配煤用沥青生产工艺优化

闫志武 郎建峰 王静静 2019-10-16 版权声明 举报文章

摘要:介绍了沥青配煤原理,并对改质沥青质量影响因素进行了分析,确定了配煤用改质沥青质量要求,针对改质沥青质量要求对改质沥青生产系统各环节进行改进,保证了改质沥青的质量。

关键词:改质沥青 配煤 焦油 生产工艺

河北钢铁宣钢焦化厂生产的改质沥青主要用于炼焦配煤使用。在配煤过程中合理添加改质沥青,可有效提高焦炭质量,同时增加煤种的选择性。宣钢焦化厂通过改质沥青对配煤及焦炭质量影响进行研究、判断,在保证配煤需求的同时,优化改质沥青生产工艺。

1 改质沥青配煤原理

炼焦生产的所有煤都含有丰富的沥青质,沥青质是煤粘结的基础条件。以沥青作为活性添加剂参与炼焦配煤可有效扩大炼焦煤煤种的选择性及相适性。

炼焦煤配入一定量的改质沥青,作为炼焦煤黏结剂,可促进原料煤各项异性碳的发展,增加了配合煤的容惰性,提高了煤的冷、热强度,降低了焦炭灰分,同时利用改质沥青的黏结性及其增强单种煤结焦性这一性质,增加了配合煤中瘦煤、弱粘煤的配量,减少肥煤用量,提高了焦炭质量,同时也扩大了炼焦煤资源。为了保证炼焦配煤沥青的需要,宣钢焦化厂改进改质沥青生产工艺。

2 改质沥青质量影响因素

改质沥青质量主要由三部分决定,即喹啉不溶物含量(QI)、甲苯不溶物(TI)、改质沥青软化点。

2.1 喹啉不溶物主要由原生喹啉不溶物产生,其中原生QI(喹啉不容物)即焦油渣,是在煤焦化过程中形成的,其含量主要与炼焦煤种、炼焦过程控制以及焦炉煤气净化程度等因素有关。焦油渣(原生QI)由呈微米级炭粒微细粒子构成,这些包含在原料中的原生QI将对煤沥青芳烃分子的聚合产生促进作用,数量众多的原生QI杂质起到了相当于“催化剂粒子”的作用,从而加快了煤沥青的热聚合速率和次生QI的生成,原料中焦油渣(原生QI)含量越高,煤沥青分子热聚合程度越高,产品煤沥青的QI含量越高,从而影响到煤沥青质量性能指标。但QI过高,会造成沥青及焦油生产过程中设备、管道的堵塞,影响生产效率及生产安全,同时QI过高会造成炼焦过程中积碳增加,并促进石墨化,影响炼焦生产及焦炭质量。经宣钢焦化厂实验及实践经验,控制改质沥青QI保持6%-13%有利于改质沥青生产及配煤使用。

2.2 甲苯不溶物(TI)含量是煤沥青不溶于甲苯的组分,它是由多种不同化学成分的高分子碳氢化合物组成的混合物,主要起粘结桥作用,其结焦值可达90%-95%,即在焙烧过程中使骨料炭颗粒和粉料结合成一个整体,对焦结起重要作用。其中β树脂即溶于喹啉而不溶于甲苯的物质,是沥青具有较强粘结性及结焦性的关键组成部分,煤沥青的粘结力随β树脂含量的增加而增大。经生产实际经验表明,β树脂含量大于18%,可保证改质沥青质量满足炼焦配煤使用。

2.3 沥青软化点主要反映沥青处于黏流态时的温度,沥青软化点的高低影响沥青的粘滞性、可塑性。通过提高聚合温度和聚合时间可提高沥青软化点,沥青软化点过高造成沥青QI含量过高,β树脂含量降低影响沥青粘结性;而沥青软化点过低将影响TI含量,同时造成沥青可塑性明显降低,黏度增大,不利于沥青粉碎,影响配煤使用。经宣钢焦化厂试验及生产经验得出,沥青软化点控制在105-115℃适用于炼焦配煤使用。

3 改质沥青生产工艺改进

3.1 减少焦油系统焦油渣含量。①焦油氨水分离槽用于焦油、氨水及焦油渣分离,将两台焦油氨水分离槽由原并联使用改为串联使用,焦油渣、氨水与焦油分离时间延长一倍,提高了分离效果。②增加超级高速离心机。宣钢焦化厂专门从德国引进了福乐伟超级高速离心机对煤焦油进行脱渣脱水处理,有效地脱除了煤焦油中所含的焦油渣。高速离心机采用高速离心沉降法,此法是一种集破乳、脱水、脱渣于一体的一种高效方法。由于焦油渣的密度大,产生的离心力也大,在高速离心机中1000倍重力的离心力下,迫使焦油渣迅速地在转筒内壁沉淀,并通过设在转筒内的带刮刀的螺旋运输机,将焦油渣输送到锥体部位,进而由焦油渣排出口排出。经超级高速离心机除渣后可将焦油渣含量脱至0.3%以下。③增加焦油储罐,保证焦油原料槽静止时间达到36小时以上,可减少焦油原生QI含量。

3.2 提高中温沥青软化点。提高中温沥青软化点可有效提高沥青β树脂含量及沥青软化点的同时较少地增加QI含量,有利于沥青整体质量的提高。

①提高焦油二段出口温度。中温沥青软化点主要由焦油二段出口温度控制,将焦油二段出口温度由原来的395℃提高到402℃,β树脂含量可提高1%左右。②提高二蒸发器顶温。将二蒸发器顶温由原来的345℃左右提高至350℃左右,减少蒽油回流量,保证二蒽油采出量,减少轻质组分进入中温沥青。③二蒸发器通入过热蒸汽。在二蒸发器底部通入压力大于350KPa,温度350-400℃的过热蒸汽,降低一次气化温度,提高轻质馏分产率,中温沥青软化点可提高1-2℃,β树脂含量可提高1%左右。

通过上述手段,可将中温沥青软化点由原来的75℃提高至80℃以上,为后续改质沥青生产提供保证。

3.3 优化改质沥青生产。宣钢焦化厂采用反应釜连续加热聚合式生产改质沥青,改质沥青的质量主要依赖于反应温度及反应时间,选择合适的反应温度,延长反应时间有利于沥青质量的提高及稳定。

①沥青反应釜操作控制。改质沥青在400℃以上,热聚合反应增长迅速,QI、β树脂及沥青软化点迅速增长,为保证沥青质量,沥青反应温度应控制在一个最佳温度范围内,同时反应釜过高的温度会造成反应釜结焦,影响反应釜运行时间和运行安全。在每小时6吨的改质沥青加工量的情况下,沥青反应釜底温度控制在405-415℃时,沥青釜内反应时间6小时,可保证改质沥青质量的同时延长了沥青反应釜的运行时间由原来30天左右提高到40天左右(图1)。②利用沥青中间槽延长热聚合时间。沥青在恒温状态下热聚合时间增长有利于沥青中甲苯不溶物的继续形成,而喹啉不溶物变化不大,通过沥青中间槽汽化器,控制沥青中间槽温度在340-360℃,中间槽停留时间延长至2小时,改质沥青在此温度下可保证甲苯不溶物继续增加1%左右(表1)。③降低高置槽放料温度。高置槽放料温度过高会造成沥青成型困难,未解决这个问题,在沥青高置槽增加循环泵及汽化冷却器,经汽化冷却器冷却后的沥青部分经循环泵打至沥青高置槽,降低沥青高置槽温度,保证了沥青高置槽放料温度在

4 结论

通过对沥青生产系统的优化,保证改质沥青质量的同时,提高了设备运行时间和运行安全,为后续改质沥青配煤提供了保证。但由于焦油及沥青系统自身设备配套限制,改质沥青产量已达到生产瓶颈,若继续增加沥青产量,需对现有设备进行扩建改造。

参考文献:

[1]申曙光,李建军,郑琥,晋克全,朗峰亮.改质沥青及酚渣对配煤焦炭质量的影响[J].煤炭科学技术,2010(03).

[2]孙业新,江丹,李明富.焦油渣作粘结剂进行配型煤炼焦的实验研究[J].莱钢科技,2007(05).

[3]张丙生,梁强,郭汉杰,王福明.改质沥青对冶金炼焦过程单种煤成焦性质的影响[J].钢铁,2008(07).

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