焦化生产工艺及环保技术介绍

焦化生产及环保技术武剑中冶焦耐工程技术有限公司2009.06-2-1概述1.1国内焦化生产现状我国焦炭生产企业分布较广，目前除海南省、西藏自治区外，所有省区均有焦炭生产厂。焦炭主要用于钢铁冶炼，因此焦炭生产厂一般附属于钢铁联合企业，但在山西、河北、山东、内蒙、黑龙江等主要产煤省、区也有着大量焦炭生产厂分布，另外由于焦炭生产过程中产生的煤气是城市主要民用气源，因此在缺少天然气供应的一些城市也有分布。2007年，我国焦炭总产量33553万吨,其中机焦产量30537万吨，半焦（气焦）2244万吨，土焦和改良焦约772万吨。2007年，我国有机械化焦炭生产厂1062家，其中生产能力大于100万吨的焦化厂总产量约13844万吨。我国焦炭生产基本处于供需平衡、需略大于供的状态。受国际市场需求增长及国外对焦炭生产的限制，我国焦炭长期处于净出口状态。2007年我国焦炭出口量1530万吨，约占焦炭总产量的4.5%。据统计，我国机焦产量2007年较2006年增加约16%以上。1.2焦炭的用途焦炭是炼焦生产的主要产品，主要用于高炉冶炼，其次供铸造、气化、有色金属生产和炼制电石。不同用途对焦炭质量有不同要求，其中以高炉冶炼及铸造对焦炭质量要求最高。2焦化生产工艺介绍我国焦炭生产厂绝大多数采用机械化焦炉、化产品回收生产工艺，采用无回收(化产品)生产工艺的仅有34家。目前国内外机械化焦炉、无回收焦炉生产工艺均有采用。但由于无回收焦炭生产工艺没有回收有价值的煤气、苯和焦油等化产品，不符合国家《焦化行业准入条件》，属淘汰类生产工艺。机械化焦炉、化产品回收生产焦炭主要由备煤、炼焦、熄焦及煤气净化（化产品回收）等几部分组成。主要产品有焦炭、煤气、粗焦油、粗苯、硫铵、硫磺或硫酸等。2.1备煤系统备煤主要采用机械化煤场贮煤、并按不同的煤种进行自动配煤后作为焦炭生-3-产原料。目前也有少数企业采用封闭煤仓取代传统的煤场贮煤方式，并且有一种发展趋势，如鞍钢、济钢、太钢、江苏沙钢、攀钢、广东韶钢、河北邢钢、重钢、七台河龙洋焦电和山西焦化等。2.2炼焦系统机械化焦炉主要分普通（顶装）焦炉和捣固焦炉，煤料在炭化室内经过一个结焦周期的高温干馏炼制成焦炭和荒煤气。普通（顶装）焦炉和捣固焦炉的区别主要在于煤的装入方式不同：普通（顶装）焦炉装煤方式由装煤车通过炉顶装煤孔装入，而捣固焦炉则通过摇动给料器将煤装入装煤推焦机的煤箱内，将煤捣固成煤饼后，由装煤推焦机从焦炉机侧送入炭化室内。捣固焦炉与普通（顶装）焦炉相比其优点主要在于，在焦炭质量相同的情况下，可多利用粘结性较弱的煤种（气煤或廋煤）。焦炉主要由炉体、工艺设备、焦炉机械及其控制系统和土建构筑物等组成。煤在焦炉炭化室内经高温（约1000℃）干馏后由推焦机将焦炭推出炭化室经拦焦机进入熄焦车并经熄焦后送筛贮焦系统。焦炉加热废气经烟囱排出。焦炉主要以炭化室的高度进行划分，普通（顶装）焦炉炭化室的高度有2.8m、3.3m、4.3m、5m、6m、7m、7.63m等多种炉型，并有向7m及以上发展的趋势。捣固焦炉炭化室的高度有3.2m、3.8m、4.3m、5m、5.5m、6.25m等多种。目前我国常用的焦炉炉型及相关的主要参数如下表2-1。表2-1主要炉型的技术参数炉型主要参数JN43-804JNK43—98DJNK43—98FJNDK43—98D(捣固)JN60—6热回收焦炉(捣固)JNDK55—05(捣固)JNX70-2JNDK625—07(捣固)7.63m焦炉炭化室长(mm)140801408014080159801333415980169601700018800炭化室有效长（或捣固焦炉煤饼平均长）(mm)1328013280（13150）15140（12000）（15110）16100（16150）18000炭化室高(mm)430043004300600028885550698061707630炭化室有效高（或捣固焦炉煤饼高）(mm)40004000（4174）5650（1000）（5370）6630（6000）7180炭化室平均宽(或捣固焦炉煤饼宽度)(mm)450500（450）450（3400）(500)450(470)590炭化室有效容积（或捣固焦炉煤饼体积）(m3)23.926.56（24.7）38.5(40.6)48(45.54)76.25装炉煤散密度（或捣固焦炉煤饼密度）（t/m3）0.7490.760.930.741.00.751.0010.75每孔炭化室装干煤量(t)17.920.223.028.54540.63645.657.19焦炉周转时间(h)1820.522.5197025.51924.525.2成焦率0.750.750.720.750.740.740.7650.740.765干全焦炭产量（t/年·孔)6534647464479855416710321126141206515208煤干馏产生的荒煤气送煤气净化系统处理，部分煤气回送焦炉加热用，剩余煤气外供作燃料或其它用途。2.3熄焦系统将焦炉生产的高温炽热焦炭冷却到便于运输和贮存温度的焦炉操作过程。熄焦方式按采用的换热介质可分为干法熄焦和湿法熄焦两大类。湿法熄焦就是水与赤热焦炭的换热过程，期间伴有大量的熄焦水蒸发。常用的湿法熄焦方式有：常规湿法熄焦、新型湿法熄焦（低水分熄焦）以及稳定熄焦（CSQ）。常规湿法熄焦采用小水流喷洒方式熄焦，熄后焦炭水分过高且不均匀、不稳定，另一个问题是伴随熄焦过程产生大量逸散物污染环境。新型湿法熄焦（低水分熄焦工艺），就是熄焦水流从上到下直接喷射到红焦表面，并控制水流先小后大的过程，以获得水分低且均匀稳定的焦炭。车厢底部赤热红焦与熄焦水接触后，激烈汽化瞬时产生大量水蒸汽，凭借其巨大推动力从下至上触及并冷却焦炭，从而使车厢内的焦炭在熄焦过程中处于“沸腾”状态，这样就保证了车箱内的焦炭可以得到均匀冷却。低水分熄焦一般与定点接焦的熄焦车相配合。熄后焦炭水分低且均匀稳定（水分为2~4%）；熄焦时间大大缩短（由90~120s缩短至50~80s）；熄焦塔上设有水雾捕集装置并设新型折流式结构的捕集装置。稳定熄焦（CSQ）就是大量的水经管道进入特制的定点接焦熄焦车下部的倾斜夹层中，通过斜底上分布的出水口由下至上喷水获得水分低且均匀稳定的焦炭的熄焦过程。稳定熄焦主要是通过熄焦车下部喷出的水熄焦，但为了清洗除尘用的导流板和产生水幕以减少含有粉尘的水蒸汽外逸，在熄焦车的上方还有一部分水喷洒下来。稳定熄焦是通过控制上述两部分熄焦水量以及改变熄焦时间来调节焦炭的水分，焦炭的水分一般控制在3～3.5%。新型湿法熄焦和稳定熄焦（CSQ）这两种新型熄焦方式的相同之处是：均靠大水流熄焦，水与红焦接触产生大量蒸汽，由下至上触及并冷却焦炭；激烈汽化使熄焦车内的焦炭处于沸腾状态实现均匀稳定熄焦,并使多余的水排出熄焦车外。所不同的是二者喷水方式有所不同：低水分熄焦是靠大水流“穿”过-6-焦炭层到达下部被激烈汽化后再由下至上冷却焦炭，而稳定熄焦直接从熄焦车下部通入大水流，上方还有一部分水喷洒下来。干熄焦是利用惰性气体冷却炽热焦炭的工艺。干法熄焦具有三大优点：避免湿熄焦对环境的污染；提高焦炭质量；同时将焦炭中大量的显热通过循环气体加以回收生产蒸汽并可用于发电和利用。由于干法熄焦生产的焦炭质量较湿法高，故目前国内大多数钢铁企业的焦化厂均采用了干法熄焦技术。-7-炼焦炉拦焦车焦罐车上升管干熄焦集气管除尘系统吸气管筛焦楼粉碎机室配煤室大气贮煤塔烟囱除尘装煤车集尘管道集气管道受煤坑除尘地面站煤气净化车间大气除尘地面站大气烟尘焦炭图2-1备煤及炼焦工艺流程图烟尘熄焦车湿熄焦焦台炼焦用煤烟尘煤用户焦炭废气烟尘荒煤气-8-2.4煤气净化系统（即化产品回收系统）煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间，进入上升管、经桥管进入集气管，约800C的荒煤气在桥管内被氨水喷洒冷却至85C左右。荒煤气中的焦油也同时被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油及氨水一起，经吸煤气管进入煤气净化系统。煤气净化系统（即化产品回收系统）主要目的是去除煤气中的有害杂质，并回收有价值的化工产品。煤气净化系统主要由冷凝鼓风工段、脱硫工段、氨苯洗涤工段、硫铵或氨分解工段、粗苯蒸馏工段等组成。焦炉产生荒煤气经冷凝回收焦油，脱硫净化、氨苯洗涤生产硫铵和回收粗苯后，净化煤气送用户使用。煤气净化工艺技术的种类主要按脱氨和脱硫工艺进行划分。2.4.1脱氨工艺目前应用于焦化行业的脱氨工艺主要有：水洗氨蒸氨浓氨水工艺、水洗氨蒸氨氨分解工艺、无水氨工艺、半直接法浸没式饱和器硫铵工艺、间接法浸没式饱和器硫铵工艺、喷淋饱和器直接生产硫铵工艺和酸洗法硫铵工艺等。但受制于投资、市场条件和产品质量等因素，近年来主要以水洗氨蒸氨分解工艺和喷淋饱和器生产硫铵工艺为主。2.4.1.1水洗氨蒸氨浓氨水工艺此工艺是用蒸氨废水洗涤煤气，废水吸收煤气中的氨后成为氨水，氨水送蒸氨塔用蒸汽蒸馏，蒸氨塔顶蒸出的氨汽经冷凝冷却后得到18%-20%的浓氨水，蒸氨塔底的蒸氨废水部分返回洗氨，其余送生物脱酚处理。2.4.1.2水洗氨蒸氨氨分解工艺蒸氨后的废水经冷却至22℃左右后送至洗氨塔洗氨，经洗氨后的含氨富液再送至蒸氨塔用直接水蒸汽进行蒸氨（在蒸氨过程中向废水中加碱以脱除其中的固定铵），蒸出的氨汽经分缩后送氨分解炉，氨在高温（通过煤气燃烧提供热量）和催化剂的作用下分解为氢气和氮气，由于是在还原性条件下进行燃烧，故分解后的尾气中主要含有N2、H2以及少量的H2O、CO、NOX和SO2等。但通常将氨分解后的尾气返回初冷前的吸煤气管道中以增加煤气量，蒸氨塔底的蒸氨废水部分返回洗氨，其余送生物脱酚处理。-9-2.4.1.3无水氨工艺无水氨工艺又分为冷法无水氨工艺和热法无水氨工艺两种。冷法无水氨工艺是用磷铵溶液洗涤煤气，吸收煤气中氨后的磷铵溶液送解吸塔用蒸汽解吸，解吸出的氨汽经冷凝冷却后成为浓氨水，浓氨水再送精馏塔用蒸汽进行精馏，塔顶精馏出的无水氨气经冷凝后，得到无水氨产品（由于无水氨是液体，必须高压低温贮存，运输不方便）。塔底排出的废水送蒸氨处理。热法无水氨工艺是先用水从煤气中吸收氨成为氨水，然后将氨水中氨用蒸汽蒸出成为氨汽，再用磷铵溶液吸收氨汽中的氨，经解吸、精馏和冷凝后得到无水氨产品。由于此工艺比冷法无水氨工艺流程复杂、投资高，仅当脱硫采用AS脱硫工艺时，才采用热法无水氨工艺。2.4.1.4半直接法浸没式饱和器硫铵工艺这种工艺目前广泛应用于我国很多焦化厂、煤气厂。煤气经过预热器至饱和器的中央管，经分配伞穿过母液层鼓泡而出，煤气中的氨被硫酸吸收生成硫铵，从饱和器出来的煤气经除酸器分离夹带的酸雾后，送入下一个工段。饱和器母液中生成的硫铵结晶沉积于器底，用结晶泵抽至结晶槽，经离心分离、干燥得到成品硫铵。这种饱和器既是吸收设备，又是结晶设备，吸收和结晶的操作条件不能分别控制，不能得到大颗粒的结晶，硫铵质量差。煤气经分配伞穿过母液层鼓泡而出，因此煤气系统阻力大。目前半直接法浸没式饱和器硫铵工艺正在逐渐被喷淋式饱和器硫铵工艺或酸洗法硫铵工艺所取代，新设计已不再采用。2.4.1.5间接法浸没式饱和器硫铵工艺此工艺和半直接法浸没式饱和器硫铵工艺的区别是：半直接法浸没式饱和器硫铵工艺用硫酸直接从煤气中吸收氨，间接法浸没式饱和器硫铵工艺是先用水从煤气中吸收氨成为氨水，然后将氨水中氨用蒸汽蒸出成为氨汽，再用硫酸吸收氨汽中的氨。此工艺比半直接法浸没式饱和器硫铵工艺流程复杂、投资高。当脱硫采用AS脱硫工艺时，氨汽的处理可采用间接法浸没式饱和器硫铵工艺，国内外采用的间接法浸没式饱和器硫铵工艺都是与AS脱硫工艺配合使用的。-10-2.4.1.6喷淋饱和器直接生产硫铵工艺喷淋式饱和器分为上段和下段，上段为吸收室，下段为结晶室。煤气经过预热器进入喷淋式饱和器内与喷洒的含游离酸的母液（含93%的硫酸溶液）接触，以吸收煤气中的氨，吸收氨后的母液至结晶室的底部，用结晶泵将结晶抽至供料槽，经离心分离、干燥后得成品硫铵。煤气进入饱和器中心的旋风分离部分，除去煤气中夹带的酸雾液滴后到下一工段。由于此工