炼焦工业发展的新方向

炼焦工业发展的新方向

1国内焦炭生产中国是世界上最大的焦化工生产国。焦焦产量约占世界焦焦产量的36%，焦焦产量占世界焦焦产量的50%以上。中国既拥有国际90年代先进水平的炭化室高6m的现代化大型机焦炉,也还有一些以前建成的装备水平较低的中小型机焦炉和土焦炉仍在生产。进入21世纪,结构调整和技术进步仍是中国焦化工业发展的主题。2中国焦焦生产的现状及发展思路2.1中国焦油生产的现状2.1.1t4et1从1993年起,中国的焦炭产量一直居世界第一位。2002年中国生产焦炭14280万t。中国历年来焦炭产量见表1。中国也是世界焦炭市场的主要供应商,中国天津港出口焦炭的FOB价格已成为世界焦炭市场的基准价。2002年中国出口焦炭1357万t,中国历年焦炭出口量见表2,中国炼焦生产技术经济指标见表3。2.1.2我国焦炉的生产中国目前正在生产的焦炉分为机械化焦炉和土法炼焦炉两大类。目前中国正在生产的机械化焦炉,有炭化室高度分别为6.0、5.5、5.0、4.3、4.0、3.3、2.8、2.5、2.0m的顶装焦炉,和炭化室高度分别为4.3、3.8、3.2和2.5的捣固焦炉。据对我国400多家机焦企业的统计,截止2003年3月10日,我国在建焦炉64座,其年生产能力1439万t。至年底,我国机焦炉将达到1259座,年生产能力将达到1.2015亿t,其中炭化室高度≥4m、装备水平较高的机焦已达到250多座,其年生产能力超过9500万t。年产量大于100万t焦炭的焦化厂有24家。我国许多大型焦炉都设有计算机控制系统、装煤和出焦除尘装置,有些还配备了干熄焦装置。绝大部分焦化厂都具有先进、科学、严格的生产管理制度和管理手段,焦炉的生产管理水平已达到国际先进水平。但同时,中国尚有超过2500万t/a机焦生产能力是由炭化室高度<4m、装备水平较低的小焦炉构成的。国家已明令禁止和取缔土焦生产,从表1可以看出,中国的焦炭总产量中机焦所占的比例已由1995年的48.2%上升到2002年的75.8%。随着国家管理力度的加大,人们环保意识和合理利用焦煤资源意识的提高,我国的土焦炉将逐渐被关闭。2.1.3机焦质量的进步近年来,随着高炉的大型化以及喷煤和强化冶炼措施的实施,高炉对焦炭质量提出了更高的要求。经过焦化工作者的努力,我国的机焦质量有了较大提高。1997~2002年我国55家主要大厂机焦平均质量及出口一级焦炭的质量见表4。随着高炉的现代化,炼铁生产不仅对焦炭传统的冷态强度有较高的要求,而且对焦炭的热态强度也有了新要求,引起了许多大型焦化厂焦化工作者的关注,几个大型钢铁厂6m焦炉焦炭热态性能见表5。2.2焦粉生产的发展概念2.2.1建设小型机焦炉,炼焦结构调整的基本思路是按照国家三部委1997年367号文和国家经贸委1999年14号令的要求,坚决取缔土法炼焦(含改良焦)工艺设备,逐步关停工艺落后、污染严重的小型机焦炉,鼓励建设大型机焦炉和大型焦炭生产基地,用以替代土焦炉和小型机焦炉,提高焦化行业的整体装备水平。制止重复建设炭化室高度低于4m(含4m)的焦炉。2002年中国生产了14280万t焦炭,其中有9500万t是由≥4m的焦炉生产的,有近4780万t焦炭是由土焦炉或应淘汰的<4m的焦炉生产的。如果这4780万t的焦炭均用现代化的6m焦炉生产,则应建设96座50孔的6m大容积焦炉,这说明中国大型机焦炉的建设空间还是很大的,中国炼焦结构调整的任务还是很繁重的。2.2.2炭化室高为10m的焦炉炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量是焦炉的发展方向。国际上自80年代以来建设了许多高度大于7m的大容积焦炉,德国1993年进行了炭化室高为10m的单孔炼焦系统的工业试验。2003年3月,德国ThyssenKrupp公司建设的炭化室高8.43m的世界最大的焦炉也投入了生产。中国目前正在生产的最大的焦炉为炭化室高6m的焦炉。2003年初,兖矿集团有限公司购买了德国Kaiserstuhl焦化厂的全部设备和技术,预计第一座炭化室高为7.63m的大容积焦炉将于2005~2006年投产,这将大大推动中国焦炉大型化的进程。2.2.3捣固炼焦技术中国的炼焦煤储量中,气煤和肥煤分别占56%和13%,适合于采用捣固炼焦。中国自行开发设计的炭化室高4.3m、宽500mm的捣固焦炉已建成投产,采用经改进的捣固装置,操作效率有很大提高。现在,我国的华北和华东地区正在建设一批年产40~100万t焦炭的捣固炼焦的焦化厂。2.2.4出焦除尘系统出焦系统形式按照国家的环保政策,现在大型焦化厂的部分焦炉正在补建装煤和推焦除尘装置,新建的焦化厂在设计中均考虑有焦炉烟尘治理措施。中国目前使用的装煤除尘系统形式主要有非燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法湿式地面站除尘方式以及装煤出焦二合一干式地面站除尘方式。出焦除尘系统形式主要有干式地面站除尘方式和热浮力罩除尘方式。近年来,鞍山焦耐院开发设计的干式除尘装煤车已在济钢焦化厂和昆钢焦化厂投入使用,该车是将装有袋式除尘器的干式除尘装置安装在装煤车上,具有投资省、易实施的特点,烟尘捕集率≥85%,除尘效率≥99.5%,烟气出口粉尘浓度小于50mg/m3,满足国家环保法规要求。2.2.5cdq技术在焦炉的应用进展干法熄焦不仅可回收红焦的显热,还可改善焦炭质量,并减少传统的湿法熄焦对大气的污染,是我国“十五”期间重点开发和推广的炼焦节能与环保技术。中国目前正在生产的干熄焦装置共17套,分别设置在宝钢、上海浦东煤气厂、济钢和首钢,均是单套处理能力为65~75t/h的小型装置。从1985年中国第一套CDQ装置——宝钢期工程CDQ装置投产至今已18年,但CDQ技术在中国仍不能大力推广,其主要原因是CDQ技术和设备一直在引进,造成投资太高。为此,我国从20世纪90年代起就积极组织高等院校、科研单位、设备制造厂和焦化厂等十几个单位进行技术开发,实施CDQ技术与设备的国产化、大型化和系列化。其目的是使CDQ装置与焦炉的生产规模相匹配。每1~2组焦炉配备一套规模相当的CDQ装置,同时以湿熄焦装置备用,以节省投资。第一套基本国产化的125t/h和完全国产化的100t/hCDQ装置将于2003年和2004年投产。“十五”期间,中国将有30多套CDQ装置建设投产,其干熄焦炭的能力将达到年产3000多万t,占中国机焦生产能力的三分之一。2.2.6煤炭焦炉蒸汽干燥技术CMC是将炼焦煤料先加热干燥,将装炉煤水分稳定在5%~6%,然后再装入焦炉的一项技术。CMC可使焦炉生产能力提高7%~8%,焦炉加热煤气耗量减少14%,初冷器用水、剩余氨水及蒸氨用蒸汽均减少约1/3。CMC以其显著的节能、环保和经济效益受到重视,今后将成为我国除CDQ以外的重点开发和广泛推广的技术。1996年我国第一套CMC装置在重钢焦化厂投产,其属于第一代技术,采用的是热煤油干燥方式,但系统较为复杂,投资高。现在普遍使用的CMC装置是第二代技术,采用蒸汽干燥方式,即利用干熄焦蒸汽发电后的低压蒸汽或工厂其他低压蒸汽作为热源,在多管回转式干燥机中,对煤料间接加热干燥。我国应该积极推广第三代技术,即利用焦炉烟道废气(需要时,也可补充加热)在流化床干燥机内对煤料进行直接加热。现在我国的许多焦化厂如济钢、鞍钢和唐钢焦化厂等都对CMC表示了极大兴趣。2.2.7焦炉综合自动化系统的构成焦炉生产自动化是一个包含生产控制和管理自动化内容的集成系统。中国目前正在推广的焦炉生产自动化技术包括焦炉加热计算机控制及管理系统、焦炉机械动态自动识别炉号及对位控制系统、集气管压力综合控制系统、焦化厂生产管理计算机网络系统及焦炉烘炉计算机自动测温与管理系统等。焦炉综合自动化系统的构成为模块化结构。可根据各焦化厂情况和用户要求,一次实现所有功能或逐步实现各项功能。2.2.8回收炼焦技术相对于传统焦炉而言,热回收焦炉不回收煤气及化学产品,而是将荒煤气全部烧掉来加热煤料炼焦,热废气经废热锅炉产生蒸汽和发电。热回收焦炉以其较低的污染和较好的焦炭质量,正在受到世界各国焦化工作者的关注。美国开发的热回收焦炉采用水冷的水平式装煤输送机将煤料送入炭化室中;德国开发的热回收焦炉采用装煤车从炉顶装煤。我国开发的热回收焦炉将煤料捣固成煤饼,从机侧推入炭化室中。热回收焦炉采用捣固法炼焦,同样可以提高焦炭质量或者多用弱粘结性,甚至可以配入40%多的无烟粉煤,从而更合理地利用我国宝贵的焦煤资源。环保设施完善的热回收焦炉炼焦厂与传统焦化厂的投资相差无几,但热回收焦炉的寿命短于传统焦炉。热回收焦炉适于建在缺少电力和厂区面积宽阔的地方。3焦炉煤气综合利用现状和发展思路3.1脱硫与煤气脱硫目前我国正在生产的焦炉煤气净化工艺很多,主要包括冷凝鼓风、脱硫、脱氨、脱苯等,在净化煤气的同时回收焦油、硫磺、硫铵或氨水、粗苯等化工产品。我国焦化厂所采用的几种不同的煤气净化技术主要表现在脱硫、脱氨工艺方案的选择上。脱氨工艺主要有水洗氨蒸氨浓氨水工艺、水洗氨蒸氨氨分解工艺、冷法无水氨工艺、热法无水氨工艺、半直接法浸没式饱和器硫铵工艺、半直接法喷淋式饱和器硫铵工艺、间接法饱和器硫铵工艺、酸洗法硫铵工艺等。脱硫工艺主要有湿式氧化工艺(如以氨为碱源的TH法、FRC法、HPF法及以钠为碱源的ADA法、PDS法)和湿式吸收工艺(如氨硫联合洗涤的AS法、索尔菲班法及真空碳酸盐法)等。煤气脱硫是中国正在推广的强制性环保措施。引进的脱硫方法由于工艺复杂、投资高,仅在大型焦化厂得到应用。比较适合中国国情的是中国自行开发的改良ADA法、PDS法和HPF法脱硫工艺。改良ADA法及PDS法以钠为碱源,脱硫效率高,塔后煤气含H2S可达20mg/m3以下,符合城市煤气标准。HPF法脱硫是采用HPF为催化剂、以煤气中的氨为碱源的脱硫新工艺,脱硫塔后煤气含H2S小于200mg/m3,满足中国工业用煤气质量标准。中国煤气净化工艺已达到国际先进水平。根据煤气用户的不同,可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。3.2焦炉煤气的净化按2002年产机焦10824万t计算,全年焦炉煤气产量约468亿m3,经过净化后,除部分用于焦炉自身加热外,剩余煤气均不同程度地得到了利用。另外我国3456万t土焦相应产生的约150亿m3煤气在炼焦过程中全部被烧掉。钢铁联合企业中的焦化厂,绝大部分焦炉均为复热式焦炉,一般采用高炉煤气加热,所产生的焦炉煤气经净化后供给炼铁、炼钢、轧钢等用户。作为城市煤气气源厂的焦化厂,绝大部分焦炉也为复热式焦炉,可采用焦炉煤气加热,也可采用发生炉煤气加热,所产生的焦炉煤气经净化达到城市煤气标准后供应城市居民用户或工业用户。目前,以生产焦炭为主的独立焦化厂,如山西在土焦改机焦过程中新建的许多焦化厂,除少数焦化厂所产的煤气供应城市煤气或工业用途(如锻烧高铝钒土、金属镁等)外,大部分焦化厂的剩余煤气用于发电。3.3配合物的制备焦炉煤气中含有55%~60%的H2,23%~27%的CH4,5%~8%的CO,低位发热量17900kJ/m3,不仅是优质的气体燃料,还是理想的化工合成原料。因此,开发焦炉煤气的综合利用也是从燃料和化工原料两条思路上考虑。3.3.1提高产品质量焦炉煤气作为洁净的气体燃料,若用于生产水泥、建材、耐火材料,可大大提高产品的质量和品位。如山西某焦化厂利用自产的焦炉煤气焙烧高铝钒土,利用焙烧高铝钒土的余热生产蒸汽供全厂蒸汽用户,不仅扩大了企业的产品和市场,还实现了能源的综合利用,降低了生产成本。3.3.2焦炉煤气生产甲醇和二甲醚所需的h、co和co焦炉煤气是制造合成氨的理想原料。我国太原化肥厂、本溪化肥厂、邯郸化肥厂和山西焦化集团都是采用焦炉煤气合成氨,并生产尿素。焦炉煤气同样是合成甲醇、二甲醚的理想原料,其本身含有生产甲醇和二甲醚所需的H2、CO和CO2。焦炉煤气经过部分氧化蒸汽转化后,气体中H/C(f=3.0),接近合成甲醇和二甲醚的最佳值(f=2.05~2.15)。甲醇不仅是一种重要的基础有机化工原料,而且可加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料。目前山西省开发的以甲醇为燃料的清洁燃料汽车已成功投入使用。山西省正在筹建以焦炉煤气为原料的甲醇生产基地。二甲醚具有优良的混溶性,易溶于汽油和水,可替代柴油用作清洁汽车燃料,也可替代液化气用作民用燃料,其发展前景被普遍看好。3.3.3变压吸附法焦炉煤气是制氢的理想原料,其所含的55%~60%的氢气可通过变压吸附法生产纯度99.9%或更高的氢气。氢气的用途广泛,我国有的焦化厂就是用焦炉煤气制取氢气,进一步用于生产双氧水。3.3.4蒸汽发电发电焦炉煤气用于电厂锅炉时,其热效率可达90%,利用锅炉生产蒸汽发电,发电后的蒸汽还可供焦化厂生产和生活用汽。焦炉煤气也可直接用燃气透平机发电。我国利用航空发动机自主研制的焦炉煤气透平发电机在陕西焦化厂、铁岭焦化厂及兖州矿务局焦化厂已得到成功应用。3.3.5焦炉煤气的还原性气体钢铁联合企业中,焦化厂生产的含有大量H2和CH4的焦炉煤气本身就是还原性气体,将焦炉煤气送入热裂解炉中,其CH4经加氧催化裂解,即可得到含H274%、CO25%的还原性气体,可直接送入气基竖炉生产海绵铁。由此而促成的高炉—直接还原铁—焦炉的联合流程是高炉流程工艺技术的自身完善,是钢铁生产向短流程过渡的必由之路。4焦油加工的现状及发展思路4.1煤焦油加工是中国目前的一个生产车间,与国外先进的煤焦油加工装置在全球煤焦油是组成复杂的混合物,目前已从中成功分离出来的有500多种。煤焦油加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、通讯等领域的重要基础原料,在国内外有着广阔的市场前景。按照2002年机焦年产量计算,我国煤焦油年产量应为584万t,但我国焦油加工能力仅300万t。中国煤焦油加工工业是随着炼焦工业而发展起来的,焦油加工一般作为焦化厂的一个生产车间而建设。中国目前拥有煤焦油加工装置的企业有50多家。中国的煤焦油加工水平与世界先进水平相比尚有一定差距。早在60年代,国外就开始建设大型的焦油集中加工厂,焦油集中加工的规模已达到150万t/a,单套装置的加工能力达到了50万t/a,提取的产品品种达到了200多种。中国现有的焦油加工装置主要分散在各焦化厂,单套装置的加工能力小、产品品种少。处于国内领先地位的是宝钢于80年代从日本引进的焦油加工装置,加工规模为26万t/a,单套装置加工能力13万t/a,产品品种26种。其余分散在各焦化厂的焦油加工装置,加工能力除鞍钢为25万t/a、武钢为20万t/a、本钢为15万t/a外,其他的加工能力只有5~10万t/a,产品品种10余种。中国与德国煤焦油加工状况对比见表6。中国政府在“六五”期间就积极倡导对煤焦油进行集中加工,但由于种种原因,目前尚无集中的大型焦油加工厂建成,正在筹建的有上海、河南、山西等地的4~5家企业,建设规模分别为10~30万t/a不等。4.2焦油加工的发展思路4.2.1初始焦油加工规模规模经济作为一般的经济规律同样适用于煤焦油加工业。而且由于煤焦油本身的特殊性质,欲提取煤焦油中含量<1%的组分,只有对其进行集中加工才具有经济意义。在条件允许的情况下,煤焦油加工的规模越大越好。煤焦油加工的实践表明,焦油加工的起始经济规模为20~25万t/a。实现煤焦油集中加工,单机装置大型化,不但有利于提高工艺装备水平、自动控制水平和余热利用率,还为焦油馏分的深加工创造了最基本的条件。同时,集中加工,可大大减少分散的加工点,可最大限度地采取环保治理措施,减轻对环境的污染。中国目前发展焦油集中加工的条件已基本成熟。可采取各焦化厂之间合并或集中处理的方式,也可采取成立独立专营的煤焦油产品公司来集中加工各焦化厂的煤焦油。提供原料煤焦油的各焦化厂,可利用提供焦油的数量入股,并按提供的焦油数量对盈利部分进行分红。这样不仅可确保集中加工厂的原料焦油来源稳定,还可利用集中加工的优势,进行深加工,综合利用,在激烈的市场竞争中取得最佳经济效益。4.2.2集中加工的馏分深加工在焦油集中加工的基础上,还应进一步实施焦油馏分的集中深加工,各焦油加工企业不宜搞小而全的馏分深加工。焦油馏分集中加工的发展思路,应是同一区域或相近区域内的几个焦油加工企业,将同一馏分分别集中到一起加工,一个焦油加工企业集中精力发展一种或两种馏分的深加工,这样,馏分深加工的规模则相当于几个焦油加工企业规模的总和。各焦油加工企业可按提供的馏分数量入股,并按提供的馏分数量对盈利部分进行分红。适宜实行集中加工的馏分包括酚油、萘、洗油、蒽油等。实现馏分的进一步集中深加工,可最大限度地提高同一化合物在馏分中的集中度,大幅度提高馏分加工的深度,生产出更多高附加值、更具市场竞争力的产品。4.2.3煤焦油加工工艺路线的选择目前焦油加工的工艺路线主要有两条,一是以日本为代表的以生产碳素原料(制品)为主要目的的加工路线,二是以德国为代表的以最大限度提取单体产品为主要目的的加工路线。精细化工的发展远景要求煤焦油加工必须改变产品结构,多从煤焦油的已被鉴定出的几百种化合物中分离出贵重产品,以及利用衍生物的方法进行加工。同时,为保证电极工业对优质碳素材料日益增长的需要,还要开发以煤焦油沥青来生产优质的碳素石墨材料和碳素纤维等产品。因此,对我国而言,应兼顾上述两种煤焦油加工工艺路线。上海宝钢所建设的煤焦油加工装置就是中国煤焦油加工的一个典型代表。5苯的加工和开发5.1粗苯加工工业按照2002年机焦年产量计算,我国粗苯年产量应为136万t。同煤焦油加工装置相似,中国粗苯加工工业也是随着炼焦工业而发展起来的,粗苯加工一般作为焦化厂的一个生产车间而建设。中国目前拥有粗苯加工装置的企业有40多家,加工能力约70万t/a。我国粗苯加工生产的特点如下。(1)产品质量较差绝大多数正在生产的粗苯精制装置仍然是采用50年代的硫酸洗涤法,虽然其具有流程短、操作灵活、设备简单、材料易得、可在常温常压下操作等优点,但产品质量差,收得率低,而且严重污染环境。只是在20世纪90年代,宝钢焦化厂、石家庄焦化厂才从国