焦化產(chǎn)品產(chǎn)率影響因素和對(duì)策

蘭會(huì)賢(山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

焦化是對(duì)有機(jī)物進(jìn)行碳化處理的過(guò)程。煤炭化學(xué)工業(yè)建設(shè)和發(fā)展中，煉焦工藝占據(jù)著極為重要的位置，該工藝在化學(xué)工業(yè)、醫(yī)學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)當(dāng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，以此推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。所以，煉焦工業(yè)有必要采取多種措施提高焦化化工產(chǎn)品的產(chǎn)率。

1 焦化產(chǎn)品及組成的相關(guān)分析

煤經(jīng)高溫干餾后獲得的焦炭、高溫焦油、煉焦煤氣及其回收的化工產(chǎn)品統(tǒng)稱(chēng)為焦化產(chǎn)品。在焦?fàn)t內(nèi)部，煤炭經(jīng)過(guò)高溫干餾，發(fā)生物理及化學(xué)變化。爐內(nèi)溫度在200℃以下時(shí)，水分蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體。爐內(nèi)溫度在250～300℃之間時(shí)，煤炭?jī)?nèi)的大分子含氧物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，快速分解后生成水、二氧化碳以及酚類(lèi)物質(zhì)。當(dāng)焦?fàn)t內(nèi)溫度超過(guò)300℃且低于600℃時(shí)，會(huì)從膠質(zhì)層中析出一氧化碳、二氧化碳、甲烷和初焦油等物質(zhì)，這些物質(zhì)稱(chēng)之為初次分解物。初次分解物在高溫環(huán)境下往往會(huì)在到達(dá)炭化室頂部空間前發(fā)生二次熱解，并生成二次熱裂解產(chǎn)物。一般情況下，熱解氣體還會(huì)在焦?fàn)t內(nèi)生成芳烴類(lèi)產(chǎn)物。在實(shí)際的焦化化工生產(chǎn)中，爐內(nèi)溫度的不斷變化會(huì)導(dǎo)致原煤質(zhì)量與化工產(chǎn)品的數(shù)量均發(fā)生改變。持續(xù)的加熱與物理化學(xué)反應(yīng)決定溢出的化工產(chǎn)品的組成成分。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)個(gè)別焦化步驟進(jìn)行調(diào)整并不會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)產(chǎn)品組成的大幅度變化。

2 焦化產(chǎn)品產(chǎn)率影響因素

2.1 原料煤

2.1.1 煤化程度分析

焦化化工企業(yè)及裝置如圖1所示。

圖1 焦化化工企業(yè)及裝置

甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水和初焦油的含量較低，初次分解產(chǎn)物在碳化室內(nèi)析出后75%的產(chǎn)物可借助高熱的焦炭層沿1000℃的爐墻向碳化室頂部流動(dòng)，剩余的產(chǎn)物可在溫度不足400℃兩側(cè)膠質(zhì)層的煤料逸出。

煉焦化學(xué)品的工藝流程如圖2所示。

如分解產(chǎn)物經(jīng)由高熱的焦炭沿碳化室爐墻向上流動(dòng)，受高溫條件影響，產(chǎn)物中的碳?xì)浠衔锪鲃?dòng)至碳化室頂部前會(huì)產(chǎn)生二次分解的情況，釋放氫氣，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后可生成二次熱裂解產(chǎn)物。碳化中，爐頂溫度約為800℃，熱解氣體還可產(chǎn)生芳構(gòu)化反應(yīng)。煉焦化學(xué)品的組成和數(shù)量與干餾溫度和原煤性質(zhì)有著密切的聯(lián)系，炭化室逸出的煤氣組成也會(huì)受炭化時(shí)間的影響而有所不同，煉焦?fàn)t爐組具有連續(xù)性，在常規(guī)生產(chǎn)條件下，焦?fàn)t煤氣的組成大體相同。原料煤煤化程度與煤的熱解效果有著十分密切的聯(lián)系，同時(shí)，也對(duì)煤熱解之初的溫度、熱解反應(yīng)的性能和粘結(jié)性能產(chǎn)生較大的影響。原料煤煤化程度間的不同是熱解產(chǎn)物和產(chǎn)率不同的主要原因。低煤化程度的煤料熱解后，煤氣、焦油和水的產(chǎn)率較高。變質(zhì)程度為中等的煤，熱解中上述物質(zhì)的產(chǎn)率次之，而煤化程度較高的煤在熱解中產(chǎn)生的煤氣量、焦油量最少。裝爐煤的煤化程度和配比關(guān)乎化工產(chǎn)品的產(chǎn)率，因而必須高度重視裝爐煤的煤化程度和煤的配比。

2.1.2 巖相組成

按照煤炭巖相影響因素的不同變化，不同類(lèi)型產(chǎn)品的生產(chǎn)情況也會(huì)存在差異。在穩(wěn)定組、鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組的對(duì)比分析中發(fā)現(xiàn)，煤氣產(chǎn)率由高到低的排列為穩(wěn)定組、鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組；焦炭產(chǎn)品產(chǎn)率排列為絲質(zhì)組、鏡質(zhì)組、穩(wěn)定組；焦油產(chǎn)率最高的為穩(wěn)定組，最低的為絲質(zhì)組?；ぎa(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量也會(huì)受到裝爐煤巖組成比例的影響。

2.2 結(jié)焦溫度

熱解溫度是影響產(chǎn)品產(chǎn)率的關(guān)鍵要素，產(chǎn)品的成分也會(huì)受到溫度左右，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)隨之改變，這也是出現(xiàn)產(chǎn)率差異的主要原因。如熱解溫度呈上升趨勢(shì)，焦油和焦炭的產(chǎn)率則會(huì)出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，而煤氣則剛好相反，產(chǎn)率會(huì)隨著溫度的升高而不斷提升。由此可知，溫度變化情況會(huì)直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)率。為此，相關(guān)人員應(yīng)以生產(chǎn)要求為依據(jù)加大焦餅中心溫度控制力度。若中心溫度長(zhǎng)時(shí)間處于上升狀態(tài)，則會(huì)對(duì)后續(xù)的化學(xué)產(chǎn)品回收產(chǎn)生不利影響。

2.3 爐頂容積及溫度

為保證化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)率，規(guī)定爐頂空間的溫度為750℃，而當(dāng)爐頂溫度上升到900℃及以上時(shí)，因?yàn)闊峤庾饔玫挠绊?，焦油產(chǎn)量及煤氣熱值會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而在加熱過(guò)程中，產(chǎn)生的各類(lèi)型化合物或氣體，如氰化氫、化合水、氫氣會(huì)逐漸增多。另外，導(dǎo)致煤氣熱值降低的因素還有熱解作用下減少的不飽和碳?xì)浠衔锱c甲烷。在成功導(dǎo)出荒煤氣且順利出煤的基礎(chǔ)上，要注重炭化室內(nèi)煤料量，把控煤氣于炭化室內(nèi)停留的時(shí)間，以此控制二次熱解問(wèn)題。如炭化室中煤料的含量不足，爐頂?shù)目臻g也會(huì)隨之變化，室內(nèi)溫度會(huì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)化工產(chǎn)品及焦?fàn)t生產(chǎn)的產(chǎn)量產(chǎn)生較大的影響。

2.4 工藝操作

2.4.1 焦油回收率分析

煤焦油渣中的殘留焦油會(huì)增加資源消耗。在生產(chǎn)中并未嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制焦油氨水分離，氨水當(dāng)中混入了大量焦油。裝爐煤較為精細(xì)，且高壓氨水的壓力無(wú)法滿足規(guī)定要求，因此，回收系統(tǒng)中的焦粉和煤粉也影響著焦油的質(zhì)量，阻礙后期的生產(chǎn)操作。最后，工作人員沒(méi)有科學(xué)處理出冷氣中的煤氣產(chǎn)品集氣溫度，產(chǎn)品中的焦油含量過(guò)多，從而降低焦油產(chǎn)量，阻礙后續(xù)加工的順利進(jìn)行。

2.4.2 粗苯回收率分析

吸收溫度對(duì)粗苯回收率產(chǎn)生了較大影響。煤氣中的苯族烴含量固定時(shí)，溫度與吸收效果成負(fù)相關(guān)關(guān)系，溫度必須在合理的范圍之內(nèi)，如溫度過(guò)低，洗油的粘度有所上升，降低吸收率。為此，規(guī)定吸收溫度為25～27℃，貧油的吸收溫度為27～30℃。洗滌油的質(zhì)量及循環(huán)量也會(huì)影響粗苯回收率。在洗油時(shí)，在溫度超過(guò)270℃前，規(guī)定蒸出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60%以上，300℃前餾出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以上，且嚴(yán)格控制循環(huán)量。煤氣的流速和系統(tǒng)壓力也會(huì)影響吸收率。脫苯操作的規(guī)范性也是重要影響因素，貧油的含苯量較高，蒸汽的應(yīng)用率較低，溫度控制差、富油入塔溫度較低，進(jìn)而破壞洗油再生效果，降低粗苯的回收率。

2.4.3 硫銨回收率分析

硫銨回收率的影響因素主要有：氨含量、預(yù)熱后的煤氣溫度、母液溫度、循環(huán)母液酸度這幾項(xiàng)。

2.5 結(jié)焦時(shí)間

因受到焦結(jié)時(shí)間的限制，加熱過(guò)程中會(huì)存在升溫速度加快的情況，但加熱速度的加快，氣體析出速度也會(huì)有所上升，無(wú)法達(dá)到氣體析出最高值，進(jìn)而降低煤炭的產(chǎn)率，煤氣和焦油的產(chǎn)率也會(huì)升高。內(nèi)行氣占?xì)鈶B(tài)產(chǎn)品的10%～25%，外行氣則在經(jīng)炭化室和焦炭縫隙處理后，直接進(jìn)入到頂部空間內(nèi)，進(jìn)行二次熱解反應(yīng)，這也是外行氣反應(yīng)劇烈的主要原因。由于壓力因素的影響，初期的熱解工作在一定程度上削弱了熱解反應(yīng)，這時(shí)如果炭化室壓力增加，會(huì)直接引發(fā)漏氣問(wèn)題，氣體可能會(huì)直接進(jìn)入燃燒系統(tǒng)當(dāng)中，不利于煤氣的利用。若室內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境，則大量空氣進(jìn)入室內(nèi)，從而導(dǎo)致其他化學(xué)品燃燒，形成大量的二氧化碳和氮?dú)怏w，降低煤氣熱值，降低產(chǎn)品產(chǎn)量。

3 提升焦化化工產(chǎn)品產(chǎn)率的有效策略

3.1 提升焦油產(chǎn)率的策略

一方面要做好設(shè)備清理清潔工作。清理內(nèi)容包括機(jī)械化氨水澄清槽循環(huán)進(jìn)口位置、電補(bǔ)焦油器。前者是為了保持壓油量的穩(wěn)定性和均勻性，后者則是為了增大煤氣回收利用率。另一方面要處理好焦油設(shè)備的零部件，包括手動(dòng)翻板和蝶閥等，并做好煤氣管道的科學(xué)調(diào)整，加強(qiáng)循環(huán)液流動(dòng)效果，降低氨水量。

3.2 提升粗苯產(chǎn)率的策略

加大脫苯塔頂部溫度控制力度，使其溫度處于91～93℃，高度重視循環(huán)洗油水的品質(zhì)，并將1%～1.5%中的洗油放入再生器當(dāng)中，以加強(qiáng)再生處理效果。過(guò)熱蒸汽量需保持在200～1000m3/h之間?？刂普羝?；定期使用蒸汽清理粗笨使分離器冷卻水流出中管道，避免分離水進(jìn)入，降低產(chǎn)品純度。定期檢查苯回收設(shè)備，防止發(fā)生設(shè)備運(yùn)行異?；蛟O(shè)備運(yùn)行故障問(wèn)題，進(jìn)而降低產(chǎn)品產(chǎn)率。

3.3 增加硫銨產(chǎn)率的策略

在提高硫銨產(chǎn)率過(guò)程中：一是科學(xué)控制配煤水分，增加剩余氨水量；二是把控噴灑液的加工工藝和流程，確保煤氣產(chǎn)量在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。不過(guò)在該處理過(guò)程中，需要實(shí)施脫硫處理，以免硫銨中摻雜大量的濃氨水，影響最終生產(chǎn)效果。

3.4 加大管控力度

依據(jù)煤場(chǎng)存煤現(xiàn)狀，及時(shí)與總調(diào)度交流溝通，科學(xué)調(diào)整配煤。如煤值不合理，則要向上級(jí)部門(mén)反饋，做好監(jiān)督工作，若結(jié)焦時(shí)間發(fā)生變化，則可根據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)處理，以煤氣時(shí)間檢查，科學(xué)處理回收后的板式換熱器。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的分析與論述可以獲知，煉焦工業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展具有不可忽視的作用。煉焦生產(chǎn)中，焦?fàn)t溫度和操作工藝對(duì)化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和構(gòu)成影響顯著。原料煤的性質(zhì)、焦結(jié)的溫度和爐頂空間的溫度、容積和操作流程、工藝等因素是影響焦化化工產(chǎn)品產(chǎn)率的主要因素，為提高產(chǎn)品產(chǎn)率，務(wù)必采取有效策略，改善焦化生產(chǎn)的質(zhì)量，創(chuàng)造理想收益。