煤焦油加工工艺概述

2019-10-30 版权声明 举报文章

摘要:本文浅述了煤焦油工业的发展历史,现状及国内外煤焦油生产主要工艺,提出了煤焦油未来发展趋势。

关键词:煤焦油 发展 工艺 趋势

一、煤焦油概述

煤焦油又称煤膏,是煤焦化过程中得到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体, 比重大于水,具有酚和萘的特殊气味,具有一定溶性、可燃并有腐蚀性。煤焦油成分比较复杂,有上万多种化合物,大多是以芳香结构为特征的,且以1-4环的芳香环为主。主要含有苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等芳烃,以及芳香族含氧化合物(如苯酚等酚类化合物),含氮、含硫的杂环化合物等很多有机物。

二、我国煤焦油工业的发展历史、现状及未来的发展要求

1.我国煤焦油加工的落后局势

我国煤焦油加工工业是随着炼焦工业而发展起来的。近30年来,由于受到来自石油化工的激烈竞争,以及钢铁工业的制约,其发展比较缓慢且不均衡。进入90年代中期,因对煤焦油产品如萘、蒽、吡啶、酚类等多环或杂环芳香烃的需求,以及碳素工业对针状焦、中间相沥青的需求,人们对煤焦油加工工业的重要地位又有了新的认识。煤焦油加工工业作为区域经济发展的重要支柱产业已经形成。

产品结构单一, 我国煤焦油加工工业深加工和综合利用能力较差。目前,在煤焦油加工中,除冶金、化工系统大型煤焦化企业生产萘、酚、沥青、炭黑及少量吡啶、蒽、咔唑外,其大量的杂环和稠环化合物均无回收和综合利用,资源浪费现象严重。

技术陈旧,设备落后,难以形成经济规模 在我国煤焦油加工装置中,煤焦油加工技术陈旧,设备落后,难以形成经济规模。

布局不合理,环境污染严重 由于历史和现行政策的原因,我国煤焦油加工企业的分布在总体上依然不尽合理,风景保护区、城市城区及相关区域依然有煤焦化企业。由于生产工艺落后,产品回收及综合加工能力差,致使“三废”排放严重。

2.我国煤焦油加工工业发展的基础优势

产业优势,目前我国大型煤焦油加工企业有50家,已形成一定规模的产业基础和存量优势。特别是大型煤焦化企业,如北京炼焦化学厂、鞍山钢铁公司、上海宝山钢铁公司、攀枝花钢铁公司、马鞍山钢铁公司、武汉钢铁公司等,已基本完成原始积累,煤焦油年加工能力达300万吨,产量达120万吨,成为我国化学工业发展的重要行业。

科研与人才优势,经过多年的发展,我国煤焦油加工工业已形成一支具有较大国内外影响的科研(如中国科学院山西煤炭化学研究所、鞍山焦化耐火材料设计研究院、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心等)、设计(如原化工部第二设计院等)、教学(如华东理工大学、天津大学等)、经济研究(如山西省社会科学院能源经济研究所等)及企业经营管理队伍。

市场优势,煤焦油加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、通讯等领域的重要基础原料,在国内外有着广阔的市场前景。特别是深加工产品清洁燃料(如甲醇、二甲醚)和锂离子电池(如用于手机、笔记本电脑和未来汽车)等,在能源替代转换中更具有重要的战略地位。

成本优势,我国的煤、电以及各种设备材料价格低廉,供给方便,大规模发展煤焦油加工工业有着优越的比较成本优势和物资供给条件。

3.市场需求及发展前景

随着我国加入世贸组织和结构性调整、企业改制的逐步完成,经济的发展将开始走上持续发展的轨道。这些都对我国基础工业的发展提出更高的要求,进而对煤焦油加工工业的发展在结构和总量上带来新的发展需求。对全球煤焦化产品的市场分析表明,国际煤焦化工业市场的结构性调整,包括产品结构、技术结构、企业结构、布局的调整将在所难免,总的趋势是焦炉规模日趋大型化,焦炭质量日益高品位化,环保投资建设比重越来越大,资源综合利用程度越来越高。

就煤焦油化学品而言,由于其具有一定的不可替代性,因此蒽、苊、芘等产品的90%以上仍需从煤焦油中提炼,咔唑、喹啉、噻吩等产品几乎100%仍来自煤焦油产品。我国针状焦、中间相沥青仍需依赖进口。随着环保政策的日益严格和石油资源的日益趋紧,甲醇、二甲醚和锂离子电池等洁净新能源替代产品的市场地位将越来越重要。

4.发展建议

增强煤焦油加工工业的发展后劲。现在国内能提取的产品有20几种(如山西宏特最多),而国外能提取的产品有250多种(如德国的吕特格),所以不具有竞争力。产品的多元化,生产高附加值产品是未来的发展要求。提高产品质量等级,降低物质消耗,研制开发适合不同地区、经济效益好、环境污染小、煤焦油加工综合利用率高的各种新技术、新工艺、新设备,逐步推广使用机械化、自动化和计算机控制系统等技术是我国煤焦发展的迫切要求。

三、国内外煤焦油生产主要工艺

煤焦油的生产即是煤的干馏过程,其主要的反应在干馏炉中进行。在加工工艺流程上,高温煤焦油和低温煤焦油除了在温度条件上有较大不同之外,其主要的设备及流程大致相同。

现在的煤焦油生产都是通过氨水冷凝焦炉煤气来收集的。推入炭化室的煤饼被炭化室侧面传来的热量加热使煤饼从入炉前的常温升温到1000℃以上,这一升温过程使炭化室内的煤发生几个主要的变化。在300℃以前煤中含氧多的分子结构分解为水、二氧化碳等,350℃-550℃这一温度区间则发生煤大分子侧链和基团的断裂,所得产物为初次分解产物,其中含有脂肪族化合物,烷基取代的芳香族化合物及酚类。初次分解产物,一部分通过炭化室中心的煤层,一部分经过赤热的焦炭层沿着炉墙进入炭化室顶部空间,在800℃-1000 ℃的条件下发生深度热分解,所得产物为二次分解产物高温焦油,其中主要含有稠环芳香族化合物。一次分解产物和二次分解产物从炭化室顶部出来经上升管到桥管再到集气管,桥管内有氨水喷洒,使八九百度高温煤气降低到七八十度,这一过程是焦油产生的主要过程。冷凝下来的焦油和氨水混合物顺着集气管汇集到煤气管流到焦油船(焦油氨水澄清槽)进行油水分离,然后打入焦油贮罐,收集后再进行煤焦油的加工。

另一部分焦油是在煤气终冷过程和电捕除尘过程产生的,这部分以轻质焦油为主,这些焦油汇集到焦油中间槽中,一般都是用煤焦油泵打到焦油贮罐与焦油船内的分出的焦油混合贮存,如果这部分煤焦油单独加工,其工艺和产品是与煤焦油船中分出的煤焦油加工不同的,主要是因为其组分的冷凝点低,其组份较轻,和低温煤焦油成份比较接近,含酚较多。但由于这部分煤焦油产量相对较小,好多焦化厂都不自己加工,也不另行收集贮存,而是和其它煤焦油混在一起,实际是一种浪费,因为这些轻组分在煤焦油加工中要被加热蒸馏,要吸收大量的热,占用较大的设备。

目前国内外主要的干馏工艺有美国的Disco 工艺、德国的鲁奇( Lurgi-spue lgas)工艺、固体热载体工艺(代表性的有美国的Toscoal工艺和德国的鲁奇鲁尔( Lurgi-ruhr-gas)工艺)、煤炭快速热解工艺(代表性的有半焦-油-能法、西方研究公司热解法和加氢热解法)、中国的多段回转炉(MRF)热解工艺、辐射炉快速热解等工艺。

鲁奇低温干馏炉是工业上已采用的典型炉型,其采用气体热载体内热式垂直连续进料,在中国俗称三段炉,即从上而下包括干燥段、干馏段和冷却段3部分。目前许多企业采用内热式直立干馏炉。该炉型是在鲁奇三段炉的基础上,总结了当地内热式直立方炉和复热式直立炭化炉的技术优点及生产实践经验,并根据煤质特点而研制的。

参考文献:

[1]徐印堂,聂长明,杨倩,田晓宁,陈炫.煤焦油深加工现状、新技术和发展方向[J]. 应用化工. 2008年12期 .

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[3]王柔,戴服管.煤焦油及其深加工[J]. 四川化工. 1995年S3期.

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