焦爐煤氣回收粗苯工藝的設計

祁 軍

（山西焦煤集團五麟煤焦開發有限責任公司，山西 汾陽 033000）

引 言

煤炭作為我國的主要能源之一，其也是我國經濟發展的主要動力之一。不同形式的煤由于其獨特的性質和優勢，以多種形式應用于各個行業。其中，煤炭主要應用于火力發電行業中；煤氣主要應用于居民的日常生活中；焦炭在燃燒過程中能夠產生大量的熱量，主要應用煉鋼企業中［1］。焦炭是煤在焦化廠中煉焦的產物，在煉焦的過程中有75%的煤炭轉化為焦炭，其余25%轉化為各種化學品和煤氣。據統計表明，從焦爐煤氣、粗苯、煤焦油中可提煉出上百種焦化產品。

粗苯作為煤炭煉焦過程中的產物，具有不溶于水、易燃、易爆、易中毒的特點。粗苯是一種由多種有機物組成的混合物。在工業應用中，粗苯不僅可以制成丙酮、苯酚等物質，還能夠加工成為橡膠、纖維等產品［2］。除此之外，粗苯還可通過精加工制得甲苯、二甲苯、純苯等產品。因此，不論從工業生產的安全性，還是從充分利用焦化產品、綜合利用煤炭資源等方面都需對焦爐氣中的粗苯進行回收。實現對焦爐煤氣中粗苯的回收不僅可以凈化焦爐煤氣，還能夠獲得更有經濟價值的粗苯。

1 粗苯回收理論研究

1.1 回收粗苯方法研究

目前，在工業生產中從焦爐煤氣中回收粗苯的方法主要包括洗油吸收法、活性炭吸附法以及深冷凝結法。其中，洗油吸收法采用不同的裝置可以得到不同的產品。具體可以生產粗泵，輕苯和重泵，萘溶劑油、輕苯和精重苯［3］。采用活性炭吸附法回收粗苯具有設備投資少、能耗低、回收率高的優勢；但長期采用活性炭吸附法容易導致活性炭堵塞，從而影響其吸附能力。深冷凝結法是通過將焦爐煤氣的溫度降低至45℃左右，使苯族烴固化后分離出來。此方法所得到粗苯的質量較高，但采用此方法設備投資較高，能耗較高。由于技術局限，目前深冷凝結法還未在我國推廣應用。因此，目前性價比最高的回收粗苯的方法為洗油吸收法。

1.2 粗苯回收率影響因素分析

所謂粗苯回收率指的是在洗苯塔中被回收粗苯的含量。粗苯回收率的計算如式（1）所示：

其中，a1為焦爐煤氣進入洗苯塔時苯的含量；a2為焦爐煤氣出洗苯塔時苯的含量。經分析可知，影響焦爐煤氣粗苯回收率的主要因素包括有：吸收溫度、洗油的循環量、洗苯塔內填料的表面積、焦爐煤氣的壓力和流速等。

1.3 洗苯工藝對比分析

目前，應用于洗油吸收法回收粗苯的操作壓力可分為加壓吸收法、常壓吸收法以及負壓吸收法。其中，加壓吸收法的能耗較大適用于焦爐煤氣的遠距離輸送；常壓吸收法的壓力稍高于大氣壓，被廣泛應用；負壓吸收法主要應用于全負壓焦爐煤氣凈化系統［4］。

因此，在綜合考慮各回收粗苯工藝優缺點和焦化廠實際生產情況的基礎上，選用常壓吸收法實現對焦爐煤氣中粗苯的回收。

2 工藝選擇

2.1 洗苯工藝的確定

洗苯工藝的確定：采用常壓吸收法對焦爐煤氣中的粗苯進行清洗操作。

本文洗苯工藝采用洗油吸收法實現。實際生產中可采用焦油和石油來完成對焦爐煤氣中苯物質的清洗。其中，采用石油洗油洗苯工藝能耗較低且操作簡單。但是，采用石油洗油洗苯工藝的效率較低，故循環洗油比焦油洗油時油的耗能大［5］。此外，石油洗油洗苯工藝需充分考慮在洗油操作中油渣對設備造成堵塞的情況。因此，在上述分析的基礎針對洗苯操作采用焦油洗油洗苯工藝實現。

2.2 脫苯工藝的確定

經洗苯操作后的富油還需經脫苯操作后才可得到粗泵。一般情況下，常采用蒸餾的方式將粗苯蒸出來。但是，在實際生產中將富油的溫度加熱至250℃以上才能達到脫苯的效果，而富油加熱至250℃以上在工業中是不可能實現的。因此，常將富油通過蒸汽加熱和管式爐加熱的方法達到上述目的。經實踐表明，管式爐加熱蒸餾的方法具有粗苯回收率高、耗能少的特點。因此，本文脫苯工藝采用管式爐加熱蒸餾的方法實現。

3 設備的選型設計

焦爐煤氣回收粗苯的操作中以洗苯和脫苯操作為核心。因此，本節將對執行洗苯操作的洗苯塔和執行脫苯操作的管式爐進行選型設計。

3.1 洗苯塔填料的選擇

經研究可知，適當提高填料的比表面積能夠增加洗油與焦爐煤氣的接觸面積，從而提升系統傳質效率，最終達到提升富油中苯的含量的目的。因此，在本文中焦爐煤氣回收粗苯操作中的洗苯工藝應選用不銹鋼波紋或者瓷環作為填料。

在實際洗苯工藝的操作中會產生油渣和黏性物質，故需定期對洗苯塔進行清洗。因此，在頻繁的清洗操作下對填料的強度及耐高溫性能提出了較高的要求。鑒于瓷環容易破碎，故選用不銹鋼波紋作為填料，從而降低作業人員的勞動強度。

3.2 管式爐的選擇

管式爐為脫苯操作的關鍵設備。因此，脫苯的效果在一定程度上由管式爐的性能所決定。為了保證管式爐充分發揮其性能，選用316L材質作為高溫管道和管式爐爐管的材料，進而提升管式爐及耐高溫管的強度和耐腐蝕性，延長管式爐的使用壽命，提升了脫苯操作的效率。

此外，在對富油進行加熱時，為了降低加熱過程中的能耗采用階梯式加熱方式。首先，在對流段對換熱器中的富油進行加熱，待富油進入輻射段后進一步提升其溫度，實現對富油溫度的調節，在達到蒸餾效果的同時降低系統的能耗。

4 結語

焦爐煤氣作為煤炭所存在的一種形式，由于其獨特的性質被廣泛應用于工業中。但是，在焦爐煤氣的生產過程中會含有一定量的苯類化合物，此類苯類化合物不僅影響焦爐煤氣的安全性，而且還造成了能源的浪費。因此，在焦爐煤氣的生產過程中應對其中的粗苯進行回收。在回收操作中還應尤其注意洗苯和脫苯工藝及相關設備的選型以提升粗苯回收率。