国内外焦化前沿技术的研究.docx

目前，国内外焦化技术迅猛进展，主要表达在顶装焦炉的超大型化、捣固焦炉的大型化、干熄焦技术的推广及大型化、煤调湿技术的推广和焦炉煤气制甲醇等另外，还有一批前沿技术正在争论开发，下面对这些技术的研发状况作一介绍1 日本 SCOPE21 炼焦技术SCOPE21 是“面对 21 世纪高效与环保型超级焦炉”，是针对当今炼焦工艺存在的问题〔如：煤资源的有效利用、环境保护等〕开展的为期 10 年的炼焦技术的争论该争论的目标有：将炼焦利用劣质煤比例从 20％提高到 50%；焦炉生产效率提高 3 倍；使炼焦过程产生的 NOx节约能源 20%工艺流程见图 1削减 30%；实现无烟无尘密闭生产；图 1 SCOPE21 炼焦技术的工艺流程示意图在 2023 年完成中试的根底上，2023 年 3 月起进展了 1 年单孔炉〔50t 焦炭／d〕半工业试验，煤处理量为 6t/h，为实际设备的 1/10～1/20单孔炉尺寸为7.5m×8m×0.45m〔高×长×宽〕，炉长是实炉长度的 1/2，炉高和炉宽与实炉一样共试验 440 炉，取得了较好的阶段性成果平均焦炭强度 DI15015操作也没有=84.8，比通常值高 2.5，在非粘结煤配比为 50％时，问题。

在装入煤温度 t=330℃、炉温 1250℃、结焦时间为 7.4h 时，其生产率提高 2.4 倍焦炉废气中NO 浓度在 100ppm 以下，工艺能耗降低 21%，占地面积节x约 1/2，设备费降低 16%，总生产本钱费降低 18%据悉，日本正在日铁大分厂建设类似于SCOPE21 技术的焦炉2 焦炉荒煤气显热的回收技术从炭化室经上升管逸出的 650～700℃荒煤气〔露点为 65℃左右〕带出的显热占焦炉总热量的 32%为了冷却高温的荒煤气，在桥管和集气管喷洒大量 70～ 75℃的循环氨水，荒煤气与循环氨水充分接触由于荒煤气温度很高且远未被水汽所饱和，所以煤气放出大量显热，循环氨水吸取热量后大量蒸发，快速进展着传质和传热过程煤气在集气管中冷却时所放出的热量，大局部被用于蒸发氨水， 剩余的热量则消耗在加热氨水和集气管的散热损失上20 世纪 80～90 年月，为了回收高温荒煤气所带出的大量显热，我国曾掀起一股上升管汽化冷却的热潮，马上上升管做成夹套管，水通过夹套管与高温荒煤气进展间接换热，水被加热而汽化成水蒸汽，回收了热量的水蒸汽送入蒸汽管网后来，因上升管汽化冷却装置是水变蒸汽的相变过程，必需按锅炉标准治理，每年必需停产进展安全检查，这给连续生产的焦炉带来了很多麻烦，再加上一些其他缘由，上升管汽化冷却技术在推行了几年后渐渐停用。

现在承受导热油回收荒煤气热量，马上上升管做成夹套管，通过夹套管的导热油与高温荒煤气间接换热，被加热后的高温导热油可作为蒸氨、硫铵和煤焦油蒸馏装置的热源，也可以用于入炉煤的枯燥，见图 2焦炉荒煤气显热的回收利用技术”主要是开发上升管导热油夹套制造技术和焦炉煤气上升管余热回收装置防止积碳、积焦油技术，其争论内容如下：(1) 结合焦炉上升管改造工程，建立上升管换热模型，进展荒煤气中析焦油、析碳的动力学及热力学模型争论，确定荒煤气中积焦油、积碳的影响因素，筛选导热油换热介质2) 依托技术改造工程，进展“荒煤气显热回收利用技术”的系统安装与调试，进展导热油上升管显热回收装置的试运行，优化系统运行参数，最终实现削减炼焦能耗 15kg〔标煤〕/t 焦图 2 荒煤气显热回收的示意图2023 年，济钢和济南冶金设备公司在济钢 6m 焦炉的 5 个上升管上进展了导热油回收荒煤气热量的生产试验，取得了较好的效果，为我国导热油回收荒煤气热量的技术开发迈出了开创性的第一步3 焦炉煤气热裂解生产合成气在现实的焦化生产中，从炭化室经上升管逸出的 650～700℃的荒煤气所带出的显热相当于炼焦过程总热量的 32%为了充分利用这局部热量，20 世纪 90 年月，德国人提出了生产两种产品〔焦炭和复原性气体〕的焦化厂，即高温荒煤气从炭化室逸出后不冷却，直接进入热裂解炉，将焦炉煤气中的煤焦油、粗苯、氨、萘等有机物热裂解成以 CO 和 H2为主要成分的合成气体。

这种合成气体可以合成氨、合成甲醇、生产二甲醚，也可以生产直接复原铁日本三井矿山－巴布科克日立公司于 2023 年开头对焦炉煤气进展无催化氧化重整技术的争论，已经完成了小型试验其动身点是直接把焦炉炉头的上升管和集气管改造成焦炉煤气重整装置，利用焦炉煤气自身显热〔600～700℃〕和夹带的水分〔缺乏时补充蒸汽〕，直接鼓入纯氧〔O )，使其发生重整这实际上2就是无催化剂状态下的局部氧化转化的化学反响过程，反响的温度由鼓入的氧气量打算，烷烃、焦油和水蒸汽直接发生高温裂解和转化反响表 1 列出了小型重整装置的试验数据重整器头部内壁温度 1131℃，头部压力－6～－93Pa (表压)，反响后有效气体的增幅比为 2.5依据上述试验数据可推算出焦炉炉头重整后的煤气组成设重整炉进口煤气温度为 700℃, 出口煤气温度为 1100℃, H O/C=0.25〔摩尔比〕，重整后煤气成2分组成见表 2工程高温焦炉煤气氧气水蒸汽碳重整前，% 56.3〔有效气体 CO+H ＝91mol〕 37.825.9－重整后，% 68.3〔有效气体 CO+H ＝230mol〕2－31.10.3表 1 小型重整装置试验的物料平衡数据表 2 重整炉进口煤气组成的推算表〔%〕组成HCOCOCHH SNH焦油水其他22423重整前37.84.51.218.10.120.40.731.55.6重整后48.218.64.70.00020.090026.51.9注：焦油分子量按 300 计。

从表 2 中可看出，重整后煤气中的有效气体成分比例〔湿基〕：H /CO = 2.592(H －CO )÷(CO+CO ) = 1.872 2 2在焦炉炉头对焦炉煤气进展重整的优点是：(1) 充分利用了焦炉煤气自身的显热，可实现热量回收和节能的双重目的2) 通过鼓入纯氧对焦炉煤气中的烷烃、焦油等进展重整，可大幅度提高H 、CO 成分和调整 H 与 CO 的比例，对后续生产甲醇、二甲醚(DME〕格外有利2 2(3) 由于不产生焦油等副产品，可大大降低冷却用水和化产回收车间的污水排放量，削减对河川的污染其缺点如下：(1) 因焦油和粗苯等副产品中含有大量贵重的化学物质，有些是石油和自然界所没有的，不回收焦油等副产品，就等于失去了提取这些化学物质的原料，也就得不到这些贵重的化学物质2) 焦炉组的上升管数量繁多，即每个炭化室至少有 1 个上升管，而且上升管内的荒煤气量波动，压力很低，把它们逐一或分组改造成在很高温度下工作的重整炉，无论从技术上还是从经济上实施起来都有肯定的难度2023 年，日本财团法人煤炭能源中心〔简称 JCOAL)贯彻日本干净煤技术政策，正在进展一项焦炉煤气重整技术的研发该技术主要是在焦炉旁安装 1 个焦炉煤气重整装置，在 1200～1250℃高温下对焦炉煤气进展重整。

此时焦炉煤气中的焦油等有机物可高效转化成合成气而合成气可用于生产清洁燃料如氢气、甲醇和二甲醚等目前该项技术已完成试验室的研发工作，其特点是不使用催化剂，企业也不用对现有焦炉进展改造这项技术可节约能源，削减二氧化碳的排放量2023 年日本在 1 座焦炉上进展现场试验，JCOAL 打算在 3～4 年内完成焦炉煤气重整技术的开发我国太原理工大学也正在进展“非催化局部强氧化的局部氧化焦炉煤气制合成气”的争论该工程针对大量焦炉煤气放散和现有转化技术使用催化剂且工艺简单等问题，提出了局部强氧化的局部氧化烧嘴和与之相匹配的无内构件反响器该工艺适用于利用焦炉煤气制醇、醚和合成油工业，在山西神龙能源焦化的中试效果令人满足4 焦炉煤气高温热裂解制氢与局部氧化重整制氢来自焦炉的高温荒煤气中含有焦油、甲烷、氢和一氧化碳但液态碳氢化合物〔焦油〕约占30%，约一半的焦油相当于汽油组分在日本千叶Shinnikka 环境工程的君津试验室在装煤量为 80kg 的炼焦装置上进展试验，承受不使用催化剂的局部氧化和蒸汽重整法，用高温荒煤气中的焦油制取氢气，充分利用高温荒煤气的热量进展反响，并可回收转化过程中的煤气热量试验是将炼焦装置中产生的高温荒煤气直接引入焦油转化器中，并喷入氧气和蒸汽，大局部焦油被局部氧化，有效地转化为氢气和一氧化碳，出口煤气中的氢气和一氧化碳是入口原料煤气的 2～3 倍。

用变压吸附法生产纯度＞99.9％的氢气，此法生产的氢气本钱为 0.08～0.09 美元／m3，大约为变压吸附技术从冷焦炉煤气分别氢气本钱的 30%，效率也比后者高2023 年，日本在爱知万博会上设置了两个加氢站，向用大型燃料电池的公共汽车充加氢气一个为由东部煤气公司和太阳氧气公司共同建筑的獭户南加氢站，主要由城市煤气重整提氢；另一个加氢站由日铁和太阳氧气公司共同建筑的獭户北加氢站，是由日铁君津焦化厂的焦炉煤气重整提氢，然后用罐车送至獭户北加氢站我国石油资源并不丰富，2023 年原油的进口量为 1.4518 亿吨，比上一年增加 14.2%，创历史最高水平，原油的进口依存度到达 47%而氢能作为一种清洁能源，其应用不仅能获得较好的环保效益，而且能削减我国对外国石油的依靠， 实现能源独立我国对氢能的争论开发已有 30 多年的历史，“十五”期间氢能争论投资已达 20 多亿元，在氢能领域取得了一些成果氢能技术已经被列入我国“十一五”规划和《2023 年远景规划〔能源局部〕》我国应充分利用炼焦工业兴旺、焦炭产量占世界 57%、有极其丰富的焦炉煤气资源的优势，大力研发焦炉煤气制氢技术，进展氢能以替代燃油和改善对环境的污染。

焦炉煤气高温热裂解制氢流程见图 3图 3 焦炉煤气高温热裂解制氢示意图5 焦炉煤气生产直接复原铁用焦炉煤气直接生产复原铁是氢冶金的重要应用技术之一，由于氢的复原潜能是 CO 的 14 倍，大力开发焦炉煤气直接生产复原铁，就能大大降低炼铁过程对炼焦煤和焦炭的消耗直接复原铁作为电炉炼钢的备选原料之一，比废钢含有更少的剩余有害元素，有利于冶炼高品质的钢水特别是在废钢价格飞涨的今日，直接复原铁更显出其优越性近年来，全世界直接复原铁产量的增长很快，2023 年总产量已达5600 多万吨，占生铁总产量的 7％左右同年，我国直接复原铁的产量为 50 多万吨 (2023 年约 60 万吨)，占全国生铁产量的 0.15%，占世界直接复原铁产量的0.9％左右这一年，我国钢产量3.49 亿吨，占世界钢总产量 11.3 亿吨的 31%；生铁产量 3.3 亿吨，占世界生铁总产量 7.85 亿吨的 42%随着世界钢铁行业进入高级钢种领域的短流程企业的增加，直接复原铁的产量会稳步增长2023 年， 世界直接复原铁的总产量为 5580 万吨，估量 2023 年将突破 7000 万吨直接复原铁的生产工艺有气基和煤基两种，气基工艺是以自然气为复原剂和燃料，煤基工艺是以优质燃料煤作复原剂和燃料。

目前气基工艺较为成熟，其产量占 90％左右但由于自然气资源有限，而且分布不均，气基工艺进展受到了很大限制直接复原铁生产技术的关键是复原性气体〔70% 。