煤焦化粗苯生產精苯預處理工序的工藝改進

胡寧

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司焦化廠，山東 濟南 271104)

0 引言

焦化粗苯是一種黃色、透明的油狀液體，在水中略微可溶。在貯存過程中，低沸點的不飽和物質可能會發生氧化聚合反應，形成類似樹脂的物質，這些物質可以溶解在粗苯中，導致顏色變黑。粗苯具有易揮發、易燃的性質，其閃點為12 ℃，初餾點介于40～60 ℃之間。粗苯是一種非常復雜的芳香族化合物，主要由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯組成。此外，粗苯中還包含不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚和呲咤堿等物質。

1 煤焦化粗苯生產精苯的預處理工序

在煤焦化粗苯生產過程中，精苯預處理工序是保證后續脫苯工序正常運行的關鍵環節。隨著焦爐規模的不斷擴大，傳統粗苯預處理工藝在流程、設備、操作等方面已不能滿足生產需求。因此，對原有粗苯預處理工藝進行改造，優化流程，改進設備，是粗苯預處理工序的當務之急。多次現場調研及工藝試驗，在保證粗苯產品質量的前提下，將粗苯預處理工序的粗苯溫度由90 ℃降至75 ℃，并將原精苯中的酸性氣改為干餾尾氣回收系統；在原有蒸汽管網基礎上增加了蒸汽分配閥及蒸汽再循環泵；對精苯預處理系統中的冷卻設備進行改造等一系列工藝改進后，粗苯預處理工序可順利穩定運行，并取得了良好的效果。

1.1 粗苯預處理工序工藝流程

粗苯預處理工序是對焦油蒸餾工序的殘留物進行凈化處理，并進一步回收其中的粗苯、甲醇等產品，以減少粗苯脫苯塔的負荷，為后續脫苯工序提供充足的原料。將粗苯母液通過粗苯冷卻器進入粗苯冷卻塔，粗苯母液在冷卻器內與空氣接觸進行熱交換后進入塔內。塔內粗苯經換熱器冷卻后，被送入脫苯塔進行脫除。脫苯塔頂粗苯為精苯，再經精苯泵送至精制塔頂，精制塔底精苯經過換熱器冷卻后，進入減壓塔。減壓塔底部精苯經過減壓后進入干餾尾氣回收系統，干餾尾氣通過過濾器過濾后進入蒸汽管網。在精苯預處理工序中，粗苯母液冷卻至80 ℃左右時，進入精苯預處理系統的酸性氣體冷卻器冷卻。經冷卻后的酸性氣體從塔頂排出后進入干餾尾氣回收系統。整個粗苯預處理工序在冷卻器內完成粗苯母液的冷卻和干餾尾氣的回收，傳統粗苯預處理工序中，粗苯經過冷卻器冷卻后，直接進入脫苯塔進行脫除。但在實際生產中，由于精苯溫度較高，為保證后續脫苯工序的正常運行，粗苯進入脫苯塔前需對粗苯進行冷卻。為防止粗苯中含有大量焦油，在精苯冷卻過程中需使用一定量的水降溫。此外，傳統的粗苯預處理工序中未設置干餾尾氣回收系統和蒸汽分配閥，且冷卻器為敞開式結構，沒有采用保溫措施。因此導致大量的熱量損失及粗苯母液無法得到充分利用[1]。

1.2 精苯冷卻器

精苯冷卻器作為粗苯預處理工序中的重要設備，其性能直接影響精苯的質量及后續脫苯工序的正常運行。傳統粗苯冷卻器，由殼體、管束及填料組成。當粗苯母液進入精苯冷卻器時，粗苯母液在管束中與空氣進行熱交換，由熱交換器出口排出。精苯母液進入換熱器前需對其進行降溫處理，以防止粗苯母液中含有大量焦油。傳統粗苯冷卻器沒有對其進行保溫處理，導致熱量損失較大。精苯冷卻器的主要作用是將粗苯母液冷卻至80 ℃左右后，送入脫苯塔進行脫除。但在實際生產中，由于精苯冷卻器的換熱效果差，導致粗苯母液溫度高達100 ℃以上，在這種高溫條件下粗苯母液中的焦油將大量析出并堵塞管束，不僅影響精苯質量及脫苯工序的正常運行，而且會導致脫苯塔堵塞等問題的發生。針對這一問題，本文提出了一種精苯冷卻器保溫改造方案：在換熱器上方加蓋一層保溫棉以防止精苯冷卻器內溫度過高。該方案主要由兩部分組成：第一部分為保溫棉；第二部分為加蓋保溫棉。保溫棉由保溫材料和保溫層組成。保溫層將冷卻器管束全部包裹起來，并采用纏繞式結構增加冷卻器的保溫效果。采用加蓋保溫棉后，可以有效防止粗苯母液溫度過高并在較長時間內保持穩定狀態。

1.3 酸性氣體冷卻器

酸性氣體冷卻器是粗苯預處理工序中的關鍵設備，它在整個粗苯預處理工序中起著至關重要的作用，是粗苯預處理工序中不可或缺的關鍵設備。酸性氣體冷卻器為一種敞開式結構，采用蒸汽作為熱能載體。冷卻器頂部為氣相入口，底部為液相入口，在冷卻過程中通過氣、液兩相之間的不斷接觸來實現熱量交換，從而達到冷卻的目的。酸性氣體冷卻器主要由塔體、換熱器、蒸汽分配閥、蒸汽再循環泵等組成。塔體由兩層板組成，外層板上布置有換熱管道，內層為活動板層。在塔體內層設有多個閥門和調節閥，在塔體的外側設置有排汽用的引管和排污用的引管，在塔體頂部設置有一臺蒸汽分配閥。塔體外層設有兩臺蒸汽再循環泵，用以冷卻塔體。酸性氣體冷卻器在實際使用過程中存在諸多問題，由于酸性氣體冷卻器不具備保溫措施，其內部熱量損失嚴重；由于酸性氣體冷卻器結構特殊且內部布置復雜，在運行過程中存在一定的安全隱患；由于酸性氣體冷卻器結構特殊且內部布置復雜，導致其檢修周期較短，每次檢修所需的時間較長，從而增加了檢修成本；由于酸性氣體冷卻器沒有保溫措施，導致其換熱效率較低。

1.4 干餾尾氣回收系統

干餾尾氣回收系統主要由減壓塔、干餾爐、凈化爐、過濾器、循環水泵等設備組成，干餾尾氣回收系統中的干餾爐負責將減壓塔底部的粗苯母液和減壓塔頂部的精苯進行氣相分離，并將分離出來的粗苯母液進入精苯冷卻器進行冷卻，最終被送往精苯泵送入脫苯塔進行脫除。經過干餾爐的氣體再經過凈化爐進行凈化處理，尾氣中含有的焦油和粗苯被收集起來，凈化后的氣體進入干餾爐進行干餾處理，同時回收其中的部分甲醇。經干餾爐處理后的氣體進入循環泵，經過蒸汽分配閥進入蒸汽管網，再由蒸汽分配閥進入精苯塔內。精苯塔頂氣體經循環泵加壓后進入精苯冷卻器，冷卻后的氣體被送入精苯塔進行脫除。這樣就完成了干餾尾氣的回收利用。同時由于系統中設置了過濾器，過濾后的氣體通過蒸汽分配閥進入蒸汽管網，從而實現了熱量的回收。

1.5 蒸汽分配閥

精苯冷卻器冷卻后直接進入減壓塔進行減壓，導致精苯溫度過高，無法達到后續脫苯工藝要求的溫度。因此，需要在粗苯預處理工序中設置蒸汽分配閥來完成精苯的冷卻。在第一級蒸汽分配閥中設置一個高壓儲油罐，其作用是將粗苯母液輸送至粗苯預處理工序的酸性氣體冷卻器，完成粗苯母液的冷卻。同時在粗苯預處理工序中設置一臺蒸汽再循環泵，其作用是將粗苯母液輸送至精苯冷卻器后，返回至高壓儲油罐進行儲存。第二級蒸汽分配閥中設置兩臺高壓儲油罐和一臺低壓儲油罐。在第一級蒸汽分配閥的低壓段管道上設置一臺蒸汽分配閥和一臺手動調節閥，低壓段管道上設置兩個高壓放空閥門。高壓段管道上設置一臺蒸汽再循環泵和一臺壓力調節閥。高壓液位計和壓力表分別安裝在高壓儲油罐與第一級蒸汽分配閥之間的低壓段管道上。粗苯預處理工序中設置有兩級蒸汽分配閥和一臺低壓再循環泵。粗苯母液在通過第一級蒸汽分配閥時，粗苯冷卻器的出口溫度可達到70 ℃左右；粗苯母液進入第二級蒸汽分配閥后，粗苯母液的溫度可降至60 ℃左右；粗苯經過第二級蒸汽分配閥后，粗苯冷卻器的出口溫度可降至30 ℃以下。由此可得，第一級蒸汽分配閥的作用是將粗苯冷卻至80 ℃左右；第二級蒸汽分配閥的作用是將粗苯冷卻至50 ℃左右[2]。

2 改造前預處理工序存在的問題

(1) 原材料成分的多變性與焦炭生產和回收流程密切相關，其主要來源于多家化工企業。由于原材料成分和含量的不穩定性，預處理過程中需要控制輕質、混合質和重質成分的質量在一定范圍內。隨著原料成分的變化，其質量成分也會相應變化如表1 所示。因此，如果將不合格的輕組分添加到后續體系中，將對該體系產生較大的沖擊，導致生產質量下降，從而造成巨大的經濟損失。

表1 不同煉焦溫度下粗苯(180 ℃前餾分)中主要組分的含量

(2)粗苯預處理工序中，原粗苯預處理系統的處理能力為1 200 t/h，處理溫度為90 ℃。在精苯進入粗苯預處理工序之前，原精苯系統內的酸性氣體會對粗苯進行中和反應，并生成水煤氣(也稱為干餾尾氣)。在干餾尾氣回收系統中，含有少量的酸性氣體。這些酸性氣體具有毒性、腐蝕性，會對系統管道、設備造成嚴重腐蝕，進而影響到精苯生產工藝。

(3) 由于精苯預處理系統所需的蒸汽壓力為0.6 MPa，而蒸汽分配閥所需的壓力為0.3 MPa，蒸汽分配閥出口壓力只能在0.15 MPa 左右。這就導致了精苯預處理系統中蒸汽在經過干餾尾氣回收系統時，無法全部進入精苯預處理工序。因此，精苯預處理槽中的蒸汽會出現不均衡現象，且當精苯預處理槽中的壓力過低時，就會造成精苯預處理槽中蒸汽不能進入精苯預處理槽進行正常的反應。

(4)由于原粗苯預處理系統內存在大量的酸性氣體，同時干餾尾氣回收系統也有少量的酸性氣體排出，所以當原粗苯預處理槽內壓力過低時，就會造成精苯預處理槽內的酸性氣體無法進入到干餾尾氣回收系統。

3 工藝改進措施

粗苯預處理工序生產流程：粗苯在精苯前先被加熱至75 ℃，然后進入粗苯預熱器。粗苯預熱后的溫度為85～90 ℃，經精苯壓縮機冷卻至25～30 ℃，再進入精苯前冷卻塔。在精苯預冷卻塔內，與粗苯一起冷卻至25 ℃的氣體是酸性氣體，通過塔頂、塔壁、塔底排出。此外，在粗苯預處理工序中還存在著大量的尾氣，如精苯和酸性氣一起回收利用時，可以降低廢熱鍋爐的運行成本。為了降低粗苯預處理工序中的酸性氣含量，對原有系統進行了以下改造：

(1)將粗苯加熱爐出口溫度由90 ℃降至75 ℃。在將精苯加熱爐出口溫度降至75 ℃后，通過調節干餾尾氣回收系統的蒸汽分配閥及蒸汽再循環泵的運行參數，實現粗苯冷卻塔內酸性氣體的回收利用。

(2) 在原干餾尾氣回收系統管道上增加了一個蒸汽分配閥。當精苯預處理工序需要較高溫度的氣體時，可通過此閥將低壓粗苯送入干餾尾氣回收系統；當精苯冷卻塔內溫度過高時，可通過此閥將粗苯冷至25 ℃以下再進入干餾尾氣回收系統。在精苯預處理工序中，精苯預冷卻塔內的氣體由循環干餾尾氣回收系統送出，精苯經干餾尾氣回收系統后，進入粗苯循環使用[3]。

4 效果及效益

將原精苯中的酸性氣改為干餾尾氣回收系統，每年可回收尾氣約20 t，在保證產品質量的同時，減少了酸性廢氣對環境的污染。粗苯預處理系統中的冷卻設備進行改造后，可實現粗苯預處理系統中粗苯的冷卻效果，保障了粗苯產品質量。在原有蒸汽管網基礎上增加了蒸汽分配閥及蒸汽再循環泵，并對精苯預處理系統中的冷卻設備進行改造后，粗苯預處理工序可實現連續生產。在粗苯預處理工序中增加了兩臺蒸汽分配閥及兩臺蒸汽再循環泵，以保證精苯產品質量。通過對粗苯預處理系統進行一系列改造后，精苯產品質量及精苯回收率得到明顯提高，可滿足后續脫苯工序對精苯產品的要求。通過對粗苯預處理系統中的冷卻器進行改造后，精苯預處理系統中冷卻水用量減少至原來的20%，每年可節約用水約20 t。

5 結語

通過對粗苯預處理工序進行一系列技術改進，有效解決了原有工藝流程中存在的問題，實現了粗苯預處理工序的穩定運行。通過對精苯冷卻系統進行改造，減少了蒸汽管網系統壓力波動對精苯質量的影響。通過對粗苯預處理工藝進行改進，有效提高了精苯產品質量，達到了預期效果。