十一五與十二五焦化行業的回顧與展望

目前，30%的核電站沒有得到回收，其中焦化廠的焦化廠約為50kg/t。這意味著在2010年35100萬t機焦生產過程中,有1760萬標準煤的余熱未被回收利用。1焦爐煉焦技術“十一五”期間,我國焦化行業得到了史無前例的高速發展,取得了巨大成就,其顯著特點是:滿足持續發展的鋼鐵工業對焦炭和焦爐煤氣的需求;建設大型焦爐替代落后產能,全面提高工藝裝備水平;發展搗固煉焦,節省優質煉焦煤;廣泛普及節能減排的干熄焦技術;煤調濕技術的開發和起步;焦爐煙道氣余熱的回收利用;真空碳酸鉀脫硫脫氰技術的開發與國產化;煤焦油加工裝置的大型化;苯加氫技術的推廣;焦爐煤氣資源化利用的起步和發展。同時,焦化行業也面臨著前所未有的嚴峻形勢:生產能力過剩;環境約束加劇;節能壓力加大;煉焦煤價格暴漲;經濟效益低下。1.1滿足鋼鐵工業對焦炭和焦爐的需求“十一五”期間,我國焦化工業有了迅猛發展,焦炭年產量從2005年的25412萬t增加到2010年的39100萬t,滿足了我國鋼鐵工業持續發展對焦炭數量和質量的需求,同時也滿足了鐵合金、電石、化肥、有色工業和機械制造等行業對焦炭的需求。焦化廠還為鋼鐵企業提供了充足的優質高熱值焦爐煤氣,大中型鋼鐵企業的焦爐煤氣利用率在逐漸提高。1.2頂裝焦爐-7m“十一五”期間,我國累計淘汰煉焦落后產能11014萬t,其中,土焦(改良焦)已基本取締,小半焦(蘭炭)大部分關停,改造落后小機焦產能7702萬t。新增大中型焦爐產能14061萬t,焦化產業結構優化升級取得重大突破,使我國從焦化生產大國逐漸邁向焦化技術強國。至2010年底,我國尚有常規焦爐落后產能4000萬t需要淘汰,占煉焦總產能比例由2005年的23.48%下降至8.0%。2006年,我國首座7.63m大容積焦爐在兗礦集團投產;2007年,太鋼引進德國焦爐技術建設的2×70孔7.63m大容積焦爐投產,從而在我國掀起了建設7.63m大型焦爐的熱潮。至2010年,我國已投產7.63m焦爐15座,年焦炭產能達1630萬t,焦爐的座數和產能均位居世界第一。2005年,為適應我國鋼鐵企業建設大型焦爐的需要和煉焦煤的資源狀況,在總結國內JN系列焦爐設計、生產經驗及8m試驗爐試驗數據的基礎上,借鑒國外大型先進焦爐的長處,自行開發了高6.98mJNX70-2型焦爐,即7m單段加熱頂裝焦爐。其特點是適用于強黏結性煤缺乏的地區,生產滿足大高爐要求的優質焦炭。2008年初,邯鋼和鞍鋼鲅魚圈各4座JNX70-2型頂裝焦爐先后投產,為3000m近年來,我國日益重視NO2007年,為適應國內外嚴格控制焦爐煙囪排放廢氣中NO2010年,我國第1座多段加熱7m焦爐在寶鋼梅山投產?，F在已投產和在建的采用廢氣循環與多段加熱組合燃燒技術的7m焦爐已近20座。1.3我國干熄焦生產的進展“十一五”期間,我國實現了干熄焦技術與設備的國產化以及干熄焦技術的普及和推廣,使之成為鋼鐵企業主要的節能減排措施。現在我國可以為任何規模的焦爐組,經濟合理地配套建設65~260th的干熄焦裝置。而且,在世界上首次為搗固焦爐配置了干熄焦裝置,取得了寶貴的運行參數和實踐經驗。隨著我國干熄焦裝置投產數量的增多、運行時間的延續、實踐經驗的積累,我國干熄焦的操作運行、維護檢修、干熄率、燒損控制和計劃管理等已達到世界先進水平。至“十一五”末,我國已投產和在建的干熄焦裝置159套,干熄焦炭能力為15877萬t,占我國2010年煉鐵消費焦炭量27600萬t的57.4%。鋼鐵企業已有83%的焦炭產能配置了干熄焦裝置,獨立焦化廠為了節能減排、發展循環經濟也開始采用干熄焦技術。我國干熄焦裝置的套數和干熄焦炭能力已位居世界第一。1.4焦爐煙道氣余熱利用技術“十一五”期間,我國煤調濕技術從無到有,經歷了科研開發、設計建設、開工調試、穩定生產的全過程。我國自行設計的以低壓蒸汽為熱源、采用國產多管回轉式干燥機的煤調濕裝置先后在寶鋼(1×330t/h、4×50孔6m頂裝焦爐)、太鋼(1×400t/h、2×70孔7.63m頂裝焦爐)和攀鋼(1×380t/h、2座5.5m搗固焦爐)投產。通過實際調試,逐漸摸索出適合各廠實際情況的操作參數、生產規程和維護檢修計劃,達到了穩定生產,取得了降低入爐煤水分、改善焦炭質量、減少剩余氨水量、提高焦爐生產能力的效果。焦爐煙道氣余熱占焦爐輸出熱的36%,利用潛力巨大。20世紀末日本投產了4套以焦爐煙道廢氣為熱源、采用流化床干燥機的煤調濕裝置。2005年,長沙通發公司和中冶焦耐開發了以焦爐煙道廢氣為熱源、采用全沸騰風選調濕機的煤調濕裝置,并進行了工業裝置的試驗,現在正在為邯鋼焦化廠4×42孔7m焦爐(220萬t/a)設計建設處理能力2×195t/h的煤調濕裝置,計劃2012年投產。2006年,濟鋼與清華大學、大連理工大學合作,研究開發以焦爐煙道廢氣為熱源的氣流調濕分級一體化的煤調濕技術,并設計建設1×380t/h的生產裝置,于2007年10月投產。2009年底,昆鋼制氣廠采用濟鋼技術為2座4.3m搗固焦爐配套建設的1×180t/h煤調濕裝置投產,取得了保證搗固煤料水分穩定的效果。2009年,馬鋼與新日鐵簽約,合作為馬鋼建設處理能力1×167t/h(干煤)、以焦爐煙道廢氣為熱源的流化床煤調濕裝置。該裝置已于2011年8月投產。2011年9月,昆鋼師宗煤焦化工有限公司采用空滾筒干燥機、以用焦爐煤氣補充加熱的焦爐煙道廢氣為熱源的煤調濕裝置投產。1.5利用主煙道余熱回收技術“十一五”期間,我國開發了用余熱鍋爐回收焦爐煙道廢氣余熱、生產蒸汽工藝技術,并成功應用于幾個焦化廠,取得了可觀的經濟效益和社會效益。其工藝流程是在焦爐主煙道翻板閥前開孔,將主煙道熱煙氣引出,經調節型蝶閥入余熱鍋爐余熱回收系統,換熱降溫后約150℃的煙氣通過風機抽送,再經開關型蝶閥排入主煙道翻板閥后的地下主煙道,最后經焦爐煙囪排入大氣;其應用效果是噸焦可生產0.8MPa飽和蒸汽0.090~0.100t,生產的蒸汽量相當于焦化廠蒸汽需求量的1/4以上,既可用于煉焦生產,也可用于制冷,噸焦工序能耗至少可降低8kg標準煤(初步估算)。2010年我國生產焦炭39100萬t,若有2億t焦炭采用此項技術,按噸焦節能8kg標準煤計算,則全年節能為160萬t標準煤。按節省1t標準煤可減排CO1.6真空碳酸鉀脫硫脫硫工藝技術過去我國新建焦化廠大多采用HPF(PDS)濕式氧化法脫硫工藝。其以COG自身的氨為堿源,以HPF為催化劑,具有效率高(脫硫98%、脫氰80%)、投資省、運行成本低、易于操作等優點。但該工藝存在以下問題:(1)脫硫過程中產生的NH目前我國正在研發將廢液及低品質硫磺焚燒制酸工藝,以解決HPF(PDS)法脫硫工藝存在的問題,而且產品硫酸可用作焦化廠生產硫酸銨的原料,具有資源循環利用及環保雙重意義,經濟效益及社會效益顯著。與此同時,我國研發并實現了真空碳酸鉀法脫硫工藝的國產化。真空碳酸鉀法脫硫裝置在粗苯回收裝置后,位于COG凈化流程末端。煤氣通過脫硫塔與貧液(碳酸鉀溶液)逆流接觸,吸收煤氣中酸性氣體H寶鋼梅山公司采用國產化的真空碳酸鉀法脫硫工藝和丹麥托普索公司的WSA制酸工藝,其特點是與煤氣初冷工藝結合,直接將荒煤氣余熱高效用于富液解吸,節能減排。吸收和解吸采用兩段法,以提高脫硫效率,塔后硫化氫可脫至200mg/m1.7焦油加工的常減壓蒸餾技術以前國內焦油加工裝置的特點是分布廣而分散,單機組能力小。小規模零散加工導致效率低、能耗大、環境污染嚴重、分離的產品品種少、質量差?！笆晃濉逼陂g,由于國家產業政策限制小規模的落后產能發展,新建的焦油加工規模普遍增大,大多在10萬t/a以上,所采用的工藝技術在控制、節能、環保等各方面也有顯著改善。煤焦油加工有蒸餾、酸堿洗滌、結晶、聚合、延遲焦化等工序,其中焦油蒸餾是整個加工工藝的龍頭,直接影響整體水平?！笆晃濉逼陂g建設的焦油加工項目焦油蒸餾采用的工藝技術主要有常壓蒸餾工藝(10~20萬t/a)、減壓蒸餾工藝(10~20萬t/a)、常減壓蒸餾工藝(30萬t/a以上)。投產的常壓蒸餾和減壓蒸餾都是國產化技術,常減壓蒸餾大多為引進工藝技術,如:山西焦化引進的是后加堿的常減壓蒸餾工藝,主要目的是降低瀝青鈉離子含量,提高瀝青質量;山東杰富意引進的是常減壓蒸餾短流程工藝,以生產炭黑用的混合油為主;開灤精煤引進的也是常減壓蒸餾短流程工藝,以生產硬質瀝青為主。隨著“十一五”期間的發展要求和技術進步,焦油加工逐漸向集中處理、單機組能力大型化的方向發展。長期依靠引進不能真正提高我國的工藝技術水平,經過多年努力,我國已開發出自己的常減壓蒸餾工藝技術,并將其應用到武鋼新建50萬t/a焦油加工項目中?！笆晃濉逼陂g,焦油加工存在的主要問題是集中加工度不夠,深加工度也不夠,造成一部分資源浪費,一些有用的、附加值高的芳烴類物質沒有充分提取。1.8苯加氫技術以前我國粗苯精制主要采用酸洗法,產生的再生酸和酸焦油污染目前尚沒有好方法治理,苯類產品質量只能達到溶劑級,產品收率低,規模偏小。因此在2009年1月實施的新“焦化行業準入條件”中規定“酸洗法粗(輕)苯精制裝置應逐步淘汰”。國外粗苯精制均采用加氫凈化工藝,從根本上解決了再生酸和酸焦油污染問題,也減少了酸焦油中的苯損失,故收率高。而且脫硫化物、氮化物等雜質比較徹底,使得苯類產品質量可與石油苯相媲美。“十一五”期間,我國相繼建設了10多套粗苯加氫精制裝置,大多采用引進的2種低溫加氫工藝技術:兩段氣相催化加氫凈化-萃取蒸餾工藝、液相與氣相兩段催化加氫凈化-液相萃取工藝。采用引進的苯加氫工藝,投資過高。有些公司因為沒有自主知識產權,已引發產權糾紛。為此,國內一些大公司經過多年努力,已開發出自主知識產權的氣相加氫凈化-萃取蒸餾工藝技術,國產萃取劑包括N-甲酰嗎啉、環丁砜和復合溶劑已應用于國內工程項目。該自主開發的新工藝尚需不斷完善。苯加氫精制存在加工規模小、集約化程度低、生產線多、產能過剩的問題。1.9焦爐煤氣甲醇“十一五”末我國第1套焦爐煤氣制甲醇裝置投產,在全國掀起焦爐煤氣制甲醇的熱潮,成為獨立焦化廠焦爐煤氣資源化利用的主要途徑之一。至2010年底,我國焦爐煤氣制甲醇的產能已達到717萬t/a,占全國甲醇總產能的1/5。主要規模是10萬t/a、20萬t/a和最大規模的30萬t/a。焦爐煤氣制甲醇的生產成本比煤制甲醇少1100~1200元/t,比天然氣制甲醇少800~1000元/t。2009年,四川達鋼焦爐煤氣配加轉爐煤氣補碳制甲醇裝置投產,使噸甲醇成本降低10%,產量提高20%。“十一五”期間,我國焦爐煤氣制甲烷開始起步,第1套焦爐煤氣低溫生產LNG(無甲烷化)在山西投產。山西樓東俊安煤氣化公司采用西南化工研究設計院自主開發的“焦爐煤氣凈化、甲烷化、分離”等國內領先水平的專利技術,正在建設焦爐煤氣甲烷化合成天然氣裝置,每年將4億m2建設低能耗焦化廠,實現焦化行業由大到強的轉變“十二五”期間,焦化行業面臨著調整結構、轉變發展方式的重大歷史任務,應以“技術創新為動力,建設資源節約、環境友好的綠色焦化廠”為理念,實現焦化行業由大到強的轉變。這是國家戰略轉型的需要,是經濟可持續發展的需要,也是低碳社會發展的需要。2.1實現煉焦過程的動態有序和高效精準運行最經濟的焦爐匹配是以1套操作人員、1套焦爐機械、配置1個煤塔和2座焦爐而能操作的最大孔數。只有這樣才能充分發揮操作人員、焦爐機械和焦爐本體的最大潛力,創造高效率和低能耗,實現煉焦過程的動態有序、連續緊湊和高效精準的運行目標。1)要對已投產的多段加熱低NO2)開發適合中國國情、炭化室高8m低NO3)針對我國目前高爐對冶金焦質量要求越來越高的現實,焦化和煉鐵工作者應共同研究適合我國國情、經濟適用的冶金焦新標準,以節省日趨緊張的優質煉焦煤資源,降低煉焦和煉鐵綜合成本。2.2發展我國大型搗固焦爐,使其具備世界領先水平大力研發和推廣具有完善環保設施、能夠實現清潔生產的大型搗固煉焦技術。1)標定、調試和總結我國已投產的6.25m大型搗固焦爐,進一步修改和完善,建成6.25m大型搗固焦爐示范工程。2)開發適合中國國情的6.7m搗固焦爐,其每孔年產焦炭1.443萬t,將是我國乃至世界上最大的搗固焦爐,2×52孔年產焦炭150萬t,填補我國年產150萬t級焦炭規模的大型搗固焦爐空白,并建成能起樣板作用的示范工程,推動我國大型搗固煉焦技術的發展,使其達到世界領先水平。3)研發國產的適合中國國情的大型搗固焦爐使用的SCP機,使其機械化、自動化、安全性和環保等方面達到世界領先水平。4)隨著我國大中型鋼鐵企業逐步接受和采用搗固煉焦技術,應推動焦化和煉鐵工作者共同研究搗固焦炭的冶煉性能、適宜的焦炭質量標準、相應的高爐生產操作工藝和參數,推動大中型高爐使用搗固焦炭。2.3濕熄焦的配置1)大力推進鋼鐵企業焦化廠焦爐全部采用干熄焦工藝;在解決好焦化污水出路和延伸效益的前提下,推進獨立焦化廠采用干熄焦工藝。2)提倡干熄焦裝置采用高溫高壓鍋爐,以進一步提高節能減排效果;改進干熄爐斜道區等易損部位的結構,研發新型耐火材料,提高干熄爐使用壽命。3)為節省投資,我國干熄焦裝置幾乎都是采用濕熄焦裝置備用(濕熄焦裝置投資為干熄焦裝置的1/4~1/5),即當干熄焦裝置正常檢修或事故停產時,啟動備用的濕熄焦裝置,臨時向高爐供應濕熄焦炭,以維持高爐的正常生產,但對大型高爐的正常操作會帶來一些影響。近年來,隨著我國大型鋼鐵聯合企業大型、特大型高爐的快速增長,高爐的穩定操作對整個鋼鐵聯合企業的生產與效益越發重要,一些大型鋼鐵聯合企業開始要求焦化廠全部干熄焦。為此,對采用2×70孔7.63m大型焦爐、年產能220萬t焦化廠干熄焦的2種備用方式進行了對比。干熄為主濕熄備用方式:配置2×140t/h干熄站、2套橫移牽引和提升機。正常生產時2套CDQ操作,濕熄焦備用。當1套CDQ檢修時,2座焦爐全部焦炭濕熄,也可部分焦炭在另1套CDQ干熄和剩余焦炭去濕熄。全干熄方式:配置3×140t/h干熄站、2套橫移牽引和提升機。正常生產時3套CDQ全部操作,當1套CDQ定期檢修時,其余2套CDQ干熄來自于2座焦爐的全部焦炭。全干熄方式干熄率為100%,干熄為主濕熄備用方式的干熄率為93.15%,前者高于后者6.85%。全干熄投資比干熄為主濕熄備用高2890萬元(以高溫高壓蒸汽系統為準);但在干熄為主濕熄備用的濕熄焦期間,全干熄比后者年多發電1756萬kWh(843萬元),干熄焦增量效益528萬元,合計效益為1371萬元。全干熄比后者投資多2890萬元,但這些投資可在2年多時間內收回,因此全干熄焦方式得到認可。2.4在用焦爐煙道廢氣煤調濕技術1)對已投產和在建的幾種以焦爐煙道廢氣為熱源的流化床煤調濕裝置進行調試標定、分析對比、歸納總結、改進完善,優化其工藝和技術參數,予以大力推廣。2)在使用高爐煤氣加熱焦爐的鋼鐵企業焦化廠,大力推廣以焦爐煙道廢氣為熱源的煤調濕技術;在使用焦爐煤氣加熱焦爐的獨立焦化廠,推廣用余熱鍋爐回收焦爐煙道氣余熱技術。2.5真空碳酸鉀法脫硫工藝技術1)新建焦化廠應該首選脫硫脫氰效率高、產品質量好、操作可靠的脫硫脫氰工藝,如利用荒煤氣余熱再生的真空碳酸鉀法脫硫工藝等。2)推進我國第1套HPF法氧化脫硫工藝廢液與低純度硫磺焚燒制取硫酸的工業裝置投產,并建成示范裝置,解決全國已有的HPF法氧化脫硫工藝存在的問題,推動其更新換代。3)推薦采用間接法蒸氨,以減少焦化廢水,有利于實現焦化廢水的近零排放。2.6積極研發焦爐煤氣利用技術COG含有54%~59%H應充分利用我國煉焦工業發達、COG資源豐富的優勢,大力研發COG資源化利用的各種新技術,如焦爐煤氣制氫、制甲醇、制二甲醚、制合成天然氣、制柴油等,提高COG附加值,推動焦化行業的可持續發展。2.7世界一流煤焦油處理廠建設特點1)淘汰耗能高、污染嚴重、裝備水平落后的間歇蒸餾、間歇酸堿洗滌、間歇結晶和污染大的瀝青成型工藝。2)進一步推動我國煤焦油加工的集中處理,建設規模大、技術先進、節能環保的世界一流煤焦油加工廠。3)進一步開發新產品,擴大產品品種和品級,配合化工、醫藥、材料等市場要求,開發出附加值高的洗油深加工產品、蒽油深加工產品和瀝青深加工產品等。4)對附加值低的殘油,在滿足炭黑生產的同時,可采用加氫催化裂化、加氫裂解等技術,使其轉化成為高附加值的汽油調和油、柴油調和油。2.8擴大單套裝置產能1)徹底淘汰耗能高、污染嚴重、裝備水平落后的酸洗法工藝。2)進一步擴大單套裝置產能,實現集約化、大型化、低耗能、低污染的低碳目標。3)進一步完善自有知識產權的苯加氫技術,優化工藝組合,實現技術和設備的全部國產化。2.9污水回用深度處理的項目資源節約、環境友好的焦化廠必須使處理后的焦化廢水資源得到最大限度地合理使用,因為生產1t焦炭通常產生0.48t焦化污水和0.42t循環水排污水(采用CDQ時循環水排污水為0.53t)。我國已開發出成熟可靠的焦化污水生化處理技術。對鋼鐵企業焦化廠,焦化廢水經生化處理后可全部回用于焦化廠和鋼鐵廠的濁循環水系統;對采用濕法熄焦的獨立焦化廠,生化處理時,可減少或不加稀釋水,減少生化處理水量,使處理后廢水全部作為濕法熄焦補充水,在焦化廠內消耗掉。但是,隨著我國獨立焦化廠逐漸采用干法熄焦,處理后廢水回用于凈循環水系統,而凈循環水系統對水質要求嚴格,對其補充水的水質要求更嚴。若將生化處理后焦化廢水用作凈循環水系統補充水,必須進行降低有機物和脫鹽的深度處理。“十一五”期間,進行了大量污水回用深度處理技術的開發工作。深度處理一般采用膜分