第八章--煤焦油的初步蒸馏.docx
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1、第八章煤焦油的初步蒸储第一节煤焦油的组成、性质及主要产品的用途煤焦油是煤在干储和气化过程中得到的黑褐色、钻稠性的油状液体。根据干储温度和过程方法的不同,煤焦油可分为低温煤焦油(干播温度在4506(X)C)、中温煤焦油(干恒温度在700900C)高温煤焦油(干馀温度在100(TC左右)。低温煤焦油的特征是颜色和褐,密度小,其中主要成分是高级酚、软蜡、短链的脂肪族饱和垃和烯烧。中温煤焦油和高温煤焦油是低温煤焦油在高温下经二次裂解的产物。本章主要讨论高温煤焦油,以下简称煤焦油.一、煤焦油的组成和性质煤焦油的组成和物理性质波动范围大,这主要取决于炼焦煤组成和炼焦操作的工艺条件。所以,对于不同的焦化J.
2、来说,各自生产的煤焦油质员和组成是石差异的,1.煤焦油的组成组成煤焦油的主要元素中,碳占90%左右,氧,占5%左右,此外还含有少量的氧、破、氮及微量的金属元素等。高温煤焦油主要是芳香慌所组成的笈杂混合物,估计其组分总数有上万种,目前已查明的约500种,其中某些化合物含址甚微,含量在1%左右的组分只有IO多种“表8-1列出了煤焦油中主要组分的含量及性质。表8-1高温煤焦油的组成*分子式站府K利财分子丽It度门ItA/C/r一罐Ik质It分散/%拿化介,孽C.H.O7S.1120.879B0.1S.S0.12dIS甲笨GHCHCH1692.1380.8WH0.8-950.18-0.25二甲XC4H
3、4(Cfb)t10KS0.08712单的离嫌n3ChH4812a.HOI.US21880.281Z*蒙Ca1.HCHjc1421971.0203244.4-30.S0.8-1.2甲基察C.HwCXh,142.W1.OW241.134.571。78二甲“总1.0-1.2C,HmOO1M,2071.180255269.2a30AC11H11H1C-CH1id154.2071.0242(wr)278为1.21.8CH.CuO1“2181.U1.297.9ns1.0-2.0CuH1.CCO178.2t91.251340218-2191.Z-I-SC1.H?178.2291.179(25)340100.
4、S4.5*-5.0*CUHM一192.nsJS1.S-3M一0.9-1.1CmH2.2501.2J6M20918-A5CH1o222i01.V1.393150I.2-1.8掌用荔C11Ht216277一1.0-1.1ftCH1.1.o6x22&287I-274440.74482SS0.s1.2-#1CuHu92终287435437.5IS9I8O.SS*酎GHsOHOH694.in1.0708181.840.90.2。59tt*COHOH*-CH,108.1381.0465190.95880.4-0.8牌位用JBC9H4CH1OHOH工,108.IM1.0336ZOXM10.9财位学条CtHi
5、CH1.OHOHCH11.I3S1.03312023$.5二甲电G1.)(CHhOH一122.164一2O1-22S267S0.3-0.SASA一0.TS-O.95复MCuHaOCW16A1911.168287g8一阴0.6-0.8杏4景C1H4O8119.1321.0776173-174V-IS0.G荤弁虱MCkHmO21S.2500.5-0.7Ci1.化余“发及其W一一-n一GH1N8117.1471.22253S30.10-0.16GH,81W.IM!.OW237.3-15.60.18-0.25WO.aS22W一O.t-*C,HNc”72X1.1035354.762462471.S含化物
6、Ita凿CiHS81“1981.165221.222320.4Ita荔CuH1.SIexoI1.t4.2S7331.433233399970.3$表8I所列化合物中碳氧化合物均呈中性。含氧化合物中,主要为酸性的酚类及少忸的中性化合物(如氯笏、古马隆等)。含氮化合物中,含氮杂坏的氮原子上有氯原子相连时呈中性(如咔嚏、咧咻等);而当无氢原子相连时呈碱性(如毗咤、嗤1琳)。含硫化合物皆呈中性。煤焦油中不饱和化合物含量虽少,但在受热和某些介质作用下易聚合成煤焦油渣,给化学产品回收及精制过程带来许多麻烦,而被看作是有害成分。煤焦油质地标准见表21。2.煤焦油的性质煤焦油的闪点为96-105C,自燃点为5
7、8()630Y,燃烧热为3570039(XX)kJkg.煤焦油的蒸发潜热入可用下式计算:=494.1.-0.671.(8I)式中t一煤焦油的温度,C煤焦油储分相对分子旗量可按下式计算用=笃(82)式中M-煤焦油储分相对分子痂量:Tk-蒸储储分饱出50%时的温度,K:B-系数,对于洗油、的油馅分为3.74,对于其余镯分为3.80.煤焦油的相对分子质量可按各储分相对分子质量进行加和计算确定,煤焦油、煤焦油储分和煤焦油组分的理化性质参数也可查阅仃关图表。二、煤焦油中各种懒分的产率煤焦油的产率主要受炼焦煤的性质、炼焦悚作制度的影响。假设原料煤的挥发分增加,煤焦油产率也随之增加;假设采用高气煤配比,可使
8、煤焦油产率达4%4.2%:当炼焦温度升高时,煤焦油产率下降,而密度、游离碳增加.酚类产品减少,茶和蕙类芳香族产品增加.一般在煤焦油连续蒸储时,切取的铺分如表8-2所示。友8-2煤焦油潮分表Ia分名称切取绍度施困/T产率密度/(kg1.)主要组成轻油3O/妮5%-2O%:ttSW4%-6%洗油230-3004.5-6.51.(M-I.2025(TCNH4CI;4任、HCI+NH3产生的酸存在于煤焦油中,会引起管道和设法的腐蚀。此外,铁盐的存在还会使煤焦油懦分起乳化作用,给含蔡懦分的脱的操作造成困难,因此必须采取脱盐措施,尽量减少煤焦油储分中的固定钺盐“通常采用:个方法.回收车间做好机械化(煤)焦
9、油H水澄清槽的操作,尽量降低煤焦油中游离碳和煤粉含量,以降低乳化液的稳定性;煤焦油车间(或加工厂)要定期去除原料储槽中的残渣,既利于静止脱水,也可以降低沥青中灰分含量。将初冷器的冷凝液送机械化(煤)焦油氨水澄清槽,降低循环额水中固定核盐的含量(可降至1.25g1.)c.在煤焦油入管式炉一段煤焦油泵前连续参加碳酸钠溶液,使之与固定铁盐发生H分解反响,生成稳定的钠盐。固定钺盐与碳酸钠的反响如下2NH4C1.Na2CO32NH3+CO2+2NaC1.+H2O2NH4CNS+NaC02NH+C2+2NaCNS+HO(NHSSoHNa2CO,一2NH3+CS+Na6O4+HQ以上反响中所生成的钠盐在煤焦
10、油加热蒸愉温度下不会分解。由高位槽来的8%12%的碳酸钠溶液经转子流量计参加一段泵的吸入管中,使煤焦油和碳酸钠溶液充分混合。碳酸钠的参加量取决于煤焦油中固定钺盐的含量,可按以下反哨计算2NH4CI+Na2CO52(NH4)2CO1+2NaC1.2I7106那么煤焦油中每克固定荻(固定破盐分解得到的氨称为固定氮)的碳酸钠耗量为:IO6I.z、X=3.1(g)2I7式中17-纭的相对分子质量:106NaXZOx的相对分子质量。号虑到碳酸钠和煤焦油的混合程度不够,或煤焦油中固定钺盐含晶可能发生变化,所以实际参加珏要比理论疥过剧25%其计算式如下:(8-3)式中qvqc3.1.1.25三-mo1,p-
11、碳酸钠溶液的消耗量,Uh:3碳酸钠溶液的质量分数,:C固定钺盐含量,换算为每千克煤隹油中含赛克数,gkg(股为OO3O.Q4gkg):3.1按化学反响计算求得的碳酸钠的理论需要量,见上述计算过程;P碳酸钠溶液的密度,kg/m;q,进入管式炉段的煤焦油量,国小。碳酸钠溶液浓度,控制质量分数为8%I2%的原因是,假设碳酸钠溶液浓度太高时,那么参加的电就少,不易和煤焦油混合均匀,使得固定铁熊不能完全除去;假设碳酸钠溶液浓度太低时,那么参加量要多,给煤焦油带来大盘水分。另外,加械员不宜过多。生产实践说明,脱盐后煤焦油中,固定按盐小于Ogkg(煤焦油),能保证管式炉正常操作。否那么,白白消耗广破.还导致
12、沥音的灰分约增加。通常以二段泵出口煤焦油PH在7.58作为控制指标。应当指出,筱盐极易溶于水而不易溶石煤焦油,故欲脱盐,必须先脱水.煤焦油经脱水脱盐后应到达如下质量指标。送人管式炉对流段的煤焦油:水分4%:灰分0.1%;游离碳含量5%。送入管式炉辐射段的煤焦油:水分0.5%:pH7.38.0“第三节煤焦油的连续蒸播煤焦油加工的主要任务是获得恭、酚、慈等工业纯产品和洗油、沥青等粗产品。由于煤焦油中各组分含量都不太多,且组成宓杂,不可能通过次蒸懦加工而获得所需的纯产品。所以,煤焦油加工都是先在蒸饱中,切取富集某些组分的率馅分,再进一步从空储分中提取所需的纯产品。煤焦油蒸储时,每个组分应富集于相应的
13、储分中,即每个组分在相应懒分中集中度较高,如蔡油中菜的集中度用下式计算琴在琴油中的集中度=.恭洎能分中空含状.奈奈柒艾原料煤焦油中茶含量煤焦油蒸储按生产规模不同可分为间歇蒸储和连续蒸储。后者别离效果好,各种懦分产率高,的和茶可高度集中在一定的情分中.因此,生产规模较大的煤焦油车间均采用管式炉连续蒸储装汽,在京际生产中,液体混合物的蒸发,般可通过两种方法来实现:微分蒸储法和次气化法.微分蒸恒法也称简单蒸憎法,是将液体混合物置丁蒸储釜中加热,并连续地将蒸气从蒸储釜中排出,在冷凝器中冷凝,蒸惚的结果是得到两种液体混合物。一次气化法或称平衡蒸储法,是将液体混合物加热,并使其局部气化,一直到达指定温度,
14、才将处于平衡状态的气液两相次分开。这种别离过程叫做次气化过程或次气化法。显然将次气化得到的气体冷凝,将得到具有较低沸点的液体混合物.1 .煤焦油的一次气化过程在管式炉加热的煤焦油连续蒸锚装置中,燥焦油的蒸馈(粗别离)就是用一次气化(或称次蒸发)的方法来完成的。完成此过程所采用的设饴包括煤焦油泵、管式炉、二段蒸发器。完成别离过程的条件与特点如下.无水煤焦油被煤焦油二段泵压送,进入管式炉辐射段的炉管内加热,在溃潦状态下,通过炉管进入二段蒸发器。管式炉炉膛内布置的炉管具有足够大的受热面积,借助煤气燃烧产生高温火焰和烟气,主要以辐射传热方式快速向炉管和管内物料传热。煤焦油沿炉管流动过程中,一边升温一边
15、气化,出口到达规定的温度时,也到达了规定的气化率。煤焦油的升温和气化过程是:开始主要是低沸点组分气化:随着温度升高,高沸点组分气化量不断峭加:在气化过程中气液两相始终密切接触,可以认为在炉管内任何故面处气液两相处于平衡状态;在气化和升温过程中,先期气化的组分在其后的高温区段内,因管路管间的限制被处于压缩状态。被处于压缩状态的气液两相,旦进入二段蒸发器所提供的大空间内,压力突然降低,一方面在炉管内生成的气液两相瞬间完成别离:另外还有一局部在炉管内未气化的组分也会因压力降低而气化(气化需要的热量只有靠液相降低温度的显热来提供)。由这两个过程完成的气化叫次气化过程。由于在蒸发冷内完成此过程非常快,乂
16、称之为闪蒸别离过程。简称为闪蒸。2 .一次气化温度(一次蒸发温度)煤焦油管式炉连续蒸饰工艺要求,二越油以前的全部懒分在二段蒸发胧内次蒸出,为r使各种幅分及沥青的产率及质量都符合工艺要求,需根据原料煤焦油的组成和别离产品的不同,以及过热蒸汽的温度和用量,合理地确定一次气化温度。一次气化温度是指经管式炉加热后的煤焦油进入二段蒸发器闪蒸时,气液两相到达平衡状态时的温度,如前所述,这个温度比管式炉二段出口温度低,比沥青从二段蒸发器排出的温度高.因此,煤焦油在管式炉出口的湿度,应综合考虑上述各种因素的影响,以保证产品的质量和数量为目标来确定。不过在实际生产中还要向二段蒸发器内通过热蒸汽。显然,过热蒸汽的
17、温度和用量,对于各储分和沥青的产量、质量以及储出温度都有影响。般最适宜的次气化温度应保证从煤焦油中蒸出的酚和蔡最多,并能得到软化点为8090tC的沥*f。显然,即使煤焦油的组成相同,当对沥青的软化点要求不一样时,最适宜的一次气化温度也有差异。由表83中可以看出,随着一次气化温度的提i,燥焦油储分产率增加,沥青的产率相应下降,沥青的软化点和游离碳含员相应增加,表8-3一次气化温度对产率的影响气化温皮/C320540360淄分物对燃蚀油的产率/%21.628.533.5浙音对煤色油产率/%78.471.566.5渐有软化点/寸304555在正常操作范围内,根据实际生产经验积累,一次气化湿度可近似地
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