煤焦化过程中精馏技术进展以及面临的挑战.pdf

2009 年第 28 卷第 l1 期 化 工 进 展 C H E M IC A L IN D U S T R Y A N D E N G IN E E R IN G P R O G R E S S 188 3 煤焦化过程中精馏技术进展以及面临的挑战 汤志刚 温燕明 清华大学化学工程系化学工程联合国家重点实验室 北京 100084 济南钢铁集团有限公司 山东 济南 250101 摘要 简述了传统煤焦化生产流程精馏过程存在的工艺亟需改进 设备亟需升级 能耗亟需降低和三废亟需减 少等一系列问题 介绍了国内焦化精馏装备及工艺过程技术进展 如通过生产工艺改进强化生产 通过设备升级 换代提高效率 通过过程热能集成降低能耗以及通过减少三废实现改善环境兼容性等 并对焦化精馏过程的发展 前景进行 了展望 关键词 煤焦化 精馏 进展 中图分类号 TQ 52 文献标识码 A 文章编号 1000 6613 2009 11 1883 07 P ro g re ss o f d i sti lla ti o n te c h n o lo g y i n c o k i n g TA N G Z h i g ang W E N Yanm i ng2 State K ey Laboratory of C hem i c al E ngi neeri ng C hem i c al E ngi neri ng D epartm ent Tsi nghua U ni versi ty B ei ji ng 100084 Ji gang G roup C o Ltd Ji nan 250 10 1 Shandong C hi na A b strac t T h e draw bac k s of c onv enti o nal d i sti llati on tec h nolo gi es i n c oke pro du c ti on are sum m ari zed i n thi s p aper T he prog ress of d i sti llati on i n rec ent years i s revi ew ed i n c ludi ng prod uc ti o n en hanc em en t equi p m ent upgradi ng sy stem energy i n tegrati on and w astew ater redu c tio n T he developi ng p ro spec t of di sti llati on tec h nolo gy i n c ok i ng proc ess i s also disc u ssed K ey w ord s c oki ng proc ess di sti llati on revi ew 煤焦化工业 以其特有的工艺优势在 国民经济发 展中发挥着重要作用 我 国缺油 少气 富煤的 自 然条件使这种作用更显突 出 2005 年全球能源消耗 结构中煤炭仅占27 8 而在我国能源消耗结构中 煤炭所 占比例达 76 5 在我国钢铁行业的能源消 耗中煤炭所 占比例更高达 79 4 煤焦化行业是为 冶金 化工 有色金属 医药 城市燃气等国民经 济相关部门供应清洁燃料及化工原料和多样性服务 的清洁产品转换工业 并 以其工艺优势成为以煤为 原料 的清洁能源加工转化 中心 在煤的加工转化工 艺中 焦化工艺是工艺最简单 能源转化率最高 达 92 转化成本最低 关联产 品最丰富 所产气体 含氢 比率最高的一种优化模式 进入 21 世纪 以来 随着我国乃至全球钢铁工业的迅猛发展 对焦炭的 需求急剧增长 我 国焦化行业产能急剧扩张 目前 我国已是世界上焦炭生产的第一大 国 2007 年焦炭 的总产能约 3 86 X 10 t a 仅为常规及焦炉 如加 上兰炭和热回收焦炉总产能合计约为 4 2 10 t a 实 际总产量 3 35 10 t a 占世 界焦炭总产量 的 60 75 见表 1 2008 年我国生产焦炭 3 2757 10 t 其中冶金焦产量约 3 1160 10 t 约占总 产量的 95 12 J 鉴于高炉炼铁工艺的技术主导地位在相当长 的 表 1 2001 2007 年世 界焦 炭产能 单位 kt 时间200 1 年 2002 年 2003 年2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 中 国131 300 142 890 177 750 206 186 254 117 297 680 335 538 世 界346 600 354 26 1 394 666 427 965 470 72 1 516 697 56 1 007 收稿 日期 2009 07 10 第一作者简介 汤志刚 197O一 男 博士 副教授 研究方向为 焦化 清洁 生产 的工艺 及设备 等 电话010 62785495 E m ai l zh g ta n g m a i l ts i n gh u a ed u c n 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1884 化 工 进 展 2009 年第 28 卷 一 段时间内不会改变 因此 作为支撑中国钢铁生 产的炼焦工业还将长期存在 而且其技术必将不断 发展以适应资源 能源和环境条件 但是由于历史的 政策的 技术的 管理的观 念等诸多方面的原因 煤焦化工业现状距科学发展 观的目标要求尚有 巨大差距 行业在快速发展中 长期存在以下状况 能源 资源利用率低 产 品品 种少 精度低 劳动生产率不高 自动化程度低 产业链短 社会服务功能差 生产工艺清洁度不高 环境污染较为严重 其本质是资源能源利用率低以 及装备技术 工艺技术 管理技术落后的表现 因 此 以蒸馏技术的创新代动煤焦化产业工艺清洁和 经济技术的集成发展显得十分紧迫 1精馏在焦化过程的重要作用 通常的焦化过程是煤的高温干馏 在此干馏过 程实现了煤炭由基础原料向气体产品 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 产品必须通过后续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 总的来说 精馏在焦化过程 的重要应用体现在 以下 三个方面 1 产 品回收的必备手段煤焦油中多种馏分 的切割过程 主要通过精馏过程依据不同馏分的沸 程分离成轻油 酚油 萘油 洗油 葸油和沥青等 产 品 2 产品深加工的有效途径 精馏在煤焦化 产 品的深加工过程 中的重要作用尤为突出 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 富含三苯 的轻油经过粗苯精制的多 塔精馏可以得 到苯 甲苯 二 甲苯和古马隆等产 品 酚油馏分可 以通过精馏过程得到苯酚 甲酚 和二 甲酚等产 品 值得一提 的是洗油 含有 多种 可作为医药 农药和染料 中问体的稠环 芳烃 也 是需要经 过多塔精馏过程切割馏分 并配 合结晶 等提纯手段最终得到 甲基萘 o 甲基萘 苊 芴 等高附加值产 品 3 废水资源化冶理的构成环节焦化废水的 末端一般采用生化处理 为了消除废水中的氨等物 质对活性污泥的毒害 同时回收资源 多数需要在 生化处理之前进行预处理 如蒸氨过程 脱酚过程 就 是通过精 馏过程 将废 水 中的氨提 浓到 14 20 然后用于后续的硫铵或烟气脱硫过程 并回 收粗酚 2煤焦化过程精馏技术现状 尽管精馏在煤焦化生产中发挥着重要作用 但 是长期 以来工艺装置技术落后 塔内件效率低 产 品收率低 能源消耗高 运行成本高 环境污染严 重等问题十分突 出 极大地限制了煤焦化工艺清洁 高效优势的发挥 2 1工艺亟需改进 煤焦化过程的许多精馏工艺源 自前苏联 大多 数工艺停留在 20 世纪五六十年代的设计理念和化 工装备水平 严重滞后于时代 如煤焦油初馏过程 仍采用一塔式的常压分馏过程 分离精度低 能耗 高 操作环境不佳 不少企业从废水 中回收氨过程 仍采用直接蒸汽汽提的方式 废水排放量增加 同 时传质 传热效率很低 能源浪费大I4J 2 2设备亟需升级 焦化过程的精馏设备 尤其是塔内件仍然大量 使用传统设备形式 处理能力小 分离效率低 能 源消耗高 操作较复杂 不少精馏设备 目前仍采用泡罩等石化行业早已 淘汰 的内件 严重地影响了分离效果 甚至一些企 业在废水处理蒸氨过程仍在使用穿流栅板l5 汽液 两相接触不 良 传热和传质能力低下 2 3能耗亟需降低 与国外先进水平相 比 国内焦化过程的精馏能 耗处于高耗状态 如 国 内煤 焦 油 加 工 的 单 能耗 为 900 1000 M J t 而国外先进水平则为 800 M J t左右 6J 含酚 废水的蒸氨过程 国外先进水平为 13O 140 kg t 而 我国大多数蒸氨装置的单能耗为 170 200 kg t 门 2 4三废亟需减少 与石化加工过程相比较 焦化产品精馏过程中 三废 的排放仍然较多 由于煤调湿技术的推广 焦炉煤气降温过程的 废水排放大幅降低 但是焦化精馏过程的三废排放 仍然不少 如常压焦油精馏过程由于系统正压操作 精馏过程和排料过程 的沥青烟是焦油加工的主要污 染 同时焦化精馏过程采用水蒸气提馏的装置较多 如常压焦油精馏和富油脱苯过程 汽提蒸汽上升至 塔顶又冷凝形成冷凝水 成含酚废水的主要来源 7 3煤焦化过程中精馏技术进展 近年未 随着焦化节能 清洁生产理念的引入 J 焦化技术进步大大加快 各大研究院所和设计单位 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 l1期 汤志刚等 煤焦化过程中精馏技术进展 以及面临的挑战 1885 在焦化精馏过程采用 了不少新技术 取得 了可喜进 步 主要表现在 以下几个方面 3 1 以生产提效为 目的 实现生产工艺改进 在工艺设计过程 中移植石油化工先进理念 强 化精馏生产 如在煤焦油初馏过程引入常减压精馏 新工艺 自宝山钢铁股份有 限公司在 1998 年引入 日 本的焦油减压精馏工艺后 国内相继在 山东潍焦集 团有限公司 山西洪特集 团 河北唐 山钢铁集 团有 限责任公司等企业 引入了日本 美 国等先进焦油常 减压工艺 取得 了明显的经济 环境和社会效益 纠 济南钢铁集团有限公司 简称济钢 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 采用新工艺后 在 以下几个方面均取得 了明显效果 节能 新工艺采用负压精馏和换热网络 降低焦 油整体加工温度 有效地回收了工艺余热 使能耗 明显降低 减排 新工艺中馏分塔采用负压精馏 省去了原常压工艺中必须加入 的汽提蒸汽 明显降 低 了废水排放量 同时 焦油气和沥青烟 的排放均 得到了有效控制 操作环境也得到了很好改善 高效 新工艺高附加值馏分收率提高 3 5 而 且根据现场实践探索 改进了沥青软化点的调节方 法 并取得 了成功 一是利用炉温调节 二是利用 塔 内压力和馏分采出量来调节 现在可以直接从塔 底采出中温沥青 改变 了国外负压蒸馏只能采出软 沥青的状况 充分体现 了减压分馏的高效优势口 1 在 回收焦炉煤气 中粗苯精制过程中 许多厂家 采用侧线分馏的一塔式富油脱苯工艺取代了传统的 先汽提再分离 的两塔式流程 采用单个精馏塔从精 馏段的不同位置采出了轻苯 重苯和萘油 缩短了 流程 节省了投资 降低 了加工消耗u 济钢 攀钢 攀枝花钢铁集团公司 威钢 威 刚科技股份有限公司 和宣钢 宣化钢铁集团 等 企业还与清华大学等合作 采用富油脱苯强化生产 技术 即立足塔体不动的前提下通过高效塔 内件改 造提高富油处理能力 30 50 而且降低 了塔釜 贫油的含苯量 3 2 以提高效率为 目的 实现设备升级换代 进入 21 世纪以来 围绕焦化精馏过程大型化 精细化的要求 为提高焦化精馏过程设备效率 清 华大学 河北工业大学和天津大学等科研 院所进行 了大量有益尝试 开发并应用 了多种高效精馏塔 内 件 如立体传质塔板 导向浮 阀 斜孔塔板和新型 填料 1 刚 清华大学开发 的斜孔塔板 处理量 大 板效率高 塔板阻力小 防堵效果好 成功地 应用于废水处理 焦油加工 粗苯蒸馏 粗苯精制 等工艺 该塔板针对一些液相负荷较大 的场合如富 油脱苯 焦化苯精制等装置开发了多降液管技术 有效地提高了设备效率 一 些高效填料也应用到焦化产 品的分离精制过 程 中 如清华大学开发的 自分布 PFG 填料 不但通 过液体分布器解决填料段之 问的液体均匀再分布 问 题 而且通过在传质填料段内设置 白分布填料 强 化填料段 内的 白分布效果 取得 了令人满意 的效果 已经成功应用于工业萘和洗油加工等工业装置L2 3 3 以降低能耗为 目的 实现过程热集成 焦化过程 由于具有多个高温加工单元而具有较 大 的节能潜力 近年来 从以往单纯关注产品分离 到关注工艺与流程余能有效回收利用 从 以前单纯 注重能量效率到关注能源转化的量 质双重效率 从 单纯关注单一高温 流股的余热利用到 网络热集 成 己逐渐成为行业 内技术人员的共识 针对焦化精馏过程的节能 研究者和生产厂家 对热能的梯级耦合利用越来越关注 在一些精馏过 程产生剩余热能较多的装置 降低过程能耗 已经逐 渐成为工艺改进的主体 目标 煤焦 油 加 工过 程 中大量 馏 分 的热 量温 度 较 高 具备较 高的余热 余能综合利用 的价值 清 华大学和济钢 公司综合 国内外先进工艺 的优 点 基于夹 点原理 开发 了具有 自主知识产权 的煤焦 油换热 网络 J 夹点原理既揭示了换热网络的热力学本质 又 适合工程人员使用 根据夹点的概念 由于系统中 夹点的存在 限制了热量的进一步回收 从而决定 了换热系统的最d Dn热公用工程和冷却公用工程 根据夹点处无热量传递 按照过程物流匹配的原则 就可得到以最小能量为优化 目标 的换热 网络Lz 根据夹点原理进行换热网络优化时 先确定设 计 目标 这些 目标包括 受夹点处最小传热温差限 制的最d Dn热公用工程和冷却公用工程能量 目标 最小换热单元数 目标及最小换热面积 目标 优化得 到的换热网络应达到和接近这些 目标 除了换热 网络设计 以外 热耦精馏和热泵精馏 也是精馏节能的一个重要方面 如清华大学开发 的 采用热耦精馏的工业萘装置采用单炉双塔工艺 为 了利用精馏塔顶 的工业萘油蒸汽作为热源加热初馏 塔釜 初馏塔采用减压精馏 塔顶真空度控制在 25 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1886 化 工 进 展 2009 年 第 28 卷 30 kPa 精馏塔仍采用常压精馏工艺 从塔顶采出工 业萘 精馏塔釜的加热使用管式炉的辐射段 2 在初馏塔的塔釜设再沸器加热 加热介质采用 精馏塔顶的工业萘油 该工艺充分利用精馏塔顶工 业萘的冷凝潜热作为初馏塔热源 能量耦合匹配使 用 不但节省投资 节能效果也很明显 3 4 以改善环境兼容性为 目的 实现装置三废资源 化治理 近年来 焦化精馏过程采用了一些措施 取代传 统的水蒸气提馏过程 降低废水排放 如在清华大学 和济钢公司共同开发的蒸氨过程采用导热油的间接 加热过程 采用直接蒸汽加热虽然工艺简单 但是冷 凝后蒸汽直接混入废水 增加了废水排放量 采用导 热油作为间接加热热源 不但传热推动力大 而且可 以大幅降低废水排放 具有很好的减排效果l6卫 引 除了采用水蒸气提馏 以外 负压操作也是焦化 精馏过程一个较好的减排手段 如清华大学和济钢 公司共 同开发的负压富油脱苯工艺 传统 的富油加 工工艺采用水蒸气和富油中苯类化合物形成最低共 沸物的特点 将苯从富油中脱出使富油再生 同时 得到轻苯和重苯产品 但是使用水蒸气提馏最大的 问题是蒸汽在塔顶冷凝后必须通过分相器分离 分 相过程产生的含有部分有机物的水相便形成了富油 脱苯过程废水的来源L2引 采用负压精馏可以消除此工艺缺点 负压操作 不但可 以提高组分问的相对挥发度 而且无需使用 蒸汽对脱苯汽提 因此可减少 由于蒸汽冷凝 分相 带来的废水排放问题 负压操作在煤焦油体系的应用不但可以降低管 式炉的温度 缓解炉管结焦和集碳现象 而且 由于 负压具有较好的封闭式操作环境 可以有效降低焦 油精馏过程产生的沥青烟等污染物排放L7 l训 4煤焦化过程中精馏技术面临的挑战 尽管焦化精馏在近年来取得 了较大进步 但是 相比较石化行业 无论从工艺 设备到节能 环保 等方面仍存在不小差距 而且焦化作为煤资源加工 的重要手段之一 对于富含煤炭资源的中国而言 不断进行技术进步仍然具有非常重要的现实意义 为 了完成焦化精馏技术的技术飞跃 尚需从基 础理论和工业实践等诸多方面进行不断探索 4 1对复杂物系进行精准计算的模型及其技术 随着计算技术的飞速发展 对于焦化一些简单体 系的模拟计算有了较大进步 一 但是对于煤焦油 这样一些复杂体系的模拟仿真仍然存在不少困难 煤焦油是一种复杂混合物 煤焦油中含上万种 有机物质 已查明的约 500 种 约 占其总质量的 55 其中含量较高且已知的仅几十种 煤焦油中 绝大多数化合物的含量仅为干分之几或万分之几 由于这些组分是石油及其它资源无法得到的 对有 效组分的分离和价值的认知 将对今后国民经济发 展有着不可替代 的重要作用 与煤焦油类似 石油也是复杂混合物 由于石 油精馏研究一直非常受重视 其组分的划分 已形成 一 套非常完善的方法 石油组分的划分是以 TB P 曲 线 平均 A PI重力和平均分子量为基础 将石油划 分为若干虚拟组分 并获得虚拟组分的物性 然后 就可对其精馏过程进行模拟了 就煤焦油而言 由于对其蒸馏过程的研究很少 在煤焦油组分划分方面还没有形成象原油那样的完 整的公认的体系 此外与原油相比 煤焦油蒸馏所 得馏分数量要小得多 实际生产 中对这些产品的评 价主要是某 类 物质的含量的多少 如萘油中萘 的含量 酚油中酚类的含量等 这就决定了对煤焦 油组分的划分不可能也没必要像石油那样完全划分 为一系列的虚拟组分 但是由于煤焦油已知组分仅 占其总质量的 55 大量的组分未知 因此对这部分组分的处理不得不 通过采取划分虚拟组分的方式 确定其性质 以使 精馏模拟能够进行 综上所述 为了尽可能准确地描述煤焦油的性 质及其蒸馏过程 清华大学提出了虚拟组分的计算 原则 按照下述原则对煤焦油进行 了组分划分 6 对 已知含量的实际组分 则以实际组分的形式 出 现 对大量的未知组分 则根据其相关性质 将 其划分为一系列的虚拟组分 以虚拟组分的形式出 现 在对高温组分 沥青 的划分上 由于其对 精馏产品质量影响不大 因此只作简略划分 根据济钢 100 kt a 山东固德化工有限公司 200 kt a 和济宁 250 kt a 焦油装置的实际运行效果和模 拟计算的对 比 按照这样的原则划分煤焦油 所得 结果与流程参数非常吻合 说明该法是可行的 但 是对于沥青组分的进一步仿真仍有一定的偏差 尚 需要进一步深入研究 4 2对非理想体系汽液平衡预测的模型及其应用 共沸现象 一直是精馏 分离研究领域 的一个重 要课题 煤焦油 中含有许多共沸体系 如苯 噻吩 体系 萘 硫茚体系 甲基萘一 喹啉体系等 多年以 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 l1期 汤志刚等 煤焦化过程中精馏技术进展以及面临的挑战 1887 来 研究者一直试 图从各种角度来解释共沸现象 的 发生和预测共沸组成 其中 利用活度系数进行计 算和预测是一种较 为成熟的方法 研究者根据共沸 现象发生时 曲线 出现极值 的特征 出现极大 值产生最高共沸 出现极小值则为最低共沸 建 立 0 方程 求取共沸组成 这种方法预测的 准确性主要取决于活度系数关联式的准确性 预测 精度尚可 但计算颇为复杂 并且缺乏共沸现象形 成的物理解释 通常 以 由于溶液的非理想性造成 来解释 至于溶液 的非理想性如何形成 相关研究 报道较少 唐有祺等 2 卜 曾经提 出过 由于同种 组 分之 间的相互 作用与不 同种组分之 间的相互 作用 的差异是导致共沸现象的重要成因 但仅给 出了定 性 的讨论 并未对这种差异如何影响共沸组成作进 一 步 的讨论 本文作者从溶液物理结构的假设入手 提出一 种 超分子 的溶液结构假说 用 超分子 假说代替 计算繁杂的活度系数法来定量计算汽液相平衡和推 测溶液共沸现象 的产生原因 并对有机羧酸 水二元 体系为代表对假说的应用进行了说 明 超分子 假说的基本假设如下所示 任何 溶液 包括纯溶剂均包含 超分子 和单分子 相 对于单分子来说 超分子 是以 目前 了解或 尚未 了 解的方式形成体积和相对分子质量均大于单分子的 分子集 团 在纯溶剂中 这种 超分子 来源于两 个或多个同种单分子之间通过范德华力或者更强一 些的氢键作用缔结的集团 在二元的溶液中 这种 超分子 可能是同种单分子形成的或者是异种单分 子组成的 超分子 的形成是动态 的 可 以按照 化学平衡的法则来描述 超分子 仅仅存在于液 相之中 而汽相是完全 由单分子构成 的 即仅有单 分子可以穿越汽液相界面 而 超分子 不能 汽 液两相均满足拉乌尔定律 而且汽相是理想的 根据研究结果 在羧酸 水体系 尽管 甲酸中同 种 超分子 的数量适中 但同种 超分子 体积明显 偏大 而 甲酸和水形成的异种 超分子 大小适中 但数量明显偏 多 最终导致最高共沸物 的形成 丙 酸与甲酸相同的地方是同类 超分子 的数量适中 超分子 体积较大 但不同的丙酸和水形成的异种 超分子 数量偏小而体积偏大 正是这种差异 导 致 了丙酸一 水体系最终形成了最低共沸物 由此可 知 同种 超分子 的大小和多少与异种 超分子 的 大小和多少的不同组合结果是导致汽液相平衡产生 共沸奇异现象的根本原因 与活度系数法相 比 超分子 假说较为清晰且 定量地揭示了共沸现象产生的物理基础 但是该假 说提 出的溶液模型参数的物理意义 尚需要进行归一 化说 明 而且对于溶液结构的假定也需要进一步试 验验证 4 3 以难分物系分离为 目标的精馏新技术开发 焦化精馏过程 由于组分的复杂性 很多精馏过 程 面对 的都是含有共沸 或者相对 挥发度较小 的体 系 普通精馏往往难以分离 需要采用一些特殊精 馏 的方法来实现难分组分的分离 特殊精馏将是焦 化精馏分离过程的进展重点之一 萃取精馏 已经广泛应用于焦化苯的精制过程 如采用加氢精制过程中苯和烷烃 的分离 苯和正 己 烷具有最低共沸现象 目前 已经运行 的工业装置中 萃取精馏工艺采用 D M F 和 N M P 作为萃取剂 分 离效果很好 非加氢的精馏 吸 附工艺精制焦化苯 的工艺 中则需要分离苯和噻吩 苯和噻吩也存在最 低共沸物 采用含氮的溶剂 如 D M F 可有效分离 提纯苯 在焦化产 品的精制过程中 许 多组分的熔点较 高 可以考虑将熔融结晶和精馏耦合在一起形成过 程强化技术 清华大学提出的精馏一 结晶提纯工业萘 的方案设计中将塔顶冷凝器设计成结晶器 利用塔 顶蒸汽冷凝过程萘和硫茚凝固点不 同的特性 采用 分步回流结晶和分布回流的方法 实现工业萘和硫 茚的分离 随着对焦化产品纯度要求的不断提高 具备高 效分离能力的精馏与其它分离过程耦合的技术将成 为焦化精馏发展的热点和亮点 3卜弘 l 4 4辅助 高效设备开发的模拟计算技术平台与应用 以往新型塔 内件 的开发通常通过水力学的冷模 实验和传质热模实验完成 工作量很大 而且开发 周期很长 近年来随着计算机流体力学模拟的快速 发展 通过 C FD 模拟研究 优化设备参数 辅助高 效设备开发逐渐 引起了研究者的关注 这种方法可 有效缩短设备开发的周期 国 内有不少科研 院所报 道了新 型设备 的 C FD 开发研究结果 如天津大学对大型液体分布器的 C FD模拟研究 河北工业 大学对立体传质塔板 的 C FD模拟研究等 清华大学也对斜孔塔板进行 了 C FD 模拟 对塔板和空间的气液速度分布 气相液 含率分布 等同雾沫夹带分析 气相压力分布 等 同塔板阻力分析 进行 了模拟 并于筛板塔的塔 内 参数分布进行 了比较 从模拟计算角度验证 了斜孔 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1888 化 工 进 展 2009 年第 28 卷 板在气液分布方面的优势 卜 J 鉴于实际工况的复杂性和模拟计算模型的简化 假设过多 模拟计算和实际情况 目前尚有一定偏差 尤其是引入传质计算 偏差将会更大 因此 如何 提高 C FD的模拟精度也将是该领域发展面临的重 大挑战之一 4 5 以节能为 目标 的能量和能质评价体系的建构 与实践 焦化过程存在大量的待回收热量 的热源 如红 焦 上升管煤气 高温沥青等 节能潜力巨大 j 长期以往大家都关注从能量的角度制订回收工艺流 程 缺乏从能质的角度分析能源 回收的可行性和合 理性 因此 焦化过程节能工作如何在量化分析的 前提下从能量和能质角度分析节能的有效性和合理 性将是未来焦化节能工作的重点和难点 同时 如何将焦化 的高品质 能量与精馏分离 过程结合在一起也是焦化工作者需要深入考虑 的 问题 如上升管煤气的余热回收问题 多年 以来 大家 都局 限在物理回收的视角 尽 管考虑废锅 回 收 导热油回收等多种 回收工艺 但是收效甚微 清 华大学提 出了一种借鉴乙烯裂解气余热 回收 的 技术方案 将焦炉煤气和 重质煤焦油 的裂解结合 在 一起 将焦炉煤气的高品质能量通过化学转化 的方法转移到重质煤焦油的裂解馏分产 品中 不 但提 高能质转化率 而且大幅缩 短了后续煤焦油 的分 离 工 艺 4 6焦化精馏过程的大型化和经济性 为了体现精馏装置的规模效益 大型化一直是 科研和生产非常关注的问题 国内石化行业的标志 性装置 如常减压炼油装置 的加工 能力为 10 000 kt a 乙烯装置均从 2O 世纪的 200 400 kt a 的规模 扩大至 21 世纪的 80O 1000 kt a 的规模 达到国际 先进水 平 相 比之下 焦化精馏的标志性装置 煤焦油 加工装置的规模与国外的先进水平相差很大 国外 煤 焦 油走集 中加 工 的路线 一般 的加 工装 置在 500 600 kt a 大型的超过 1000 kt a 而国内的煤 焦油加工装置多为 100 300 kt a 甚至还有一些小 型焦油加工装置 仍停留在 50 70 kt a 的规模 据 报道 武汉钢铁 集团 公司正在筹建 500 kt a 的 焦油加工装置 为实现我国焦油装置的大型化迈 出 了可喜的一步 大型化过程中从设备创新和系统集 成等诸多环节均需要深入研究 探索 以保证在大 型化生产过程装置的高效性和经济性I4 4引 5 结 语 综上所述 焦化行业的精馏在完成 自我创新 努力步入世界焦化行业技术先列的过程 中 任重而 道远 在此除了呼吁更多有志之士能够投身于国内焦 化行业的技术进步以外 更希望关心国内焦化事业发 展的同仁能够从更高的战略角度来审视焦化的发展 长期以来 由于焦化产品的特殊性 大多数人们都将 焦化定位于冶金附属行业的地位 实际上 焦化作为 一 种重要的资源转化环节 将煤炭有效地转换成了 3 种清洁的资源或能源产品 如气体产品 焦炉煤气 液体产品 煤焦油 固体产品 焦炭 相比于煤炭 气化和煤炭液化 焦化过程不但加工过程所需的操作 条件更加温和 而且产品更具多样性和经济性 比如 焦炉煤气除了作为气体燃料以外 现在 已经开发完成 了焦炉煤气发电和焦炉煤气制备甲醇 焦炉煤气分离 氢等工艺 完全具备了能源化工原料的特征 焦油中 富含稠环芳烃 这些组分通常通过石化过程无法得 到 而且这些组分多数作为医药 染料和高分子材料 的中间体 具备较高的附加值 是资源化工的重要原 料 近年来 焦油通过加氢生产汽油 柴油馏分油的 工作如火如荼地进行 此工艺开发成功 也将使焦油 成为了能源化工的重要原料之一 将焦炉煤气分离 氢 与炼钢过程回收的一氧化碳合成甲醇 乙二醇 乙酸 醋酐等产品的工艺己经成熟 10 000 kt规模的 钢厂回收的转炉气和焦炉煤气分离氢气可生产 100 多 万吨化工产品 比煤气化路线的合成气成本低 40 30 焦炭无疑是焦化的主要产品 长期以来一直作 为炼铁的原料使用 如果我们扩宽视野 考虑从改变 炼焦过程焦炭的形式 炼制粉焦或超细粉焦入手 以 快速焦化作为炼焦技术依托 借鉴水煤浆的思路 利 用焦油作为分散剂 开发 油焦浆 作为新型燃料 必将带来焦化行业步入能源化工领域带来新的契机 为促进煤焦化发展注入更强的发展动力 使我国缺 油 少气 富煤的天然资源劣势较变成资源相对优势 为我国循环经济型社会 环境友好型社会 资源节约 型社会建设做出煤焦化产业的更大贡献 参考文献 1 中国焦化协会 2008 2020 年中国炼焦行业技术发展指南 内部资 料 2008 2 温燕明 用科技进步推动焦化生产过程的清洁化 高效化 J 中国 炼焦业 2008 6 4 8 54 3 黄金干 抓住机遇 调整结构 促进产业优化升级 2008 年焦 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 11 期 汤志刚等 煤焦化过程中精馏技术进展以及面临的挑战 1889 化行业发展的回顾与展望 J l 冶金管理 2008 1 30 34 焦化设计参考资料编写组 焦化设计参考资料 M 北京 冶金工 业出版社 1986 石家庄东风焦化厂 鞍 山焦耐设计研究院 等 穿流式栅板蒸氨 塔的试验与测定 J1 河北理工学院学报 1979 1 72 93 汤志刚 朱玉廷 康春清 等 用于蒸氨塔的斜孔塔盘 中国 2676997 P l 2005 02 09 张红彦 焦化产 品回收过程的模拟及其改进 D 北京 清华大学 2 0 0 2 朱玉廷 康春清 房克朋 济钢焦化厂节能减排 清洁生产的探 索与实践 J 山东冶金 2007 29 5 9 12 张增旭 焦油引进工艺的技术特点 J 煤化工 2004 5 28 30 朱玉廷 谭树峰 朱从文 济钢焦化厂焦油常 减压蒸馏 的实践 与分析 J 山东化工 2007 36 10 1 34 42 朱玉廷 姬生杰 赵文江 单塔脱苯工艺技术存在的问题及其改 进措施 J 山东冶金 1999 2 1 增刊 73 75 高改花 新型垂直筛 板塔在脱苯塔 中的应用 fJ 燃料与化工 2o08 39 1 53 商恩霞 张东文 柴云富 等 用 C JST 塔板改造铸铁脱苯塔 J 燃 料与化工 2005 36 5 37 38 张爱 王海燕 导向喷射塔盘技术及应用fJ 燃料与化工 2007 3 8 3 4 5 4 7 袁建新 路秀林 导向浮阀在蒸氨中的应用 J 煤气与热力 1991 51 29 32 粟莲芳 提高焦化苯精馏效率的研究 J 河南冶金 2004 5 l0 12 洪叶发 金属鲍尔环填料在焦油精馏塔上的应用 J 煤气与热力 1992 6 33 张初永 唐诗富 新型塔板在焦油蒸馏系统中的应用 J 燃料与化 工 2005 36 5 42 43 段 占庭 彭建军 汪承 藩 一种 多溢流复合斜 孔 中国 97 100551 6 P 1997 10 08 段占庭 周荣琪 彭建军 一种复合规整填料 中国 94 2085 10 8 P 19 9 4 1 1 3 0 孟继安 牛继舜 王立安 夹点技术基本原理与应用 J 黑龙江石 油化工 1997 2 1 4 攀钢设计 院 济宁碳黑厂煤 焦油装置工业萘工艺初步设计报告 内部资料1 2008 颜家保 张琴 导热油加热技术及在焦化生产中的应用 J 燃料与 化 工 2o05 36 5 34 36 济钢设计院 济钢负压富油脱苯工艺初步设计报告 内部资料 2 0 09 25 光明 刘旭光 焦化苯塔精馏过程的计算机模拟 J 2 35 39 26 姚昭章 姚激 过程模拟在焦化工业上的应用 2OO4 35 1 1 6 煤化工 2005 燃料与化工 R en o n H P rau sn i tz M L o c a l c o m po si ti o n i n the rm o d yn am i c e x c ess func ti onsfor li qui d m i xtures J A IC hE J 1968 14 1 135一 l4 4 H ay d en J G O c o n ne n J E A ge n erali ze d m eth o d fo r p re d i c ted sec ond vi ri al c oeffi c i ents J Ind Eng C hem P roc ess D es D ev 1975 14 3 209 216 H ou ze lle C et a1 V a po u r li q u