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

0 引言

焦化是對有機物進行碳化處理的過程。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)和國防工業(yè)當中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，以此推動我國經(jīng)濟建設(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)稱為焦化產(chǎn)品。在焦爐內(nèi)部，煤炭經(jīng)過高溫干餾，發(fā)生物理及化學(xué)變化。爐內(nèi)溫度在200℃以下時，水分蒸發(fā)會產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體。爐內(nèi)溫度在250～300℃之間時，煤炭內(nèi)的大分子含氧物質(zhì)會發(fā)生分解反應(yīng)，快速分解后生成水、二氧化碳以及酚類物質(zhì)。當焦爐內(nèi)溫度超過300℃且低于600℃時，會從膠質(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)稱之為初次分解物。初次分解物在高溫環(huán)境下往往會在到達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，熱解氣體還會在焦爐內(nèi)生成芳烴類產(chǎn)物。在實際的焦化化工生產(chǎn)中，爐內(nèi)溫度的不斷變化會導(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。通常來說，對個別焦化步驟進行調(diào)整并不會導(dǎo)致爐內(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，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，受高溫條件影響，產(chǎn)物中的碳氫化合物流動至碳化室頂部前會產(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受炭化時間的影響而有所不同，煉焦爐爐組具有連續(xù)性，在常規(guī)生產(chǎn)條件下，焦爐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，也對煤熱解之初的溫度、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，不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)情況也會存在差異。在穩(wěn)定組、鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組的對比分析中發(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，焦油和焦炭的產(chǎn)率則會出現(xiàn)明顯的下降趨勢，而煤氣則剛好相反，產(chǎn)率會隨著溫度的升高而不斷提升。由此可知，溫度變化情況會直接影響到產(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。若中心溫度長時間處于上升狀態(tài)，則會對后續(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℃，而當爐頂溫度上升到900℃及以上時，因為熱解作用的影響，焦油產(chǎn)量及煤氣熱值會呈現(xiàn)下降趨勢，而在加熱過程中，產(chǎn)生的各類型化合物或氣體，如氰化氫、化合水、氫氣會逐漸增多。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氫化合物與甲烷。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)停留的時間，以此控制二次熱解問題。如炭化室中煤料的含量不足，爐頂?shù)目臻g也會隨之變化，室內(nèi)溫度會呈現(xiàn)上升趨勢，進而對化工產(chǎn)品及焦爐生產(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增加資源消耗。在生產(chǎn)中并未嚴格按照規(guī)范要求控制焦油氨水分離，氨水當中混入了大量焦油。裝爐煤較為精細，且高壓氨水的壓力無法滿足規(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)品中的焦油含量過多，從而降低焦油產(chǎn)量，阻礙后續(xù)加工的順利進行。

2.4.2 粗苯回收率分析

吸收溫度對粗苯回收率產(chǎn)生了較大影響。煤氣中的苯族烴含量固定時，溫度與吸收效果成負相關(guān)關(guān)系，溫度必須在合理的范圍之內(nèi)，如溫度過低，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)量也會影響粗苯回收率。在洗油時，在溫度超過270℃前，規(guī)定蒸出物的質(zhì)量分數(shù)在60%以上，300℃前餾出物的質(zhì)量分數(shù)在90%以上，且嚴格控制循環(huán)量。煤氣的流速和系統(tǒng)壓力也會影響吸收率。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。

2.5 結(jié)焦時間

因受到焦結(jié)時間的限制，加熱過程中會存在升溫速度加快的情況，但加熱速度的加快，氣體析出速度也會有所上升，無法達到氣體析出最高值，進而降低煤炭的產(chǎn)率，煤氣和焦油的產(chǎn)率也會升高。內(nèi)行氣占氣態(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，直接進入到頂部空間內(nèi)，進行二次熱解反應(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)，這時如果炭化室壓力增加，會直接引發(fā)漏氣問題，氣體可能會直接進入燃燒系統(tǒng)當中，不利于煤氣的利用。若室內(nèi)為負壓環(huán)境，則大量空氣進入室內(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氣體，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)容包括機械化氨水澄清槽循環(huán)進口位置、電補焦油器。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，包括手動翻板和蝶閥等，并做好煤氣管道的科學(xué)調(diào)整，加強循環(huán)液流動效果，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中，以加強再生處理效果。過熱蒸汽量需保持在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)備運行異?；蛟O(shè)備運行故障問題，進而降低產(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)定標準范圍內(nèi)。不過在該處理過程中，需要實施脫硫處理，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)煤場存煤現(xiàn)狀，及時與總調(diào)度交流溝通，科學(xué)調(diào)整配煤。如煤值不合理，則要向上級部門反饋，做好監(jiān)督工作，若結(jié)焦時間發(fā)生變化，則可根據(jù)管理標準處理，以煤氣時間檢查，科學(xué)處理回收后的板式換熱器。

4 結(jié)語

通過上述的分析與論述可以獲知，煉焦工業(yè)對經(jīng)濟建設(shè)與發(fā)展具有不可忽視的作用。煉焦生產(chǎn)中，焦爐溫度和操作工藝對化工產(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。