煤焦化粗苯生产精苯预处理工序的工艺改进

胡宁

(山东钢铁股份有限公司莱芜分公司焦化厂，山东 济南 271104)

0 引言

焦化粗苯是一种黄色、透明的油状液体，在水中略微可溶。在贮存过程中，低沸点的不饱和物质可能会发生氧化聚合反应，形成类似树脂的物质，这些物质可以溶解在粗苯中，导致颜色变黑。粗苯具有易挥发、易燃的性质，其闪点为12 ℃，初馏点介于40～60 ℃之间。粗苯是一种非常复杂的芳香族化合物，主要由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯组成。此外，粗苯中还包含不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚和呲咤碱等物质。

1 煤焦化粗苯生产精苯的预处理工序

在煤焦化粗苯生产过程中，精苯预处理工序是保证后续脱苯工序正常运行的关键环节。随着焦炉规模的不断扩大，传统粗苯预处理工艺在流程、设备、操作等方面已不能满足生产需求。因此，对原有粗苯预处理工艺进行改造，优化流程，改进设备，是粗苯预处理工序的当务之急。多次现场调研及工艺试验，在保证粗苯产品质量的前提下，将粗苯预处理工序的粗苯温度由90 ℃降至75 ℃，并将原精苯中的酸性气改为干馏尾气回收系统；在原有蒸汽管网基础上增加了蒸汽分配阀及蒸汽再循环泵；对精苯预处理系统中的冷却设备进行改造等一系列工艺改进后，粗苯预处理工序可顺利稳定运行，并取得了良好的效果。

1.1 粗苯预处理工序工艺流程

粗苯预处理工序是对焦油蒸馏工序的残留物进行净化处理，并进一步回收其中的粗苯、甲醇等产品，以减少粗苯脱苯塔的负荷，为后续脱苯工序提供充足的原料。将粗苯母液通过粗苯冷却器进入粗苯冷却塔，粗苯母液在冷却器内与空气接触进行热交换后进入塔内。塔内粗苯经换热器冷却后，被送入脱苯塔进行脱除。脱苯塔顶粗苯为精苯，再经精苯泵送至精制塔顶，精制塔底精苯经过换热器冷却后，进入减压塔。减压塔底部精苯经过减压后进入干馏尾气回收系统，干馏尾气通过过滤器过滤后进入蒸汽管网。在精苯预处理工序中，粗苯母液冷却至80 ℃左右时，进入精苯预处理系统的酸性气体冷却器冷却。经冷却后的酸性气体从塔顶排出后进入干馏尾气回收系统。整个粗苯预处理工序在冷却器内完成粗苯母液的冷却和干馏尾气的回收，传统粗苯预处理工序中，粗苯经过冷却器冷却后，直接进入脱苯塔进行脱除。但在实际生产中，由于精苯温度较高，为保证后续脱苯工序的正常运行，粗苯进入脱苯塔前需对粗苯进行冷却。为防止粗苯中含有大量焦油，在精苯冷却过程中需使用一定量的水降温。此外，传统的粗苯预处理工序中未设置干馏尾气回收系统和蒸汽分配阀，且冷却器为敞开式结构，没有采用保温措施。因此导致大量的热量损失及粗苯母液无法得到充分利用[1]。

1.2 精苯冷却器

精苯冷却器作为粗苯预处理工序中的重要设备，其性能直接影响精苯的质量及后续脱苯工序的正常运行。传统粗苯冷却器，由壳体、管束及填料组成。当粗苯母液进入精苯冷却器时，粗苯母液在管束中与空气进行热交换，由热交换器出口排出。精苯母液进入换热器前需对其进行降温处理，以防止粗苯母液中含有大量焦油。传统粗苯冷却器没有对其进行保温处理，导致热量损失较大。精苯冷却器的主要作用是将粗苯母液冷却至80 ℃左右后，送入脱苯塔进行脱除。但在实际生产中，由于精苯冷却器的换热效果差，导致粗苯母液温度高达100 ℃以上，在这种高温条件下粗苯母液中的焦油将大量析出并堵塞管束，不仅影响精苯质量及脱苯工序的正常运行，而且会导致脱苯塔堵塞等问题的发生。针对这一问题，本文提出了一种精苯冷却器保温改造方案：在换热器上方加盖一层保温棉以防止精苯冷却器内温度过高。该方案主要由两部分组成：第一部分为保温棉；第二部分为加盖保温棉。保温棉由保温材料和保温层组成。保温层将冷却器管束全部包裹起来，并采用缠绕式结构增加冷却器的保温效果。采用加盖保温棉后，可以有效防止粗苯母液温度过高并在较长时间内保持稳定状态。

1.3 酸性气体冷却器

酸性气体冷却器是粗苯预处理工序中的关键设备，它在整个粗苯预处理工序中起着至关重要的作用，是粗苯预处理工序中不可或缺的关键设备。酸性气体冷却器为一种敞开式结构，采用蒸汽作为热能载体。冷却器顶部为气相入口，底部为液相入口，在冷却过程中通过气、液两相之间的不断接触来实现热量交换，从而达到冷却的目的。酸性气体冷却器主要由塔体、换热器、蒸汽分配阀、蒸汽再循环泵等组成。塔体由两层板组成，外层板上布置有换热管道，内层为活动板层。在塔体内层设有多个阀门和调节阀，在塔体的外侧设置有排汽用的引管和排污用的引管，在塔体顶部设置有一台蒸汽分配阀。塔体外层设有两台蒸汽再循环泵，用以冷却塔体。酸性气体冷却器在实际使用过程中存在诸多问题，由于酸性气体冷却器不具备保温措施，其内部热量损失严重；由于酸性气体冷却器结构特殊且内部布置复杂，在运行过程中存在一定的安全隐患；由于酸性气体冷却器结构特殊且内部布置复杂，导致其检修周期较短，每次检修所需的时间较长，从而增加了检修成本；由于酸性气体冷却器没有保温措施，导致其换热效率较低。

1.4 干馏尾气回收系统

干馏尾气回收系统主要由减压塔、干馏炉、净化炉、过滤器、循环水泵等设备组成，干馏尾气回收系统中的干馏炉负责将减压塔底部的粗苯母液和减压塔顶部的精苯进行气相分离，并将分离出来的粗苯母液进入精苯冷却器进行冷却，最终被送往精苯泵送入脱苯塔进行脱除。经过干馏炉的气体再经过净化炉进行净化处理，尾气中含有的焦油和粗苯被收集起来，净化后的气体进入干馏炉进行干馏处理，同时回收其中的部分甲醇。经干馏炉处理后的气体进入循环泵，经过蒸汽分配阀进入蒸汽管网，再由蒸汽分配阀进入精苯塔内。精苯塔顶气体经循环泵加压后进入精苯冷却器，冷却后的气体被送入精苯塔进行脱除。这样就完成了干馏尾气的回收利用。同时由于系统中设置了过滤器，过滤后的气体通过蒸汽分配阀进入蒸汽管网，从而实现了热量的回收。

1.5 蒸汽分配阀

精苯冷却器冷却后直接进入减压塔进行减压，导致精苯温度过高，无法达到后续脱苯工艺要求的温度。因此，需要在粗苯预处理工序中设置蒸汽分配阀来完成精苯的冷却。在第一级蒸汽分配阀中设置一个高压储油罐，其作用是将粗苯母液输送至粗苯预处理工序的酸性气体冷却器，完成粗苯母液的冷却。同时在粗苯预处理工序中设置一台蒸汽再循环泵，其作用是将粗苯母液输送至精苯冷却器后，返回至高压储油罐进行储存。第二级蒸汽分配阀中设置两台高压储油罐和一台低压储油罐。在第一级蒸汽分配阀的低压段管道上设置一台蒸汽分配阀和一台手动调节阀，低压段管道上设置两个高压放空阀门。高压段管道上设置一台蒸汽再循环泵和一台压力调节阀。高压液位计和压力表分别安装在高压储油罐与第一级蒸汽分配阀之间的低压段管道上。粗苯预处理工序中设置有两级蒸汽分配阀和一台低压再循环泵。粗苯母液在通过第一级蒸汽分配阀时，粗苯冷却器的出口温度可达到70 ℃左右；粗苯母液进入第二级蒸汽分配阀后，粗苯母液的温度可降至60 ℃左右；粗苯经过第二级蒸汽分配阀后，粗苯冷却器的出口温度可降至30 ℃以下。由此可得，第一级蒸汽分配阀的作用是将粗苯冷却至80 ℃左右；第二级蒸汽分配阀的作用是将粗苯冷却至50 ℃左右[2]。

2 改造前预处理工序存在的问题

(1) 原材料成分的多变性与焦炭生产和回收流程密切相关，其主要来源于多家化工企业。由于原材料成分和含量的不稳定性，预处理过程中需要控制轻质、混合质和重质成分的质量在一定范围内。随着原料成分的变化，其质量成分也会相应变化如表1 所示。因此，如果将不合格的轻组分添加到后续体系中，将对该体系产生较大的冲击，导致生产质量下降，从而造成巨大的经济损失。

表1 不同炼焦温度下粗苯(180 ℃前馏分)中主要组分的含量

(2)粗苯预处理工序中，原粗苯预处理系统的处理能力为1 200 t/h，处理温度为90 ℃。在精苯进入粗苯预处理工序之前，原精苯系统内的酸性气体会对粗苯进行中和反应，并生成水煤气(也称为干馏尾气)。在干馏尾气回收系统中，含有少量的酸性气体。这些酸性气体具有毒性、腐蚀性，会对系统管道、设备造成严重腐蚀，进而影响到精苯生产工艺。

(3) 由于精苯预处理系统所需的蒸汽压力为0.6 MPa，而蒸汽分配阀所需的压力为0.3 MPa，蒸汽分配阀出口压力只能在0.15 MPa 左右。这就导致了精苯预处理系统中蒸汽在经过干馏尾气回收系统时，无法全部进入精苯预处理工序。因此，精苯预处理槽中的蒸汽会出现不均衡现象，且当精苯预处理槽中的压力过低时，就会造成精苯预处理槽中蒸汽不能进入精苯预处理槽进行正常的反应。

(4)由于原粗苯预处理系统内存在大量的酸性气体，同时干馏尾气回收系统也有少量的酸性气体排出，所以当原粗苯预处理槽内压力过低时，就会造成精苯预处理槽内的酸性气体无法进入到干馏尾气回收系统。

3 工艺改进措施

粗苯预处理工序生产流程：粗苯在精苯前先被加热至75 ℃，然后进入粗苯预热器。粗苯预热后的温度为85～90 ℃，经精苯压缩机冷却至25～30 ℃，再进入精苯前冷却塔。在精苯预冷却塔内，与粗苯一起冷却至25 ℃的气体是酸性气体，通过塔顶、塔壁、塔底排出。此外，在粗苯预处理工序中还存在着大量的尾气，如精苯和酸性气一起回收利用时，可以降低废热锅炉的运行成本。为了降低粗苯预处理工序中的酸性气含量，对原有系统进行了以下改造：

(1)将粗苯加热炉出口温度由90 ℃降至75 ℃。在将精苯加热炉出口温度降至75 ℃后，通过调节干馏尾气回收系统的蒸汽分配阀及蒸汽再循环泵的运行参数，实现粗苯冷却塔内酸性气体的回收利用。

(2) 在原干馏尾气回收系统管道上增加了一个蒸汽分配阀。当精苯预处理工序需要较高温度的气体时，可通过此阀将低压粗苯送入干馏尾气回收系统；当精苯冷却塔内温度过高时，可通过此阀将粗苯冷至25 ℃以下再进入干馏尾气回收系统。在精苯预处理工序中，精苯预冷却塔内的气体由循环干馏尾气回收系统送出，精苯经干馏尾气回收系统后，进入粗苯循环使用[3]。

4 效果及效益

将原精苯中的酸性气改为干馏尾气回收系统，每年可回收尾气约20 t，在保证产品质量的同时，减少了酸性废气对环境的污染。粗苯预处理系统中的冷却设备进行改造后，可实现粗苯预处理系统中粗苯的冷却效果，保障了粗苯产品质量。在原有蒸汽管网基础上增加了蒸汽分配阀及蒸汽再循环泵，并对精苯预处理系统中的冷却设备进行改造后，粗苯预处理工序可实现连续生产。在粗苯预处理工序中增加了两台蒸汽分配阀及两台蒸汽再循环泵，以保证精苯产品质量。通过对粗苯预处理系统进行一系列改造后，精苯产品质量及精苯回收率得到明显提高，可满足后续脱苯工序对精苯产品的要求。通过对粗苯预处理系统中的冷却器进行改造后，精苯预处理系统中冷却水用量减少至原来的20%，每年可节约用水约20 t。

5 结语

通过对粗苯预处理工序进行一系列技术改进，有效解决了原有工艺流程中存在的问题，实现了粗苯预处理工序的稳定运行。通过对精苯冷却系统进行改造，减少了蒸汽管网系统压力波动对精苯质量的影响。通过对粗苯预处理工艺进行改进，有效提高了精苯产品质量，达到了预期效果。