立式焦油氨水分离槽的设计探讨

２０１６年１１月　第４７卷第６期　Ｆｕｅｌ＆Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　燃料与化工　５７　立式焦油氨水分离槽的设计探讨　胡兆斌　宋传阳　（１．酒钢集团甘肃宏汇能源化工有限公司，嘉峪关　７３５１００；　２．中冶焦耐工程技术有限公司，大连　１１６０８５）　摘要：针对低温干馏产生轻质焦油量大、重质焦油量少的特性，对立式焦油氨水分离槽在低温干馏工艺中存在的　缺陷进行了分析，探讨轻质焦油分离的合理高度，制定了进液Ｅｌ、乳化液、重质焦油采出及检查管的设计改进方案。　关键词：立式焦油氨水分离槽；低温干馏；轻质焦油；设计；改进方案　中图分类号：ＴＱ５２０．６１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３７０９（２０１６）０６—００５７—０３　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔａｒ　ａｍｍｏｎｉａ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ　Ｈｕ　Ｚｈａｏｂｉｎ’Ｓｏｎｇ　Ｃｈｕａｎｙａｎｇ　（１．Ｇａｎｓｕ　Ｈｏｎｇｈｕｉ　Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ＪＩＳＣＯ，Ｊｉａｙｕｇｕａｎ　７３５　１００，Ｃｈｉｎａ；　２．ＡＣＲＥ　Ｃｏｋｉｎｇ＆Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＭＣＣ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０８５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｍｏｒｅ　ｌｉｇｈｔ　ｔａｒ　ａｎｄ　ｌｅｓｓ　ｈｅａｖｙ　ｔａｒ　ａｒｅ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ，　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｏｍｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔａｒ　ａｍｍｏｎｉａ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｒｅｇａｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｓｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ，ｐｒｏｐｅｒ　ｈｅｉｇｈｔ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｆｏｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ　ｔａｒ，ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ－　ｍｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｌｉｑｕｉｄ　ｉｎｌｅｔ，ｅｍｕｌｓｉｏｎ，ｒｅｃｏｖｅｒ　ｐｉｐｅ　ａｎｄ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｐｉｐｅ　ｆｏｒ　ｈｅａｖｙ　ｔａｒ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｔａｒ　ａｍｍｏｎｉａ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ；Ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ；Ｌｉｇｈｔ　ｔａｒ；　Ｄｅｓｉｇｎ；Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　煤低温干馏是煤的干馏方法之一，是采用较低　我公司１　０００万ｔ／ａ煤分质项目一期１５０万ｔ／ａ　的加热终温（５００—６ｏ０℃）使煤在隔绝空气条件下，　受热分解生成半焦、低温煤焦油、煤气和热解水的过　程。与高温干馏相比，低温干馏的焦油产率较高，可　达到８％～２５％。低温煤焦油中所含物质一般为小　装置设计年产低温煤焦油ｌ５万ｔ。该项目采用煤的　低温干馏技术，配套建设煤气净化回收系统，冷凝单　元的焦油氨水分离设备沿用高温干馏工艺中的立式　焦油氨水分离槽。项目设计了有效容积约１　Ｏ００ｍ　分子物质，如脂肪烃、二元酚等，芳烃含量少，烷烃含　量大，其相对密度通常小于１．Ｏｇ／ｃｍ　，而且因焦油　的４台立式焦油氨水分离槽，在分离槽前增设了　４台小型机械刮渣槽，焦油氨水混合液经机械刮渣　槽初步分离其中的焦油渣，焦油氨水进人立式焦油　氨水分离槽进行分离。　低温干馏所得煤焦油主要为轻质焦油，重质焦　油量很少，而且所得轻质焦油的密度在０．９７８～　中含有一些易溶于水的醇类、酚类物质，因此给焦油　与氨水的分离带来较大困难。　焦油氨水分离槽是煤气净化的关键设备之一。　其主要功能是将焦油氨水混合液进行分离，使氨水　中所含的焦油与氨水分开。目前，在煤的高温干馏　工艺中，立式焦油氨水槽工艺已被广泛采用，运行稳　定，工艺成熟。而对于低温干馏生产工艺来说，直接　０．９８５ｇ／ｃｍ　，与水的密度相当接近。立式焦油氨水　分离槽应用于低温干馏设计存在一系列问题。　１）轻质焦油挡板圈与循环氨水溢流堰距离较　近，见图１。因循环氨水流量相对较大，轻质焦油密　度与氨水密度接近，顺着循环氨水向上流动，有一部　引用此设备将存在诸多缺陷。　１　存在问题　收稿日期：２０１６—０８—０８　作者简介：胡兆斌（１９６９一），男，工程师　分随循环氨水带出，使循环氨水甚至剩余氨水系统　５８　燃料与化工　Ｆｕｅｌ＆Ｃｈｅｍｉｅａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ＮＯＶ．２０ｌ６　Ｖｏ１．４７　Ｎｏ．６　严重带油，影响荒煤气用氨水喷洒冷却的效果，特别　是严重影响蒸氨及废水处理系统的正常生产。　管　图１　原设计立式焦油氨水分离槽示意图　２）轻质焦油挡板圈高度过低，仅为３８０ｍｍ。因　轻质焦油的量较大，轻质焦油密度与氨水密度较为　接近，处于氨水液面上轻质焦油不能形成较高油层，　与氨水分离时间相对较短，排出轻质焦油带水量增　大，为后续轻质焦油的分离带来困难。　３）焦油氨水混合液进料口在调节器下部，由于　重质焦油量很少，而轻质焦油量较大，轻质焦油向上　流动，氨水也从进液口处向上流动，同向流动难于分　离。因此，从轻质焦油与氨水的分离考虑，原焦油氨　水混合液进液口的位置偏低。　４）原设计轻质焦油溢流漏斗调节杆为插孔式，　每次调节器高度达５０ｒａｍ左右，幅度较大，难以实现　轻质焦油液面的微量调节，使轻质焦油不能正常溢　出，或分离出的轻质焦油带水量较大。　２　改进方案　１）低温干馏轻质焦油偏多，重质焦油很少，且　焦油密度均接近于氨水密度，因此分离的重点是增　大轻质焦油与氨水的分离时间，增加轻质焦油在氨　水液面上的油层高度。所以将轻质焦油挡板圈的高　度由３８０ｍｍ向下延伸增加至１．５ｍ以上。实际运　行中，轻质焦油油层高度可保持在０．５～１．Ｏｍ，有利　于轻质焦油与氨水的分离，大大减少分离出的轻质　焦油带水量，见图２。　由于１　０００ｍ　的立式焦油氨水分离槽设计分离　时间为２０ｍｉｎ（按高温干馏设计），考虑到低温干馏　煤焦油密度与水的密度相近，为保证焦油与氨水分　离时间，必须增加分离槽数量。　２）焦油氨水？昆合液进液口，不只限于调节筒下　部的分散进入，相反，要增大调节筒上部的分散进入　量，即进液调节器上部增加进液口，上部进液口走循　环氨水及轻质焦油，下部进液口走循环氨水及重质　焦油。这样，上部进液口流出的轻质焦油将向上流　动，氨水逆向向下流动，增大了两者分离动力，提高　分离效率，避免氨水带油。　图２　立式焦油氨水分离槽改进示意图　３）因轻质焦油量较大，轻质焦油引出装置的设　计如下：一是增大轻质焦油溢流口的周长，将溢流漏　斗上沿圆径扩大（４００ｍｍ以上），以满足轻质焦油的　稳定流出。同时，制作中要保证溢流漏斗上沿的水　平度。二是考虑到轻质焦油溢流漏斗调节高度范围　很小，调节杆必须由原设计的插孑Ｌ式改为丝杆式调　节装置，以满足轻质焦油溢流液面的微量调节，稳定　轻质焦油在槽内液层厚度。　当轻质焦油的液层厚度为１．０ｍ，则０．９８ｇ／ｃｍ　的轻质焦油与溢流氨水存在：　Ｐ＝ｐ氨水ｇ　氨水＝ｐ轻油ｇｈ轻油　ｈ氨水＝ｐ轻油×ｈ轻油／ｌｐ氨水＝０．９８　ｘ　１．０÷１＝０．９８ｍ，　则轻质焦油与氨水溢流液面的高度差为：　Ａｈ＝ｈ轻油一ｈ氨水＝１．０—０．９８＝０．０２ｍ，　当轻质焦油溢流液面与氨溢流液面的高度差为　２ｃｍ时，轻质焦油在氨水层上的液层厚度将保持在　１．０ｍ。因此，轻质焦油溢流液面的调节须改为丝杆　式以保证能够微量调节。　４）因低温干馏重质焦油很少，可降低重质焦油　在锥形体内的液面高度。为此，重质焦油油位降低控　制后，需增加３个检查管，从现有检查管处向内部沿　锥体斜伸人中下部位置，分３个高度差布置采出管　口，各管口垂直高度差约５００ｒａｍ，最低的采出管口距　锥形体底部在２．０ｍ左右。操作中须检查控制重质　焦油油位不超过较高的第３个检查油管采出位置。　５）因轻质焦油量较大，重质焦油量偏小，乳化　液的采出将倾向于轻质焦油乳化部分，即采出层为　进液口以上、轻质焦油层以下位置，而非重质焦油乳　化部分。在之前已提出对轻质焦油挡板的高度向下　加至１．５ｍ以上，因此，需将原有乳化液的采出管及　（下转第６１页）　２０１６年１１月　第４７卷第６期　Ｆｕｅｌ＆Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　燃料与化工　６１　３）研究结果　对于熔融性较好的煤（ＨＣＣ和ＨＶＣＣ）而言，升　吸附强度，影响ＣＳＲ。对于ＬＶＣＣ焦样，焦炭反应性　与煤中惰性衍生物比例有关。　升温速率较低时，增加焖炉时间可提高ＨＶＣＣ　焦样的ＣＳＲ，对于高阶煤ＬＶＣＣ焦样，焖炉时间对　ＣＳＲ无任何影响。　蔡明珠编译自（ＡＩＳＴｅｃｈ　２０１４　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ））　温速率影响焦炭的孔隙率，进而影响ＣＲＩ。升温速　率增加会引起胶质层流动性增加，更多的气孔合并，　孔隙率降低。对于熔融性差的煤（ＬＶＣＣ）而言，升　温速率高会使煤基质间更好地结合，增加焦炭间的　＋卜—＊—｛卜｛卜－粕—　｝—＊一＿｛｝一　（上接第５８页）　５根乳化液及油位检查管，均要向内延长伸入加高　后的轻质焦油挡板内部，采出管高度位置不变。　的大小，特别是轻质焦油及重质焦油的比例。此外，　针对低温干馏工艺，因重质焦油量偏小，可首先考虑　适当减小下部循环氨水槽的容积，将内部锥体上沿　的高度降低，以此增大焦油氨水混合液的分离容积，　３　结论　由于低温干馏与高温干馏主工艺的不同，分离　设备的设计也应有很大的区别。除了要充分考虑所　采用煤种及干馏温度，还要考虑焦油及氨水比重差　这将利于整体进、出介质工艺的优化设计，以保证分　离槽在低温干馏实际生产应用中的安全、可靠运行。　甘李军编辑　（上接第５９页）　油产量，减少废渣处理费用。考虑粗苯残渣流动性　Ｆ４阀门，往残渣槽补加８００ｍｍ的焦油，补加结束后　停焦油泵。　较差，管道输送困难，因此先将焦油中间槽的焦油送　到残渣槽垫底，待粗苯残渣排入残渣槽与槽内焦油　搅拌混合均匀后再由渣泵将焦油和粗苯残渣混合物　送至焦油中间槽。　２）再生器排渣时，再生器富油停止进入，打开　残渣阀，启动残渣泵，打开其进口阀和进入残渣槽搅　拌管的阀门Ｆｌ，关Ｆ２，对残渣槽内油渣进行搅拌，　边排渣边搅拌。排渣完成后，关残渣阀，再生器恢复　正常运行，打开残渣外送阀Ｆ２，关闭搅拌管阀门　Ｆｌ，将残渣槽内焦油与残渣混合物送入焦油中间　槽，待残渣槽液位降至１００ｍｍ以下时，停残渣泵。　３）残渣送到焦油中间槽后，用蒸汽将焦油管、残　渣管、排渣管、搅拌管吹扫干净，关闭相关阀门备用。　２粗苯残渣回收系统改造　２．１　改造内容　１）从残渣泵出口配蒸汽夹套管（内径ＤＮ８０ｍｍ，　外径ＤＮ１００ｍｍ）至焦油中间槽，大约１２０ｍ。　２）从焦油泵出口配蒸汽夹套管（内径ＤＮ５０ｍｍ，　外径ＤＮ８０ｍｍ）至残渣槽。　３）从残渣泵出口配ＤＮ５０ｍｍ管道进入残渣槽作　４）再生器排渣前对焦油管、残渣管、排渣管、搅　拌管蒸汽吹扫，保证管线畅通。　为搅拌管使用，改造后的粗苯残渣回收系统见图２。　３　改造效果　粗苯残渣回收利用项目改造完成后，再生器排　渣能够正常运行，但运行中可能出现管道堵塞情况，　针对此项风险，改造时在输送管线上配备了夹套蒸　汽，同时在输送残渣前后用蒸汽对相关管线进行吹　扫，确保管线畅通。改造后增加焦油产量３０ｔ／月，按　渣泵　焦油２　０００元／ｔ计算，每月可为公司创造效益６万　图２改造后的粗苯残渣回收系统（虚线为改造管线）　元。每月减少残渣运费１．２万元，综合计算每月可为　公司创造效益７．２万元，年创收８６．４万元。　２．２具体操作　１）再生器排渣前，开启焦油泵，打开Ｆ３，关闭　甘李军编辑