稀溶液通过溶液泵6加压输 送到溶液换热器中与发生蒸发器14来的浓吸收剂溶液进行换热，浓溶液进出溶 液换热器的温度是67℃-46℃，稀溶液进出溶液换热器的温度是38℃-60℃，稀 溶液经过换热后进入煤气热量回收冷却器2的换热管内，被换热管外的高温煤 气加热，同时高温煤气得到了冷却。

被高温煤气加热到75℃的稀溶液进入发生蒸发器14，在压力为-0.093MPa 的高真空下蒸发，稀溶液中的水分被蒸发后变为浓溶液，浓溶液经过溶液换热 器到吸收冷凝器喷洒在冷凝换热管外壁上形成液膜，吸收通过换热管外的水蒸 气后变为稀溶液流到吸收冷凝器液囊中，然后被溶液循环泵6再次抽出，如此 往复循环，使高温煤气的热量不断的被回收并转化为制冷所需的冷量，煤气同 时得到冷却。

稀溶液在发生蒸发器中蒸发的水蒸汽经气相折流通道分离夹带的水滴后进 入到发生冷凝器15的中部，被循环水冷凝后自流到吸收蒸发器底部。

制冷水和吸收剂溶液的蒸发和吸收是在高真空状态下完成的，高真空依靠真 空泵8实现，吸收蒸发器10和吸收冷凝器9的气相空间相通，两个设备设置在 一个壳体内用隔板分开，压力是-0.098MPa，发生冷凝器15和发生蒸发器14气 相空间相通，两个设备设置在一个壳体内用隔板分开，压力是-0.093MPa。

发生冷凝器15顶部设置抽真空接口通过管道与吸收冷凝器10中部气相空 间连接，真空泵从吸收冷凝器10顶部抽真空接口抽取装置运行过程中漏气和产 生的不凝气保证装置真空区域的高真空度。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保 护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创 造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。