1、從流程工業(yè)看焦化工藝的解構(gòu)與集成優(yōu)化溫燕明    2010年4月21日    發(fā) 言 提 綱     一、前言     二、焦化工作者面臨的任務(wù)     三、流程產(chǎn)業(yè)及流程產(chǎn)業(yè)特征     四、焦化工藝的解構(gòu)分析      五、裝備、工藝、管理技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐     六、幾點(diǎn)認(rèn)識&

2、#160;   一、前 言    我國煤化工產(chǎn)業(yè)經(jīng)過60年的積累，特別是改革開放三十年來，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。支撐了我國鋼鐵工業(yè)的高速增長和城市燃料的清潔化。促進(jìn)了化工合成、電石、醫(yī)藥、染料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，保障了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤化工產(chǎn)品的需求。    進(jìn)入新世紀(jì)的焦化工業(yè)己經(jīng)進(jìn)入了大型化、高效化、信息化、清潔化的歷史新階段。2009年，我國生產(chǎn)焦炭3.45億噸，占世界總產(chǎn)量的60%以上；是名符其實(shí)的焦炭強(qiáng)國。     煉焦化學(xué)工業(yè)是影響國民經(jīng)

3、濟(jì)基礎(chǔ)的清潔能源轉(zhuǎn)化的流程工業(yè)，是煉焦煤通過干餾、實(shí)現(xiàn)焦炭和其關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的生產(chǎn)、分離及重構(gòu)的工藝模式。迄今為止，這個(gè)模式是煤炭深加工形式中工藝最簡單、能源轉(zhuǎn)化率最高、成本最低、關(guān)聯(lián)產(chǎn)品最豐富的一種最優(yōu)模式。         我國的能源結(jié)構(gòu)缺油、少氣、富煤的稟賦，決定了煤炭能源的清潔高效利用技術(shù)的開發(fā)利用，成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略核心。    在2005年，全球能源消耗結(jié)構(gòu)中煤炭僅占27.8%，而我國能源消耗結(jié)構(gòu)中煤炭比例達(dá)到76.5%。 

4、60;          上個(gè)世紀(jì)90年代，面對鋼鐵工業(yè)跨越式大發(fā)展，國家落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推行節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)以來，我國焦化工作者積極引進(jìn)、消化國外技術(shù)，大膽自主創(chuàng)新，為改變焦化產(chǎn)業(yè)為高污染、高能耗和粉塵、毒素、高勞動強(qiáng)度的狀況，做出了極其艱苦的努力。淘汰土焦、實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t大型化，擴(kuò)大煤焦煤炭資源、提高焦炭質(zhì)量；創(chuàng)新脫氨、脫硫工藝；開發(fā)清潔工藝技術(shù)、發(fā)展一碳化工；增加化工產(chǎn)品品種、提高能源利用率。使焦化行業(yè)發(fā)生了根本性的改變，特別是近二十年成為歷史上少有的煤焦化技術(shù)高速、高發(fā)集成創(chuàng)新和普及期，成就

5、了一代焦化產(chǎn)業(yè)的輝煌。    2000年至2009年噸焦耗能走勢        十年來由160.2kgce/t降到112.28kgce/t（115kgce/t）降幅11.3，先進(jìn)企業(yè)己達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。    基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)備大型化、高效化、信息化、清潔化        唐鋼處理能力為180t/h的干熄焦裝置    

6、;太鋼全封閉式140t/h干熄焦裝置        邯鋼集團(tuán)邯寶公司1號7米焦?fàn)t于2008年2月順利投產(chǎn)        但是由于歷史的、技術(shù)的、管理的、機(jī)制的原因，整個(gè)行業(yè)仍處在高污染、高能耗、粗放狀態(tài)，面對煤炭價(jià)格居高不下、焦炭價(jià)格下降、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高；成本壓力、環(huán)境壓力、市場壓力越來越大的現(xiàn)狀，目前又面臨二氧化碳排放的壓力（823、92kg/t焦，焦化廠在鋼廠中CO2直接排放占24、46相當(dāng)294、34kg/t鋼）如何發(fā)揮流程

7、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、破解制約瓶頸、追求系統(tǒng)能效、工藝能質(zhì)轉(zhuǎn)換的綜合價(jià)值，培育企業(yè)新的生命力、競爭力。己經(jīng)成為中國焦化科技工作者的歷史史命。    碳冶金是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)；碳是鋼鐵工業(yè)過程能量流、物質(zhì)流的主要載體；碳是影響鋼鐵性能的基礎(chǔ)元素；鋼鐵材料本質(zhì)上（占總量90以上）是鐵碳合金。焦炭是高爐中熱量、支架及還原劑的主要來源，做用不可替代。     予計(jì)在2050年之前鋼鐵制品在國民經(jīng)濟(jì)的交通、建筑、機(jī)械等方面仍然不可替代。、焦炭生產(chǎn)企業(yè)隨著鋼鐵企業(yè)的發(fā)展將進(jìn)一步發(fā)展。提高能源效率、工藝運(yùn)行效率，節(jié)能減排任重道遠(yuǎn)，責(zé)任重大。&

8、#160;       三、流程工業(yè)及流程工業(yè)特征        流程工業(yè)：    流程工業(yè)是指物質(zhì)流在量流的推動和作用下按照信息流設(shè)定的“程序”及“流程網(wǎng)絡(luò)”通過物理變化和化學(xué)變化的方法，將原料轉(zhuǎn)化變?yōu)楫a(chǎn)品的連續(xù)性生產(chǎn)過程。流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要位置。占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值66以上、主要行業(yè)能耗占全國工業(yè)總能耗的70。鋼鐵、煤炭、造紙、化工、石油等 八大行業(yè)均流程工業(yè)。并被貫以“二高一資”行業(yè)，屬于節(jié)能減

9、排重點(diǎn)。    煉焦工業(yè)物質(zhì)流、炭素流均為能源介質(zhì)，屬于典型的能源流程產(chǎn)業(yè)也稱碳素流程產(chǎn)業(yè)。        流程工業(yè)特征：    1、生產(chǎn)原料處理量大、過程連續(xù)、產(chǎn)品品種相對穩(wěn) 定、工藝流程基本不變，但工藝參數(shù)多變。其產(chǎn)品通常不是以新取勝、而是以質(zhì)量，成本取勝。    2、生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行是企業(yè)實(shí)現(xiàn)低成本的關(guān)鍵。流程高效運(yùn)行表現(xiàn)在：物質(zhì)流、能量流、信息流的，穩(wěn)定有序、

10、連續(xù)緊湊、高效轉(zhuǎn)化、耦合匹配。    3、目前流程工業(yè)均存在能耗高、成本高、污染重、勞動生產(chǎn)率低、資源利用率低等特點(diǎn)。對流程產(chǎn)業(yè)功能多樣性、目標(biāo)多樣性、價(jià)值多樣性及工藝過程能質(zhì)轉(zhuǎn)換價(jià)值認(rèn)識不足，遠(yuǎn)末開發(fā)。物質(zhì)流基本處于有序，能量流、信息流遠(yuǎn)末有序。是這一狀態(tài)的根本原因。    4、流程工業(yè)物質(zhì)流是增值過程，能量流是耗散過程，能量流的價(jià)值在于防止和減少能量的衰變和貶值。這是節(jié)能的意義所在，亦是社會能源危機(jī)的根源。    5、流程工業(yè)的內(nèi)循環(huán)度表現(xiàn)在物質(zhì)流的資源再利用及物質(zhì)流增值

11、能力和環(huán)境價(jià)值；表現(xiàn)在能量流的回收再利用能力和能量效率。    6、流程工業(yè)能量流的高效運(yùn)行有量的平衡，更有質(zhì)的效率及能量、能質(zhì)、能級、時(shí)間、空間和用戶的耦合匹配。    7、流程工業(yè)的能源效率要對工藝過程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化、協(xié)同優(yōu)化，追求系統(tǒng)能效。要對工序間能源介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、集成優(yōu)化，追求集約能效。做到：    能質(zhì)級匹、等效替代、梯級利用、藕合匹配    8、流程工業(yè)的物質(zhì)流是從無形到有形，能量流是從有型到無形。對他們的有序運(yùn)行必須靠

12、信息流的可視化、智能優(yōu)化和智能控制來保障。    9，流程工業(yè)過程均由“三傳”（傳質(zhì)、傳熱、傳遞動力）“一反”（反應(yīng)器、轉(zhuǎn)化器）物理、化學(xué)工程裝備組成。流程是否高效、有序、穩(wěn)定，決定于這“三傳一反”裝置的高效優(yōu)化和開發(fā)、決定這“三傳一反”裝置的信息受控和匹配運(yùn)行、決定于這“三傳一反”裝置是否清潔和低碳。焦化工業(yè)更是如此。基于對流程產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識焦化工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)就有了明晰的目標(biāo)。就是用高效裝備技術(shù)、高效工藝技術(shù)、高效管理技術(shù)開發(fā)低碳高效焦化流程。構(gòu)建清潔、高效，環(huán)境友好、市場競爭力強(qiáng)的21世際低碳焦化產(chǎn)業(yè)。   

13、60;    四、焦化工藝的解構(gòu)分析     長期以來我們一直關(guān)注產(chǎn)品形成技術(shù)的開發(fā)和產(chǎn)品主流程的資源保證及管理，而較忽視產(chǎn)品形成過程中能質(zhì)轉(zhuǎn)換及技術(shù)的開發(fā)和管理，忽視能質(zhì)轉(zhuǎn)換及傳遞過程的耦合匹配，恰恰是這些能質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)直接涉及資源、能源的高效利用和高效轉(zhuǎn)化，因而造成過程運(yùn)行成本高、效率低、污染嚴(yán)重，其實(shí)質(zhì)是資源、能源的流失。我們焦化產(chǎn)業(yè)尤其突出。    1、從焦?fàn)t能源平衡看能效     按年產(chǎn)焦炭120萬噸/年計(jì)算，配煤水份下降4%（

14、10%6%），少產(chǎn)生廢水6.5萬噸/年，降低費(fèi)用300萬元/年，少消耗高爐煤氣6000萬m3年，降低費(fèi)用270萬元/年，煤調(diào)濕利用煙囪余熱2200億KJ/年，1261萬元/年，干熄焦回收焦炭余熱發(fā)電160.5度/小時(shí)，1.66億度/年，1.0億元/年上升管余熱回收8200萬元/年，每噸焦降成本167元/噸.     加熱焦炭42Kg/t+煙氣16 Kg/t +荒煤氣34 Kg/t余熱工序能耗降低92Kg/t。按全國工序能耗165Kg/t的水平及2007年焦炭產(chǎn)量計(jì)算，焦?fàn)t加熱消耗3400萬噸標(biāo)煤，焦?fàn)t廢氣帶走650萬噸標(biāo)煤尚未回收，產(chǎn)生廢水3860萬噸。

15、        2、從回收工藝看能源狀況    蒸餾采用正壓工藝，溫度曲線如下：初冷預(yù)冷脫硫預(yù)熱硫銨終冷洗苯加熱溫度曲線        1）、回收工藝過程加熱、冷卻大于100，消耗蒸汽69t /h，新水消耗800t/h，產(chǎn)生酚廢水99t/h。    2）、煤氣洗滌、蒸餾采用正壓工藝造成物料蒸發(fā)耗散，工藝效率低、污染環(huán)境。   &

16、#160;3）、化工生產(chǎn)換熱效率不高。工藝加熱蒸汽當(dāng)家，掃氣、保溫、消防大量使用蒸汽，熱效率低，產(chǎn)生大量難處理的含酚廢水。    4）、焦?fàn)t生產(chǎn)除焦炭余熱由干熄焦回收外，其余余熱基本未回收利用且回收火用值效率低。    5）、槽罐、塔器放散管對環(huán)境污染突出。    6）、產(chǎn)品品種少、精度低，附加值不高。    7）、含酚酚水產(chǎn)生點(diǎn)多、量大，分布廣，處理難度大，運(yùn)行成本高    8）、能源轉(zhuǎn)化效率低

17、，傳遞使用不耦合、不匹配    基于對碳素流程產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識，必須改變傳統(tǒng)流程只重視物質(zhì)流-產(chǎn)品的加工模式。提倡工藝全價(jià)開發(fā)，由只注重產(chǎn)品到也注重過程，取得過程能質(zhì)轉(zhuǎn)化價(jià)值最大化，以價(jià)值創(chuàng)新重塑工藝過程。提高資源效率、能源 效率，即在源頭節(jié)約資源和減少污染，開發(fā)提高效率技術(shù)，改變消耗高、污染重、成本高狀況，提高綜合競爭力。        五、裝備、工藝、管理技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐     三十年焦化行業(yè)大發(fā)展中實(shí)現(xiàn)了，知識、經(jīng)驗(yàn)、智慧的有效集累，在積

18、極引進(jìn)消化國外先進(jìn)工藝、裝備、信息化技術(shù)的同時(shí)，也促成開發(fā)了高效能源轉(zhuǎn)化及高效用能工藝技術(shù)裝備、少水或無水工藝技術(shù)、高效斜孔塔盤 應(yīng)用技術(shù)、粉塵及毒素氣體密封回收利用技術(shù) 、信息自動化智能管控等高效管理技術(shù) 、適應(yīng)焦化工藝及環(huán)境的新材料。有效促進(jìn)了焦化工藝過程的清潔化、高效化、信息化。    1、開發(fā)高效能源轉(zhuǎn)化及高效用能工藝技術(shù)裝備    （1）、高壓高溫自循環(huán)全冷凝發(fā)電            

19、（2)熱導(dǎo)油、電伴熱代替蒸汽做工藝熱載體實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)匹配式高效用能方式        傳熱過程的 損失=T0Q（TH-TL）/（TH*TL）    同樣熱量需求用蒸汽（煤氣）與用熱導(dǎo)油（煤氣）的成本相當(dāng)于5：1。     按年產(chǎn)120萬噸規(guī)模的焦化廠計(jì)算，年可創(chuàng)效益7253萬元，減少廢水 46.8萬噸 。    （3)煤調(diào)濕     采用對流傳熱比傳導(dǎo)、輻射傳

20、熱系數(shù)高幾十至幾百倍，使低品位余熱焦化煙氣使用成為可能，節(jié)約煤氣7.01億m3/a，減少廢水7.9萬m3/a ，可使配煤水份控制在6左右。提高焦炭產(chǎn)量或提高焦炭質(zhì)量。        （4)燃?xì)庵评洌〈羝评洌瑴p少能源轉(zhuǎn)換，提高能源效率。用煤氣與與用蒸對相比，減少廢水，降低運(yùn)行成本。    *節(jié)水35.04 萬噸/年    *熱效率提高59.87    *降低能耗12.84kg ce/t

21、0;       循環(huán)水閉路、污水零排放，污染物資源化    （5）開發(fā)使用高效斜孔塔盤    蒸氨塔、蒸苯塔、焦油餾份塔使用后，處理能力提高了60%，能耗下降50%（以蒸氨塔為例）。        2提高氣體能源轉(zhuǎn)換價(jià)值實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)方案    （1）利用焦?fàn)t煤氣提H2，轉(zhuǎn)爐煤氣提CO、CO2，合成精甲醇64.4萬噸/年，投資約1

22、2.88億元，為煤氣化路線1/31/2，生產(chǎn)成本下降3040，年產(chǎn)值16.1億元；尾氣可發(fā)電270MW，年產(chǎn)值13.6億元。        （2）鋼廠能源優(yōu)化多聯(lián)產(chǎn)方案二    利用焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣可生產(chǎn)商品甲醇63.47萬噸/年、H2 1萬m3/h、乙二醇20萬噸/年、醋酸產(chǎn)品20萬噸/年，投資42億元，年產(chǎn)值39.6億元；引入清華爐生產(chǎn)清潔燃?xì)猓c尾氣、高爐煤氣實(shí)施燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電，并實(shí)施余熱余能分布式發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)用電自給及外送。   

23、     清華爐（非熔渣熔渣分級氣化技術(shù)）    獨(dú)立焦化廠可用清華爐制氣替代焦?fàn)t氣用于焦?fàn)t加熱。替代出焦?fàn)t氣用于合成甲醇。制4萬M3可消化25t/h含酚廢水。            3、開發(fā)無蒸汽、少廢水高效節(jié)能工藝工藝技術(shù)    （1）、無蒸汽蒸氨技術(shù)    取消直接蒸汽，用熱導(dǎo)油加熱。熱導(dǎo)油只提高20與

24、蒸汽加熱至400相比，節(jié)能明顯，且熱導(dǎo)油循環(huán)使用，節(jié)能效率高。    蒸汽做間接加熱，其冷凝熱要浪費(fèi)相當(dāng)部分，采用本工藝后：     熱效率提高54.2     工序能耗降低22.16kg ce/t焦        導(dǎo)熱油加熱蒸氨    火用效率提高25    Eh 13.9967MKcal/h  

25、  Ex 3.7295 MKcal/h            （2）煤焦油負(fù)壓精餾技術(shù)     取消餾份塔直接汽，加熱爐用煤氣從常壓蒸餾的65 m3/t焦油降至45 m3/t焦油以下；萘收率明顯提高，平均達(dá)到10.48%，最高達(dá)到12.48%，比常壓蒸餾平均提高19、1%；瀝青的軟化點(diǎn)波動范圍小，質(zhì)量穩(wěn)定；蒸汽的用量明顯減少，與常壓蒸餾相比，每年可節(jié)約蒸汽5000噸。    

26、降低能耗，減少廢水。        Ø 夾點(diǎn)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)：煤焦油加工     以焓分析和 火用 分析為工具，并采用能源夾點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，系統(tǒng)優(yōu)化能流網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量高效利用，煤氣消耗可降低30，產(chǎn)品收得率提高20。        根據(jù)夾點(diǎn)處無熱量傳遞，按照過程物流匹配的原則，及歐拉定律，就可得到以最小能量為優(yōu)化目標(biāo)的換熱網(wǎng)絡(luò)。     &#

27、160;  多餾分加工煤焦油初餾過程的換熱網(wǎng)絡(luò)計(jì)算     （3）、開發(fā)負(fù)壓苯蒸餾工藝     降低能耗，取消蒸汽，提高粗苯收率、改善環(huán)境。每年可減少蒸汽消耗6萬噸，相應(yīng)減少廢水6萬噸，并降低生產(chǎn)成本。        （4)完善PHF工藝實(shí)現(xiàn)煤氣脫硫液提鹽技術(shù)    實(shí)現(xiàn)了脫硫廢液零排放、廢物資源化，該技術(shù)使用前后，煤氣含H2S由平均2.78g/m3降低到0.3g/m3。

28、60;       5)理順回收工藝溫度梯度實(shí)現(xiàn)負(fù)壓脫硫    減少加熱和終冷耗水、降低工序能耗，提高脫硫效率。            洗苯塔放鼓風(fēng)前，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓洗苯。己有工業(yè)裝置投產(chǎn)，這是一個(gè)重大工藝結(jié)構(gòu)突破。對四收工藝緊湊連續(xù)高效調(diào)整具歷史意義。將大大降低投資、運(yùn)行成本；提高節(jié)能減排效果。      

29、60; （7)油罐、管線伴溫用導(dǎo)熱油及電伴熱，硫銨干燥用熱導(dǎo)油，改善環(huán)境，消滅廢水，降低成本。             實(shí)施以上措施后，酚水量大大降低，按年產(chǎn)焦炭120萬噸的焦化廠計(jì)算，可減少酚水量29.35萬噸/年。            4，開發(fā)除塵及毒素氣體密封技術(shù)    （1）自除塵式加煤車 

30、;    運(yùn)行成本低，除塵效率高         （2）高壓水清掃爐門     密封效果好，一周清一次         （3)瀝青水下成型：消滅瀝青煙及槽缶微負(fù)壓閉路消化有毒廢氣工藝開發(fā)。        （4) 除塵煤粉成型技術(shù)：避免二次揚(yáng)塵，提高資源利用率及焦炭質(zhì)量