第三节 回收与加工化学产品的方法及典型流程
从焦炉炭化室生成的荒煤气需在化学产品回收车间(简称化产回收车间)进行冷却、输送,回收煤焦油、氨、硫、苯族烃等化学产品,同时净化煤气。这一方面是为了得到有用的化学产品,另一方面是为了便于煤气顺利地输送、储存和用户的使用。
煤气中除氢、甲烷、乙烷、乙烯等成分外,其他成分含量虽少,却会产生有害的作用。如萘会以固体结晶析出,堵塞设备及煤气管道;煤焦油气存在,有害于氨和苯族烃的回收;氨水溶液会腐蚀设备和管路,生成的铵盐会引起堵塞,燃烧时产生的NOx污染大气;硫化氢及硫化物会腐蚀设备,生成的硫化铁会引起堵塞,拆开设备检修时遇空气会自燃;一氧化氮及过氧化氮能与煤气中的丁二烯、苯乙烯、环戊二烯等聚合成复杂的化合物——煤气胶,不利于煤气输送和使用;不饱和烃类化合物(苯乙烯、茚等)在有机硫化物的催化剂作用下,能聚合生成“液相胶”而影响使用。对上述影响使用的物质,根据煤气的用途不同而有不同程度的清除要求,在选择净化方法时,应本着既满足净化要求,又符合因地制宜、化害为利的原则,通过综合评价确定,使得从煤气中回收化学产品及精制处理的方法和流程有所不同。
焦化厂一般采用冷却、冷凝的方法除去煤气中的煤焦油和水;利用鼓风机抽吸和加压输送煤气;用电捕方法除少量的煤焦油雾;煤气中其他成分的脱除大多采用吸收法;对于净化程度要求高的场合,可采用吸附法或冷冻法。
一、在正压下操作的焦炉煤气处理系统
在钢铁联合企业中,如焦炉煤气只用作本企业冶金燃料时,除回收煤焦油、氨、苯族烃和硫等外,其余杂质只需清除到煤气在输送和使用中都不发生困难的程度即可。比较典型的处理方法和工艺系统有两大类。根据鼓风机设置位置不同分为正压和半负压工艺系统。
1.正压操作系统
焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在初冷器的后面,如图1-5所示。
图1-5 正压下操作的焦炉煤气处理系统
2.半负压操作系统
焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在电捕(煤)焦油器(习惯称电捕焦油器,下同)的后面,如图1-6所示。
图1-6 半负压下操作的焦炉煤气处理系统
对民用焦炉煤气,其中的杂质必须清除到较彻底的程度,处理系统与上述基本相同,另加干法脱硫以达到深度脱除硫化氢和氰化氢的目的。如需远距离输送,在煤气储柜后需加压缩机和深冷脱湿。
经处理后的煤气净制程度可达到表1-2所列标准。
表1-2 焦炉煤气的净制程度
在图1-5、图1-6所示处理系统中,鼓风机分别位于初冷器后或电捕焦油器的后面,自鼓风机以后的全系统均处于正压下操作。由于鼓风机后煤气温升到50℃左右,对选用半直接饱和器法(需55℃左右)或冷弗萨姆法(需55℃)回收氨的系统特别适用。又因在正压下操作,煤气体积小,有关设备及煤气管道尺寸相应较小;吸收氨、苯族烃等的吸收推动力较大,有利于提高吸收速率和回收率。
目前我国焦化厂广泛采用在半负压下操作的焦炉煤气净化系统,如图1-5所示,采用正压脱硫,脱硫设置在鼓风机后,也有些企业从节能和提高产品收率及质量角度出发,采用如下方法改进流程。
①负压脱硫,将脱硫设置在鼓风机前,电捕焦油器后,脱硫在负压下操作,可以省去正压脱硫系统中的预冷塔和喷淋式饱和器前的煤气预热器,节省了设备费和操作费。
②真空碳酸钾法脱硫,装置设在洗苯塔后,副产硫黄或硫酸。
③负压洗苯,将洗苯设置在初冷后,可以省去洗苯前终冷洗萘环节,个别小焦化厂采用。
二、在负压下操作的焦炉煤气处理系统
在采用水洗氨的系统中,因洗氨塔操作温度尽可能低些(22~25℃)为宜,故鼓风机可设在煤气净化系统的最后,这就是全负压工艺流程。负压下操作的焦炉煤气处理系统如图1-7所示。
图1-7 负压下操作的焦炉煤气处理系统
全负压流程中的设备均处于负压下操作,鼓风机入口压力为-7~-10kPa,机后压力为15~17kPa。此种系统发展于德、法等国,目前中国也有采用。
全负压处理系统具有如下优点:
①不必设置煤气终冷系统和黄血盐系统。
②可减少低温水用量,总能耗亦有所降低。
③净煤气经鼓风机压缩升温后,成为过热煤气,远距离输送时,冷凝液甚少,减轻了管道腐蚀。
全负压处理系统也存在如下缺点:
①负压状态下,煤气体积增大,有关设备及煤气管道相应增大。例如洗苯塔直径增加7%~8%。
②负压设备与管道越多,漏入空气的可能性越大,需特别加强密封。
③在较大的负压下,煤气中硫化氢、氨和苯族烃的分压也低,减少了吸收推动力。据计算,负压操作下苯族烃回收率比正压操作时降低2.4%。
综上所述,全负压回收工艺可供采用水洗氨工艺或弗萨姆法生产无水氨工艺的回收系统选用。
化产回收车间回收的煤焦油和粗苯,均是组成复杂的液体混合物,进一步加工精制可得到各种有用产品,也可作为商品出售。
三、粗苯加工生产流程系统
粗苯工段生产的粗苯,经两苯塔分馏为轻苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的绝大部分和硫化物的大部分及50%的不饱和化合物聚集于轻苯中,苯乙烯、古马隆和茚等高沸点不饱和化合物聚集于重苯中。轻苯和重苯分别加工。粗苯精制加工生产流程系统见图1-8。
图1-8 粗苯精制加工生产流程系统
四、煤焦油加工生产流程系统
冷凝工段生产的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠状液体,其中含有上万种的物质,需经过预处理蒸馏切取组分集中的各种馏分,再对各种馏分用酸碱洗涤、蒸馏、聚合、结晶等方法进行处理提取纯产品。煤焦油加工生产流程系统见图1-9和图1-10。
图1-9 煤焦油加工生产流程系统
图1-10 煤焦油馏分精制加工系统
煤焦油和粗苯的精制车间一般设于同一焦化厂内,这样使生产规模、生产品种及技术发展等均受到限制。
近年来的发展趋势是将焦化厂生产的粗煤焦油和粗苯集中加工。目前有些国家的煤焦油加工厂的处理能力达到每年150万吨煤焦油以上,产品品种超过200种,质量优良。粗苯的集中加工处理能力也达到了每年28万吨,且采用加氢精制技术,可生产出多种优质产品。集中加工可合理利用新技术,劳动生产率高,有利于环境保护,特别是可以从中提取出浓度很低,产量不大,而价值却较高的物质。现已逐步在许多国家得到利用。目前中国已投产的煤焦油加工机组能力达到每年30万吨,粗苯加工机组能力达到每年10万吨。
五、焦炉煤气的资源化利用
焦炉煤气的利用目前主要是作为燃料用于城市煤气、工业窑炉或发电。焦炉煤气作为城市煤气具有良好的社会效益和环境效益,但随着我国的天然气和石油液化气的开发利用,逐渐取代了焦炉煤气;作为工业窑炉的燃料,适合于产品具有较高附加值的企业;发电则效率较低,经济效益较差。因此,将焦炉煤气作为原料气,进一步深加工则是其综合利用的较好途径。焦炉煤气作为原料气,可以生产合成氨、尿素,可以生产甲醇,甲醇是一碳工业原料,可以作为很多重要化工产品的原料,同时还可以作为汽车燃料,以解决汽油的紧缺;还可以用焦炉煤气制氢用于燃料电池;用焦炉煤气制压缩天然气(CNG),制液化天然气(LNG),这些工业化生产在我国已被应用。焦炉煤气热裂解为还原性气体,可以用来生产海绵铁,这将是当今钢铁生产中的一场重大革命。所以焦炉煤气作为原料气利用,无论从环境保护还是战略需要来看,都有着不可估量的前景。