橫管式煤氣初冷器工藝設計

煉焦過程產生的荒煤氣含有少量的各種雜質，對煤氣的輸送利用及后續工序處理都會產生不利影響。如；萘能以固體結晶析出、沉積，造成管道及設備堵塞；焦油會給回收氯、苯等工藝操作帶來不利影響，并會因變質硬化或與粉塵混合而產生堵塞物，水能溶解煤氣中的水溶性酸堿物質而引起腐蝕：硫化物能腐蝕設備，生成硫化鐵引起堵塞，燃燒生成二氧化硫污染大氣；不飽和烴類能形成聚合物，引起設備及管路發生故障。故自焦爐導出的荒煤氣需以一定順序進行處理，以便回收其中的焦油、粗苯、氨、萘、硫等化學產品，并得到凈化的煤氣在荒煤氣的處理及化產回收過程中，選擇好的初冷工藝技術方案、確保正常操作是整個煤氣凈化工藝的基礎和關鍵。

1. 焦爐煤氣的初冷器簡介

1．1 初冷流程簡述來自焦爐集氣管的溫度為8O℃～85℃的荒煤氣通過煤氣初冷器進行冷凝冷卻，將其中大部分焦油氣和水汽冷凝下來。根據不同的凈化回收工藝要求，將煤氣冷卻至21℃～23℃或25℃～30℃后送入下道工序。在冷卻的同時，還應盡可能地除去焦油、萘和其它腐蝕性介質，以盡量地凈化煤氣。

1．2 煤氣初冷器工藝設計

煤氣初玲方式目前國內外廣泛采用的有：直接冷卻、直接冷卻和問直混合冷卻三種。設計時可根據不同的生產規模 工藝要求以及其它條件選擇采用不同的冷卻方式。

1．2．1 煤氣的直接冷卻

煤氣的直接冷卻是在直冷塔內由煤氣和冷卻氨水直接接觸傳熱傳質而完成的，在冷卻煤氣的同時，還有部分腐蝕性介質和焦油霧、萘被噴淋氨水帶走直冷塔有空噴塔和填料塔兩種。目前較常用的是耐溫型聚丙烯花環填料塔。直接冷卻具有冷卻效率較高、煤氣壓力損失小、不易堵塞以及建設投資小等優點，但也具有工藝流程較復雜、煤氣出口溫度高、動力消耗較大、液氣比大、氨水冷卻器數量多、且易堵 占地面積大等缺點所以目前只在一些小型焦化廠的初期建設中采用。

1．2. 2 煤氣的間接初冷

煤氣的間接冷卻是荒煤氣與冷卻水間接換熱來達到冷凝冷卻之目的，將煤氣中的太部分焦袖、水和萘分離出來。煤氣問冷器分立管式和橫管式兩種形式。在現在運行的大中型焦化廠多采用立管式冷卻器，但其具有傳熱系數小、熱效率低、煤氣出口含萘量高、冷卻器后段易形成萘堵塞造成阻力變大、清掃頻繁等缺點。特別是近幾年隨著橫管冷卻器的不斷改進與發展，已很少再采用立管式冷卻器。橫管式冷卻器由于增加了管間的氨水、輕焦油噴灑，不僅可在管外形成液膜，提高傳熱傳質效果，而且可以從上而下沖洗傳熱管，防止萘和焦油的沉積，除萘效果也較立管式好，再加上橫管冷卻器提高了冷卻水的流速，一般可達1m／s～2m／s，煤氣流速也可達0．5 m／s 0．7 m／s，且煤氣與冷凝液的流向相同，因此總傳熱系數可高達836 k．r／(m ·h·℃)～1 627kJ／(m h·℃)，幾乎比立管式冷卻器(傳熱系數是418 kJ／(m ·h·℃)～627 kJ／(m ·h-℃)高出一倍多，從而可大幅度降低冷卻器的換熱面積。另外密集的冷卻管束還可起到分離焦油霧和水霧的擋板作用，并可使煤氣產生湍動和撞擊，而得到均勻冷卻，提高傳熱傳質效率。同時由于下段是與低溫水間接換熱，故出口煤氣溫度可降至21℃～22℃，比直冷式低5℃～7℃。

1．2．3 間直混合冷卻

間直混合冷卻工藝是間接冷卻與直接冷卻相結臺的方式，即用問接冷卻器將煤氣從80℃～85℃冷卻至50℃～55℃后，再用直接冷卻器進一步冷卻。在問冷階段，由于溫差大，玲凝液量多和萘量相對較小，傳熱系數高，可大幅度減少所需的傳熱面積；而在直冷階段，可充分發揮煤氣凈化的效果，降低煤氣中含萘量和腐蝕性介質，而不易堵塞。但也存在流程復雜、設備多、能耗高和占地面積大等缺點，因此國內很少采用此工藝。

2. 橫管式初冷器工藝設計

通過以上三種冷卻方式的比較，建議采用橫管式間接冷卻工藝。

2．1 工藝流程的確定

主要遵循以下原則：a)工藝上先進合理，能冷卻煤氣，并盡量地去除煤氣中的焦油、萘及腐蝕性介質。b)力求作到節能降耗。c)設備在運行過程中要達到好的效果、穩定、運行周期長。由此確定的初冷工藝流程如圖1。

2．2 流程特點

a)臺理地利用了余熱，達到節能之目的。b)橫冷器三段采用冷凍水循環使用，從而大量減少了新鮮水的用量。c)將除萘與初冷相結合，從而省去了后續工序的脫萘裝置，縮短了煤氣流程，節省了投資。d)煤氣冷卻溫度低．對后續回收工序打下了良好的基礎。

2．3 設備布置

橫冷器的布置遵循下列原則：

a)一般正對鼓風機室按單排排列，初冷器出口煤氣總管中線與相鄰鼓風機室的行列線距離不小于i0 D1。

b)橫冷器中線與煤氣進出口總管中線及相鄰兩臺的中點距均需考慮足夠的位置，以便于設備、管道的安裝及操作。

c)初冷器的基礎高度應滿足使初冷器排出的冷凝液在負壓為0．5 D1水柱的條件下，能順暢地自流入有關的冷凝液液封設備中。一般可放置在相對標高為2 m的單獨基礎上或相對標高不小于3．5 m且連成整體的操作平臺上。

d)初冷器操作平臺布置應滿足下列要求：使初冷器煤氣進出口管、冷卻水進出口管、冷凝液管、蒸汽清掃管、放散管及取樣管的閥門便于操作，方便各點溫度的觀測；初冷器頂部操作平臺的設計，應考慮用人工或機械清理水垢時的方便和safe。

2．4 預期效果

a)由于余熱回收用于采暖，就20 t／a焦化廠初冷工藝而言，每年可回收熱量24、3 GJ，折合成標準煤為829t／a。b)由于冷凍水的利用，每年可節約新鮮水525 600t

3. 結論

3．1 本工藝在傳統初冷工藝的基礎上，對橫管初冷器進行了改造，將兩段式改為三段式，將塔體直通式改為分段式，將下段噴灑的焦油單獨循環，達到了設計預期的目的。

3．2 本工藝節能、節水，具有明顯的經濟效益和社會效益。