焦化產品產率影響因素和對策

蘭會賢(山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

焦化是對有機物進行碳化處理的過程。煤炭化學工業建設和發展中，煉焦工藝占據著極為重要的位置，該工藝在化學工業、醫學工業和國防工業當中發揮著至關重要的作用，以此推動我國經濟建設。所以，煉焦工業有必要采取多種措施提高焦化化工產品的產率。

1 焦化產品及組成的相關分析

煤經高溫干餾后獲得的焦炭、高溫焦油、煉焦煤氣及其回收的化工產品統稱為焦化產品。在焦爐內部，煤炭經過高溫干餾，發生物理及化學變化。爐內溫度在200℃以下時，水分蒸發會產生甲烷、二氧化碳等氣體。爐內溫度在250～300℃之間時，煤炭內的大分子含氧物質會發生分解反應，快速分解后生成水、二氧化碳以及酚類物質。當焦爐內溫度超過300℃且低于600℃時，會從膠質層中析出一氧化碳、二氧化碳、甲烷和初焦油等物質，這些物質稱之為初次分解物。初次分解物在高溫環境下往往會在到達炭化室頂部空間前發生二次熱解，并生成二次熱裂解產物。一般情況下，熱解氣體還會在焦爐內生成芳烴類產物。在實際的焦化化工生產中，爐內溫度的不斷變化會導致原煤質量與化工產品的數量均發生改變。持續的加熱與物理化學反應決定溢出的化工產品的組成成分。通常來說，對個別焦化步驟進行調整并不會導致爐內產品組成的大幅度變化。

2 焦化產品產率影響因素

2.1 原料煤

2.1.1 煤化程度分析

焦化化工企業及裝置如圖1所示。

圖1 焦化化工企業及裝置

甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水和初焦油的含量較低，初次分解產物在碳化室內析出后75%的產物可借助高熱的焦炭層沿1000℃的爐墻向碳化室頂部流動，剩余的產物可在溫度不足400℃兩側膠質層的煤料逸出。

煉焦化學品的工藝流程如圖2所示。

如分解產物經由高熱的焦炭沿碳化室爐墻向上流動，受高溫條件影響，產物中的碳氫化合物流動至碳化室頂部前會產生二次分解的情況，釋放氫氣，發生化學反應后可生成二次熱裂解產物。碳化中，爐頂溫度約為800℃，熱解氣體還可產生芳構化反應。煉焦化學品的組成和數量與干餾溫度和原煤性質有著密切的聯系，炭化室逸出的煤氣組成也會受炭化時間的影響而有所不同，煉焦爐爐組具有連續性，在常規生產條件下，焦爐煤氣的組成大體相同。原料煤煤化程度與煤的熱解效果有著十分密切的聯系，同時，也對煤熱解之初的溫度、熱解反應的性能和粘結性能產生較大的影響。原料煤煤化程度間的不同是熱解產物和產率不同的主要原因。低煤化程度的煤料熱解后，煤氣、焦油和水的產率較高。變質程度為中等的煤，熱解中上述物質的產率次之，而煤化程度較高的煤在熱解中產生的煤氣量、焦油量最少。裝爐煤的煤化程度和配比關乎化工產品的產率，因而必須高度重視裝爐煤的煤化程度和煤的配比。

2.1.2 巖相組成

按照煤炭巖相影響因素的不同變化，不同類型產品的生產情況也會存在差異。在穩定組、鏡質組和絲質組的對比分析中發現，煤氣產率由高到低的排列為穩定組、鏡質組、絲質組；焦炭產品產率排列為絲質組、鏡質組、穩定組；焦油產率最高的為穩定組，最低的為絲質組。化工產品的產量和質量也會受到裝爐煤巖組成比例的影響。

2.2 結焦溫度

熱解溫度是影響產品產率的關鍵要素，產品的成分也會受到溫度左右，產品的結構隨之改變，這也是出現產率差異的主要原因。如熱解溫度呈上升趨勢，焦油和焦炭的產率則會出現明顯的下降趨勢，而煤氣則剛好相反，產率會隨著溫度的升高而不斷提升。由此可知，溫度變化情況會直接影響到產品的產率。為此，相關人員應以生產要求為依據加大焦餅中心溫度控制力度。若中心溫度長時間處于上升狀態，則會對后續的化學產品回收產生不利影響。

2.3 爐頂容積及溫度

為保證化學產品產率，規定爐頂空間的溫度為750℃，而當爐頂溫度上升到900℃及以上時，因為熱解作用的影響，焦油產量及煤氣熱值會呈現下降趨勢，而在加熱過程中，產生的各類型化合物或氣體，如氰化氫、化合水、氫氣會逐漸增多。另外，導致煤氣熱值降低的因素還有熱解作用下減少的不飽和碳氫化合物與甲烷。在成功導出荒煤氣且順利出煤的基礎上，要注重炭化室內煤料量，把控煤氣于炭化室內停留的時間，以此控制二次熱解問題。如炭化室中煤料的含量不足，爐頂的空間也會隨之變化，室內溫度會呈現上升趨勢，進而對化工產品及焦爐生產的產量產生較大的影響。

2.4 工藝操作

2.4.1 焦油回收率分析

煤焦油渣中的殘留焦油會增加資源消耗。在生產中并未嚴格按照規范要求控制焦油氨水分離，氨水當中混入了大量焦油。裝爐煤較為精細，且高壓氨水的壓力無法滿足規定要求，因此，回收系統中的焦粉和煤粉也影響著焦油的質量，阻礙后期的生產操作。最后，工作人員沒有科學處理出冷氣中的煤氣產品集氣溫度，產品中的焦油含量過多，從而降低焦油產量，阻礙后續加工的順利進行。

2.4.2 粗苯回收率分析

吸收溫度對粗苯回收率產生了較大影響。煤氣中的苯族烴含量固定時，溫度與吸收效果成負相關關系，溫度必須在合理的范圍之內，如溫度過低，洗油的粘度有所上升，降低吸收率。為此，規定吸收溫度為25～27℃，貧油的吸收溫度為27～30℃。洗滌油的質量及循環量也會影響粗苯回收率。在洗油時，在溫度超過270℃前，規定蒸出物的質量分數在60%以上，300℃前餾出物的質量分數在90%以上，且嚴格控制循環量。煤氣的流速和系統壓力也會影響吸收率。脫苯操作的規范性也是重要影響因素，貧油的含苯量較高，蒸汽的應用率較低，溫度控制差、富油入塔溫度較低，進而破壞洗油再生效果，降低粗苯的回收率。

2.4.3 硫銨回收率分析

硫銨回收率的影響因素主要有：氨含量、預熱后的煤氣溫度、母液溫度、循環母液酸度這幾項。

2.5 結焦時間

因受到焦結時間的限制，加熱過程中會存在升溫速度加快的情況，但加熱速度的加快，氣體析出速度也會有所上升，無法達到氣體析出最高值，進而降低煤炭的產率，煤氣和焦油的產率也會升高。內行氣占氣態產品的10%～25%，外行氣則在經炭化室和焦炭縫隙處理后，直接進入到頂部空間內，進行二次熱解反應，這也是外行氣反應劇烈的主要原因。由于壓力因素的影響，初期的熱解工作在一定程度上削弱了熱解反應，這時如果炭化室壓力增加，會直接引發漏氣問題，氣體可能會直接進入燃燒系統當中，不利于煤氣的利用。若室內為負壓環境，則大量空氣進入室內，從而導致其他化學品燃燒，形成大量的二氧化碳和氮氣體，降低煤氣熱值，降低產品產量。

3 提升焦化化工產品產率的有效策略

3.1 提升焦油產率的策略

一方面要做好設備清理清潔工作。清理內容包括機械化氨水澄清槽循環進口位置、電補焦油器。前者是為了保持壓油量的穩定性和均勻性，后者則是為了增大煤氣回收利用率。另一方面要處理好焦油設備的零部件，包括手動翻板和蝶閥等，并做好煤氣管道的科學調整，加強循環液流動效果，降低氨水量。

3.2 提升粗苯產率的策略

加大脫苯塔頂部溫度控制力度，使其溫度處于91～93℃，高度重視循環洗油水的品質，并將1%～1.5%中的洗油放入再生器當中，以加強再生處理效果。過熱蒸汽量需保持在200～1000m3/h之間。控制蒸汽量；定期使用蒸汽清理粗笨使分離器冷卻水流出中管道，避免分離水進入，降低產品純度。定期檢查苯回收設備，防止發生設備運行異常或設備運行故障問題，進而降低產品產率。

3.3 增加硫銨產率的策略

在提高硫銨產率過程中：一是科學控制配煤水分，增加剩余氨水量；二是把控噴灑液的加工工藝和流程，確保煤氣產量在規定標準范圍內。不過在該處理過程中，需要實施脫硫處理，以免硫銨中摻雜大量的濃氨水，影響最終生產效果。

3.4 加大管控力度

依據煤場存煤現狀，及時與總調度交流溝通，科學調整配煤。如煤值不合理，則要向上級部門反饋，做好監督工作，若結焦時間發生變化，則可根據管理標準處理，以煤氣時間檢查，科學處理回收后的板式換熱器。

4 結語

通過上述的分析與論述可以獲知，煉焦工業對經濟建設與發展具有不可忽視的作用。煉焦生產中，焦爐溫度和操作工藝對化工產品的產量和構成影響顯著。原料煤的性質、焦結的溫度和爐頂空間的溫度、容積和操作流程、工藝等因素是影響焦化化工產品產率的主要因素，為提高產品產率，務必采取有效策略，改善焦化生產的質量，創造理想收益。