横管式煤气初冷器工艺设计

炼焦过程产生的荒煤气含有少量的各种杂质，对煤气的输送利用及后续工序处理都会产生不利影响。如；萘能以固体结晶析出、沉积，造成管道及设备堵塞；焦油会给回收氯、苯等工艺操作带来不利影响，并会因变质硬化或与粉尘混合而产生堵塞物，水能溶解煤气中的水溶性酸碱物质而引起腐蚀：硫化物能腐蚀设备，生成硫化铁引起堵塞，燃烧生成二氧化硫污染大气；不饱和烃类能形成聚合物，引起设备及管路发生故障。故自焦炉导出的荒煤气需以一定顺序进行处理，以便回收其中的焦油、粗苯、氨、萘、硫等化学产品，并得到净化的煤气在荒煤气的处理及化产回收过程中，选择好的初冷工艺技术方案、确保正常操作是整个煤气净化工艺的基础和关键。

1. 焦炉煤气的初冷器简介

1．1 初冷流程简述来自焦炉集气管的温度为8O℃～85℃的荒煤气通过煤气初冷器进行冷凝冷却，将其中大部分焦油气和水汽冷凝下来。根据不同的净化回收工艺要求，将煤气冷却至21℃～23℃或25℃～30℃后送入下道工序。在冷却的同时，还应尽可能地除去焦油、萘和其它腐蚀性介质，以尽量地净化煤气。

1．2 煤气初冷器工艺设计

煤气初玲方式目前国内外广泛采用的有：直接冷却、直接冷却和问直混合冷却三种。设计时可根据不同的生产规模 工艺要求以及其它条件选择采用不同的冷却方式。

1．2．1 煤气的直接冷却

煤气的直接冷却是在直冷塔内由煤气和冷却氨水直接接触传热传质而完成的，在冷却煤气的同时，还有部分腐蚀性介质和焦油雾、萘被喷淋氨水带走直冷塔有空喷塔和填料塔两种。目前较常用的是耐温型聚丙烯花环填料塔。直接冷却具有冷却效率较高、煤气压力损失小、不易堵塞以及建设投资小等优点，但也具有工艺流程较复杂、煤气出口温度高、动力消耗较大、液气比大、氨水冷却器数量多、且易堵 占地面积大等缺点所以目前只在一些小型焦化厂的初期建设中采用。

1．2. 2 煤气的间接初冷

煤气的间接冷却是荒煤气与冷却水间接换热来达到冷凝冷却之目的，将煤气中的太部分焦袖、水和萘分离出来。煤气问冷器分立管式和横管式两种形式。在现在运行的大中型焦化厂多采用立管式冷却器，但其具有传热系数小、热效率低、煤气出口含萘量高、冷却器后段易形成萘堵塞造成阻力变大、清扫频繁等缺点。特别是近几年随着横管冷却器的不断改进与发展，已很少再采用立管式冷却器。横管式冷却器由于增加了管间的氨水、轻焦油喷洒，不仅可在管外形成液膜，提高传热传质效果，而且可以从上而下冲洗传热管，防止萘和焦油的沉积，除萘效果也较立管式好，再加上横管冷却器提高了冷却水的流速，一般可达1m／s～2m／s，煤气流速也可达0．5 m／s 0．7 m／s，且煤气与冷凝液的流向相同，因此总传热系数可高达836 k．r／(m ·h·℃)～1 627kJ／(m h·℃)，几乎比立管式冷却器(传热系数是418 kJ／(m ·h·℃)～627 kJ／(m ·h-℃)高出一倍多，从而可大幅度降低冷却器的换热面积。另外密集的冷却管束还可起到分离焦油雾和水雾的挡板作用，并可使煤气产生湍动和撞击，而得到均匀冷却，提高传热传质效率。同时由于下段是与低温水间接换热，故出口煤气温度可降至21℃～22℃，比直冷式低5℃～7℃。

1．2．3 间直混合冷却

间直混合冷却工艺是间接冷却与直接冷却相结台的方式，即用问接冷却器将煤气从80℃～85℃冷却至50℃～55℃后，再用直接冷却器进一步冷却。在问冷阶段，由于温差大，玲凝液量多和萘量相对较小，传热系数高，可大幅度减少所需的传热面积；而在直冷阶段，可充分发挥煤气净化的效果，降低煤气中含萘量和腐蚀性介质，而不易堵塞。但也存在流程复杂、设备多、能耗高和占地面积大等缺点，因此国内很少采用此工艺。

2. 横管式初冷器工艺设计

通过以上三种冷却方式的比较，建议采用横管式间接冷却工艺。

2．1 工艺流程的确定

主要遵循以下原则：a)工艺上先进合理，能冷却煤气，并尽量地去除煤气中的焦油、萘及腐蚀性介质。b)力求作到节能降耗。c)设备在运行过程中要达到好的效果、稳定、运行周期长。由此确定的初冷工艺流程如图1。

2．2 流程特点

a)台理地利用了余热，达到节能之目的。b)横冷器三段采用冷冻水循环使用，从而大量减少了新鲜水的用量。c)将除萘与初冷相结合，从而省去了后续工序的脱萘装置，缩短了煤气流程，节省了投资。d)煤气冷却温度低．对后续回收工序打下了良好的基础。

2．3 设备布置

横冷器的布置遵循下列原则：

a)一般正对鼓风机室按单排排列，初冷器出口煤气总管中线与相邻鼓风机室的行列线距离不小于i0 D1。

b)横冷器中线与煤气进出口总管中线及相邻两台的中点距均需考虑足够的位置，以便于设备、管道的安装及操作。

c)初冷器的基础高度应满足使初冷器排出的冷凝液在负压为0．5 D1水柱的条件下，能顺畅地自流入有关的冷凝液液封设备中。一般可放置在相对标高为2 m的单独基础上或相对标高不小于3．5 m且连成整体的操作平台上。

d)初冷器操作平台布置应满足下列要求：使初冷器煤气进出口管、冷却水进出口管、冷凝液管、蒸汽清扫管、放散管及取样管的阀门便于操作，方便各点温度的观测；初冷器顶部操作平台的设计，应考虑用人工或机械清理水垢时的方便和safe。

2．4 预期效果

a)由于余热回收用于采暖，就20 t／a焦化厂初冷工艺而言，每年可回收热量24、3 GJ，折合成标准煤为829t／a。b)由于冷冻水的利用，每年可节约新鲜水525 600t

3. 结论

3．1 本工艺在传统初冷工艺的基础上，对横管初冷器进行了改造，将两段式改为三段式，将塔体直通式改为分段式，将下段喷洒的焦油单独循环，达到了设计预期的目的。

3．2 本工艺节能、节水，具有明显的经济效益和社会效益。