中国焦化工业的现状及发展思路

1中国焦化工业的现状及发展思路郑文华刘洪春周科1、前言中国是世界焦炭生产大国，焦炭产量占世界焦炭总产量的36％左右，焦炭出口量占世界焦炭出口贸易总量的50％以上。中国既拥有国际20世纪90年代先进水平的炭化室高6m的现代化大型机焦炉，也还有一些以前建成的装备水平较低的中小型机焦炉。进入21世纪，结构调整和技术进步仍是中国焦化工业发展的主题。2、中国炼焦生产现状及发展思路2.1中国炼焦生产现状(1)中国的焦炭产量及出口量近十多年来，中国的焦炭总产量翻了一番还多，1997年达到了历史最高峰的13902万t。从1993年起，中国的焦炭产量已连续居世界第一位。中国历年来焦炭产量见表1。中国也是世界焦炭出口大国，2000年中国出口焦炭1520万t，占世界焦炭出口总量2510万t的60％以上。中国历年焦炭出口量见表2。(2)焦炉构成现状高度分另别为6．0m、5．5m、5．0m、4．3m、4．0m、3．3m、2．8m、2．5m、2．0m的顶装焦炉和炭化室高度分别为4．3m、3．8m、3．2m和2．5m的捣固焦炉。据对中国400多家机焦企业的初步统计，目前我国运行的机焦炉共l197座，设计炼焦能力为10567万t。其中，＞100万t／a的焦化厂有24家，生产能力4240万√a，平均每个厂的生产能力为177万t／a；50一100万t／a的焦化厂有2l家，生产能力1413万t／a，平均每个厂的生产能力为67万t／a。中国已建成的炭化室高度＞4m、装备水平较高的机焦炉接近250座，其生产能力约8000万t／a。此外，我国正在新建、改建的焦炉有60余座，可新增加炼焦能力1450万t／a。这样，“十五”后期我国机焦生产能力可达1．2亿t。我国许多大型焦炉都没有计算机控制系统、装煤和出焦除尘装置，有些还配备了干熄焦装置。绝大部分焦化厂都具备先进、科学、严格的生产管理制度和管理手段，焦炉的生产管理水平已达到国际先进水平。但同时，中国尚有2500多万t／a机焦生产能力是由炭化室高度＜4m、装备水平较低的小焦炉构成的。土法炼焦炉主要有以75型、89型和96型为代表的各种结构的“改良”焦炉和“连体改良”焦炉，国家已明令禁止和取缔土焦炉生产。从表l可以看出，中国的焦炭总产量中机焦所占的比例已由1995年最低时的48．2％提高到2001年的75．7％。到2002年底，中国的绝大部分土焦炉都将关闭。(3)焦炭质量现状近年来，为适应高炉喷煤和强化冶炼的要求，中国的机焦质量有较大提高。1997—2001年全国机焦平均质量及出口焦炭的一般质量见表3。2．2炼焦生产的发展思路(1)炼焦结构调整炼焦结构调整的基本思路是按照国家三部委1997年367号文件和国家经贸委1999年14号令的要求，坚决取缔土法炼焦(含改良焦)工艺设备，逐步关停工艺落后、污染严重的小型机焦炉，制止重复建设炭化室高度＜4m的焦炉。在控制焦炭生产总量的前提下，鼓励建设大型机焦炉和大型焦炭生产基地，提高焦化行业的整体装备水平。(2)焦炉大型化炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量是焦炉的发展方向。自20世纪80年代以来，国际上建设了许多炭化室高度大于7m的大容积焦炉，德国1993年进行了炭化室高为10m的单孔炼焦系统的工业试验，欧盟专家为德国刀1ysRn肋2p公司设计的炭化室高8．43m的焦炉正在建设中。目前，中国正在生产中的最大焦炉为炭化室高6m的焦炉。鞍山焦耐设计研究总院目前正在着手开发炭化室高6．5m和7．0m的焦炉。2(3)捣固炼焦技术捣固炼焦的人炉煤中，弱粘性高挥发分煤配人量可高达70％一80％，甚至几乎可用100％的肥气煤炼焦。中国的炼焦煤储量中，气煤和肥煤分别占56％和13％，适合于采用捣固炼焦。中国已投产的捣固焦炉大多为炭化室高度＜3．8m的小型焦炉。日前，中国自行开发设计的炭化室高4．3m、宽500mm的捣固焦炉已建成投产，采用经改进的捣固装置，操作效率有很大提高。(4)除尘地面站与车载式焦炉烟尘治理技术中国目前使用的装煤除尘系统主要形式有非燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法干式地面站除尘方式、燃烧法湿式地面站除尘方式以及装煤出焦二合一干式地面站除尘方式。出焦除尘系统主要形式有干式地面站除尘和热浮力罩除尘。近年来，鞍山焦耐院开发设计的干式除尘装煤车已在济钢焦化厂和昆钢焦化厂投入使用，该车是将装有袋式除尘器的干式除尘装置安装在装煤车上，具有投资省、易实施的特点，烟尘扑集率＞85％，除尘效率＞99．5％，烟气出口粉尘浓度＜50ms／m3，符合国家环保法规要求。(5)干法熄焦(CDQ)0Q技术不仅可以回收红焦的显热，改善焦炭质量，还可减少湿法熄焦对大气的污染，是中国重点开发和推广的炼焦节能与环保技术。中国目前使用的主要是从日本和俄罗斯／乌克兰引进的单套处理能力为70一75t／h的装置。中国发展0Q的方向是装置的大型化与设备国产化。装置的大型化是为了与焦炉的生产规模相配套，每1—2组焦炉配备一套规模相当的C2瞻装置，同时以湿熄焦装置备用，以节省投资。0Q装置产生的蒸汽将用于发电、煤调湿或并人生产用蒸汽管网。(6)煤调湿(CMC)CMC见是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分，保持装炉煤水分稳定的一项技术。这项技术以其显著的节能、环保和经济效益受到普遍重视，并得到迅速发展。1996年中国第一套0见装置在重钢焦化厂投产，采用的是导热油传热方式，系统较为复杂、投资高。目前，鞍山焦耐院正在开发工艺简单、投资省的以蒸汽为热源的CMC装置，用蒸汽在列管式调湿机内与煤换热，利用烟道废气带走从煤中析出的水分，将装炉煤的水分稳定在6％左右。该工艺可使焦炉生产能力提高7．7％，焦炉加热煤气消耗量减少14％，初冷器用水减少1／3，剩余氨水减少1／3，相应的蒸氨蒸气用量减少1／2．（7）生产过程综合自动化焦炉生产自动化是一个包含生产控制和管理自动化内容的集成系统。中国目前正在推广的焦炉生产自动化技术包括焦炉加热计算机控制及管理系统、焦炉机械动态自动识别炉号及对位控制系统、集气管压力综合控制系统、焦化厂生产管理计算机网络系统以及焦炉烘炉计算机自动测温与管理系统等。焦炉综合自动化系统的构成为模块化结构，可根据各焦化厂情况和用户要求，一次实现所有功能或逐步实现各项功能。(8)热回收焦炉热回收焦炉以其较低的造价、较轻的污染和较好的焦炭质量等特性，正在受到世界各国焦化工作者的关注。美国、德国、澳大利亚、印度、墨西哥、中国等都在积极开发和建设这种热回收焦炉。美国太阳公司建成的热回收焦炉已取得了令人满意的效果。中国首创的捣固装煤热回收焦炉试验炉已建成投产，现正在进一步完善中。这种焦炉适合于在没有煤气用户或缺乏电力的地方采用。3、焦炉煤气综合利用现状及发展思路33．1焦炉煤气净化现状目前，中国正在生产的焦炉煤气净化工艺很多，主要包括冷凝鼓风、脱硫、脱氨、脱苯等，在净化煤气的同时回收焦油、硫磺、硫铵或氨水、粗苯等化工产品。中国煤气净化工艺一般均采用高效的横管初冷器来冷却荒煤气，几种不同的煤气净化技术主要表现在脱硫、脱氨工艺方案的选择上。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、冷法无水氨工艺、热法无水氨工艺、半直接法浸没式饱和器硫铵工艺、半直接法喷淋式饱和器硫铵工艺、间接法饱和器硫铵工艺、酸洗法硫铵等。脱硫工艺主要有湿式氧化工艺(如以氨为碱源的用法、Hzc法、M)F法及以钠为碱源的从)A法、P16法)和湿式吸收工艺(如氨硫联合洗涤的AS法、索尔菲班法及真空碳酸盐法)等。中国煤气净化工艺已达到国际先进水平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。中国煤气净化工艺已达到国际先进水平。根据煤气用户的不同，可选用不同的工艺流程来满足用户对不同煤气质量的要求。煤气脱硫是中国正在推广的强制性环保措施。引进的脱硫方法由于工艺复杂、投资高，仅在大型焦化广得到应用。比较适合中国国情的是中国自行开发的改良从叭法、H)S法和In)F法脱硫工艺。改良从叭法及PI)S法以钠为碱源，脱硫效率高，塔后煤气含H2S可降到20m8／m3以下，符合城市煤气标准。In)F法脱硫是采用In)F为催化剂、以煤气中的氨为碱源的脱硫新工艺，脱硫塔后煤气H2S含量小于200m8／m3，满足中国工业用煤气质量标准。3．2焦妒煤气综合利用现状按2001年产焦12406万t计算，全年焦炉煤气产量约为530亿m3。其中与3000万t土焦相伴产生的约128亿m3煤气在炼焦过程中全部被烧掉，机焦炉产生的煤气则经过净化后，除部分用于焦炉自身加热外，剩余煤气均不同程度地得到了利用钢铁联合企业中的焦化厂，绝大部分焦炉均为复热式焦炉，一般采用高炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化后供给炼铁、炼钢、轧钢等用户。作为城市煤气气源厂的焦化厂，绝大部分焦炉也为复热式焦炉，可采用焦炉煤气加热，也可采用发生炉煤气加热，所产生的焦炉煤气经净化，达到城市煤气标准后供应城市居民用户或工业用户。目前，以生产焦炭为主的独立焦化厂，如山西在土焦改机焦过程中新建的许多焦化厂，除少数焦化厂所产的煤气供应城市煤气或工业用途(如锻烧高铝钒土、金属镁等)外，大部分焦化厂的剩余煤气用于发电。在中国，产生大量剩余焦炉煤气的主要有两类焦化厂：一是以生产焦炭为主的独立焦化厂，其生产的焦炉煤气既不能供应城市用户，又没有合适的工业用户；二是目前供应城市煤气用户的焦化厂，如北京焦化厂、天津煤气厂、上海焦化厂等，在采用天然气取代焦炉煤气供应城市煤气用户后，焦炉煤气没有合适的用户。这些过剩的煤气迫切希望找到经济、合理、高效的综合利用途径。3．3焦妒煤气综合利用发展思路焦炉煤气中含有55％一60％的H2、23％一27％的CI儿、5％一8％的Co，低位发热量17900均／m3，不仅是优质的气体燃料，还是理想的化工合成原料。因此，焦炉煤气的综合开发利用也应从燃料和化工原料两条思路上考虑。(1)开发利用煤气的联合工业用户焦炉煤气作为洁净的气体燃料，若用于生产水泥、建材、耐火材料，可大大提高产品的质量和品位。如山西菜焦化厂利用自产的焦炉煤气焙烧高铝钒土，利用焙烧高铝钒土的余热生产蒸汽供全厂蒸汽用户，不仅提高了产品质量，扩大了市场，还实现了能源的综合利用，降低了生产成本。4(2)开发以焦炉煤气为原料的化工合成项目焦炉煤气是制造合成氨的理想原料。氢气是合成氨的直接原料气，焦炉煤气中含有55％一60％的氢气，其它成分如甲烷、一氧化碳等，可经转化、变换、脱碳等工序制得纯氢气，然后氢气与氮气合成氨。近年来，随着变压吸附制氢技术的推广应用，使焦炉煤气制合成氨的投资和电耗进一步降低。山西焦化集团从20世纪70年代建厂时就配套建成了焦炉煤气合成氨装置，并生产尿素。焦炉煤气同样是合成甲醇、二甲醚的理想原料，其本身含有生产甲醇和二甲醚的原料气It、Co和Cq。焦炉煤气经过部分氧化蒸汽转化后，气体中H／C(A＝3．o，接近合成甲醇和二甲醚的最佳值(／三2．05—2．15)。而以煤和重油为原料生产甲醇和二甲醚时，由于氢碳比偏低，帚增加变换、脱碳装置，流程长，投资大。甲醇不仅是一种重要的基础有机化工原料，而且可加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料。目前山西省开发的以甲醇为燃料的清洁燃料汽车已成功投入使用。山西省正在筹建以焦炉煤气为原料的甲醇生产基地。二甲醚具有优良的混溶性，易溶于汽油和水，可替代柴油用作清洁汽车燃料，也可替代液化气用作民用燃料，其发展前景被普遍看好。(3)焦炉煤气用于制氢焦炉煤气是制氢的理想原料，其所含的55％一60％的氢气可通过变压吸附法生产纯度为99．9％或更高的氢气。氢气是化学工业合成的重要原料气之一，还是化学工业中常用的还原剂和氢化剂。在电子工业中，氢是制取半导体材料——硅的重要原料。气象上用于探空气球。氢已成为运载火箭航天器的重要燃料之一。可达到零排放的无污染高效氢燃料电池动力汽车已投入试验运行，世界各大汽车公司已陆续推出该类型汽车样车。氢能的应用范围今后必将不断扩大。(4)焦炉煤气甲烷化供城市煤气用户对目前供应城市煤气用户的独立焦化厂，在天然气进入城市后，也可对焦炉煤气进行甲烷化，将其热值提高后掺入天然气管网供应