石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
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( 1. L iancheng Branch, Chal co , L anz hou 730335, China; 2. Zhengz hou Research I nsti tute, Chal co , Shangj ie 451000, China)
Abstract: The paper discusses the inf luence of calcinat ion t emperat ure on t he qual it y of calcined coke. A ccording t o t he status of kiln, real t ime adjust ment of paramet ers w ere made w ith the coupling t echnology of green coke! s volat ile w ith minor element s t o reach calcinat ion temperat ure over 1300 , w hich may only vary w ithin 20 . It get s over 2. 05g/ cm3, t he real density of calcined coke and keeps it steady. Key words:aluminium electrolysis; carbon anode; pet roleum coke; calcination; t emperature
表 1 回转窑热平衡表
热收入平衡项目
%
热支出平衡项目
燃料的化学热 燃烧时空气的物理热 挥发分的燃烧热 炭质烧损热 生焦带入的物理热 收入小计
4. 1 0. 1 47. 9 47. 7 0. 2 1 00
煅烧料的热损失 含尘废气的热损失 经炉体扩散的热损失 冷却窑水冷却的热损失 平衡误差 支出小计
%
4. 4 52. 9 9. 8 31. 4 1. 5 10 0
2. 059 2. 1 平均真密度
2. 06 2. 1 平均真密度
2. 062 2. 1 平均真密度
2. 1 4 2. 17
2. 068 平均真密度
2. 075
从表 4 中可以明显看出, 调整后, 所有炉子的真 密度均得到提高, 同时, 质量的稳定性进一步得到改
36
朱世发, 许建华, 罗英涛, 陈开斌, 郭瑞敏: 石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
2. 08
1
8
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93
0. 54
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16. 85 17. 93 50. 54
2. 09 2. 09 2. 09 2. 09 2. 09 2. 09 2. 09 2. 09
14 7. 61
2. 1 平均真密度
2. 056 2. 1 平均真密度
2. 059 2. 1 平均真密
2. 057 2. 1 平均真密度
2. 07
2. 08
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90
21
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14. 29 12. 64 49. 45 11. 54 12. 09
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2. 08
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13. 51 43. 24 17. 30 17. 84
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2. 06
2010 年第 3 期
善。 2. 2 石油焦微量元素调配与煅后焦的气体反应性
可见, 在生石油焦原料确定的情况下, 煅烧温度 是决定煅后焦质量的重要因素。我国西北某铝厂阳 极生产系统投产后, 产品质量较差, 经过调查, 认为 煅烧温度不足是影响因素之一, 为此开展高温煅烧 的探讨和实践。
图 4 煅烧温度与粉末电阻率关系
2 生石油焦的质量耦合技术
炭阳极生产原料采用的延迟石油焦, 是原油提 炼过程中产生的副产品, 原油质量对石油焦影响较 大。由于近年来石油焦供货紧张, 该厂所进石油焦 厂家较多, 质量参差不齐, 而且粉料较多。再加上石 油焦库容较小, 混合不均, 粒级分布极不均匀。在这 种原材料市场供应和产品质量持续下降的情况下, 通过石油焦合理匹配, 实现石油焦性能的有效互补, 来生产高质量的阳极。经过大量的研究, 开发了以 挥发分调配为主、微量元素调配为辅的原料耦合技 术, 以求达到原料品质阶段性稳定。
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
表 4 生焦挥发分调整前后 煅后焦真密度情况
2. 03
2. 04
2. 05
2. 06
2. 07
2. 08
34
41
86
10
13
18. 48
22. 28
46. 74
5. 43
7. 07
2. 03
Discussion and practices of petroleum coke high temperature calcination technology
ZH U Shi- fa1, XU Jian- hua1, L UO Ying- tao2, CH EN Kai- bin2 and GUO Rui- min2
2010 年第 3 期
轻金属
33
铝用炭素
石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
朱世发1, 许建华1, 罗英涛2, 陈开斌2, 郭瑞敏2
( 1. 中国铝业股份有限公司连城分公司, 甘肃 兰州 730335; 2. 中国铝业股份有限公司郑州研究院, 河南 上街 451000)
摘要: 探讨了煅烧温度对煅后焦质量的影响, 依据不同煅烧窑炉 的状况, 通过以 生焦挥发份调配 为主、微量元素 调配 为辅的原料耦合技术, 对窑况各项参数实时调控, 使煅烧温度达到 1300 以上, 并保持温度 波动范围不超 过 20 , 实 现了石油焦的高温煅烧, 使煅后焦的真密度达到 2. 05g/ cm3 以上并保持稳定, 为提高阳极质量创造了条件。 关键词: 铝电解; 炭阳极; 石油焦; 煅烧; 温度 中图分类号: TF806 文献标识码: B 文章编号: 1002 1752( 2010) 03 33 5
收稿日期: 2009- 09- 15
内部结晶结构, 真比重增大, 导电性和 机械强度提 高。图 1 是温度对延迟焦挥发分含量和失重率的影 响。
图 1 温 度对延迟焦挥发分含量和失重率的影响
1. 2 煅烧温度对结构和真密度的影响 石油焦在煅烧过程中真密度的变化与煅烧温度
呈直线关系。图 2 是某种石油焦真密度随煅烧温度 的变化情况, 可以看到, 在 1000 以前, 随煅烧温度
随着热处理温度的提高, 石油焦的晶格尺寸发 育长大, 表现在 L c 随温度的提高变大。图 3 是煅烧 温度与 Lc 值的对应关系。
图 2 煅烧温度对挥发份和真密度的影响
图 3 煅烧温度与 L c 值的关系
1. 3 煅烧温度对电阻率的影响 测定煅后焦的粉末电阻率大小是检验煅烧程度
的重要手段。石油焦在煅烧过程中粉末电阻率的变 化如图 4 所示, 大致可分为 3 个阶段: ( 1) 500 ~ 800 , 这一阶段粉末电阻率直线下降; ( 2) 800 ~ 1000 , 随煅烧温度升高, 粉末电阻率继续下降, 但 下降幅度较小; ( 3) 1000 ~ 1300 , 粉末电阻率仍 有小幅下降。
1 煅烧温度对煅后焦质量的影响
1. 1 煅烧温度对挥发分排出的影响∀4# 石油焦在 500 ~ 700 的温度范围内 挥发份
排出量较大, 升温到 800 以上挥发份排除 速度减 缓, 继续升温到 1300 左右, 挥发分含量一 般降至 0. 5% 以下, 此时石油焦中水分全部排出, 挥发分大 部分排出, 炭的相对含量增加, 体积收缩, 形成多孔
2. 04
2. 05
2. 06
2. 07
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8. 38
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朱世发, 许建华, 罗英涛, 陈开斌, 郭瑞敏: 石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
2010 年第 3 期
的升高真密度呈直线上升, 可以认为在这一温度区 间, 延迟焦真密度的提高是热解和缩聚反应的结果, 也是大量的氢、氧、氮等元素不断排出, 石油焦的分 子结构进行重排的结果。真 密度的变化在 1100 附近出现拐点, 1100 以后继续升高, 主要是受焦炭 结构的影响。石油焦的真密度和堆积密度都随温度 的上升而增加。
石油焦煅烧是铝用阳极生产的主要工序之一, 其目的是排除原料的挥发份, 提高原料的密度、机械 强度、导电性和 化学稳定性∀1~ 2#。在煅 烧过程中, 石油焦从元素组成到组织结构都发生变化, 煅烧后 显著改善了原 料的物理化学 性能∀3#。经过煅 烧的 石油焦直接用于阳极生产, 煅后焦质量的好坏将直 接影响阳极炭块的 质量。在生 焦质量确定的 情况 下, 煅烧质量主要取决于煅烧温度, 因此研究煅烧温 度对煅后焦质量的影响意义重大。
炉。基于不同炉型的热平衡状况, 经过长期探索, 为 保证高温煅烧的实现, 提出了以挥发份调配为主的 石油焦搭配原则:
1# 窑和 2# 窑: 挥发分 11% ~ 13% ; 3# 窑: 挥发 分 10% ~ 12% ; 4# 罐式炉: 挥发分 8% ~ 10% 。1# 窑和 2# 窑是旧型的回转窑, 窑体短, 散热量大, 煅烧 带也短, 为保证较高的煅烧温度, 应使用较高挥发分 的石油焦, 以充分利用挥发分的燃烧热。罐式炉的 热利用效率高, 8% ~ 10% 挥发分已可以保证自热煅 烧。以下两表中的数据分别是煅烧炉入炉混合焦挥 发分和煅后焦真密度调整前后的对比情况。
2010 年第 3 期
轻金属
35
表 2 罐式炉热平衡表
热收入平衡项目 挥发分的燃烧热 挥发分的显热 炭质烧损热 余热空气的显热
收入小计
%
热支出平衡项目
%
原料煅烧吸热
65. 7
33. 5
原料水分蒸发吸热
3. 6
3. 4
烟气带走热
23. 8
47. 9
炉体散热
6. 9
9. 6
挥发 分不 完全燃 烧热损
5. 6 失
2. 1 石油焦挥发分调配
石油焦煅烧的工 艺设备有回转窑和罐式炉两 种。对于石油焦煅烧炉来说, 炉内热量来源主要有 三个方面: 石油焦中挥发份燃烧热、炭质烧损热和外 加热量, 一般来说, 罐式炉内, 挥发分燃烧热、炭质烧 损热可以维持热平衡, 不需要外加燃料。而在回转 窑内, 虽源自文库炭质烧损更高, 但挥发分的燃烧热不足以 维持热平衡, 一般还需要外加燃料。表 1、表 2 分别 是回转窑和罐式炉的热平衡表∀4#。
2. 07
2. 08
1
12
33
88
25
20
0. 56
6. 70
18. 44 49. 16 13. 97 11. 17
2. 03
2. 04
2. 05
2. 06
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2. 08
5
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53
2. 75
4. 95
37. 36 25. 82 29. 12
2. 03
2. 04
2. 05
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真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
10 0
1 00
支出小计
由表 1、表 2 可见, 对罐式炉来说, 石油 焦挥发 分提供的燃烧热占整个热收入 的比例远大于 回转 窑。从煅烧炉节能和提高煅烧温度以保证煅烧质量
的角度来考虑, 用不同种类的煅烧设备, 应该使用不 同挥发分含量的石油焦。
某铝厂共有煅烧窑炉四台, 分别是: 1# 回转窑 2. 1m ∃ 36m 、2# 回转窑 2. 1m ∃ 36m、3# 回 转窑 2. 84m ∃ 55m 、4# 罐式煅烧炉是 24 室顺流式罐式
表 3 煅烧炉入炉混合焦平均挥发分
炉号 1# 2# 3# 4#
调整前, % 9. 85 9. 89 9. 29 8. 31
调整后, % 11. 25 11. 68 10. 82 8. 88
调 整 前
1# 炉
调 整 后
调 整 前
2# 炉
调 整 后
调 整 前
3# 炉
调 整 后
调 整 前
4# 炉
调 整 后
Abstract: The paper discusses the inf luence of calcinat ion t emperat ure on t he qual it y of calcined coke. A ccording t o t he status of kiln, real t ime adjust ment of paramet ers w ere made w ith the coupling t echnology of green coke! s volat ile w ith minor element s t o reach calcinat ion temperat ure over 1300 , w hich may only vary w ithin 20 . It get s over 2. 05g/ cm3, t he real density of calcined coke and keeps it steady. Key words:aluminium electrolysis; carbon anode; pet roleum coke; calcination; t emperature
表 1 回转窑热平衡表
热收入平衡项目
%
热支出平衡项目
燃料的化学热 燃烧时空气的物理热 挥发分的燃烧热 炭质烧损热 生焦带入的物理热 收入小计
4. 1 0. 1 47. 9 47. 7 0. 2 1 00
煅烧料的热损失 含尘废气的热损失 经炉体扩散的热损失 冷却窑水冷却的热损失 平衡误差 支出小计
%
4. 4 52. 9 9. 8 31. 4 1. 5 10 0
2. 059 2. 1 平均真密度
2. 06 2. 1 平均真密度
2. 062 2. 1 平均真密度
2. 1 4 2. 17
2. 068 平均真密度
2. 075
从表 4 中可以明显看出, 调整后, 所有炉子的真 密度均得到提高, 同时, 质量的稳定性进一步得到改
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2. 1 平均真密度
2. 056 2. 1 平均真密度
2. 059 2. 1 平均真密
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善。 2. 2 石油焦微量元素调配与煅后焦的气体反应性
可见, 在生石油焦原料确定的情况下, 煅烧温度 是决定煅后焦质量的重要因素。我国西北某铝厂阳 极生产系统投产后, 产品质量较差, 经过调查, 认为 煅烧温度不足是影响因素之一, 为此开展高温煅烧 的探讨和实践。
图 4 煅烧温度与粉末电阻率关系
2 生石油焦的质量耦合技术
炭阳极生产原料采用的延迟石油焦, 是原油提 炼过程中产生的副产品, 原油质量对石油焦影响较 大。由于近年来石油焦供货紧张, 该厂所进石油焦 厂家较多, 质量参差不齐, 而且粉料较多。再加上石 油焦库容较小, 混合不均, 粒级分布极不均匀。在这 种原材料市场供应和产品质量持续下降的情况下, 通过石油焦合理匹配, 实现石油焦性能的有效互补, 来生产高质量的阳极。经过大量的研究, 开发了以 挥发分调配为主、微量元素调配为辅的原料耦合技 术, 以求达到原料品质阶段性稳定。
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
表 4 生焦挥发分调整前后 煅后焦真密度情况
2. 03
2. 04
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Discussion and practices of petroleum coke high temperature calcination technology
ZH U Shi- fa1, XU Jian- hua1, L UO Ying- tao2, CH EN Kai- bin2 and GUO Rui- min2
2010 年第 3 期
轻金属
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铝用炭素
石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
朱世发1, 许建华1, 罗英涛2, 陈开斌2, 郭瑞敏2
( 1. 中国铝业股份有限公司连城分公司, 甘肃 兰州 730335; 2. 中国铝业股份有限公司郑州研究院, 河南 上街 451000)
摘要: 探讨了煅烧温度对煅后焦质量的影响, 依据不同煅烧窑炉 的状况, 通过以 生焦挥发份调配 为主、微量元素 调配 为辅的原料耦合技术, 对窑况各项参数实时调控, 使煅烧温度达到 1300 以上, 并保持温度 波动范围不超 过 20 , 实 现了石油焦的高温煅烧, 使煅后焦的真密度达到 2. 05g/ cm3 以上并保持稳定, 为提高阳极质量创造了条件。 关键词: 铝电解; 炭阳极; 石油焦; 煅烧; 温度 中图分类号: TF806 文献标识码: B 文章编号: 1002 1752( 2010) 03 33 5
收稿日期: 2009- 09- 15
内部结晶结构, 真比重增大, 导电性和 机械强度提 高。图 1 是温度对延迟焦挥发分含量和失重率的影 响。
图 1 温 度对延迟焦挥发分含量和失重率的影响
1. 2 煅烧温度对结构和真密度的影响 石油焦在煅烧过程中真密度的变化与煅烧温度
呈直线关系。图 2 是某种石油焦真密度随煅烧温度 的变化情况, 可以看到, 在 1000 以前, 随煅烧温度
随着热处理温度的提高, 石油焦的晶格尺寸发 育长大, 表现在 L c 随温度的提高变大。图 3 是煅烧 温度与 Lc 值的对应关系。
图 2 煅烧温度对挥发份和真密度的影响
图 3 煅烧温度与 L c 值的关系
1. 3 煅烧温度对电阻率的影响 测定煅后焦的粉末电阻率大小是检验煅烧程度
的重要手段。石油焦在煅烧过程中粉末电阻率的变 化如图 4 所示, 大致可分为 3 个阶段: ( 1) 500 ~ 800 , 这一阶段粉末电阻率直线下降; ( 2) 800 ~ 1000 , 随煅烧温度升高, 粉末电阻率继续下降, 但 下降幅度较小; ( 3) 1000 ~ 1300 , 粉末电阻率仍 有小幅下降。
1 煅烧温度对煅后焦质量的影响
1. 1 煅烧温度对挥发分排出的影响∀4# 石油焦在 500 ~ 700 的温度范围内 挥发份
排出量较大, 升温到 800 以上挥发份排除 速度减 缓, 继续升温到 1300 左右, 挥发分含量一 般降至 0. 5% 以下, 此时石油焦中水分全部排出, 挥发分大 部分排出, 炭的相对含量增加, 体积收缩, 形成多孔
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朱世发, 许建华, 罗英涛, 陈开斌, 郭瑞敏: 石油焦高温煅烧技术的探讨和实践
2010 年第 3 期
的升高真密度呈直线上升, 可以认为在这一温度区 间, 延迟焦真密度的提高是热解和缩聚反应的结果, 也是大量的氢、氧、氮等元素不断排出, 石油焦的分 子结构进行重排的结果。真 密度的变化在 1100 附近出现拐点, 1100 以后继续升高, 主要是受焦炭 结构的影响。石油焦的真密度和堆积密度都随温度 的上升而增加。
石油焦煅烧是铝用阳极生产的主要工序之一, 其目的是排除原料的挥发份, 提高原料的密度、机械 强度、导电性和 化学稳定性∀1~ 2#。在煅 烧过程中, 石油焦从元素组成到组织结构都发生变化, 煅烧后 显著改善了原 料的物理化学 性能∀3#。经过煅 烧的 石油焦直接用于阳极生产, 煅后焦质量的好坏将直 接影响阳极炭块的 质量。在生 焦质量确定的 情况 下, 煅烧质量主要取决于煅烧温度, 因此研究煅烧温 度对煅后焦质量的影响意义重大。
炉。基于不同炉型的热平衡状况, 经过长期探索, 为 保证高温煅烧的实现, 提出了以挥发份调配为主的 石油焦搭配原则:
1# 窑和 2# 窑: 挥发分 11% ~ 13% ; 3# 窑: 挥发 分 10% ~ 12% ; 4# 罐式炉: 挥发分 8% ~ 10% 。1# 窑和 2# 窑是旧型的回转窑, 窑体短, 散热量大, 煅烧 带也短, 为保证较高的煅烧温度, 应使用较高挥发分 的石油焦, 以充分利用挥发分的燃烧热。罐式炉的 热利用效率高, 8% ~ 10% 挥发分已可以保证自热煅 烧。以下两表中的数据分别是煅烧炉入炉混合焦挥 发分和煅后焦真密度调整前后的对比情况。
2010 年第 3 期
轻金属
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表 2 罐式炉热平衡表
热收入平衡项目 挥发分的燃烧热 挥发分的显热 炭质烧损热 余热空气的显热
收入小计
%
热支出平衡项目
%
原料煅烧吸热
65. 7
33. 5
原料水分蒸发吸热
3. 6
3. 4
烟气带走热
23. 8
47. 9
炉体散热
6. 9
9. 6
挥发 分不 完全燃 烧热损
5. 6 失
2. 1 石油焦挥发分调配
石油焦煅烧的工 艺设备有回转窑和罐式炉两 种。对于石油焦煅烧炉来说, 炉内热量来源主要有 三个方面: 石油焦中挥发份燃烧热、炭质烧损热和外 加热量, 一般来说, 罐式炉内, 挥发分燃烧热、炭质烧 损热可以维持热平衡, 不需要外加燃料。而在回转 窑内, 虽源自文库炭质烧损更高, 但挥发分的燃烧热不足以 维持热平衡, 一般还需要外加燃料。表 1、表 2 分别 是回转窑和罐式炉的热平衡表∀4#。
2. 07
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18. 44 49. 16 13. 97 11. 17
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真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
真密度, g. cm- 3 样品数量, 个 所占比例, %
10 0
1 00
支出小计
由表 1、表 2 可见, 对罐式炉来说, 石油 焦挥发 分提供的燃烧热占整个热收入 的比例远大于 回转 窑。从煅烧炉节能和提高煅烧温度以保证煅烧质量
的角度来考虑, 用不同种类的煅烧设备, 应该使用不 同挥发分含量的石油焦。
某铝厂共有煅烧窑炉四台, 分别是: 1# 回转窑 2. 1m ∃ 36m 、2# 回转窑 2. 1m ∃ 36m、3# 回 转窑 2. 84m ∃ 55m 、4# 罐式煅烧炉是 24 室顺流式罐式
表 3 煅烧炉入炉混合焦平均挥发分
炉号 1# 2# 3# 4#
调整前, % 9. 85 9. 89 9. 29 8. 31
调整后, % 11. 25 11. 68 10. 82 8. 88
调 整 前
1# 炉
调 整 后
调 整 前
2# 炉
调 整 后
调 整 前
3# 炉
调 整 后
调 整 前
4# 炉
调 整 后