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VOCs的回收之焦?fàn)t煤氣的凈化工藝系列（一）

 導(dǎo)讀

     揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）按其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可以進(jìn)一步分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。這些氣體直接或間接的對(duì)人體和自然造成嚴(yán)重的危害。

    煤礦業(yè)是產(chǎn)生VOCs的主要來源之一。其中的焦?fàn)t煤氣含有大量的VOCs，若處理不當(dāng)導(dǎo)致其逸出到大氣中不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也會(huì)造成資源浪費(fèi)。

一典型的回收工藝流程  

    煉焦廠都將焦?fàn)t煤氣進(jìn)行冷卻冷凝以回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學(xué)產(chǎn)品，同時(shí)又凈化了煤氣。國(guó)內(nèi)外的回收與加工流程分為正壓操作和負(fù)壓操作二種。

1正壓操作工藝

    鼓風(fēng)機(jī)位于初冷器后，在風(fēng)機(jī)之后的全系統(tǒng)均處于正壓操作。此流程國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛。煤氣經(jīng)壓縮之后溫升50℃，故對(duì)選用飽和器法生產(chǎn)硫銨（需55℃）和弗薩姆法回收氨系統(tǒng)特別適用。

2負(fù)壓操作工藝

    把鼓風(fēng)機(jī)放在系統(tǒng)的最后，將焦?fàn)t煤氣從-7～-10kPa升壓到15～17kPa后送到用戶。負(fù)壓流程適合于水洗氨工藝。

    優(yōu)點(diǎn)：無煤氣終冷系統(tǒng)，減少了低溫水用量，總能耗有所降低，鼓風(fēng)機(jī)后煤氣升溫，成為過熱煤氣，遠(yuǎn)距離輸送時(shí)冷凝液少了，減輕了管道腐蝕。

    缺點(diǎn)：負(fù)壓操作時(shí)，煤氣體積增加，煤氣管道和設(shè)備容積均相應(yīng)增加（如洗苯塔直徑增加7～8％）；負(fù)壓使煤氣中各組分的分壓下降，減少了吸收推動(dòng)力，如洗苯塔的苯回收率下降2.4％；負(fù)壓操作要求所有設(shè)備管道加強(qiáng)密封，以免空氣漏入。

二荒煤氣的凈化過程

1初冷

    焦?fàn)t煤氣從炭化室上升管逸出時(shí)溫度為650～800℃，它的冷卻分成兩步，先在集氣管與橋管中用70～75℃的循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷到80～85℃，煤氣中60％的焦油蒸氣被冷凝下來，然后再在煤氣初冷器中進(jìn)一步冷到25～35℃或低于25℃。

2氣體輸送

    輸送裝置一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)前最大負(fù)壓為-4～-5kPa，機(jī)后壓力為20～30kPa。鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在初冷器后，具有吸入煤氣體積小和處于負(fù)壓操作的設(shè)備及煤氣管道少等優(yōu)點(diǎn)。

3焦油霧的脫除

    初冷器后煤氣中含焦油2～5 g/m³，鼓風(fēng)機(jī)后仍殘留0.3～0.5 g/m³，粒子也很小，約1～17μm。需進(jìn)一步除去。目前廣泛采用電捕焦油器。它是利用電暈原理除焦油霧的。電壓30～80KV，耗電約1kwh/1000m3煤氣，脫除后焦油含量<50mg/m³。為安全起見，電捕焦油器設(shè)置在鼓風(fēng)機(jī)的后方。

4萘的脫除

    在鼓風(fēng)機(jī)后煤氣含萘量約為1.3～2.8g/m³。焦化廠多采用填料塔焦油洗萘的方法，洗萘后煤氣含萘量<0.5g/m³。有兩種油洗萘工藝，一種冷法油洗萘，另一種是熱法油洗萘，前者洗萘溫度低，除萘效果好。  

5氨的吸收

    沸點(diǎn)較低的輕吡啶鹽基（包括吡啶、甲基吡啶等）幾乎全部留在煤氣中。氨與吡啶都是堿性的，能溶于酸中，發(fā)生中和反應(yīng)。

　 目前中國(guó)焦化廠主要通過生產(chǎn)硫銨回收煤氣中氨，硫銨可用作化肥。其中多數(shù)采用飽和器法，少數(shù)采用無飽和器法。美國(guó)開發(fā)了無水氨的弗薩姆（phosam）法，中國(guó)已引進(jìn)此技術(shù)。

（1）飽和器法

噴淋式飽和器結(jié)構(gòu)示意圖

         噴淋式飽和器工藝流程圖

    飽和器法吸收氨主要有鼓泡式飽和器法和噴淋式飽和器法。但是鼓泡式飽和器法有結(jié)晶顆粒小，容易堵塞的缺點(diǎn)，因此現(xiàn)在大部分企業(yè)都采用噴淋式飽和器法。該方法具有產(chǎn)品結(jié)晶度大，質(zhì)量好，工藝流程短，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

（2）無飽和器法

    無飽和器法采用酸洗塔代替，最后生成的結(jié)晶顆粒大，產(chǎn)品質(zhì)量好，但其生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，成本較高。

（3）弗薩姆（phosam）法

    弗薩姆法是一種制取無水氨的工藝，它以磷酸二氫銨溶液吸收煤氣中的氨生成磷酸氫二銨溶液，然后加熱將氨解吸，得到純度極高的無水氨。

6粗吡啶的吸收

    硫銨飽和器中吡啶堿濃度小于20g/l，而在無飽和器法的母液中吡啶堿濃度為100～150g/l。從母液中提吡啶堿，是用氨氣中和母液中的游離酸，使酸式鹽變成中式鹽。方程式為：

C₅H₅NHHSO₄＋2NH₃ → (NH_４)_２SO₄＋C₅H₅N

    由于進(jìn)行中和反應(yīng)的中和器反應(yīng)溫度為100～105℃，所以吡啶堿和蒸氣從中和器頂部排出，經(jīng)冷凝得到粗吡啶餾分，其中吡啶堿含量為75％～80％，送往粗吡啶精制工段。

7苯的吸收

    焦?fàn)t煤氣中一般含苯族烴30～45g/m³，經(jīng)脫氨后的煤氣需進(jìn)行苯族烴的回收。粗苯主要含苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等組分，各主要組分均在180℃前餾出，要求180℃前餾出量為93～95％，180℃后餾出物稱為溶劑油?，F(xiàn)如今主要有兩種方法去除氣體中的苯：

（1）洗油吸收法

    吸油吸收法根據(jù)操作壓力可分為加壓吸收法，常壓吸收法和負(fù)壓吸收法。加壓吸收法壓力要求800-1200kPa，此法可強(qiáng)化吸收過程，但增大了功耗，適合遠(yuǎn)距離工藝；常壓吸收法要求的壓力稍大于大氣壓，是各國(guó)普遍采用的方法；負(fù)壓吸收法用于全負(fù)壓煤氣凈化系統(tǒng)。

（2）富油脫苯法

管式爐結(jié)構(gòu)圖

管式爐加熱富油脫苯法

    吸收了煤氣中苯族烴的洗油成為富油。按照富油加熱方式可分為預(yù)熱器加熱富油的脫苯法和管式爐加熱富油的脫苯法。前者加熱溫度較低，不利于蒸餾且消耗的蒸汽量大；后者具有脫苯程度高，蒸汽耗量低，生產(chǎn)污水少等優(yōu)點(diǎn)。因此現(xiàn)在管式爐加熱富油脫苯法是在應(yīng)用最廣泛的方法。