安鋼15萬(wàn)噸焦油加工裝置工藝優(yōu)化

向 宇 何曉兵 劉立軍

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼焦化廠15萬(wàn)焦油加工裝置是安鋼重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目110萬(wàn)焦化工程配套的項(xiàng)目。該裝置為全國(guó)第一套單套最大焦油加工裝置，于2005年2月建成投產(chǎn)，主要由焦油蒸餾裝置，連續(xù)洗滌、煙道氣酚鹽分解裝置，工業(yè)萘蒸餾裝置，改質(zhì)瀝青裝置，中心控制室及輔助等系統(tǒng)，全部工程總投資約5600萬(wàn)元。該系統(tǒng)投產(chǎn)后，經(jīng)半年調(diào)試所有產(chǎn)品指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 目前狀況

自投產(chǎn)以來(lái)，該裝置原計(jì)劃設(shè)計(jì)生產(chǎn)的二蒽油、改質(zhì)瀝青、甲基萘油等產(chǎn)品因市場(chǎng)需求、成本和環(huán)保等因素未進(jìn)行批量生產(chǎn)，使得各工序銜接發(fā)生變化，從而出現(xiàn)后續(xù)工序不匹配的問(wèn)題;另外，該裝置在設(shè)計(jì)建造時(shí)放大了原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模式和借鑒加工量相近裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，也導(dǎo)致了部分設(shè)備存在選型等問(wèn)題。通過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)行，該套裝置主要突顯出以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

1)改質(zhì)瀝青工序不進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，原10萬(wàn)噸的瀝青成型系統(tǒng)不能滿足中溫瀝青的加工量。造成整個(gè)焦油加工量受到限制，瀝青成型工序勞動(dòng)強(qiáng)度高、環(huán)境差。

2)煙道氣分解塔塔時(shí)常出現(xiàn)塔內(nèi)塔壓高，物料堵塞，物料出現(xiàn)倒流，粗粉收率低。

3)工業(yè)萘轉(zhuǎn)鼓滿流不易控制，合格工業(yè)萘滿流至工業(yè)萘原料槽，造成重復(fù)加工。

2 存在問(wèn)題及分析

針對(duì)以上三種現(xiàn)狀，對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分別進(jìn)行了如下分析。

2.1 瀝青成型系統(tǒng)

按照正常生產(chǎn)工序，由焦油蒸餾工序來(lái)的液態(tài)中溫瀝青首先進(jìn)入改質(zhì)瀝青加工工序，經(jīng)過(guò)改質(zhì)瀝青工序后，減少了液態(tài)瀝青的產(chǎn)量，也降低了液態(tài)瀝青成型前的溫度，如圖1所示。

圖1 瀝青工藝管線示意圖

根據(jù)工藝管線的不同，改質(zhì)瀝青和中溫瀝青的不同之處如下：

1)中溫瀝青溫度成型前比改質(zhì)瀝青成型前溫度高100℃左右。改質(zhì)瀝青因通過(guò)換熱冷卻后進(jìn)入高置槽溫度在250℃，而中溫瀝青進(jìn)入高置槽時(shí)溫度在330℃ ～360℃。

2)中溫瀝青軟化點(diǎn)比改質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)低10℃～40℃左右;

3)瀝青成型系統(tǒng)處理量為10.1 t/h，基本上滿足改質(zhì)瀝青生產(chǎn)量。而15萬(wàn)噸焦油加工量，按照330天生產(chǎn)，56%的瀝青收率計(jì)算，中溫瀝青產(chǎn)量為10.6 t/h，所以現(xiàn)瀝青成型系統(tǒng)處里量就表現(xiàn)的偏小。

在以上原因中，瀝青軟化點(diǎn)是產(chǎn)品本身所決定的無(wú)法解決。從設(shè)備上提高瀝青處理量必須更換整個(gè)瀝青成型設(shè)備，代價(jià)太高。同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及分析，造成瀝青成型時(shí)煙氣大污染嚴(yán)重主要就是因?yàn)闉r青溫度過(guò)高，導(dǎo)致瀝青與水接觸時(shí)劇烈汽化夾帶瀝青中輕餾分等物質(zhì)，也使得瀝青成型時(shí)汽化產(chǎn)生的氣體殘留固體瀝青中，形成漂浮和冷卻不徹底，從而導(dǎo)致瀝青粘黏鏈板機(jī)和皮帶。

綜合以上分析：中溫瀝青成型前的溫度高是系統(tǒng)焦油加工量受到限制的主要因素。

2.2 煙道氣分解問(wèn)題

在生產(chǎn)過(guò)程中，分解塔進(jìn)料后一般在一天后就會(huì)出現(xiàn)塔壓逐漸增加，羅茨風(fēng)機(jī)電流增加，最后出現(xiàn)物料倒灌等一系列問(wèn)題。在開(kāi)塔檢查后，發(fā)現(xiàn)分解塔塔內(nèi)填料發(fā)生了熔融現(xiàn)象，填料聚集成一塊，填料內(nèi)的間隙被堵死，液相與氣象均不能通過(guò)。由于填料材質(zhì)為聚丙烯多面空心球，設(shè)計(jì)最高溫度在130℃左右，而進(jìn)入分解塔內(nèi)的物料只有兩種，一種為凈酚鹽，另一種為焦?fàn)t煙道氣。兩者溫度均控制在50℃左右，因此排除了物料溫度高造成填料結(jié)塊。分解塔內(nèi)產(chǎn)生熱量的另一個(gè)因素就是凈酚鹽和煙道氣中的二氧化碳反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，反應(yīng)原理為：

特別是凈酚鹽中還含有一定的NaOH，NaOH與CO2發(fā)生反應(yīng)，也會(huì)放出熱量。分解塔的填料為DN25的多面空心球，單個(gè)填料的重量為1.7 g，表面積為 0.0054 m2，假設(shè) NaOH 層厚度為 0.1 mm，NaOH密度為2130 kg/m3，一個(gè)填料上的NaOH完全反應(yīng)放出的熱量為會(huì)達(dá)到207.4 J，從而造成填料熔融。物料發(fā)生反應(yīng)放熱是不可避免的，因此，填料材質(zhì)成為制約煙道氣分解穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

2.3 轉(zhuǎn)鼓滿流問(wèn)題分析

工業(yè)萘轉(zhuǎn)鼓實(shí)際就是一個(gè)冷卻成型裝置，生產(chǎn)出來(lái)的液體工業(yè)萘從工業(yè)萘高置槽冷卻后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行成型。為了發(fā)揮轉(zhuǎn)鼓的最大效率，就必須保持轉(zhuǎn)鼓下部液態(tài)工業(yè)萘液位保持在滿流口位置，最好效果就是和滿流口位置平齊。但是實(shí)際操作中，靠人工控制經(jīng)常達(dá)不到這種效果，為了保持轉(zhuǎn)鼓的效率，只能保持滿流狀態(tài)。滿流的合格工業(yè)萘又回到工業(yè)萘蒸餾工序的原料槽，最后被反復(fù)加工(如圖2所示)，導(dǎo)致成型效率不高，液體工業(yè)萘反復(fù)加工，其主要原因是滿流設(shè)計(jì)不合理。

圖2 工業(yè)萘轉(zhuǎn)鼓滿流工藝簡(jiǎn)圖

3 改造措施

通過(guò)以上的分析，已經(jīng)弄清影響各個(gè)工序的主要原因，下面開(kāi)始對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行改造以到達(dá)生產(chǎn)需要。

3.1 瀝青成型系統(tǒng)改造

通過(guò)降低成型前瀝青溫度來(lái)提高瀝青成型系統(tǒng)效率。根據(jù)瀝青溫度與黏度關(guān)系［1］(如圖3所示)和實(shí)際生產(chǎn)情況，認(rèn)為在瀝青進(jìn)入高置槽時(shí)的溫度應(yīng)控制在220℃左右最為可行，既能達(dá)到冷卻目的，又不至于因?yàn)r青溫度過(guò)低，粘度升高而影響其在管道中流動(dòng)。

圖3 瀝青黏度和溫度關(guān)系圖

通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)冷卻面積在33.1 m2的汽化冷凝冷卻器安裝在二次蒸發(fā)器至瀝青高置槽的管線上，安裝后工藝如圖4所示。

圖4 瀝青工藝管線簡(jiǎn)圖

3.2 煙道氣分解系統(tǒng)改造

為了避免分解塔內(nèi)填料在反應(yīng)放熱條件下變形收縮堵塞塔體，在選擇填料時(shí)選擇耐高溫的材質(zhì)。通過(guò)對(duì)各種填料分析對(duì)比，輕瓷填料耐高溫且成本低廉，比較適合在連續(xù)分解操作溫度80℃ ～90℃，溫度相對(duì)穩(wěn)定波動(dòng)不大的場(chǎng)合?？紤]到連續(xù)分解中溫度偏低帶來(lái)碳酸鈉結(jié)晶堵塞問(wèn)題，在塔內(nèi)從下至上擺放了三種類型的輕瓷填料，最下層為六方形填料，中間層為DN50鮑爾環(huán)，上層為DN25的拉西環(huán)。這樣確保了分解塔塔內(nèi)容易堵塞的下段填料空隙最大，往上填料直徑依次遞減，符合塔內(nèi)物料的分布。其次，操作中應(yīng)嚴(yán)格控制煙道氣進(jìn)入量，減少碳酸氫鈉的生產(chǎn)，并且定期通入清水進(jìn)行清洗，使填料內(nèi)上覆轍的Na2O3、NaHCO3和NaOH溶于水中被清洗出來(lái)，保證塔內(nèi)暢通。

3.3 轉(zhuǎn)鼓滿流系統(tǒng)改造

為解決滿流設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，對(duì)此利用空閑的甲基萘油槽作為滿流工業(yè)萘的收集槽，再架設(shè)一臺(tái)輸送泵在工業(yè)萘工序低負(fù)荷的情況下將甲基萘油槽槽內(nèi)的工業(yè)萘打至工業(yè)萘高置槽重新進(jìn)行成型，如圖5所示。

圖5 改后工業(yè)萘滿流工藝示意圖

4 效果

在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)以上三個(gè)存在問(wèn)題的工序進(jìn)行改造后，主要效果如下：

1)瀝青溫度通過(guò)冷卻后從360℃降低到235℃左右，瀝青成型速度從8 t/h～10 t/h上升到15 t/h左右，瀝青成型時(shí)煙氣發(fā)生量明顯減少，并且成型時(shí)漂浮現(xiàn)象及粘鏈板機(jī)現(xiàn)象基本消除，操作環(huán)境得到明顯改善。

2)煙道氣分解工藝不再出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象，每月清洗后分解塔塔壓穩(wěn)定在技術(shù)要求范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)連續(xù)分解后半成品粗粉噸消耗酸降到22.9 kg/t，杜絕了倒灌風(fēng)機(jī)事故，保證了職工操作安全，粗酚收率最高達(dá)到了0.85%。

3)每班工業(yè)萘約有4 t～8 t滿流至工業(yè)萘滿流專用槽，穩(wěn)定了工業(yè)萘蒸餾工序原料的萘含量，為穩(wěn)定工業(yè)萘蒸餾生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)，同時(shí)節(jié)省了工業(yè)萘重復(fù)加工的成本。按每噸加工工業(yè)萘煤氣消耗450 m3來(lái)計(jì)算，每月可節(jié)省煤氣費(fèi)用10.8～21.6萬(wàn)元，同時(shí)也為公司節(jié)省了高熱值的煤氣。

5 結(jié)語(yǔ)

安鋼15萬(wàn)噸焦油加工裝置在經(jīng)過(guò)以上優(yōu)化后，在運(yùn)行、成本、環(huán)境上得到了明顯改善，使得整套裝置生產(chǎn)更加穩(wěn)定高效，同時(shí)也為今后焦油加工裝置設(shè)計(jì)提供了較好的參考。

［1］ 水恒福，張德祥，張超群.煤焦油分離與精制.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：21-22.