流程工业中焦化工艺

本文作者：白思聪 巩明健 单位：黑龙江建龙钢铁有限公司

碳是影响钢铁性能的基础元素。钢铁材料本质上(占总量90％以上)是铁一碳合金。焦炭是高炉中热量、支架及还原剂的主要来源，作用不可替代。预计到本世纪中叶我国钢铁制品在国民经济的交通、建筑、机械等方面仍然不可替代。焦炭生产企业随着钢铁企业的发展将进一步发展，其提高能源效率，工艺运行效率和节能减排任重道远，责任重大。

流程工业及流程工业特征

流程工业流程工业是指物质流在能量流的推动和作用下，按照信息流设定的“程序”及“流程网络”，通过物理变化和化学变化的方法，将原料转化变为产品的连续性生产过程。流程工业在国民经济中占有重要位置，占国民经济总产值66％以上，主要行业能耗占全国工业总能耗的70％。钢铁、煤炭、造纸、化工、石油等八大行业均为流程工业，并被贯以“二高一资”行业，属于节能减排重点。炼焦工业的物质流、碳素流均为能源介质，属于典型的能源流程产业，也称碳素流程产业。生产原料处理量大，过程连续，产品品种相对稳定，工艺流程基本不变，但工艺参数多变．其产品通常不是以新取胜，而是以质量、成本取胜。生产装置安全稳定、长周期、满负荷、优质高效运行是企业实现低成本的关键。流程高效运行表现在：物质流、能量流、信息流的稳定有序、连续紧凑、高效转化、耦合匹配。目前流程工业均存在能耗高、成本高、污染重、劳动生产率低、资源利用率低等特点。由于人们对流程产业功能多样性、目标多样性、价值多样性及工艺过程能质转换价值认识不足，远末开发。物质流基本处于有序，但能量流、信息流远未有序是这一状态的根本原因。流程工业物质流是增值过程，能量流是耗散过程。能量流的价值在于防止和减少能量的衰变和贬值，这是节能的意义所在，亦是社会能源危机的根源。流程工业的内循环度，表现在物质流的资源再利用及物质流增值能力和环境价值，表现在能量流的回收再利用能力和能量效率。流程工业能量流的高效运行有量的平衡，更有质的效率及能量、能质、能级、时间、空间和用户的耦合匹配。提高流程工业的能源效率，就要对工艺过程进行系统优化、协同优化，追求系统能效；就要对工序间能源介质进行网络优化、集成优化，追求集约能效。做到：能质级匹、等效替代、梯级利用、藕合匹配。流程工业的物质流是从无形到有形，能量流是从有型到无形。对他们的有序运行必须靠信息流的可视化，智能优化和智能控制来保障。流程工业过程均由“三传”(传质、传热、传递动力)“一反”(反应器、转化器)物理、化学工程装备组成．流程是否高效、有序，稳定，决定于这“三传一反”装置的高效优化和开发，决定这“三传一反”装置的信息受控和匹配运行，决定于这“三传一反”装置是否清洁和低碳。焦化工业更是如此．基于对流程产业的认识，焦化工业的技术创新、技术开发就有了明晰的目标：就是用高效装备技术、高效工艺技术、高效管理技术开发低碳高效焦化流程。

焦化工艺的解构分析

长期以来，我们一直关注产品形成技术的开发和产品主流程的资源保证及管理，而较忽视产品形成过程中能质转换技术的开发和管理，忽视能质转换及传递过程的耦合匹配。而恰恰是这些能质转换技术直接涉及资源、能源的高效利用和高效转化，因而造成过程运行成本高、效率低、污染严重，其实质是资源、能源的流失，我们焦化产业尤其突出。从焦炉能源平衡看能效按年产焦炭120万吨／年计算，配煤水份下降4％(11％→7％)，少产生废水6．5万吨／年，降低废水处理费用65万元／年：扣除煤调湿本身能耗，少消耗高炉煤气8000万m3／年，降低费用800万元／年，(煤调湿利用烟囱余热2200亿KJ／年)：干熄焦回收焦炭余热发电1．08亿度／年，5400万元／年；上升管余热按50％回收，其收益为2170万元／年；总计以上各项，每吨焦炭将降低成本70．3元。2009年我国共生产3．45亿吨焦炭，共消耗3899万吨标准煤热量，其中，废气从烟囱带走746万吨标准煤热量，荒煤气带走1248万吨标准煤热量。从回收工艺看能源状况煤气净化流程采用正压工艺，温度曲线如下：初冷、预冷、脱硫、预热、硫铵、终冷和洗苯加热温度曲线。回收工艺过程加热、冷却大于100℃，消耗蒸汽69t／h，新水消耗800t／h，产生酚废水99t／h。煤气洗涤、蒸馏采用正压工艺造成物料蒸发耗散，工艺效率低、污染环境。化工生产换热效率不高。工艺加热蒸汽当家，扫气、保温和消防大量使用蒸汽，热效率低，产生大量难处理的含酚废水。焦炉生产除焦炭余热由于熄焦回收外，其余余热基本未回收利用，且回收值效率低。槽罐、塔器放散管对环境污染突出。产品品种少、精度低，附加值不高。含酚酚水产生点多、量大、分布广，处理难度大，运行成本高。能源转化效率低，传递使用不耦合、不匹配。总之，基于对碳素流程产业的认识，必须改变传统流程只重视物质流—产品的加工模式。提倡工艺全价开发，由只注重产品到也注重过程，取得过程能质转化价值最大化，以价值创新重塑工艺过程。提高资源效率、能源效率，即在源头节约资源和减少污染，开发提高效率技术，改变消耗高、污染重、成本高状况，提高综合竞争力。