中国炼焦技术发展计划概况及我院焦化技术研究现状文档格式.docx
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80年代末,欧洲焦化工作者提出改变多室式传统焦炉的观念,并将煤预热与干熄焦直接联合的方案进行了巨型炼焦反应器试验(简称JCR),并
取得了良好的效果。
焦炭的质量CSR提高4〜10个百分点,CRI改善2〜4个百分点。
扩大了煤种,可多用高膨胀、低挥发分煤和弱粘结性煤。
节能效果显著,节能8%。
降低污染物排放量50%。
根据JCR工艺的试验结果,推出了已具备工业化的“单室炼焦系统(简称SCS)”。
为提高单
位炉容产量、节省投资和大幅度提高炉体结构强度(以实施煤预热炼焦工艺)推荐的SCS基本参数为:
HXLxw=9.5mX19mX(450〜610)mm。
1.2煤调湿技术(简称CMC)
将湿煤水分在炉外预先脱水干燥至6%以下,再装炉炼焦的工艺称干燥煤炼焦工艺。
而煤调湿炼焦工艺是在干燥煤炼焦工艺的基础上发展起来的,其核心是不管原料煤的水分是多少,装炉煤的水分均控制在5%〜6%的范围内。
煤干燥与煤调湿的基本原理是利用外加热能将炼焦煤料在炼焦炉外进行干燥、脱水,以降低入炉煤的水分或对入炉煤的水分进行调节,以控制炼焦耗热量、改善焦炉操作、提高焦炭质量和扩大弱粘结性煤用量的炼焦技术。
CMC技术首先在日本得到推广使用。
日本新日铁第一代CMC是热煤油干燥方式,利用焦炉上升管煤气的显热和焦炉烟道气的余热加热煤油,在多管回转式干燥机中,热煤油对煤料进行间接干燥。
第二代CMC是用蒸汽干燥的方式。
用干熄焦蒸汽发电后的低压蒸汽或工厂其它的低压蒸汽作为热源,在多管回转式干燥机中用蒸汽对煤料进行间接干燥。
这种CMC的第一套装置于1991年3月在新日铁公司的君津厂建成投产。
1996年10月在北海制铁(株)公司的室兰厂开发投产了第三代流化床CMC装置,该装置是配合室兰厂5号焦炉建设的,煤处理能力120t/h。
年产焦炭近70万吨。
我国第一套CMC装置于1996年在重庆钢铁(集团)实施。
本世纪初,受炼焦煤资源和能源紧缺的影响,干燥煤炼焦工艺在我国受到重视并推广使用。
辽宁本溪钢铁公司焦化厂、河南平顶山天宏焦化公司、绍兴钢铁公司焦化厂、湘潭钢铁公司焦化厂等在煤料预处理工艺中相继采用了干燥煤炼焦工艺,并在原有工艺基础上进行了改进,发展成煤调湿工艺。
1.3捣固炼焦技术
与顶装焦炉相比,捣固炼焦可以更合理地利用和扩大炼焦煤资源、提
高焦炭质量和提高劳动生产率。
M40可提高1%〜6%,M10可改善2%「4%,CSR提高1%〜6%,生产能力提高10%。
由于捣固炼焦技术的优越性,特别针对我国主焦煤的短缺的现状,因而捣固炼焦的发展较快,已经成为一些地区焦化发展的首选。
云南云维集团有限公司的55孔、5.5m
捣固焦炉已于2006年底投产,每孔装煤量超过35t,已接近世界先进水平,为我国捣固炼焦技术的发展奠定了基础。
该捣固焦炉甚至可以配入无烟煤炼焦,从而极大地拓展了炼焦煤源,符合我国炼焦技术发展方向,具有广阔的发展前景。
1.4型煤炼焦技术型煤炼焦技术能改善焦炭质量和减少强粘结性煤的配入量,其重要原因有:
(1)型煤内部煤粒接触紧密,在炼焦过程中促进了粘结组分和非粘结组分的结合,从而改善了煤的结焦性。
(2)型煤与粉煤混合炼焦时,在软化熔融阶段,型煤本身体积膨胀使煤粒间的接触更加紧密,形成结构坚实的焦炭。
(3)配有型煤的装炉煤中,由于型煤致密,其导热性比粉煤好,故升温速率快,可较早达到开始软化温度,延长了粉煤的塑性温度区间。
(4)配有型煤的炼焦煤料的散密度高,炼焦过程中半焦收缩小,因而焦炭裂纹也少。
(5)装炉煤成型时添加了一定量的粘结剂,对炼焦煤料有一定的改质作用。
国内采用配型煤的炼焦工艺以宝钢为代表。
宝钢一期工程引进了新日铁配型煤的炼焦工艺。
三期工程又引进了新日铁简化流程的配型煤炼焦工艺。
该技术的实施对提高宝钢冶金焦炭质量、缓解华东地区炼焦煤紧张状况起到了积极的作用。
武钢焦化厂、水城焦化厂等采用配入焦油渣的型煤炼焦技术,能够有效处理和利用焦油渣,并改善了焦炭质量。
1.5干熄焦技术(简称CDQ)
干熄焦技术具有突出的环保、节能和提高焦炭质量的特点,因而在我国发展十分迅速。
目前国内已有44套干熄焦装置正在运行,焦炭处理量达3000多万吨。
出炉红焦的显热占焦炉能耗的35%〜40%,而干熄焦
则可回收红焦显热的80%。
宝钢干熄焦系统的操作实践表明,干熄焦平均可降低能耗50〜60kg标煤/t焦。
马钢的干熄焦生产实践表明,焦炭的M40可提高3%,M10降低1%以上,CSR提高3%以上,CRI改善1%以上。
由于干熄焦系统是密闭操作,基本上不污染环境,并能实现温室气体减排,同时具有节水的效果,经济效益和社会效益明显,值得进一步推广。
随着我国对干熄焦装置关键设备加工能力的掌握,以及生产经验的积累,同时由于国家对焦化环保的要求逐渐提高,干熄焦技术必将在我国全面推广和发展。
1.6焦炉煤气制甲醇
甲醇是重要的化工原料,也是新一代的重要能源。
甲醇可以进一步制取二甲醚(DME),也可以制取汽油(MTG)。
甲醇是碳1化学的母体,因而用途广泛。
焦炉煤气是一种富氢气体,含H255%〜60%、CO5%〜8%、CH423%〜27%,是理想的化工原料气。
焦炉煤气制甲醇,符合国家的产业、能源和环保政策,成为焦化企业新的经济增长点。
由化学工业第二设计院设计的我国第一套年产8万吨的焦炉煤气制甲醇项目,已于2004年12月在云南曲靖市焦化制气公司顺利投产。
目前,已建成或在建的焦炉煤气制甲醇的规模已经达到100多万t/a,表现出良好的发展前景。
特别是同煤制气相结合,能够更合理利用碳、氢资源,可最大限度地利用焦炉煤气,提高甲醇产量,降低甲醇生产成本。
1.7煤焦油的集中加工
随着我国炼焦工业的快速发展和焦炉的大型化,使煤焦油的集中加工成为发展趋势。
由于煤焦油资源的短缺和煤焦油价格的不断上涨,使小型煤焦油加工企业逐步被淘汰,取而代之的是新建的一批20〜30万t/a的
煤焦油加工企业。
一些老的大型焦化厂也在不断扩容,提高煤焦油的加工规模。
目前,单套加工能力为30万t/a的煤焦油加工装置,已经在山西等地建成投产。
由于煤焦油加工规模的扩大,也使得一些炼油行业的常减压相结合的新技术可在煤焦油加工企业中得到利用,明显提高了煤焦油的加工技术。
2我校煤焦化技术的研究现状
2.1煤粘结性的基本理论研究粘结性是炼焦用煤的一个重要的工艺性质,从理论上搞清煤粘结性的形成机理,对煤的合理加工利用具有十分重要的意义。
目前,胶质体理论和中间相理论已为人们广泛应用,但仍不能确定影响煤粘结性能的关键组分。
除煤本身的复杂性外,没有找到一种对煤有优良溶解性的溶剂也是原因之一。
自从Lino等人发现二硫化碳一N-甲基-2-吡咯烷酮(CS2—NMP)混合溶剂在常温常压下,对某些烟煤可达到50%〜80%的高萃取率以来,该混合溶剂在煤结构研究中得到了广泛的应用。
煤的缔合结构对其溶解度、热膨胀率、导电性和比热等物理性质具有较大的影响,而煤样的抽提率与其粘结性有关,抽提率与煤的缔合结构密切相关。
由此可以推测,煤的缔合结构与其粘结性质密切相关,而这方面的研究尚未有文献报道。
煤样的粘结性与其抽提率密切相关,以混合溶剂抽提率和粘结指数作图,如图1所示。
102020Ifl5060708(1
抽提率/Vt%trfaf
图1煤样抽提率与粘结指数GR.I的关系
(△—混合溶剂中NMP含量V50%;
□—混合溶剂中NMP含量〉50%)
由图1可以看出,三种煤样经不同比例的CS2-NMP混合溶剂抽提,
在混合溶剂中的NMP含量V50%时,煤样的粘结指数GR.I随抽提率的
增加而逐渐减少;
当NMP含量〉50%时,煤样的粘结指数GR.I随抽提
率的减少而逐渐增加。
可见煤样的粘结指数均随不同比例的CS2-NMP混合溶剂抽提率的增加而均呈下降趋势。
说明煤的粘结性与其抽提率有紧密
的内在联系。
并且对于我们实验所用的肥煤和焦煤,在同一抽提率下,它们的粘结指数是略有差别的。
由图1可见,同一抽提率下,煤样在NMP中的含量〉50%的不同比例混合溶剂中的抽余物的粘结指数,大于煤样在
NMP含量V50%的不同比例的混合溶剂中的粘结指数。
说明虽然煤样在不同比例的混合溶剂中有相同的抽提率,但经抽提后,它们的抽余物和抽
提物的成分还是有差别的,从而导致了煤样抽余物的粘结指数GR.I的差
另I」。
对于瘦煤,其抽提率比较小。
为此在瘦煤中添加肥煤的Pl(混合溶剂可溶、吡啶不溶物),考察其对瘦煤抽提率和粘结性的影响。
可溶组分对弱粘煤瘦煤的抽提率和粘结性的影响如表1所示。
表1瘦煤的抽提率及粘结性变化
煤样
抽提率
粘结指数
瘦煤
5.1
17
瘦煤+肥煤PI(0.1g/g煤)
7.9
56v/TABL
E<
p>
从表1可看出,在瘦煤中加入可溶组分肥煤的PI(O.lg/g煤)后,瘦煤的抽
提率略有提高。
我们认为抽提过程是在室温下进行的,几乎不可能发生化学反应。
在CS2-NMP混合溶剂的溶解过程中,瘦煤可能和肥煤的PI分子
重新进行缔合,削弱了煤中芳环体系的相互作用,从而破坏了煤分子间n—
n键的作用和范德华力,使瘦煤的抽提率略有提高,肥煤的PI分子对瘦煤
有一定的增溶作用
而在瘦煤中加入可溶组分肥煤的PI后,瘦煤的粘结指数却大幅度提高。
可见肥煤的PI对瘦煤的粘结性能具有非常重要的影响,它起着致粘的作用。
这可能是由于煤样在受热碳化时,不仅瘦煤的可溶组分脱离非共价键的束缚而逸出,而且可能有肥煤的PI小分子和瘦煤重新进行缔合,共价键裂解产生的其它小分子物和肥煤PI小分子一起组成塑性流动相,形成胶质体,从而使煤样的粘结指数大幅度提高。
2.2水热处理对炼焦煤的改质研究煤的缔合结构影响煤在有机溶剂中的溶解性质和热性质。
煤的缔合结构对煤的反应性和转化也有重大的影响。
对煤进行预处理,以改变煤的缔合结构,从而改变煤的性质是一项非常有意义的工作。
水处理是一种非常重要的预处理方法,因为该方法可以改变煤的反应性
和结构。
Graff和Brands认为,在50个大气压和340〜500C温度下水处理LlinoisM6煤可以使其抽提率从17%上升到30%,但是将预处理的煤放在空气中暴露数分钟后,其抽提率变得和未处理的煤没有多大差别了。
Bienkowski等发现,经过200C水处理的煤的液化率从27.3%上升到
38.4%。
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