焦化技术

国内外焦化技术进步及前沿技术研究

【摘要】

由于石油资源的逐渐减少，近几年煤化工逐渐受到重视，取得了长足的发展。新技术不断出现。煤焦化是煤化工中最古老的技术。随着时代的进步，煤焦化逐渐向低能耗，低污染，高质量方向发展。国内相继产生了许多新技术，新设备。本文主要介绍了捣固炼焦技术、煤调湿技术、选择性粉碎技术。这些技术国内焦化厂多以采用，其技术相对比较成熟。

【关键词】煤焦化，捣固炼焦技术，煤调湿技术，选择性粉碎，精馏煤是地球上含量最为丰富的化石燃料［1 －2］，我国煤炭资源不仅储量丰富、产量大［3 －4］，而且煤种比较齐全。研究预测表明［5］，至少在今后20年内，一次能源以煤为主的格局在很长时期内难以改变。由于另一大资源-石油的数量逐渐减少,因此煤炭资源进行相应的加工和处理,对经济社会的发展具有十分深远的意义。

煤化工主要是指以煤为原料，经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程，包括煤高温与低温干馏、煤气化、煤液化、煤制化学品及其他煤加工制品［1］。其中，煤炭焦化是一种十分成熟的煤化工技术。指煤在隔绝空气条件下，加热至 950 ～1050 ℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩、成形等阶段，最终制得焦炭［6］。

受钢铁工业快速增长的拉动,从2002年开始中国焦化工业呈现高速增长的态势。2010年焦炭总产量突破40亿t,出口焦炭约2.5亿t,约占世界焦炭贸易总量的60%。面对日益增长的趋势，优质炼焦煤不足成为国内提高焦炭质量的主要障碍。所以许多炼焦新工艺应运而生,如捣固炼焦技术、煤调湿技术、选择性粉碎等新技术。

1.捣固炼焦技术

1.1发展

捣固炼焦技术在装煤推焦车的煤箱内用捣固机将已配合好的煤捣实后，从焦炉机侧推入炭化室内进行高温干馏的炼焦技术。可根据焦炭的不同用途，配入较多的高挥发分煤及弱粘结性煤。发展至今已有数百年的历史。但最近几年才用于大型焦炉。其原因可能是有丰富的优质焦煤可以使用以及煤气和副产品的经济效益低。这就使得低粘结性、高挥发分煤在炼焦工业上失去了重要性。随着焦炭市场日益增大的需求量，优质焦煤的短缺。使捣固炼焦技术有了显著的发展。

我国自1995年青岛煤气公司3.8米捣固焦炉的建设及捣固机的引进之后，不断提高自主科研水平。2005年由自行设计4.3米捣固焦炉，2009年5.5米捣固焦炉建成投产。2010年6米捣固焦炉在中鸿煤化公司投产。捣固炼焦技术不断向大型焦炉方向发展。

1.2技术优势

传统顶装炼焦需要优质炼焦煤，生产一级冶金煤，生产成本大。捣固炼焦煤饼堆密度由顶装煤炼焦的0. 74t·m-3提高到1. 1t·m-3,煤料颗粒间距减小,煤饼堆比重增加,有利于多配入高挥发性煤和弱黏结性煤。可选用40%的瘦煤、30%的焦煤和30%的肥煤生产出一级冶金焦[7]。同顶装煤焦炉相比，同样

的配煤比，焦炭质量有明显的改善和提高，一般M25可提高5%-10%，M50改善2%-7%。[8]。在环境保护方面，产量相同时,与炭化室高450mm顶装焦炉相比较,捣固焦炉具有减少出焦次数、减少机械磨损、降低劳动强度、改善操作环境和减少无组织排放的优点。装煤逸散烟尘采用炉顶消烟除尘车进行燃烧、洗涤除尘,完成无烟装煤操作,使装煤的污染物排放量减少90%[9]。

2.煤调湿技术

2.1发展

煤调湿(CoalMoisture Contro,l简称CMC)主要是指利用焦化厂余热,如烟道废气、干熄焦蒸汽或其它低压蒸汽等,对装炉煤进行加热,使其水分降低到5% ~6%,然后再装入焦炉的技术。煤调湿技术是由日本新日铁开发应用的,到目前共开发了三代技术。第一代是导热油干燥技术,该技术利用导热油回收焦炉上

升管煤气显热和烟道废气余热,然后在多管回转式干燥机中对装炉煤进行间接加热。第二代为蒸汽干燥方式,利用焦化厂干熄焦蒸汽发电后的低压蒸汽或其它低压蒸汽作为热源,在多管回转式干燥机中对装炉煤进行间接加热,。第三代为流化床煤调湿装置,该装置利用焦炉烟道废气作为热源,主要设备包括干燥机、热风炉、风机等。

2.2技术优势

研究表明[10]，煤料含水量每降低1%,干煤炼焦耗热量就降低62MJ/t。当煤料水分从11%下降至6%时,干煤炼焦耗热量节省了310MJ/,t折合标煤

10·6kg。由于装炉煤水分降低,使装炉煤堆密度提高,干馏时间缩短,因此焦炉生产能力可以提高约11%。改善焦炭质量,焦炭强度提高1% -1.5%;在保证焦炭质量不变的情况下,可多配弱粘结煤8%-10%。因此，煤调湿技术具有显著的节能、环保和经济效益。将为焦炭产业节约很多能源。

3.选择性粉碎

3.1发展

配煤炼焦粉碎工艺在国内使用的主要有两种,即“先粉后配”工艺和“先配后粉”工艺。前者有利于混和煤的充分粉碎和焦炭质量的提高,但由于工艺复杂,投资高,国内应用不是很广泛;后者工艺流程简单,布置紧凑,投资少,操作方便,虽然不能按单种煤的要求控制不同的粉碎细度,但仍被国内许多炼焦企业广泛采用[11]。

选择性粉碎工艺的应用在国外主要有两种方法:一是法国的索瓦克法,主要设备为电热筛,其生产能力和筛分效率低,动力消耗大,投资大;二是前苏联带风分离器选择粉碎法,但其占地面积大,动力能耗大,在原有工艺上除了因基建工程大、投资费用高外,还受作业现场空间限制,无法实现边生产边改造的计划[12]。

3.2技术优势

在配和煤粒度组成结构中,肥煤、焦煤、瘦煤的粒度较小,所占比例大，而气煤焦煤的粒度较大,所占比例较小，而且大于30mm的块煤较多。所以，当配合煤一起进入粉碎机粉碎时,就会形成活性成分过细粉碎,非活性成分不能细粉碎,从而在煤料的最终组成中,造成粗粒煤中非活性组分偏多,细粒煤中活性组分偏多的现象,严重阻碍了焦炭质量的提高。针对这一缺陷，“钢弦筛”被用于设备中。使配合煤在进入粉碎机前由“钢弦筛”对不同粒度的煤进行粉碎粒度选择：粒度大于“钢弦筛”筛孔的煤进入粉碎机进行粉碎，而粒度小于筛孔的煤直接进入粉碎后的混和溜槽。使选着性粉碎效率高，大粒度煤得到充分粉碎，小粒度煤避免了过细粉碎。同时也节约了大量的能源，改善了工作环境。

4.煤焦化中精馏技术

焦化过程是煤的高温干馏，在此过程中煤炭将向气体产品、液体产品（如焦油等）和固体产品焦炭的资源转换，气体和液体产品必须通过分离过程实现其回收、分离和提纯，目前焦化过程最为有效的分离手段仍然是精馏技术。焦油初馏过程得到的馏分多数经过精馏过程得到纯度更高的产品。根据馏分沸点的不同，分离出轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油和沥青产品。

随着近年来焦化技术向节能、清洁方向的发展，相继出现了众多的新型焦油精馏技术。这些精馏技术大多移植于石油化工新理念。现分别作一介绍：焦油减压精馏工艺精馏塔、洗油塔均为负压操作，真空系统为液环式真空泵系统。国内自1998年从日本引入该技术后，不断被=提高自主创新能力。济南钢铁集团有限公司组织了清华大学和济南冶金设备有限公司，从工艺结构优化和高效设备开发、换热网络和能源流集成等方面入手，开发了具备自主知识产权的焦油常减压工艺流程。有效的降低了精馏过程中的能耗，充分利用了余热。而且显著提高了经济效益。为提高焦化精馏过程设备效率，各科研院所相继开发出了多种高效蒸馏塔内件,如立体传质塔板、导向浮阀、斜孔塔板和新型填料。其中清华大学开发的斜孔塔板[13]处理量大、板效率高、塔板阻力小、防堵效果好，广泛应用于焦化的各个环节。

焦化精馏成分及其复杂，精馏对于含有共沸或者相对挥发度较小的体系往往难以分离。所以需要采用一些特殊精馏的方法来实现难分组分的分离，特殊精