一种焦炉荒煤气余热利用系统及方法与流程

本发明涉及焦炉荒煤气余热利用技术领域，特别是涉及一种焦炉荒煤气余热利用系统及方法。

背景技术：

在传统焦化粗苯生产工艺中，经过粗苯蒸馏装置进行洗苯过程后，再进行吸收粗苯处理后的富油，通常进入管式炉或富油加热器进行加热，然后送入脱苯塔进行蒸馏过程，以提取粗苯。其中，管式炉以煤气作为加热的热源，需要消耗大量的煤气资源；而富油加热器以蒸汽作为加热的热源，需要消耗大量蒸汽资源。

由于采用管式炉或富油加热器加热富油，会消耗煤气资源或蒸汽资源，使得富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种焦炉荒煤气余热利用系统及方法，用以降低富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种焦炉荒煤气余热利用系统，包括焦炉、粗苯蒸馏装置和脱苯塔；

所述焦炉的上升管包括上升管本体和换热管；所述换热管固定设置在所述上升管本体内，用于吸收流经所述上升管本体的荒煤气的热量；

所述换热管的入口端连接第一支管，所述换热管通过所述第一支管连接所述粗苯蒸馏装置，用于接收经所述粗苯蒸馏装置产出的富油；

所述换热管的出口端连接第二支管，所述换热管通过所述第二支管连接所述脱苯塔，以使经所述换热管加热后的富油输入所述脱苯塔，用于所述脱苯塔蒸馏提取粗苯；

所述第一支管设置有用于监测所述换热管入口富油流量的流量表和用于调节所述换热管入口富油流量的调节阀；所述第二支管设置有用于测量所述换热管出口富油温度的测温表。

可选地，所述第一支管还设有用于控制所述换热管入口开关的第一切断阀；所述第二支管还设置有用于控制所述换热管出口开关的第二切断阀。

可选地，所述焦炉包括多个碳化室，每个碳化室的上升管均包括一个所述换热管；

多个所述换热管的入口端所连接的第一支管接入同一富油入口主干管；所述富油入口主干管与所述粗苯蒸馏装置的出液口相连；

多个所述换热管的出口端所连接的第二支管接入同一富油出口主干管；所述富油出口主干管与所述脱苯塔的进液口相连。

可选地，所述换热管、第一支管、第二支管、富油入口主干管和富油出口主干管均采用耐高温及耐富油腐蚀性的管材制成。

可选地，所述换热管为列管、螺旋盘管或套管。

可选地，所述上升管本体设置第一通孔和第二通孔；

所述换热管的入口端穿过所述第一通孔伸出所述上升管本体，与所述第一支管相连；

所述换热管的出口端穿过所述第二通孔伸出所述上升管本体，与所述第二支管相连。

可选地，所述上升管本体的上升管盖设置所述第一通孔和所述第二通孔；

或者，所述上升管本体的侧壁设置所述第一通孔和所述第二通孔。

可选地，所述换热管的入口端与所述第一支管通过法兰连接；所述换热管的出口端与所述第二支管通过法兰连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种应用于上述第一方面焦炉荒煤气余热利用系统的焦炉荒煤气余热利用方法，包括：

通过与粗苯蒸馏装置连接的第一支管，将粗苯蒸馏装置产出的富油输送至上升管本体中的换热管进行加热；

基于第二支管上的测温表测得的温度数据和所述第一支管上的流量表测得的流量数据，通过控制所述第一支管上的调节阀，调节所述换热管出口流量，使所述富油温度达到预设温度；

将通过所述换热管换热后达到预设温度的富油经第二支管(7)输入脱苯塔，用于脱苯塔蒸馏提取粗苯。

本发明实施例提供的方案中，通过系统中焦炉的上升管内的换热管对富油进行加热，而无需为管式炉提供煤气资源或为富油加热器提供蒸汽资源，因此，可以降低富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本。并且，由于取消管式炉或富油加热器，因此，可以节省管式炉或富油加热器的设备采购以及维护费用。此外，由于取消管式炉，也避免了因为管式炉尾气排放导致的环境污染问题。

另外，通过焦炉上升管内的换热管吸收焦炉荒煤气热量，可以使焦炉荒煤气的热量利用更加充分，有效提高了热效率，使上升管的压力等级明显降低，非常有利于焦炉上升管的稳定运行。并且由于富油在上升管内流速快，面积小，且需要的热量少，所以上升管内荒煤气气温降低，不会导致焦油等黏性液体粘结堵塞管道。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种焦炉荒煤气余热利用系统中焦炉的结构示意图；

图2为图1提供的一种焦炉荒煤气余热利用系统中焦炉的上升管俯视图。

图中各标号的说明如下：

1—焦炉本体；

2—上升管，21—上升管本体、22—换热管；

3—桥管，31—桥管翻板；

4—集气管；

5—富油入口主干管

6—第一支管，61—流量表、62—调节阀、63—第一切断阀；

7—第二支管，71—测温表、72—第二切断阀；

8—富油出口主干管；

9—法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有采用管式炉或富油加热器对富油进行加热，然后送入脱苯塔进行蒸馏提取粗苯的工艺能耗极大。虽然近年来通过各种方式对管式炉或富油加热器进行改进，但仍然没有解决富油加热过程中能耗高的实质性问题。

而从焦炉碳化室排出并经上升管输送的荒煤气温度高达650℃～850℃。现有焦化厂炼焦及煤气净化工艺中，主要通过喷洒大量循环氨水来对荒煤气降温，上升管内循环氨水部分蒸发吸热，荒煤气被初步冷却到82℃后，再通过初冷器利用循环水与低温水将荒煤气进一步冷却到21～22℃。这个过程中，荒煤气的冷却不仅浪费掉大量的荒煤气余热，并且消耗掉了大量的冷却水和电能。

针对上述一方面粗苯提取工艺中富油加热的高能耗的需求，另一方面焦炉荒煤气冷却大量能源的浪费的情况，为了解决如何减少富油加热过程中煤气或蒸汽的消耗量，以降低粗苯生产成本的问题，本发明实施例提供一种焦炉荒煤气余热利用系统及方法。

下面首先对本发明实施例提供的一种焦炉荒煤气余热利用系统进行介绍。

本发明实施例提供一种焦炉荒煤气余热利用系统，包括焦炉、粗苯蒸馏装置和脱苯塔；

所述焦炉的上升管包括上升管本体和换热管；所述换热管固定设置在所述上升管本体内，用于吸收流经所述上升管本体的荒煤气的热量；

所述换热管的入口端连接第一支管，所述换热管通过所述第一支管连接所述粗苯蒸馏装置，用于接收经所述粗苯蒸馏装置产出的富油；

所述换热管的出口端连接第二支管，所述换热管通过所述第二支管连接所述脱苯塔，以使经所述换热管加热后的富油输入所述脱苯塔，用于所述脱苯塔蒸馏提取粗苯；

所述第一支管设置有用于监测所述换热管入口富油流量的流量表和用于调节所述换热管入口富油流量的调节阀；所述第二支管设置有用于测量所述换热管出口富油温度的测温表。

需要说明的是，上升管内的荒煤气走换热管外侧，粗苯蒸馏装置输送来的富油走换热管内侧，由于在上升管内高温焦炉荒煤气与换热管内富油进行逆向换热，高温焦炉煤气与富油温差很大，传热系数大，可达到很好的传热效果。

可以理解的是，根据换热后富油的温度来调节进入换热管换热的富油流量，可以达到将富油温度稳定在一定预设温度范围内的目的。具体而言，如果第二支管上的测温表测得的富油温度低于脱苯塔蒸馏提取粗苯所需的预设温度，则可以根据流量表显示的流量来控制调节阀，使富油在换热管中停留较长时间，从而获得较多热量，提高富油温度至预设温度；相反地，如果测温表测得的富油温度高于脱苯塔蒸馏提取粗苯所需的预设温度，则可以根据流量表显示的流量来控制调节阀，减小富油在换热管中的停留时间，从而降低富油获得的热量，将富油温度降至预设温度。这样，通过测温表、流量表和调节阀，可以使得富油温度达到所需的预设温度内。

为了提高调节阀、流量表、测温表的使用寿命，保证调节阀和测温表的工作可靠性，所述调节阀可以采用能够适应富油工作温度、压力及腐蚀性的任何形式的调节阀，所述流量表可以采用能够适应富油工作温度、压力及腐蚀性的任何形式的流量表，所述测温表可以采用能够满足富油工作温度、压力及腐蚀性的任何形式的测温表。

另外，本发明实施例中，富油通过管道从粗苯蒸馏装置输送至焦炉上升管的换热管换热后，返回脱苯塔，换热过程为闭路，除了沿途水平阻力损失，无高向阻力损失，充分利用了焦炉的高差势能。

本发明实施例提供的方案中，通过系统中焦炉的上升管内的换热管对富油进行加热，而无需为管式炉提供煤气资源或为富油加热器提供蒸汽资源，因此，可以降低富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本。并且，由于取消管式炉或富油加热器，因此，可以节省管式炉或富油加热器的设备采购以及维护费用。此外，由于取消管式炉，也避免了因为管式炉尾气排放导致的环境污染问题。

另外，通过焦炉上升管内的换热管吸收焦炉荒煤气热量，可以使焦炉荒煤气的热量利用更加充分，有效提高了热效率，使上升管的压力等级明显降低，非常有利于焦炉上升管的稳定运行。并且由于富油在上升管内流速快，面积小，且需要的热量少，所以上升管内荒煤气气温降低，不会导致焦油等黏性液体粘结堵塞管道。

可选地，为了方便对上升管的换热管进行检修维护，所述第一支管还设有用于控制所述换热管入口开关的第一切断阀；所述第二支管还设置有用于控制所述换热管出口开关的第二切断阀。

可选地，所述焦炉包括多个碳化室，为了尽可能多地回收利用焦炉荒煤气的余热，每个碳化室的上升管均包括一个所述换热管；

多个所述换热管的入口端所连接的第一支管接入同一富油入口主干管；所述富油入口主干管与所述粗苯蒸馏装置的出液口相连；

多个所述换热管的出口端所连接的第二支管接入同一富油出口主干管；所述富油出口主干管与所述脱苯塔的进液口相连。

可以理解的是，通过在每个碳化室的上升管设置换热管，将碳化室的上升管对应的换热管中富油汇集到主管中输送，能够更好地利用焦炉荒煤气的余热。

可选地，为了提供换热管、第一支管、第二支管、富油入口主干管和富油出口主干管的使用寿命，保证设备运行可靠，减小设备事故发生的概率，所述换热管、第一支管、第二支管、富油入口主干管和富油出口主干管均采用耐高温及耐富油腐蚀性的管材制成。示例性的，换热管可以采用310s不锈钢、904l不锈钢等材质，其他各管道可以采用20#钢、304不锈钢、310s不锈钢、904l不锈钢等材质。

可选地，为了便于将换热管从上升管中抽出，方便换热管的维修更换，所述换热管可以为列管、螺旋盘管或套管。当然，换热管的形式并不局限于此。

可选地，所述上升管本体设置第一通孔和第二通孔；

所述换热管的入口端穿过所述第一通孔伸出所述上升管本体，与所述第一支管相连；

所述换热管的出口端穿过所述第二通孔伸出所述上升管本体，与所述第二支管相连。

示例性的，所述上升管本体的上升管盖设置所述第一通孔和所述第二通孔；

或者，所述上升管本体的侧壁设置所述第一通孔和所述第二通孔。

可以理解的是，换热管可以焊接上升管本体的上升管盖上或者焊接在上升管本体的侧壁。

可选地，为了方便换热管在检修维护中的拆卸安装，提高设备检修维护的效率，所述换热管的入口端与所述第一支管通过法兰连接；所述换热管的出口端与所述第二支管通过法兰连接。可以理解的是，换热管与支管也可以通过焊接连接。

基于上述的焦炉荒煤气余热利用系统，本发明实施例还提供一种焦炉荒煤气余热利用方法。本发明实施例还提供一种焦炉荒煤气余热利用方法可以包括如下步骤：

步骤一、通过与粗苯蒸馏装置连接的第一支管，将粗苯蒸馏装置产出的富油输送至本发明实施例提供的上述系统的上升管本体中的换热管进行加热；

步骤二、基于第二支管上的测温表测得的温度数据和所述第一支管上的流量表测得的流量数据，通过控制所述第一支管上的调节阀，调节所述换热管出口流量，使所述富油温度达到预设温度；

可以理解的是，根据换热后富油的温度来调节进入换热管换热的富油流量，可以达到将富油温度稳定在一定预设温度范围内的目的。

具体而言，对于第二支管上的测温表测得的富油温度低于脱苯塔蒸馏提取粗苯所需预设温度的情况，可以根据流量表显示的流量来控制调节阀，使富油在换热管中停留较长时间，从而获得较多热量，提高富油温度至预设温度；相反地，对于测温表测得的富油温度高于脱苯塔蒸馏提取粗苯所需预设温度的情况，则可以根据流量表显示的流量来控制调节阀，减小富油在换热管中的停留时间，从而降低富油获得的热量，将富油温度降至预设温度。这样，通过测温表、流量表和调节阀，可以使得富油温度达到所需的预设温度内。

步骤三、将通过所述换热管换热后达到预设温度的富油经第二支管输入脱苯塔，用于脱苯塔蒸馏提取粗苯。

本发明实施例提供的方案中，通过系统中焦炉的上升管内的换热管对富油进行加热，而无需为管式炉提供煤气资源或为富油加热器提供蒸汽资源，因此，可以降低富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本。并且，由于取消管式炉或富油加热器，因此，可以节省管式炉或富油加热器的设备采购以及维护费用。此外，由于取消管式炉，也避免了因为管式炉尾气排放导致的环境污染问题。

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合图1和图2，示例性的介绍本发明实施例所提供的焦炉荒煤气余热利用系统的具体结构。

本发明实施例提供的一种焦炉荒煤气余热利用系统，包括焦炉、粗苯蒸馏装置和脱苯塔。参见图1，焦炉包括焦炉本体1、上升管2、桥管3和集气管4，桥管3内设置桥管翻板31。其中，桥管3用于连接上升管2和集气管4。集气管4是焦炉所有上升管2中荒煤气的集合管。桥管翻板31是荒煤气由上升管2进入集气管4路径中的调节门，用于调节集气管4压力，保证焦炉内的操作压力。

如图1和图2所示，上升管2包括上升管本体21和换热管22；其中换热管22可以采用列管、螺旋盘管或套管。换热管22固定设置在上升管本体21内，用于吸收流经上升管本体21的荒煤气的热量。

上升管本体21设置第一通孔和第二通孔。换热管22的入口端穿过第一通孔伸出上升管本体21，通过法兰9连接第一支管6，第一支管6与富油入口主干管5相连，换热管22通过第一支管6、富油入口主干管5与粗苯蒸馏装置的出液口相连，用于接收经粗苯蒸馏装置产出的富油。换热管22的出口端穿过第二通孔伸出上升管本体21，通过法兰9连接第二支管7，第二支管7与富油出口主干管8相连，换热管22通过第二支管7、富油出口主干管8与脱苯塔的进液口相连，以使经换热管22加热后的富油输入脱苯塔，用于脱苯塔蒸馏提取粗苯。需要说明的是，为了较好的区分显示富油入口主干管5、第一支管6、第二支管7和富油出口主干管8，在图1中，第一支管6和第二支管7通过线条来示出，富油入口主干管5和富油出口主干管8通过圆圈来示出。

第一支管6设置有用于监测换热管22入口富油流量的流量表61、用于调节换热管22入口富油流量的调节阀62以及用于控制换热管22入口开关的第一切断阀63；第二支管7设置有用于测量出口富油温度的测温表71和用于控制换热管22出口开关的第二切断阀72。

本发明实施例提供的系统，可以通过与粗苯蒸馏装置连接的第一支管6，将粗苯蒸馏装置产出的富油输送至系统上升管本体21中的换热管22进行加热。可以理解的是，为了实现富油的顺畅输送，可以在粗苯蒸馏装置的出口端设置泵来对富油加压。

基于第二支管7上的测温表71测得的温度数据和所述第一支管6上的流量表61测得的流量数据，通过控制所述第一支管6上的调节阀62，调节所述换热管22出口流量，使所述富油温度达到预设温度。

将通过所述换热管22换热后达到预设温度的富油经第二支管7输入脱苯塔，用于脱苯塔蒸馏提取粗苯。其中，预设温度是在脱苯过程中富油所需的温度，具体可以根据实际情况确定。

本发明实施例提供的方案中，通过系统中焦炉的上升管内的换热管对富油进行加热，而无需为管式炉提供煤气资源或为富油加热器提供蒸汽资源，因此，可以降低富油在脱苯塔中蒸馏提取粗苯的成本。并且，由于取消管式炉或富油加热器，因此，可以节省管式炉或富油加热器的设备采购以及维护费用。此外，由于取消管式炉，也避免了因为管式炉尾气排放导致的环境污染问题。

另外，通过焦炉上升管内的换热管吸收焦炉荒煤气热量，可以使焦炉荒煤气的热量利用更加充分，有效提高了热效率，使上升管的压力等级明显降低，非常有利于焦炉上升管的稳定运行。并且由于富油在上升管内流速快，面积小，且需要的热量少，所以上升管内荒煤气气温降低，不会导致焦油等黏性液体粘结堵塞管道。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。