年产13万吨焦油加工厂蒸馏工段的初步设计

河北联合大学轻工学院

QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY

毕业设计说明书

设计（论文）题目：13万t/a焦油加工厂蒸馏工段的初步设计

学生姓名：

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指导教师：

2012年5月15日

摘要 摘 要

本设计为13万t/a焦油加工厂蒸馏工段初步设计。通过对国内外焦油加工工艺和发展现状的综述，选择用国内应用较多且比较成熟的常压两塔式焦油蒸馏工艺。

首先对一段蒸发器、二段、蒸发器、蒽塔、馏分塔等主要设备进行了物料衡算；对馏分塔、蒽塔进行了设计计算，确定了塔径和塔高，并对塔板进行设计计算和流体力学校核；对馏分塔进行了机械设计和强度校核；最后给出非工艺条件。

本设计的主要设备有：圆筒式管式炉350万千卡/小时，一段蒸发器的直径DN=1400mm、二段蒸发器直径DN=2200mm、馏分塔直径DN=1600mm，塔高H=23000mm，塔板数为36，蒽塔DN=1600mm，塔板数为23，一段冷凝冷却器的换热面积是54m2，馏份塔冷凝冷却器的换热面积是195 m2，蒽油浸没式冷却器的换热面积是24m2。

关键词: 煤焦油；焦油蒸馏；馏分塔；工艺计算

I

Abstract Abstract

The design for the 130,000 t / a coal tar distillation section is preliminary designed. The process and the development status of the domestic and foreign tar is described. By comparison to the existing process,the domestic application of more and more mature atmospheric two-tower tar distillation process is selected.

The first section of the evaporator, Sec, evaporator, anthracene, tower, distillate tower equipment material balance; distillate tower, anthracene, tower design calculations, to determine the tower diameter and tower height, and plate design calculations and the hydrodynamics check; distillate tower mechanical design and strength check; Finally, non-process conditions.

The results show that cylindrical tube type furnace is 3.5 million kilocalorie/hour, the section of the evaporator diameter is 1400mm, Sec evaporator diameter is 2200mm. The diameter of the tower is 1600mm, the height of the tower is 23000mm, in which the plate number is 36. Anthracene tower diameter is 1600mm, plate number is 23.The section of condensation heat transfer area of the cooler is 54 m2, and the distillate tower condensate cooler heat transfer area is 195 m2, anthracene oil-immersed no cooler heat transfer area is 24 m2.

Keywords: coal tar; tar distillation; distillation tower ; calculation of crafts

II

目录

目 录

摘 要.....................................................................................................................I Abstract............................................................................................................... II 前 言.................................................................................................................... 1 1文献综述............................................................................................................. 2 2主要设备选择................................................................................................... 12 3工艺计算........................................................................................................... 13

3.1物料衡算................................................................................................. 13 3.1.1整个流程的物料衡算................................................................... 13 3.1.2主要设备的物料衡算................................................................... 14 3.2主要设备计算......................................................................................... 15

3.2.1管式加热炉................................................................................... 15 3.2.2一段蒸发器................................................................................... 17 3.2.3二段蒸发器................................................................................... 18

3.2.4蒽塔............................................................................................... 19 3.2.5馏分塔........................................................................................... 20 3.2.6一段轻油冷凝冷却器................................................................... 22 3.2.7馏分塔轻油冷凝冷却器............................................................... 23 3.2.8浸没式冷却器（切萘洗量混馏分）........................................... 24 3.3馏分塔塔板的工艺计算......................................................................... 25

3.3.1 塔径.............................................................................................. 26

3.3.2 塔高.............................................................................................. 26 3.3.3圆泡罩塔盘的设计....................................................................... 26 3.3.4板面布置....................................................................................... 27 3.3.5塔板压降....................................................................................... 29 3.3.6液冷情况....................................................................................... 31 3.3.7鼓泡层高度hf............................................................................... 31 3.3.8排空时间T ................................................................................... 31 3.4蒽塔塔板的工艺计算............................................................................. 32

3.4.1塔径............................................................................................... 33 3.4.2圆泡罩塔盘的设计....................................................................... 33 3.4.3板面布置....................................................................................... 34 3.4.4塔板压降....................................................................................... 36 3.4.5液泛情况....................................................................................... 38 3.4.6鼓泡层高度hf............................................................................... 38 3.4.7排空时间T ................................................................................... 38

III

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很多成熟的生产经验；② 对设备要求低于减压流程和常减压流程；③ 基建投资低，设备维护量较少。

鉴于常压蒸馏工艺的优点，以下介绍两种典型的常压蒸馏工艺流程及流程图。

①常压一塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程

原料煤焦油经静止脱水后用一段柱塞泵打入管式炉对流段加热, 在泵前加质量分数为8~12%的Na2CO3溶液脱盐,再对流管式炉内一段煤焦油加热到120～130℃后,进入Ⅰ系统Ⅰ段蒸发器脱水,器顶蒸出一次轻油,经冷凝冷却后进入一次轻油分离器,分离出的废水进入油库废水池,分离出的一次轻油流入贮槽, 器底流入无水焦油槽的为含水在0.5%以下的无水焦油,分离出的无水焦油通过Ⅰ系统Ⅱ段泵送入管式炉辐射段加热至300～400℃后进入Ⅰ系统Ⅱ段蒸发器,器底排除中温沥青,器顶蒸汽进入Ⅰ系统Ⅱ段馏分塔, 在馏分塔底排出蒽油, 经冷却后进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分, 经冷却后进入各自的贮槽,馏分塔塔顶蒸出二次轻油,经冷凝冷却后入油水分离器分离出的废水进入油库废水池,分离出的二次轻油一部分回流,回流量约为无水焦油量的40%,另一部分产品入贮槽销售。从无水焦油槽另一部分进入Ⅱ系统Ⅱ段蒸发器和馏分塔,流程同Ⅰ系统Ⅱ段。

连续蒸馏工艺流程如下图1.2所示。

图1.2 塔式连续蒸馏工艺流程图

1---管式炉；2---一次蒸发器；3---二次蒸发器；4---馏分塔；

5---油水分离；6---回流槽；7---循环槽；8---满流槽

②常压两塔式煤焦油连续蒸馏工艺流

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120～130℃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30～40℃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

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1 文献综述

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。无水焦油用二段焦油柱塞泵27送入管式炉辐射段加热至400～410℃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。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。

煤焦油常压两塔式焦油连续蒸馏工艺流程如图1.3所示。

图1.3 常压两塔式焦油连续蒸馏流程

1—煤焦油管式炉；2—一段蒸发器及无水煤焦油器；3—二段蒸发器；4—蒽塔；5—馏分塔；6—一段轻油冷凝冷却器；7—馏分塔轻油冷凝冷却器；8—一段轻油油水分离器；9—馏分塔轻油油水分离器；10—萘油埋入式冷却器；12—蒽油冷却器；13—二蒽油冷却器；14—轻油回流槽；15—洗油回流槽；16—无水煤焦油满流槽；17—煤焦油循环槽；18—酚油接受槽；19—酚水接受槽；20—轻油接受槽；21—萘油接受槽；22—洗油接受槽；23—蒽油接受槽；24—二蒽油接受槽；25—一蒽油接受槽；26—一段煤焦油泵；27—二段煤焦油泵；28—轻油回流泵；29—洗油回流泵；30—二蒽油泵；31—轻油泵

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⑵煤焦油蒸馏的主要设备

煤焦油蒸馏的主要设备有管式加热炉，一次蒸发器，二次蒸发器和馏分塔。 ①管式加热炉

目前煤焦油加工企业焦油整流设备中都采用管式加热炉，其中圆筒式管式炉已经很普及。如图1.4所示，它主要有燃烧室（辐射室）,对流室和烟囱三部分组成。圆筒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，兼受对流和辐射俩种传热方式作用。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75400-92100KJ/(m2.h),对流管采用光管时，加热强取为25200-41900 KJ/(m2.h)。

图1.4 圆筒炉结构图

1-烟囱 ；2-对流室顶盖 ；3-对流室富油入口 ；4-对流室炉管 ；5-清扫门 ；6-饱和蒸汽入口 ；7-过热蒸汽入口 ；8-辐射段富油出口 ；9-射段炉管 ；10-看火门 ；11-火嘴 ；12-人孔 ；13-调节阀板的手摇鼓轮

②一段蒸发器

一段蒸发器为塔式圆筒形设备，如图1.5所示，作用是快速蒸出煤焦油中所含的水分和部分轻油。塔体由碳素钢或灰铸铁制成。为保护设备内壁不受冲激磨损腐蚀，在煤焦入口的下部有2-3层分配锥。煤焦油入口至补雾层有高为2.4m以上的蒸发空间，顶部设钢制拉西环补雾层，塔底为无水煤焦油槽。气体空塔气速一般取为0.2m/s。

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1 文献综述

图5 一段蒸发器结构图

1-蒸汽出口；2-捕雾层；3-保护板；4-煤焦油入口；5-再分配锥；6-无水煤焦油出口；7-无水煤焦油入口；8，9-溢流塔板；10-无水煤焦油出口

③二段蒸发器

二段蒸发器的作用是将400-410℃的过热无水煤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，构造简单。而一塔式带有精馏段，其构造如图1.6所示，他的塔体是由若干灰铸铁或不锈钢塔段组成的圆筒型设备。

图1.6 二段蒸发器结构图

1-放空口；2-浮球液面计接口；3-沥青出口；4，5-泡罩塔板；6-缓冲板；7-煤焦油入口；8-满流槽；9-无水煤焦油槽；10-泡罩；11-人孔；12-馏分蒸汽出口；13-回流液入口； 14-二蒽油出口；15-蒸汽出口

④馏分塔

馏分塔是煤焦油蒸馏工艺中切取各种馏分的设备，其结构如图1.7所示。它分为精馏段和提馏段，内设塔板。塔板间距一半为350-550mm，相应的空塔气速

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取0.35-0.45m/s。进料塔板于其上升塔板间宜采用2倍于其他板间距。用灰铸铁制造塔体时用泡罩塔板，泡罩有条形，园形和星形等；用合金钢制造塔体时，采用浮阀塔板。影响馏分塔操作的因素有很多，主要是：原料油的性质与组成煤焦油泵流量；冷凝冷却系统操作，塔顶轻油回流流量及性质，各侧线位置及开度，塔底过热蒸汽温度及流量等。

图1.7 煤焦油馏分塔结构图

1.2.2先进性

⑴生产规模

日本、德国、法国、俄罗斯等国家的单套焦油蒸馏装置的能力都在10～50万t/a。从理论上讲，能力越大，规模效益越好。在资源有限的情况下，选择10万t/a的加工装置能最大限度发挥产品的加工价值。只有焦油收集量足够多的时候，才能建设50万t/a焦油加工装置。国内单套焦油蒸馏装置有0.6万，1.2万，3万，5万，7.5万，10万，15万t/a各种规模。3万t/a以上的规模均为连续蒸馏工艺，小于3万t/a的规模都是间歇蒸馏工艺。出现不同加工规模的原因有: ①焦油加工厂自身焦油产量不同，按自产焦油建设相应的规模；②未作为一个产业来考虑焦油的加工，仅作为一个焦化厂的附带处理单元；③大规模焦油加工的技术水平不够；④环境保护和能量利用没有达到发达国家的重视程度。

⑵产品方案

国外煤焦油加工厂的生产有三种模式:一是全方位多品种，提纯和配制各种规格和等级的产品；二是在煤焦油加工产品的基础上，向着精细化工、染料、医

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