焦炉煤气回收粗苯工艺的设计

祁 军

（山西焦煤集团五麟煤焦开发有限责任公司，山西 汾阳 033000）

引 言

煤炭作为我国的主要能源之一，其也是我国经济发展的主要动力之一。不同形式的煤由于其独特的性质和优势，以多种形式应用于各个行业。其中，煤炭主要应用于火力发电行业中；煤气主要应用于居民的日常生活中；焦炭在燃烧过程中能够产生大量的热量，主要应用炼钢企业中［1］。焦炭是煤在焦化厂中炼焦的产物，在炼焦的过程中有75%的煤炭转化为焦炭，其余25%转化为各种化学品和煤气。据统计表明，从焦炉煤气、粗苯、煤焦油中可提炼出上百种焦化产品。

粗苯作为煤炭炼焦过程中的产物，具有不溶于水、易燃、易爆、易中毒的特点。粗苯是一种由多种有机物组成的混合物。在工业应用中，粗苯不仅可以制成丙酮、苯酚等物质，还能够加工成为橡胶、纤维等产品［2］。除此之外，粗苯还可通过精加工制得甲苯、二甲苯、纯苯等产品。因此，不论从工业生产的安全性，还是从充分利用焦化产品、综合利用煤炭资源等方面都需对焦炉气中的粗苯进行回收。实现对焦炉煤气中粗苯的回收不仅可以净化焦炉煤气，还能够获得更有经济价值的粗苯。

1 粗苯回收理论研究

1.1 回收粗苯方法研究

目前，在工业生产中从焦炉煤气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结法。其中，洗油吸收法采用不同的装置可以得到不同的产品。具体可以生产粗泵，轻苯和重泵，萘溶剂油、轻苯和精重苯［3］。采用活性炭吸附法回收粗苯具有设备投资少、能耗低、回收率高的优势；但长期采用活性炭吸附法容易导致活性炭堵塞，从而影响其吸附能力。深冷凝结法是通过将焦炉煤气的温度降低至45℃左右，使苯族烃固化后分离出来。此方法所得到粗苯的质量较高，但采用此方法设备投资较高，能耗较高。由于技术局限，目前深冷凝结法还未在我国推广应用。因此，目前性价比最高的回收粗苯的方法为洗油吸收法。

1.2 粗苯回收率影响因素分析

所谓粗苯回收率指的是在洗苯塔中被回收粗苯的含量。粗苯回收率的计算如式（1）所示：

其中，a1为焦炉煤气进入洗苯塔时苯的含量；a2为焦炉煤气出洗苯塔时苯的含量。经分析可知，影响焦炉煤气粗苯回收率的主要因素包括有：吸收温度、洗油的循环量、洗苯塔内填料的表面积、焦炉煤气的压力和流速等。

1.3 洗苯工艺对比分析

目前，应用于洗油吸收法回收粗苯的操作压力可分为加压吸收法、常压吸收法以及负压吸收法。其中，加压吸收法的能耗较大适用于焦炉煤气的远距离输送；常压吸收法的压力稍高于大气压，被广泛应用；负压吸收法主要应用于全负压焦炉煤气净化系统［4］。

因此，在综合考虑各回收粗苯工艺优缺点和焦化厂实际生产情况的基础上，选用常压吸收法实现对焦炉煤气中粗苯的回收。

2 工艺选择

2.1 洗苯工艺的确定

洗苯工艺的确定：采用常压吸收法对焦炉煤气中的粗苯进行清洗操作。

本文洗苯工艺采用洗油吸收法实现。实际生产中可采用焦油和石油来完成对焦炉煤气中苯物质的清洗。其中，采用石油洗油洗苯工艺能耗较低且操作简单。但是，采用石油洗油洗苯工艺的效率较低，故循环洗油比焦油洗油时油的耗能大［5］。此外，石油洗油洗苯工艺需充分考虑在洗油操作中油渣对设备造成堵塞的情况。因此，在上述分析的基础针对洗苯操作采用焦油洗油洗苯工艺实现。

2.2 脱苯工艺的确定

经洗苯操作后的富油还需经脱苯操作后才可得到粗泵。一般情况下，常采用蒸馏的方式将粗苯蒸出来。但是，在实际生产中将富油的温度加热至250℃以上才能达到脱苯的效果，而富油加热至250℃以上在工业中是不可能实现的。因此，常将富油通过蒸汽加热和管式炉加热的方法达到上述目的。经实践表明，管式炉加热蒸馏的方法具有粗苯回收率高、耗能少的特点。因此，本文脱苯工艺采用管式炉加热蒸馏的方法实现。

3 设备的选型设计

焦炉煤气回收粗苯的操作中以洗苯和脱苯操作为核心。因此，本节将对执行洗苯操作的洗苯塔和执行脱苯操作的管式炉进行选型设计。

3.1 洗苯塔填料的选择

经研究可知，适当提高填料的比表面积能够增加洗油与焦炉煤气的接触面积，从而提升系统传质效率，最终达到提升富油中苯的含量的目的。因此，在本文中焦炉煤气回收粗苯操作中的洗苯工艺应选用不锈钢波纹或者瓷环作为填料。

在实际洗苯工艺的操作中会产生油渣和黏性物质，故需定期对洗苯塔进行清洗。因此，在频繁的清洗操作下对填料的强度及耐高温性能提出了较高的要求。鉴于瓷环容易破碎，故选用不锈钢波纹作为填料，从而降低作业人员的劳动强度。

3.2 管式炉的选择

管式炉为脱苯操作的关键设备。因此，脱苯的效果在一定程度上由管式炉的性能所决定。为了保证管式炉充分发挥其性能，选用316L材质作为高温管道和管式炉炉管的材料，进而提升管式炉及耐高温管的强度和耐腐蚀性，延长管式炉的使用寿命，提升了脱苯操作的效率。

此外，在对富油进行加热时，为了降低加热过程中的能耗采用阶梯式加热方式。首先，在对流段对换热器中的富油进行加热，待富油进入辐射段后进一步提升其温度，实现对富油温度的调节，在达到蒸馏效果的同时降低系统的能耗。

4 结语

焦炉煤气作为煤炭所存在的一种形式，由于其独特的性质被广泛应用于工业中。但是，在焦炉煤气的生产过程中会含有一定量的苯类化合物，此类苯类化合物不仅影响焦炉煤气的安全性，而且还造成了能源的浪费。因此，在焦炉煤气的生产过程中应对其中的粗苯进行回收。在回收操作中还应尤其注意洗苯和脱苯工艺及相关设备的选型以提升粗苯回收率。